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佳木斯创新大赛论文
佳木斯大学论文
基于单片机电子时钟的扩展研究
学院信息电子技术
专业电气工程及其自动化
年级09级
姓名黄松
指导教师蒋野
佳木斯大学
2010年10月15日
摘要:
单片机自问世以来,以其极高的性能价格比,受到人们的重视和关注,应用很广、发展很快。
单片机体积小、重量轻、抗干扰能力强、环境要求不高、价格低廉、可靠性高、灵活性好、开发较为容易。
由于具有上述优点,在我国,单片机已广泛地应用在工业自动化控制、自动检测、智能仪器仪表、家用电器、电力电子、机电一体化设备等各个方面,而51单片机是各单片机中最为典型和最有代表性的一种。
这次毕业设计通过对它的学习、应用,以STC89C51芯片为核心,辅以必要的电路,设计了一个简易的微笑电子时钟,它由4.5V直流电源供电,通过数码管能够准确显示时间,调整时间,从而到达学习、设计、开发软、硬件的能力。
Abstract:
byMCU,sincesincetheadventofitsextremelyhighperformance-priceratio,attentionandconcern,itiswidelyusedandfastdevelopment.SCMsmallvolume,lightweight,stronganti-jammingcapability,environmentalrequirementisnothigh,lowprice,highreliabilityandflexibility,developrelativelyeasy.Duetotheaboveadvantages,inourcountry,theSCMhasbeenwidelyappliedinindustrialautomationcontrol,automaticdetection,intelligentinstrument,electricalappliances,powerelectronics,electromechanicalintegrationequipment,etc,and51SCMisthemosttypicalandMCUmostrepresentativeofakind.Thegraduationdesignbasedonthestudyandapplicationofitinforthecore,withSTC89C51chiptodesignasimplecircuit,theelectronicclock,itby4.5Vdcpowersupply,throughdigitaltubecanaccuratelydisplaytime,adjustthetime,thustostudy,thedesign,thedevelopmentofsoftwareandhardware.
前言
一块单片机芯片就是一台计算机,由于单片机以其集成度高、体积小、可靠性高、控制功能强、低电压、低功耗等特点使它应用于智能仪器仪表、机电一体化、实时程控、人类生活中。
除此之外还广泛应用办公自动化领域、商业营销领域、汽车及通信系统、计算机外部设备等各领域中,并且单片机已成为计算机发展和应用的一个重要方面。
由此可见掌握单片机的使用方法和利用单片机解决实际问题具有重要的意义。
本文主要介绍用单片机内部的定时/计数器来实现电子时钟的方法,本设计由单片机STC89C51芯片和LED数码管为核心,辅以必要的电路,构成了一个单片机电子时钟。
因水平有限,难免有疏落不足之处,恳请老师和同学能给予指正。
一、系统说明
利用单片机(STC89C51)制作简易电子时钟,由LED数码管分别显示小时十位、小时个位、分钟十位、分钟个位。
4个PNP管(9012)分别控制4个数码管的亮灭,一个按键用于时间调整。
本次设计根据STC89C51单片机系统扩展的基本原理和方法、常用总线标准和典型接口电路的应用,通过单片机芯片引脚的分析,实现对数码管的位选和段选,最后通过PNP三极管的驱动LED动态显示的方式完成任务。
系统框图
循环灯部分
八个LED灯
1电源部分
如图3-2所示,从外部引入4.5V的直流电,为单片机、电路提供电源。
2位选部分
三极管的集电极接数码管的公共端,当P2口对应的引脚输出高电平时三极管导通,对应的数码管显示数据。
这样,在同一时刻,6位LED中只有选通的那1位显示出字符,而其他5位则是熄灭的。
同样,在下一时刻,只让下一位的位选线处于选通状态,而其他个位的位选线处于关闭状态,在段码线上输出将要显示字符的段码,则同一时刻,只有选通位显示出相应的字符,而其他各位则是熄灭的。
如此循环下去,就可以使各位显示出将要显示的字符。
虽然这些字符是在不同时刻出现的,而在同一时刻,只有一位显示,其他各位熄灭,但由于LED的余辉和人眼的视觉暂留作用,只要每位显示间隔足够短,则可以造成多位同时亮的假象,达到同时显示的效果。
3数码管显示
每位的段码线(a,b,c,d,e,f,g,dp)分别与1个8位的锁存器输出相连,由STC89C51控制组合0-9十个数据,如令其显示1则b,c引脚(即2,3引脚)送高电平,此时数码管显示1。
由于各位的段码线并联,8位I/O口输出段码对各个显示位来说都是相同的。
4循环灯部分
每个LED分别与单片机的p1口相接,用单片机程序控制每个LED的亮度频率,使之能发出多彩的光芒,看似笑脸的设计,让人有亲切感。
二、程序流程图
三、物品清单与元件特性
元件名称
规格型号
单位
数量
瓷片电容
30P
只
2
电阻
1k
只
13
电阻
470
只
8
芯片
AT89c51
片
1
芯片座
DIP40
只
1
无源晶振
12M
只
1
4位数码管
0.5寸/共阴
组
1
三极管
9012
个
5
发光二极管
1N4148
只
8
按键
无自锁
只
2
单排插针
条
1
双排插针
条
1
电池盒
个
1
电路板
9.55*5.664
CM2
1
四、单片机的构成
AT89C51单片机是在一块芯片中集成了CPU、RAM、ROM、定时器/计数器和多种功能的I/O线等一台计算机所需要的基本功能部件,AT89C51单片机单片机内包含下列几个部件:
(1)一个8位CPU;
(2)一个片内振荡器及时钟电路;
(3)4K字节ROM程序存储器;
(4)128字节RAM数据存储器;
(5)两个16位定时器/计数器;
(6)可寻址64K外部数据存储器和64K外部程序存储器空间的控制电路;
(7)32条可编程的I/O线(四个8位并行I/O端口);
(8)一个可编程全双工串行口;
(9)具有五个中断源、两个优先级嵌套中断结构。
3振荡器(晶振)特性
XTAL1(19脚)和XTAL2(18脚)分别为反向放大器的输入和输出,通过这两个引脚接上晶振,其频率为12.000MHz。
芯片擦除
整个PEROM阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合,并保持ALE管脚处于低电平10ms来完成。
在芯片擦操作中,代码阵列全被写“1”且在任何非空存储字节被重复编程以前,该操作必须被执行。
此外,AT89C51单片机设有稳态逻辑,可以在低到零频率的条件下静态逻辑,支持两种软件可选的掉电模式。
在闲置模式下,CPU停止工作,但RAM,定时器,计数器,串口和中断系统仍在工作。
在掉电模式下,保存RAM的内容并且冻结振荡器,禁止所用其他芯片功能,直到下一个硬件复位为止。
为了满足一些应用系统的特殊要求,有时要进行一些系统的扩展设计以弥补单片机内部资源的不足。
单片机的扩展系统通过并行I/O接口或串行I/O接口做总线,在外部扩展程序存储器、数据存储器或输入/输出接口及其他功能部件以满足一些控制系统的特殊要求,AT89C51单片机的扩展系统结构如图2.3所示。
AT89C51单片机的引脚说明
AT89C51单片机采用40条引脚双列直插式器件,引脚除5V(40脚)和电源地(20脚)外,其功能分为时钟电路、控制信号、输入/输出三大部分,逻辑框图及引脚图分别如图2.4(a)(b)所示
AT89C51单片机的内部硬件结构中除了程序存储器由FPEROM取代了87C51单片机的EPROM外,其余部分完全相同,其管脚说明如下:
(1)VCC:
供电电压
(2)GND:
接地
(3)时钟电路
XTAL1(19脚)——芯片内部振荡电路(单级反相放大器)输入端。
XTAL2(18脚)——芯片内部振荡电路(单级反相放大器)输出端。
(4)控制信号
RST(9脚)复位信号:
时钟电路工作后,在此引脚上将出现两个机器周期的高电平,芯片内部进行初始复位,P0口~P3口输出高电平,将初值07H写入堆栈指针。
ALE(30脚)地址锁存信号:
当访问外部存储器时,P0口输出的低8位地址由ALE输出的控制信号锁存到片外地址锁存器,P0口输出地址低8位后,又能与片外存储器之间传送信息。
另外,ALE可驱动4个TTL门。
(29脚)片外程序存储器读选通:
低电平有效,作为程序存储器的读信号,输出负脉冲,将相应的存储单元的指令读出并送到P0口,可驱动8个TTL门。
/Vpp(30脚):
当为高电平且PC值小于0FFFH时,CPU执行内部程序存储器程序;当为低电平时,CPU仅执行外部程序存储器程序。
(5)I/O接口
P0口(P0.0~P0.7,39~32脚)三态双向口:
P0口结构包括一个输出锁存器、两个三态缓冲器、一个输出驱动电路和一个输出控制端。
P0口做地址/数据复用总线使用。
若从P0口输出地址数据信息,此时控制端为高电平,若从P0口输入数据指令信息时,引脚信号应从输入三态缓冲器进入地址总线,它可驱动8个TTL门。
P0~P3口上的“读-修改-写”功能,其操作是先将字节的全部8位数读入,再通过指令修改某些位,然后将新的数据写回到口锁存器中。
P1口(P1.0~P1.7,1~8脚)准双向口:
P1口做通用I/O接口使用,P1口的每一位口线能独立地作用于输入线,P1口可驱动4个TTL门。
P2口(P2.0~P2.7,21~28脚)通用I/O接口:
它做通用I/O接口使用时,是一个准双向口,此时转换开关MUX倒向左边,输出极与锁存器相连,引脚可作为用户I/O口线使用,输入/输出操作与P1口完全相同,P2口做地址总线使用。
当系统中接有外部存储器时,P2口用于输出高8位地址A8~A15,这时在CPU控制下,转换开关MUX倒向右边,接通内部地址总线。
P2口的口线状态取决于片内输出的地址信息,这些信息来源于PC、DPTR等。
在外接程序存储器中,由于访问外部存储器操作连续不断,P2口不断送出地址高8位。
AT89C51单片机的P2口一般只做地址总线使用,不做I/O接口直接连外部设备使用。
P3口(P3.0~P3.7,10~17脚)双功能口:
P3口做通用I/O接口使用,输出功能控制线为高电平,与非门的输出取决于锁存器的状态,此时锁存器Q端的状态与其引脚状态是一致的。
在这种情况下,P3口的结构和操作与P1口相同。
P3口第二功能是可作为系统具有控制功能的控制线,另外P3口可驱动4个LSTTL门电路。
P3口:
P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口,可接收输出4个TTL门电流。
当P3口写入“1”后,它们被内部上拉为高电平,并用作输入。
作为输入,由于外部下拉为低电平,P3口将输出电流,这是由于上拉的缘故。
P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口使用如:
P3.0RXD(串行输入口);
P3.1TXD(串行输出口);
P3.2/INT0(外部中断0);
P3.3/INT1(外部中断1);
P3.4T0(记时器0外部输入);
P3.5T1(记时器1外部输入);
P3.6/WR(外部数据存储器写选通);
P3.7/RD(外部数据存储器读选通);
功能介绍:
1.显示XX:
XX时间,流水灯在十八点到凌晨五点时间段内工作。
2.时间可调:
按下时下面的按键时位加一,按下分下的按键分为加一。
3.下载线和电源线插接说明:
1.下载线插接说明:
两排十针下载口,板图上都有一个小方框,为1号引角;下载线的凸口为正方向,凸口的右侧边的第一个插孔为1号引角,这一点一定要切记,不然的话程序下载不进去。
2.电源线插接说明:
电池盒的红线为正,黑线为负。
板子所留出来的电源插口用VCC(表示电源正)和GND(表示电源负)标明。
五、调试要点:
首先确保各器件的完好性,其次检测各芯片的电源线和地线是否接触良好,然后焊接器件,接好电源用万用表检测各电源端、地端的状态是否正常。
最后烧写工作程序,根据显示现象调试程序直至成功。
上电运行时,数码管开始显示00:
00,时钟开始走时。
循环灯在十八点到六点的时间段内开始循环闪亮。
六、制作心得:
在这次课程设计的调试过程中,我遇到很多问题,如:
由于跳转指令出错,导致整个程序在运行时进入死循环,修改时没有根据流程盲目查找原因浪费许多时间,又由于考虑不周,时钟显示29:
89。
该电路缺少整点报时及闹钟功能,由于能力和时间问题只能到此为止,很是遗憾,但在查找资料的过程中学到了许多,同时在协作过程中增进同学间的友谊。
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