应用电子技术毕业设计(论文)-基于AT89C2051的数字电子钟的设计.doc
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1、金金 华华 职职 业业 技技 术术 学学 院院 JINHUAJINHUA COLLEGECOLLEGE OFOF VOCATIONVOCATION ANDAND TECHNOLOGYTECHNOLOGY 毕业教学环节成果毕业教学环节成果 (2011 届) 题 目基于 AT89C2051 的数字电子钟的设计 2010 年 5 月 16 日 目目 录录 摘要1 英文摘要.1 引言.2 1 任务分析 .3 2 总的方案及框图 .3 3 硬件总的设计 .3 4 分模块硬件电路设计 .4 4.1 单片机最小系统.4 4.2 显示电路7 4.3 按键电路9 4.4 时钟芯片电路.10 5 软件总的设计 1
2、1 6 软件分模块设计 12 6.1 显示程序流程图.12 6.2 闹钟比较程序流程图.13 7 调试结果记录 13 8 总结 14 结论与谢辞14 参考文献15 附件 1程序清单 16 附件 2仿真电路图 46 附件 3PCB 图 47 理工类 -1- 基于基于 AT89C2051AT89C2051 的数字电子钟的设计的数字电子钟的设计 摘要摘要: : 本文介绍了一款基于 AT89C51 单片机数字钟的设计,通过数字电子钟的设计思 路,详细叙述了系统硬件、软件的具体实现过程。论文重点阐述了数字钟硬件中 MCU 模块、时钟模块和相关控制模块等的模块化设计与制作;软件同样采用模块化的设计, 包括
3、中断模块、闹钟模块、时间调整模块设计,并采用简单流通性强的 MEDWIN 语言编 写实现。本设计实现了时间与闹钟的修改功能、年、月、日和星期的显示功能。并且 通过对比实际的时钟,查找出了误差的来源,确定了调整误差的方法,尽可能的减少 误差,使得系统可以达到实际数字钟的允许误差范围内。 关键词关键词: : AT89C51 单片机;数字钟 Design of digital electronic clock Based on SCM of AT89C2051 (Major of Applied Electronic Technology Information and Engineering Co
4、llege Tao Cun-zhen) Abstract: This paper introduced the design of digital clock based on SCM of AT89S51, the specific process of how the system hardware and software achieved were detailed description through the design of digital clock. The modular design and production, which consisted of MCU modu
5、le, clock module and the associated control module, were mainly recounted;As well as hardware designing,software design use the same method, consists suspension module,alarm clock module, time adjust module, and that use the MEDWIN language to achieve because of its simple and strong negotiability.
6、In this design the functions of time and alarm clock run and change, functions of the year, month, day and week display have been achieved. And by comparing the actual clock, find out the source of the error and determined the method of adjusting error, reduce errors as much as possibly, so this sys
7、tem can achieve a practical digital clock with error within the permissible range. Key words :AT89S51 microcontroller; Digital clock 引言引言 -2- 数字电子钟具有走时准确,一钟多用等特点,在生活中已经得到广泛的应用。 虽然现在市场上已有现成的电子钟集成电路芯片出售,价格便宜、使用也方便,但 是人们对电子产品的应用要求越来越高,数字钟不但可以显示当前的时间,而且可 以显示日期、农历 、以及星期等,给人们的生活带来了方便。另外数字钟还具备 秒表和闹钟的功能,且闹钟
8、铃声可自选,使一款电子钟具备了多媒体的色彩。 时间对人们来说总是那么宝贵,工作的忙碌性和繁杂性容易使人忘记当前的时 间。忘记了要做的事情,当事情不是很重要的时候,这种遗忘无伤大雅。但是,一 旦重要事情,一时的耽误可能酿成大祸。电子钟已成为人们日常生活中必不可少的 必需品,广泛用于个人家庭以及车站、码头、剧院、办公室等公共场所,给人们的 生活、学习、工作、娱乐带来极大的方便。由于数字集成电路技术的发展和采用了 先进的石英技术,使电子钟具有走时准确、性能稳定、携带方便等优点,它还用于 计时、自动报时及自动控制等各个领域。 1 任务分析任务分析 -3- 生产中常用的电子钟有:LCD 电子钟、LED
9、电子钟、电子万年历文具礼品、电波气 象钟、多功能投影钟、语音报时钟、电子钟收音机、便携式万年历等。 (1)以 24h 计时方式工作; (2)用液晶显示时间和日期; (3)通过按键可以选择显示内容、修改时间; (4)具有整点报时功能; (5)时间误差:0.02。 设置四个按键,各按键功能是移位、增一、减一、定时 2 总的方案及框图总的方案及框图 电子钟主要有单片机最小系统、按键电路、显示电路、时钟芯片电路、指示灯蜂 鸣器电路构成。 图 2-1 电子钟框图 3 硬件总的设计硬件总的设计 电子钟主要有单片机最小系统、按键电路、显示电路、时钟芯片电路、指示灯蜂 鸣器电路构成。 单单片片机机 电电源源
10、时时钟钟电电路路 复复位位电电路路 时时钟钟芯芯片片 显显示示器器 蜂蜂鸣鸣器器 指指示示灯灯 按按键键 -4- 图 3-1 电子钟原理图 4 分模块硬件电路设分模块硬件电路设计计 4.1 单片机最小系统单片机最小系统 单片机最小系统由单片机、电源电路、时钟电路和复位电路构成。 89C51 介绍 -5- 图 4-1 89C51 芯片 P0 口特点 P0 口作为通用 I/O 使用,是一个准双向口;作为地址/数据总线时,是一个真正的 双向接口。 (1)P0 口可作通用 I/O 口使用,又可作地址/数据总线口; (2)P0 既可按字节寻址,又可按位寻址; (3)作通用 I/O 口输出时:是开漏输出,
11、应外接上拉电阻; (4)作地址/数据总线口时,P0 是一真正双向口,而作通 用 I/O 口时,只是一个准双向口。 P1 口特点 (1)只能作 I / O 口,没有地址/数据复用功能 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 40 39 38 37 36 35 34 33 32 31 30 29 28 27 26 25 24 24 22 21 8031 8051 8751 89C51 -6- (2)可按字节寻址,也可按位寻址 (3)是一准双向口,输出驱动接有上拉电阻,不是开漏输出。 P2 口特点 (1)当 P2 口作为通用 I / O
12、时,是一准双向口。 (2)从 P2 口输入数据时,先向锁存器写“1” 。 (3)可位寻址,也可按字节寻址。 (4)可输出地址高 8 位。 P3 口特点 当 P3 口作为通用 I/O 接口时, 第 2 功能输出线为高电平, 使与非门 3 的输出取决 于口锁存器的状态。 在这种情况下, P3 口仍是 1 个准双向口, 它的工作方式、 负载 能力均与 P1、 P2 口相同。 当 P3 口作为第 2 功能使用时, 其锁存器 Q 端必须为高电平, 否则 V1 管导通, 引 脚被箝位在低电平, 无法输入或输出第 2 功能信号。当 Q 端为高电平时, P3 口的口线 状态就取决于第 2 功能输出线的状态。
13、并行 I/O 口的使用特性 MCS-51 系列单片机的 4 个并行 I/O 口均由内部总线控制,端口的功能复用会自动 识别,不用指令选择。 P0 是 8 位、漏极开路的双向 I/O 口,当用作片外存储器或接口扩展时,分时复用 为数据总线和低 8 位地址总线,可驱动 8 个 LSTTL 负载。 P1 是 8 位、准双向 I/O 口,具有内部上拉电阻,驱动为 4 个 LSTTL 负载。 P2 是 8 位、准双向 I/O 口,具有内部上拉电阻,可驱动 4 个 LSTTL 负载,外部扩 展时用作高 8 位地址总线。 P3 是 8 位、准双向 I/O 口,具有内部上拉电阻,可驱动 4 个 LSTTL 负
14、载。P3 口的 所有口线都具有第二功能,实现控制总线的作用。 - 7 - 4.2 显示电路显示电路 图 4-2 显示电路原理图 液晶 LCD1602 介绍 1602LCD 主要技术参数: 显示容量:162 个字符 芯片工作电压:4.55.5V 工作电流:2.0mA(5.0V) 模块最佳工作电压:5.0V 字符尺寸:2.954.35(WH)mm 引脚功能说明 1602LCD 采用标准的 14 脚(无背光)或 16 脚(带背光)接口,各引脚接口说明如表 4-1 所示: 表 4-1 引脚接口说明表 编号符号引脚说明编号符号引脚说明 1VSS电源地 9D2 数据 2VDD电源正极 10D3 数据 3V
15、L液晶显示偏压11D4数据 - 8 - 4RS数据/命令选择12D5数据 5R/W读/写选择13D6数据 6E使能信号14D7数据 7D0数据15BLA背光源正极 8D1数据16BLK 第 1 脚:VSS 为地电源。 第 2 脚:VDD 接 5V 正电源。 第 3 脚:VL 为液晶显示器对比度调整端,接正电源时对比度最弱,接地时对比度最高, 对比度过高时会产生“鬼影”,使用时可以通过一个 10K 的电位器调整对比度。 第 4 脚:RS 为寄存器选择,高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。 第 5 脚:R/W 为读写信号线,高电平时进行读操作,低电平时进行写操作。当 RS 和 R/W
16、共同为低电平时可以写入指令或者显示地址,当 RS 为低电平 R/W 为高电平时可 以读忙信号,当 RS 为高电平 R/W 为低电平时可以写入数据。 第 6 脚:E 端为使能端,当 E 端由高电平跳变成低电平时,液晶模块执行命令。 第 714 脚:D0D7 为 8 位双向数据线。 第 15 脚:背光源正极。 第 16 脚:背光源负极。 1602 液晶模块内部的控制器共有 11 条控制指令,如表 4-2 所示: 表 4-2 控制命令表 序 号 指令 RS R/ W D7D6D5D4D3D2D1D0 1清显示0000000001 2光标返回000000001* 3置输入模式00000001I/DS
17、4显示开/关控制0000001DCB 5 光标或字符移位 000001 S/ C R/ L * 6 置功能 00001DLNF* 7置字符发生存贮器地址0001字符发生存贮器地址 8置数据存贮器地址001显示数据存贮器地址 9读忙标志或地址01BF计数器地址 10 写数到 CGRAM 或 DDRAM) 10 要写的数据内容 11 CGRAM 或 DDRAM 读数 11 读出的数据内容 1602 液晶模块的读写操作、屏幕和光标的操作都是通过指令编程来实现的。 (说明:1 为高电平、0 为低电平) 指令 1:清显示,指令码 01H,光标复位到地址 00H 位置。 指令 2:光标复位,光标返回到地址
18、00H。 - 9 - 指令 3:光标和显示模式设置 I/D:光标移动方向,高电平右移,低电平左移 S:屏幕 上所有文字是否左移或者右移。高电平表示有效,低电平则无效。 指令 4:显示开关控制。 D:控制整体显示的开与关,高电平表示开显示,低电平表 示关显示 C:控制光标的开与关,高电平表示有光标,低电平表示无光标 B:控制光 标是否闪烁,高电平闪烁,低电平不闪烁。 指令 5:光标或显示移位 S/C:高电平时移动显示的文字,低电平时移动光标。 指令 6:功能设置命令 DL:高电平时为 4 位总线,低电平时为 8 位总线 N:低电平 时为单行显示,高电平时双行显示 F: 低电平时显示 5x7 的点
19、阵字符,高电平时显示 5x10 的点阵字符。 指令 7:字符发生器 RAM 地址设置。 指令 8:DDRAM 地址设置。 指令 9:读忙信号和光标地址 BF:为忙标志位,高电平表示忙,此时模块不能接收命 令或者数据,如果为低电平表示不忙。 指令 10:写数据。 指令 11:读数据。 4.3 按键电路按键电路 图 4-3 按键电路原理图 按键按照结构原理可分为两类,一类是触点式开关按键,如机械式开关、导电橡 胶式开关等;另一类是无触点式开关按键,如电气式按键,磁感应按键等。前者造价 - 10 - 低,后者寿命长。目前,微机系统中最常见的是触点式开关按键。 按键按照接口原理 可分为编码键盘与非编码
20、键盘两类。这两类键盘的主要区别是识别键符及给出相应键 码的方法。编码键盘主要是用硬件来实现对键的识别,非编码键盘主要是由软件来实 现键盘的定义与识别。 全编码键盘能够由硬件逻辑自动提供与键对应的编码,此外,一般还具有去抖动 和多键、窜键保护电路。这种键盘使用方便,但需要较多的硬件,价格较贵,一般的 单片机应用系统较少采用。非编码键盘只简单地提供行和列的矩阵,其它工作均由软 件完成。由于其经济实用,较多地应用于单片机系统中。 按键结构与特点: 微机键盘通常使用机械触点式按键开关,其主要功能是把机械 上的通断转换成为电气上的逻辑关系。也就是说,它能提供标准的 TTL 逻辑电平,以 便与通用数字系统
21、的逻辑电平相容。 4.4 时钟芯片电路时钟芯片电路 图 4-4 时钟芯片电路原理图 DS1302 介绍 DS1302 的引脚排列,其中 Vcc1 为后备电源, VCC2 为主电源。在主电源关闭的 情况下,也能保持时钟的连续运行。 DS1302 由 Vcc1 或 Vcc2 两者中的较大者供电。 当 Vcc2 大于 Vcc1+0.2V 时,Vcc2 给 DS1302 供电。当 Vcc2 小于 Vcc1 时,DS1302 - 11 - 由 Vcc1 供电。X1 和 X2 是振荡源,外 接 32.768kHz 晶振。RST 是复位/片选线, 通过把 RST 输入驱动置高电平来启动所 有的数据传送。 R
22、ST 输入有两种功能:首 先,RST 接通控制逻辑,允许地址 /命令序列送入移位寄存器;其次, RST 提供终 止单字节或多字节数据的传送手段。当RST 为高电平时,所有的数据传送被初始 化,允许对 DS1302 进行操作。如果在传送过程中 RST 置为低电平,则会终止此次 数据传送,I/O 引脚变为高阻态。上电运行时,在Vcc2.0V 之前,RST 必须保持 低电平。只有在 SCLK 为低电平时,才能将 RST 置为高电平。 I/O 为串行数据输入 输出端(双向),后面有详细说明。 SCLK 为时钟输入端。 下图为 DS1302 的引脚功 能图: 图 4-5 DS1302 引脚图 5 软件总
23、的设计软件总的设计 图 5-1 主程序流程图 开开始始 初初始始化化 校校时时状状态态? 读读DS1302 数数据据格格式式变变换换 显显示示 按按键键扫扫描描处处理理 整整点点查查询询 N Y - 12 - 6 软件分模块设计软件分模块设计 6.1 显示程序流程图显示程序流程图 图 6-1 显示程序流程图 - 13 - 6.2 闹钟比较程序流程图闹钟比较程序流程图 图 6-2 闹钟比较程序流程图 7 调试结果记录调试结果记录 用 MEDWIN 语言进行编程,采用 Proteus 软件进行电路图的仿真,把程序烧写进去 进行调试,出现如下的结果,可以显示年月日时分秒以及日期。 图 7-1 调试结
24、果记录图 - 14 - 8 总结总结 这次仿真实现了电子钟设计的任务,并在要求的功能上增加了年月日以及星期的功 能。对所学的知识进行了巩固,练习了汇编软件、Proteus 软件和 Protel 绘图软件。 结论与谢辞结论与谢辞 感谢学院在我们即将踏入社会时,给我们这次理论联系实际的机会,通过这次毕 业设计,我们更好地将已经学过的知识进行巩固,也很感谢余红娟老师对我的论文的 不厌其烦的细心指点。 通过这段时间对专业基础理论的学习与巩固,通过查阅一些有关专业资料的学习, 使自己对专业知识有了进一步的理解。虽然在此过程中感觉有点不是太顺利,但从毕 业设计过程中,我的确学到了很多东西,在巩固专业知识的
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