AT89C51单片机电子时钟设计资料.pdf
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1、AT89C51 单片机电子时钟设计 学院: 专业: 学号: 学生: 目录 1 电子时钟 4 1.1 电子时钟简介 4 1.2 电子时钟的基本特点 4 1.3 电子时钟的原理 4 2 单片机识的相关知识 4 2.1 单片机简介 . 4 2.2 单片机的特点 5 2.3 AT89C51 单片机介绍 . 5 3 设计方案的选择 7 3.1 计时方案 . 7 3.2 显示方案 7 3.3 数码管显示工作原理 8 3.4 键盘电路设计 9 3.5 主控模块 AT89C51. 9 4 系统软件设计 9 附录. 12 摘要:单片机自 20 世纪 70 年代问世以来,以其极高的性能价格比,受到 人们的重视和关
2、注。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,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。这次设计通过对它的学习、应用,以AT89C51 芯片为核心,辅以必要 的电路,设计了一个简易的电子时钟,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。 关键词:单片机;电子时钟; AT89C51 1 电子时钟 1.1 电子时钟简介 本设计采用 AT89C
3、51单片机,以汇编语言为程序设计的基础, 设计一个用六 位数码管显示时、 分、秒的时钟。现代的电子时钟是基于单片机的一种计时工具, 采用延时程序产生一定的时间中断,用于一秒的定义, 通过计数方式进行满六十 秒分钟进一,满六十分小时进一, 满二十四小时小时清零, 从而达到计时的功能, 是人民日常生活不可缺少的工具。 1.2 电子时钟的基本特点 现在高精度的计时工具大多数都使用了石英晶体振荡器,由于电子钟、 石英 钟、石英表都采用了石英技术,因此走时精度高,稳定性好,使用方便,不需要 经常调试,数字式电子钟用集成电路计时时,译码代替机械式传动,用LED 显 示器代替指针显示进而显示时间,减小了计时
4、误差,这种表具有时、分、秒显示 时间的功能,还可以进行时和分的校对,片选的灵活性好。 1.3 电子时钟的原理 该电子时钟由 AT89C51,键盘,八段数码管等构成,采用晶振电路作为驱 动电路,由延时程序和循环程序产生的一秒定时,达到时分秒的计时, 六十秒为 一分钟,六十分钟为一小时, 满二十四小时为一天。 而电路中唯一的一个控制键 却拥有多种不同的功能, 按下又松开, 可以实现屏蔽数码管显示的功能,达到省 电的目的; 直接按下不松开, 则可以通过按键实现分钟的累加,每按一次分钟加 一;而连续两次按下按键不放松, 则可实现小时的调节, 同样每按一次小时加一。 2 单片机识的相关知识 2.1 单片
5、机简介 单片机是指一个集成在一块芯片上的完整计算机系统。尽管他的大部分功 能集成在一块小芯片上, 但是它具有一个完整计算机所需要的大部分部件:CPU、 内存、内部和外部总线系统,目前大部分还会具有外存。同时集成诸如通讯接 口、定时器,实时时钟等外围设备。而现在最强大的单片机系统甚至可以将声 音、图像、网络、复杂的输入输出系统集成在一块芯片上。 2.2 单片机的特点 1. 单片机的存储器 ROM 和 RAM 时严格区分的。 ROM 称为程序存储器,只存放 程序,固定常数,及数据表格。RAM 则为数据存储器,用作工作区及存放用户数 据。 2. 采用面向控制的指令系统。 为满足控制需要, 单片机有更
6、强的逻辑控制能 力,特别是单片机具有很强的位处理能力。 3. 单片机的 I/O 口通常时多功能的。 由于单片机芯片上引脚数目有限,为了 解决实际引脚数和需要的信号线的矛盾,采用了引脚功能复用的方法, 引脚处于 何种功能,可由指令来设置或由机器状态来区分。 4. 单片机的外部扩展能力很强。 在内部的各种功能部件不能满足应用的需求 时,均可在外部进行扩展, 与许多通用的微机接口芯片兼容,给应用系统设计带 来了很大的方便。 2.3 AT89C51 单片机介绍 VCC :电源。 GND :接地。 P0口:P0口为一个 8 位漏级开路双向I/O 口,每脚可吸收 8TTL门电流。当 P1口的管脚第一次写1
7、 时,被定义为高阻输入。 P0能够用于外部程序数据存储 器,它可以被定义为数据 / 地址的第八位。 在 FIASH编程时, P0 口作为原码输入 口,当 FIASH进行校验时, P0输出原码,此时 P0外部必须被拉高。 P1口:P1口是一个内部提供上拉电阻的8 位双向 I/O 口,P1口缓冲器能接 收输出 4TTL门电流。 P1口管脚写入 1 后,被内部上拉为高,可用作输入, P1 口被外部下拉为低电平时,将输出电流,这是由于内部上拉的缘故。在FLASH 编程和校验时, P1口作为第八位地址接收。 P2口:P2口为一个内部上拉电阻的8 位双向 I/O 口,P2口缓冲器可接收, 输出 4 个 T
8、TL门电流,当 P2口被写“ 1”时,其管脚被内部上拉电阻拉高,且 作为输入。并因此作为输入时,P2口的管脚被外部拉低,将输出电流。这是由 于内部上拉的缘故。 P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器 进行存取时, P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时,它利用内部上拉优 势,当对外部八位地址数据存储器进行读写时,P2口输出其特殊功能寄存器的 内容。 P2口在 FLASH 编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。 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
9、为输 入,由于外部下拉为低电平,P3口将输出电流( ILL )这是由于上拉的缘故。 P3口也可作为 AT89C51 的一些特殊功能口,如下表所示: P3.0 RXD(串行输入口) P3.1 TXD (串行输出口) P3.2 /INT0(外部中断 0) P3.3 /INT1(外部中断 1) P3.4 T0 (记时器 0 外部输入) P3.5 T1 (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) P3 口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。 RST :复位输入。 当振荡器复位器件时, 要保持 RST脚两个机器周期的高电 平时间
10、。 ALE/PROG:当访问外部存储器时, 地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的 地位字节。在 FLASH 编程期间,此引脚用于输入编程脉冲。在平时,ALE 端以不 变的频率周期输出正脉冲信号,此频率为振荡器频率的1/6 。因此它可用作对外 部输出的脉冲或用于定时目的。 然而要注意的是: 每当用作外部数据存储器时, 将跳过一个 ALE 脉冲。如想禁止ALE 的输出可在 SFR8EH地址上置 0。此时, ALE 只有在执行 MOVX ,MOVC 指令时 ALE 才起作用。另外,该引脚被略微 拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE 禁止,置位无效。 PSEN:外部程序存储器的选通信号。在由外部程序
11、存储器取指期间,每个 机器周期两次 /PSEN有效。但在访问外部数据存储器时, 这两次有效的 /PSEN 信 号将不出现。 EA/VPP: 当/EA 保持低电平时, 则在此期间外部程序存储 (0000H-FFFFH) , 不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1 时,/EA 将内部锁定为 RESET; 当/EA 端保持高电平时,此间内部程序存储器。在FLASH 编程期间,此引脚也 用于施加 12V 编程电源( VPP) 。 3 设计方案的选择 3.1 计时方案 方案 1:采用实时时钟芯片 现在市场上有很多实时时钟集成电路,如DS1287 、DS12887 、DS1302等。这 些实时时钟芯片具
12、备年、月、日、时、分、秒计时功能和多点定时功能,计时数 据的更新每秒自动进行一次, 不需要程序干预。 因此,在工业实时测控系统中多 采用这一类专用芯片来实现实时时钟功能。 方案 2:使用单片机内部的可编程定时器 利用单片机内部的定时计数器进行中端定时,配合软件延时实现时、 分、秒 的计时。该方案节省硬件成本,但程序设计较为复杂。 3.2 显示方案 对于实时时钟而言, 显示显然是另一个重要的环节。通常 LED显示有两种方 式:动态显示和静态显示。 静态显示的优点是程序简单、 显示亮度有保证、 单片机 CPU的开销小, 节约 CPU 的工作时间。但占有I/O 口线多,每一个 LED都要占有一个 I
13、/O 口,硬件开 销大,电路复杂。 需要几个 LED就必须占有几个并行口, 比较适用于 LED数量较 图 1 AT89C51 单片机 少的场合。当然当 LED数量较多的时候, 可以使用单片机的串行口通过移位寄存 器的方式加以解决,但程序编写比较麻烦。 LED动态显示硬件连接简单, 但动态扫描的显示方式需要占有CPU 较多的时 间,在单片机没有太多实时测控任务的情况下可以采用。 本系统需要采用 6 位 LED数码管来分别显示时、 分、秒, 因数码管个数较多, 故本系统选择动态显示方式。 3.3 数码管显示工作原理 数码管是一种把多个LED 显示段集成在一起的显示设备。有两种类型,一 种是共阳型,
14、一种是共阴型。共阳型就是把多个LED 显示段的阳极接在一起, 又称为公共端。共阴型就是把多个LED 显示段的阴极接在一起,即为公共商。 阳极即为二极管的正极,又称为正极,阴极即为二极管的负极,又称为负极。通 常的数码管又分为8 段,即 8 个 LED 显示段,这是为工程应用方便如设计的, 分别为 A、B、C、D、E、F、G、DP,其中 DP 是小数点位段。而多位数码管, 除某一位的公共端会连接在一起, 不同位的数码管的相同端也会连接在一起。即, 所有的 A 段都会连在一起,其它的段也是如此,这是实际最常用的用法。数码 管显示方法可分为静态显示和动态显示两种。静态显示就是数码管的8 段输入及 其
15、公共端电平一直有效。动态显示的原理是,各个数码管的相同段连接在一起, 共同占用 8 位段引管线;每位数码管的阳极连在一起组成公共端。利用人眼的 视觉暂留性, 依次给出各个数码管公共端加有效信号,在此同时给出该数码管加 有效的数据信号,当全段扫描速度大于视觉暂留速度时, 显示就会清晰显示出来。 图 2 数码管 3.4 键盘电路设计 该设计只用了一个键盘, 但实现的功能却是比较完善, 减少了硬件资源的损 耗,该键盘可以实现小时和分钟的调节以及控制是否进入省电模式。当按键按下 又松开,可以实现屏蔽数码管显示的功能,达到省电的目的;直接按下不松开, 则可以通过按键实现分钟的累加,每按一次分钟加一; 而
16、连续两次按下按键不放 松,则可实现小时的调节,同样每按一次小时加一。达到时间调节的目的。选择 的多功能按键如图3 所示。 3.5 主控模块 AT89C51 AT89C51 是一个 8 位单片机,片内ROM 全部采用 FLASH ROM 技术,晶振时钟 为 12MHz 。AT89C51是标准的 40 引脚双列直插式集成电路芯片, 有 4 个八位的并 行双向 I/O 端口,分别记作 P0、P1、P2、P3。第 31 引脚需要接高电位使单片机 选用内部程序存储器;第40 脚为电源端 VCC ,接+5V电源,第 20 引脚为接地端 VSS ,通常在 VCC 和 VSS引脚之间接 0.1 F 高频滤波电
17、容。 4 系统软件设计 在主程序的开始定义了一组固定单元用来存储计数的分、秒、 时的存储单元。 在主程序中,对不同的按键进行扫描,实现秒表,时间调整。系统总体流程图如 图 4 所示。 图 3 多功能控制键 系统子程序流程图如图5 所示。 N Y N Y T0 中断入口 通过查表方式显示数据 位选值 =8 数码位选加1 位选数值 =0 秒计数加1 秒计数 =500 秒计数 =0 SECOND 加 1 中断返回 开始 图 4 总体流程图 Y Y N N N 子程序入口 SECOND=60 SECOND=0 ,并 MINUTE加 1 MINUTE=60 MINUTE=0 ,并 HOUR 加 1 显示
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