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基于AT89C51单片机数字钟.rar

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    基于 AT89C51 单片机 数字
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    贵州大学本科毕业论文 (设计) 第 I 页目 录基于 AT89C51 单片机数字钟 ......................................................................II摘要 ................................................................................................................IIAT89C51 microcontroller based digital clock ...........................................IIIAbstract.......................................................................................................III第一章绪论: ..............................................................................................11.1 研究目的及意义 .....................................................................................11.2 国内外研究的现状 .................................................................................11.3 数字钟 .....................................................................................................2第二章 硬件设计 ........................................................................................42.1 单片机介绍 .............................................................................................42.2 LED 显示器 ..............................................................................................72.3 蜂鸣器 ...................................................................................................102.4 键盘 ........................................................................................................102.5 译码电路 ................................................................................................12第三章 电路介绍 ......................................................................................133.2 时钟电路: ............................................................................................133.3 复位电路 ................................................................................................143.4 计数器/定时器原理 .............................................................................15第四章硬件电路 ...........................................................................................174.1 总体设计 ................................................................................................17第五章 软件程序 ......................................................................................23贵州大学本科毕业论文( 设计) 第 II 页参考文献 ....................................................................................................25致谢 ...............................................................................................................26附录 ............................................................................................................27数字钟硬件电路图 .......................................................................................27程序 ...............................................................................................................28贵州大学本科毕业论文(设计) 第 III 页基于 AT89C51 单片机数字钟摘要随着现代生活节奏的逐渐加快,人们对时间的运用和把握显得越发的重要。能更为高效的解决事情会使我们在竞争激烈的当今社会中取得先机。本文研究的重点在于通过 MCS-51 单片机控制的数字钟。通过 AT89C51 单片机为主的控制器,在对整个单片机系统,LED 显示,键盘,蜂鸣器等附件进行深入的学习,研究后,再对各个硬件模块分析,调试,安装,最后编写一段相关的汇编语言程序输入单片机中,完成整个设计。设计出来的电子钟能够实现的功能为时间的修改,显示,闹铃,通过键盘来实现对时间的调校和闹铃的设置。能将多种功能集于一身,是单片机的主要优势之一,除此外,它相对的运算速度和精确度都比较高,能够满足我们对时钟的一切要求,本系统大部分功能都是由程序控制完成,硬件电路的复杂性降低了很多,所以本文采用此种方法来实现数字钟,也符合当代数字钟设计的主流趋势。关键字:数字钟 ;AT89C51 单片机 ;LED 显示 ;闹铃贵州大学本科毕业论文 (设计) 第 IV 页AT89C51 microcontroller based digital clockAbstractNowadays the speed of our life is becoming faster and faster. It’s important to us to good at using time. If we can make things more efficient solution to our society in today's highly competitive head start.The focus of this paper is the digital clock which is controlled by MCS-51 MCU. By AT89C51 microcontroller-based controller, the microcontroller in the system, LED display, keyboard, buzzer-depth look at other accessories for study, research, and then analysis of the various hardware modules, debugging, installation, and finally write a related Enter the microcontroller assembly language program to complete the entire design.The time clock design by us can achieve such as change, display, alarm, through the keyboard to adjust and set the alarm time. One of the main advantages of microcontroller is there are a variety of functions rolled into one. Besides , it is relatively the speed and high accuracy, we can meet all the requirements on the clock. Most of the functionality of the system are there procedures complete control, do reduce the complexity of the circuit a lot, so the use of such methods to achieve this digital clock combined contemporary design trends.Keywords :digital clock ,AT89C51 microcontroller ,LED display ,alarm贵州大学本科毕业论文(设计) 第 1 页第一章绪论:1.1 研究目的及意义数字钟的设计方法是多种多样的,用小规模集成电路组成,利用电子时钟芯片DS1308 等配上显示电路,还有就是利用单片机控制。基于单片机的数字钟设计看似是对数字钟来进行制作,实际上主角是单片机,整个论文也是围绕着单片机在数字钟系统中的运用来进行研究的。如今我们所接触的电子产品都逐渐在向着智能化,轻便,简洁等方面发展。而由于单片机内部集成度高,体积小,高功率,高性能等特点集于一身,使得它将会在以后成为各类电子产品内部主要的控制工具。而伴随着这种趋势的发展,我们对单片机更深入的研究和学习都显得很有必要了,通过基于单片机数字钟的设计能使我们对 51 型单片机能有更进一步的了解。可以从中帮我们找到许多单片机的特性和优点。从航空航天事业到汽车上各种仪表的控制,从计算机的网络通讯与数据传输,到工业自动化过程的控制和数据处理,以及生活中广泛使用的各种智能IC 卡、银行取款机等,这些都离不开单片机工作。作为典型的主流的AT89S51 型单片机我们更要深刻的认识和掌握。在单片机产生后,我们就将控制这些东西变为智能化了,我们只需要在单片机外围接一点简单的接口电路,核心部分只是由人为的写入程序来完成。这样产品的体积变小了,成本也降低了,长期使用也不会担心精度达不到了。单片机的使用将会让我们的生活更加的多姿多彩并且更加的智能化。所以现在对单片机的研究和学习都是很有意义的,本次论文的宗旨也是希望通过电子钟的设计使我们对单片机有更为直观的认识和体会,最终让我们从实践中巩固理论知识。1.2 国内外研究的现状1976 年 INTEL 公司研制出 MCS-48 系列 8 位单片机,这标志着第一台单片机的问世,在 20 世 纪 80 年 代 初 期 , Intel 公 司 在 原 有 MCS-48 系 列 单 片 机 的 基 础 上 , 推 出 了MCS-51 系 列 8 位 高 档 单 片 机 。 MCS-51 系 列 单 片 机 无 论 是 片 内 I/O 口 功 能 , RAM 容 量和 系 统 扩 展 方 面 都 有 了 很 大 的 提 高 。贵州大学本科毕业论文(设计) 第 2 页随着单片机的发展趋势,我们所研究的基于单片机的数字钟也摆脱了原有的功能单一,体积庞大,走时不精确的缺点逐渐变得更为的低功耗,功能完善,体积变小,成本也在逐渐的降低。我们现在所见到的数字钟已经能够显示更多的信息,也增添了许多的功用,如:电子的日历,电子的闹钟,温度计,湿度计等。这些都和单片机的升级是分不开的。1.3 数字钟数字钟是一种用数字电路技术实现时、分、秒计时的装置,与机械式时钟相比具有更高的准确性和直观性,且无机械装置,具有更长的使用寿命,已得到广泛的使用。[2]。 现 在 市 面 上 的 数 字 钟 大 多 功 能 较 为 的 单 一 , 走 时 有 的 时 候 也 不 是 很 准 确 , 所 以设 计 一 个 功 能 较 为 完 善 的 电 子 钟 ,还 是 很 有 意 义 和 必 要 的 。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。在进入电子时代后,相对于机械时钟,更为直观,准确的电子钟得到了广大人群的青睐,无数大小不一,外观不同的电子式时钟充斥着大街小巷,这给我们的生活带来了不小的便利。由于数字集成电路和石英晶体振荡器的使用的日趋成熟与广泛,都使数字钟无论从使用寿命还是从精确等角度都将超过老式的时钟。现如今,电子钟的使用率是越来越高,他给人们带来的便利也越来越多,我们的生活也越来越离不开它了。贵州大学本科毕业论文(设计) 第 3 页第二章 硬件设计2.1 单片机介绍单片机是单片微型计算机的简称,单片机比专用处理器更适合应用于嵌入式系统,嵌入式系统是以应用为中心,以计算机技术为基础,软硬件可裁剪,适用于应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统。 【1】单片机具有体积小,价格便宜,可靠性高等特点,除了没有 I/O 系统外,我们就可以称之为计算机。在进入电子时代以来,基本上所有的电器,汽车等都带有不止一块的单片机。它把计算机的基本部件微型化,并集成到一块芯片上,比如 CPU,128 字节的RAM,还有定时器/计数器,总线如 RS-232 串行通信口、系统时钟、中断控制等,但在功能性方面比家用机要弱了不少,相对的价格也低廉了不少。也适合大量的生产和使用。尽管如此现在高端的单片机的主频也能达到 300MHZ,而且还有不断发展的趋势,由于其质量小,典型的嵌入式微处理器,使得单片机会有更加光明的未来。早期的单片机都采用 PMOS 工艺逐渐发展到现在的 CMOS 半导体工艺技术。慢慢的提高了其集成度,使其功耗大大的降低,工作电压的范围也随之加宽。伴随着电子时代的到来,我们身边被各种电子产品充斥着,琳琅满目的电子仪器、仪表,洗衣机、电视机等,在其中都多少的加入了单片机的成分,除此外在当今的社会我们对电子产品的要求逐渐向小,快,灵发展,由于其价格低廉,体积小等特点,更加推动了单片机将会在今后大有可为。单片机系统结构简单,使用方便,实现模块化; 单片机可靠性高; 处理功能强,速度快,以上各种优势都让之成为了当今电子产品的主流控制系统。AT89C51 是一种带 4K 字节闪存可编程可擦除只读存储器的低电压、高性能 CMOS 8位微处理器,俗称单片机。AT89C2051 是一种带 2K 字节闪存可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除 1000 次。该器件采用 ATMEL 高密度非易失存储器制造技术制造,与工业标准的 MCS-51 指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能 8 位 CPU 和闪烁存储器组合在单个芯片中,ATMEL 的 AT89C51 是一种高效微控贵州大学本科毕业论文(设计) 第 4 页制器,AT89C2051 是它的一种精简版本。AT89C 单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。 AT89C51 还是一款单片封装的微控制器,适合于许多要求高集成度、低成本的场合。可以满足多方面的性能要求。AT89C51 采用了高性能的处理器结构,指令执行时间只需2 到4 个时钟周期。6 倍于标准51 单片机器件。AT89C51 集成了许多系统级的功能,可以极大的减小成本。各端口功能VCC:用于电压的提供GND:用于接地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 P0 口的管脚第一次写 1 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 个 带 内 部 上 拉 电 阻 的 8 位 双 向 I/O 口 , P1 口 的 缓 冲 器 能 够 接 收输 出 4 个 TTL 门 电 流 。 当 P1 口 的 管 脚 被 写 入 “1”, 内 部 上 拉 会 为 高 , 可 被 用 作 为输 入 , 当 P1 口 被 外 部 下 拉 为 低 电 平 时 , 输 出 电 流 , 由 于 内 部 上 拉 的 缘 故 。 在 FLASH编 程 和 校 验 时 , P1 口 将 会 作 为 第 八 位 的 地 址 来 接 收 。P2 口:P2 口为一个内部上拉电阻的 8 位准双向口,P 2 口 的 缓 冲 器 能 接 收 , 输 出4 个 TTL 门 电 流 , 当 P2 口 被 写 入 “1”时 , 其 管 脚 被 内 部 上 拉 电 阻 拉 高 , 且 作 为 输入 。 并 作 为 输 入 时 , P2 口 的 管 脚 会 被 外 部 拉 低 , 将 输 出 电 流 。 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 将 会 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 。P3 口 : P3 口 是 一 个 带 有 内 部 上 拉 电 阻 的 8 为 准 双 向 I/O 口 , 且 是 个 双 功 能 口 。当 作 为 第 一 功 能 口 使 用 时 , 工 作 原 理 和 P1, P2 口 差 不 多 , 但 第 二 输 出 功 能 线 保 持 为高 电 平 , 使 与 非 门 N3 对 锁 存 器 输 出 ( Q 端 ) 畅 通 。 P3 口还能作为 AT89C51 的第二功能,如下:端口引脚 第二功能贵州大学本科毕业论文(设计) 第 5 页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 )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。XTAL1:反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2:来自反向振荡器的输出。运算器:实现 4 位、8 位、16 位数据完成算术和逻辑运算累加器:8 位的寄存器,其中精彩存放一个操作数、中间结果和运算结果。控制器:计算机的控制指挥部件,使计算机的每个部件能协调工作。寄存器:用于存放程序和数据。中央处理器:MCS-51 的 CPU 能处理 8 位二进制数或代码。定时器/计数器:8051 有 2 个 16 位的定时器/计数器,用于实现定时或计数的功能,并以其定时或计数的结果对计算机进行控制。定时的时候靠内部分频时钟频率计数实现,做计数器时,对 P3.4(T0)或 P3.5(T1)端口的低电平脉冲计数。中断:MCS-51 中共有 5 个中断源,其中外中断 2 个,定时中断 2 个,串行中断 1个,全部中断分为高级和低级共俩个优先级别。2.2 LED 显示器本次设计的数字钟将采用 7 段 LED 显示。它的内部由 7 个条形发光二极管和一个圆点发光二极管组成。可以显示从 0-9 等 10 个数字。LED 即发光二极管,英文全称为 Light Emitting Diode。单独的发光二极管便是贵州大学本科毕业论文(设计) 第 6 页一个最简单的 LED, LED 数码管是由若干个发光二极管组成的显示字段的显示器件,一般简称为数码管。在 7 段 LED 中通常分为静态显示原理和动态显示原理,静态显示是指,当数码管显示某个字符的时候,相应的字段的发光二极管恒定的导通或截至,灯的亮、灭不变,在这种情况下,多个 LED 是同时显示的。动态显示是指每隔一段时间循环点亮每个 LED 数码管,每次只有一个 LED 被点亮。根据人眼的视觉暂留效应,当循环点亮的速度很快的时候,就可以认定各个 LED 是稳定显示的。动态显示的硬件连接较为简单,虽然占用 CPU 较多,但由于本次设计无需对 CPU 要求过高,所以采用动态显示的方案。程序中采用扫描显示的方式,即在同一时刻,只使用一个 LED 显示数据。通过为共阴极 LED(或共阳极 LED)的公共引脚引入低电平或高电平,从而选择某个 LED 显示。如此循环,使每个 LED 显示该 LED 应显示的数据,并进行适当的延时,形成视觉暂留效果。这样便可以达到动态显示的目的。 LED 数码有共阳和共阴两种,把这些 LED 发光二极管的正极接到一块(一般是拼成一个 8 字加一个小数点)而作为一个引脚,就叫共阳的,相反的,就叫共阴的,那么应用时这个脚就分别的接 VCC 和 GND。再把多个这样的 8 字装在一起就成了多位的数码管了。 图 2.2 共阴数码管引脚图 2.1 共阳数码管引脚本次设计采用的是 6 位 7 段 LED 共阳数码管,通过动态显示来完成数字钟系统的显示模块,通常的 7 段显示器的内部有 8 个发光二极管,在应用时将公共接地线 GND
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