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基于SST89E516微控制器的电子闹钟设计与仿真.rar

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    基于 SST89E516 控制器 电子 闹钟 设计 仿真
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    贵州大学科技学院本科毕业论文(设计) 第 I 页目录摘要 ..................................................................IIIAbstract...............................................................IV第一章 绪论 ............................................................11.1 课题背景 .......................................................11.2 课题目的和意义 .................................................11.3 电子设计自动化 .................................................11.4 本文设计结构 ...................................................2第二章 方案的选择 ......................................................32.1 电子时钟典型结构 ...............................................32.2 单片机选型 .....................................................32.3 按键方式 .......................................................42.4 显示方式 .......................................................4第三章 主要器件及软件简介 ..............................................53.1 SST89E516RD 单片机 .............................................53.2 EDA 仿真软件 Proteus............................................53.3 集成开发环境 Keil ..............................................63.4 Keil 和 Proteus 联合仿真平台的搭建 ..............................7第四章 系统总体设计 ....................................................94.1 电子闹钟的工作原理 .............................................94.2 硬件部分的设计 .................................................94.2.1 单片机最小应用系统 ......................................104.2.2 LED 数码管显示模块 ......................................114.2.3 按键模块 ................................................124.2.4 蜂鸣器驱动电路 ..........................................134.3 软件部分的设计 ................................................134.3.1 主程序 ..................................................134.3.2 中断定时器 T0 ...........................................14贵州大学科技学院本科毕业论文(设计) 第 II 页4.3.3 中断定时器 T1 ...........................................154.3.4 数据显示函数 ............................................164.3.5 按键扫描 ................................................17第五章 系统仿真 .......................................................185.1 Keil 与 Proteus 联合仿真 .......................................185.2 系统仿真结果 ..................................................18第六章 设计总结 .......................................................20参考文献 ...............................................................21附录一 源程序代码 .....................................................22附录二 定时器 1 中断程序代码 ...........................................22附录三 定时器 0 中断程序代码 ...........................................23附录四 动态显示函数代码 ...............................................24附录五 数据移动和延时函数代码 .........................................24致谢 ...................................................................26贵州大学科技学院本科毕业论文(设计) 第 III页基于 SST89E516 微控制器的电子闹钟设计与仿真摘要随着半导体制造技术的飞跃发展,微控制器(国内称之为单片机)的性能得到不断提升,而价格却不断下降。它的应用及其广泛,已渗入人类社会生活的方方面面,小到电子玩具,大到航空航天设备都有其身影出现。基于微控制器的电子产品不仅具有智能化的特征,而且功能易于扩展。本设计就是以 SST89E516 微控制器为核心,实现一个具有计时、校时、闹钟等多种功能为一体的电子时钟。它使用 6 位 LED 数码管显示,能同时显示时、分、秒,具有显示清晰直观、走时准确、使用方便等优点,有着非常广泛的用途。由于该电子时钟采用微控制器作主要部件,因此其功能易于扩展和改变,通过软件的方式可在该时钟电路的基础上实现诸如多闹钟、多区域计时、跑表等多种实用功能,而这些是传统电子钟所不具备的。设计中通过借助集成开发环境 Keil 和 EDA 软件 Proteus 对电子闹钟的软硬件进行联合仿真调试,在减少设备、成本投入的同时,还大大缩短了开发的周期,使得从概念到产品成为可能,为产品的快速上市赢得先机。关键字电子闹钟;SST89E516 ;仿真;EDA贵州大学科技学院本科毕业论文(设计) 第 IV 页Design and Simulation of Electronic Alarm Clock Based on SST89E516 MCUAbstractWith the rapid development of semiconductor manufacturing technology, micro-controller (MCU domestic calls) in increased performance, while prices are declining. Its application and its broad, have infiltrated every aspect of human social life, small electronic toys, large aerospace has its presence there. Microcontroller-based intelligent electronic products not only has the characteristics and features easy to expand.This design is to SST89E516 microcontroller as the core, to achieve a time, school, alarm clock and other functions as one of the electronic clock. It uses 6-bit LED digital display, can display hours, minutes and seconds, with a clear and intuitive display, accurate time and ease of use, has a very wide range of uses. As the electronic clock the microcontroller as the main component, so its function is easy to extend and change the way software is available on the clock on the basis of the circuit such as multi-alarm clock, multi-zone time, stopwatch, and other functional, but These are the traditional clock do not have.The design of integrated development environment by using Keil and Proteus EDA software for electronic hardware and software co-simulation clock debugging, reducing equipment cost of inputs, while also greatly reducing the development cycle, from concept to product makes it possible for product The win-market opportunities.Key wordsElectronic Alarm Clock,SST89E516,Simulation,EDA贵州大学科技学院本科毕业论文(设计) 第 1 页第一章 绪论1.1 课题背景随着生活水平的提高,人们越来越追求人性化的事物,传统的时钟已不能满足人们的需求。现代的时钟不仅需要模拟电路技术而且需要数字电路技术和单片机技术,增加时钟的功能。电子闹钟可利用软件编程尽量做到硬件电路简单稳定,减少电磁干扰和其他环境干扰,减少因元器件精度不够引起的误差。尽管如此电子钟还是可以改进和提高,比如选用更精密的元器件。但与机械式时钟相比已经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,因此得到了广泛的使用。1.2 课题目的和意义现代的快节奏生活给人们的精神上带来了很大压力。如何排解或缓解这些压力已经成为很多人关心的问题。单片机电子闹钟是具有发展前景闹钟创新性的系统,它代表了时代的发展趋势。2011 年,无论从国内外行业发展趋势,还是从闹钟市场准入的要求来看,节能、环保、创新都已成为中国家电企业无法回避的大问题。在原材料价格不断上涨、下游渠道商实力膨胀、价格战越来越激烈、行业利润日趋微薄的背景下,日前,中国的电子闹钟在节能化、环保化、创新型转变过程中,正进行新一轮闹钟赛跑。目前,国内专业 51 电子闹钟厂家的数量正在迅速增长。51 电子闹钟市场在未来的三五年内会高速增长,新技术、新产品也会不断出现并投入应用。电子闹钟在科学技术高度发展的今天,千家万户都少不了它,所以很多家庭个人都需要有一个电子闹钟,为人们提供报时方便,但普通电子闹钟不够方便实用。本文给出了一种以 51 芯片电子闹钟设计方法,从而给人们带来更为方便的工作与生活。1.3 电子设计自动化电子设计自动化(EDA:Electronic Design automation)是将计算机技术应用于电子设计过程中而形成的一门新技术,它已经被广泛应用于电子电路的设计和仿真,集成电路的版图设计、印刷电路板(PCB)的设计和可编程器件的编程等各项工作中。20 世纪 90 年代,国际上电子和计算机技术较先进的国家,一直在积极探索新贵州大学科技学院本科毕业论文(设计) 第 2 页的电子电路设计方法,并在设计方法、工具等方面进行了彻底的变革,取得了巨大成功。EDA 技术就是以计算机为工具,设计者在 EDA 软件平台上,用硬件描述语言VHDL 完成设计文件,然后由计算机自动地完成逻辑编译、化简、分割、综合、优化、布局、布线和仿真,直至对于特定目标芯片的适配编译、逻辑映射和编程下载等工作。EDA 技术的出现,极大地提高了电路设计的效率和可操作性,减轻了设计者的劳动强度。利用 EDA 工具,电子设计师可以从概念、算法、协议等开始设计电子系统,大量工作可以通过计算机完成,并可以将电子产品从电路设计、性能分析到设计出 IC 版图或 PCB 版图的整个过程的计算机上自动处理完成。现在对 EDA 的概念或范畴用得很宽。包括在机械、电子、通信、航空航天、化工、矿产、生物、医学、军事等各个领域,都有 EDA 的应用。目前 EDA 技术已在各大公司、企事业单位和科研教学部门广泛使用。例如在飞机制造过程中,从设计、性能测试及特性分析直到飞行模拟,都可能涉及到 EDA 技术1.4 本文设计结构本文通过基于 SST89E516 微控制器的电子闹钟的设计与仿真。第一章:绪论(本章阐述了课题的背景,课题研究的目标和意义,电子设计自动化以及本文的设计结构。 )第二章:方案的选择(本章简单介绍了电子时钟的典型结构以及本次设计中单片机选型,按键方式和显示方式)第三章:主要器件及软件简介(本章主要介绍本次设计核心器件 SST89E516RD单片机,EDA 仿真软件 Proteus,集成开发环境 Keil 以及 Keil 和 Proteus 联合仿真平台的搭建。 )第四章:总体设计(本章是这次设计的核心部分。系统的介绍了该电子闹钟的工作原理以及硬件设计和软件设计。 )第五章:系统仿真(本章主要介绍 KeilC51 与 proteus 程序仿真以及仿真结果。)第六章:设计总结(总结本次设计的心得)贵州大学科技学院本科毕业论文(设计) 第 3 页第二章 方案的选择2.1 电子时钟典型结构电子时钟结构由五部分构成,分别是 LED、驱动电路、计数电路、校准电路和频率发生器。其结构图如图 2.1.图 2.1 电子时钟结构图2.2 单片机选型通过对多种单片机型号性能的分析,最终认为 SST89E516 是最理想的电子闹钟开发芯片。SST89E516RD 单片机可靠性高,价格低廉,软硬件全兼容 8051/52 系列单片机, 原有资源均可使用。最高工作频率可达 40MHz,内部具有 64K+8KB 的FALSH ROM 存储器,可反复读写上万次,数据保存超过十年。在应用中基本无需再扩展程序储存器。此外内部数据 RAM 达 1K 字节,能满足大多数应用,比标准51 机的 RAM 大 8 倍。与现行的 80C52 列单片机硬件 PIN-TO-PIN 完全兼容,软件、贵州大学科技学院本科毕业论文(设计) 第 4 页开发工具也完全兼容。是最好的选择 [1-5]。2.3 按键方式按照键盘与 CPU 的连接方式可分为独立式键盘和矩阵式键盘。独立式键盘是各个按键相互独立,每个按键占用一个 I/O 口线,每根 I/O 口线上的按键不会影响其他 I/O 口上按键工作状态。独立式键盘电路配置灵活,软件结构简单,但每个按键必须占用一根 I/O 口,在按键数量较多时,I/O 口线浪费较大,且电路结构复杂。矩阵式键盘适合按键较多时使用。由于本设计的电子钟需要 4 个按键,若采用矩阵式键盘时会有按键浪费,故采用的是独立式键盘。2.4 显示方式显示器是将一定的电子文件通过特定的传输设备显示到屏幕上再反射到人眼的一种显示工具。常用的显示器有 CRT 显示器,LCD 显示器,LED 显示器等。CRT 显示器:是一种使用阴极射线管(Cathode Ray Tube)的显示器它是目前应用最广泛的显示器之一,CRT 纯平显示器具有可视角度大、无坏点、色彩还原度高、色度均匀、可调节的多分辨率模式、响应时间极短等 LCD 显示器难以超过的优点。LCD 显示器:是 Liquid Crystal Display 的简称, LCD 显示器即液晶显示屏,优点是机身薄,占地小,辐射小,给人以一种健康产品的形象。LED 显示器: LED 显示屏就是 light emitting diode ,发光二极管的英文缩写,简称 LED。它是一种通过控制半导体发光二极管的显示方式,集微电子技术、计算机技术、信息处理于一体,以其色彩鲜艳、动态范围广、亮度高、寿命长、工作稳定可靠等优点,成为最具优势的新一代显示媒体。LED 显示器通过发光二极管芯片的适当连接(包括串联和并联)和适当的光学结构,可构成发光显示器的发光段或发光点。由这些发光段或发光点可以组成数码管、符号管、米字管、矩阵管、电平显示器管等等。在本次设计中由于液晶显示器的驱动电路较为复杂,使用起来有一定的难度。但 LED 数码管的驱动电路较为简单,使用方便,且价格相对低廉,故在本次设计中选用 LED 数码管作为显示部分设计。贵州大学科技学院本科毕业论文(设计) 第 5 页第三章 主要器件及软件简介3.1 SST89E516RD 单片机SST89E516RD 单片机可靠性高,价格低廉,软硬件全兼容 8051/52 系列单片机, 原有资源均可使用。最高工作频率可达 40MHz,内部具有 64K+8KB 的 FALSH ROM 存储器,可反复读写上万次,数据保存超过十年。在应用中基本无需再扩展程序储存器。此外内部数据 RAM 达 1K 字节,能满足大多数应用,比标准 51 机的RAM 大 8 倍。 最重要的是该型单片机,支持在应用可编程(IAP) ,和在系统可编程(ISP) ,可实现远程升级, 而不用编程器。SST 公司专门为该型单片机开发了SoftICE(Software In Circuit Emulator )在线的软件仿真器软件。它是 SST 公司为方便 SST 用户使用、调试 SST 单片机 所开发的开发工具。 SST89E516 微控制器实物图如图 3.1。图 3.1 SST89E516RD 实物3.2 EDA 仿真软件 ProteusProteus 软件是一款在国内开始广泛流行的 EDA 软件,该软件具有模拟电路仿真,数字电路仿真,单片机及外围电路组成的系统仿真,RS-232 动态仿真,12C 调试器、SPI 调试器、键盘和 LCD 系统的仿真,以及各种虚拟仪器,如示波器、逻辑分析仪、信号发生器等。该软件目前支持的单片机类型有:68000 系列、8051 系列、AVR 系列、PIC12 系列、 PIC16 系列、PIC18 系列、Z80 系列、HC11 系列、ARM以及各种外围芯片。该软件还支持大量的存储器和外围芯片,总之,该软件是一款集单片机和 SPICE 分析于一身的仿真软件,功能极其强大 [6]。Proteus 主要由两大部分组成:贵州大学科技学院本科毕业论文(设计) 第 6 页 ISIS——原理图设计、仿真系统。它主要用于电路原理图的设计以及互式仿真。 ARES——印刷电路板设计系统。它主要用于印刷电路板的设计,产生最终的PCB 文件。Proteus 主要特点: 具有模拟电路仿真、数字电路仿真、单片机及其外围电路组成的系统的仿真、 RS232 动态仿真、I2C 调试器、SPI 调试器、键盘和 LCD 系统仿真的功能;有各种虚拟仪器,如示波器、逻辑分析仪、信号发生器等。 支持主流单片机系统的仿真。目前支持的单片机类型有:68000 系列、8051 系列、AVR 系列、PIC12 系列、 PIC16 系列、PIC18 系列、Z80 系列、HC11 系列以及各种外围芯片。 提供软件调试功能。在硬件仿真系统中具有全速、单步、设置断点等调 试功能,同时可以观察各个变量、寄存器等的当前状态;同时支持第三方的软件编译和调试环境,如 Keil 等软件。  具有强大的原理图绘制功能。在本系统中,Proteus 软件的用途首先是画出硬件原理图,其次是将软件加载进去,进行模拟仿真,在仿真的过程中对软件和硬件进行完善,最后完成整个硬件与软件系统 [7]。3.3 集成开发环境 Keil Keil C51 是德国 Keil Software 公司出品的 51 系列兼容单片机 C 语言集成开发环境(IDE) 。 Keil C51 软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具,全Windows 界面。目标代码效率非常之高,多数语句生成的汇编代码很紧凑,容易理解。在开发大型软件时更能体现高级语言的优势。Keil C51 可以完成编辑、编译、连接、调试、仿真等整个开发流程。开发人员可用 IDE 本身或其它编辑器编辑 C 或汇编源文件。然后分别由 C51 及 A51 编译器编译生成目标文件(.OBJ)。目标文件可由 LIB51 创建生成库文件,也可以与库文件一起经 L51 连接定位生成绝对目标文件 (.ABS)。 ABS 文件由 OH51 转换成标准的Hex 文件,以供调试器 dScope51 或 tScope51 使用进行源代码级调试,也可由仿真器使用直接对目标板进行调试,也可以直接写入程序存贮器如 EPROM 中。在本课题中 Keil C51 主要是实现程序的编译及调试,以及实现软件仿真中程序
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