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基于单片机的电子时钟设计2.rar

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    基于 单片机 电子 时钟 设计
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    科技学院 2011 届本科毕业论文基于单片机的电子时钟设计学科专业: 通信工程 指导教师: 何 勇 学生姓名: 王 飞 学生学号: 062004102037 中国﹒贵州﹒贵阳2011 年 5 月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前言 .............................................................................................................................................1第一章 系统相关技术背景介绍 .............................................................................................21.1 电子时钟 .....................................................................................................................21.1.1 电子时钟简介 ...................................................................................................21.1.2 电子时钟工作原理 ...........................................................................................21.2 单片机 .........................................................................................................................31.2.1 单片机发展历程 ...............................................................................................31.2.2 单片机特点 .......................................................................................................41.2.3 单片机的方案选择 ...........................................................................................41.3 单片机的基本结构 .....................................................................................................6第二章 系统硬件设计 ...........................................................................................................112.1 系统方案设计 ...........................................................................................................112.1.1 数字时钟方案 .................................................................................................112.1.2 数码管显示方案 .............................................................................................112.2 硬件设计 ...................................................................................................................122.3 LED 显示电路 ..........................................................................................................152.4 键盘控制电路 ...........................................................................................................16第三章 系统软件设计 ...........................................................................................................183.1 系统软件总体设计 ...................................................................................................183.2 数字钟软件设计原理 ...............................................................................................223.3 系统功能实现 ...........................................................................................................233.4 系统仿真 ...................................................................................................................27第四章 系统测试 ...................................................................................................................294.1 硬盘调试 ...................................................................................................................294.2 系统性能测试与功能说明 .......................................................................................29贵州大学科技学院本科毕业论文(设计) 第 II 页4.3 系统时钟误差分析 ...................................................................................................294.4 软件调试问题及解决 ...............................................................................................29总结 ...........................................................................................................................................31致谢 ...........................................................................................................................................33贵州大学科技学院本科毕业论文(设计) 第 III 页基于单片机的电子时钟设计摘要20 世纪末,电子技术获得了飞速的发展,在其推动下,现代电子产品几乎渗透了社会的各个领域,有力地推动了社会生产力的发展和社会信息化程度的提高,同时也使现代电子产品性能进一步提高,产品更新换代的节奏也越来越快。现代生活的人们越来越重视起了时间观念,可以说是时间和金钱划上了等号。对于那些对时间把握非常严格和准确的人或事来说,时间的不准确会带来非常大的麻烦,所以以数码管为显示器的时钟比指针式的时钟表现出了很大的优势 [2]。数码管显示的时间简单明了而且读数快、时间准确显示到秒。而机械式的依赖于晶体震荡器,可能会导致误差。数字钟是采用数字电路实现对“时” 、“分”、“秒” 数字显示的计时装置。数字钟的精度、稳定度远远超过老式机械钟。在这次设计中,我们采用 LED 数码管显示时、分、秒,以 24 小时计时方式,根据数码管动态显示原理来进行显示,用 12MHz 的晶振产生振荡脉冲,定时器计数。在此次设计中,电路具有显示时间的其本功能,还可以实现对时间的调整。数字钟是其小巧,价格低廉,走时精度高,使用方便,功能多,便于集成化而受广大消费的喜爱,因此得到了广泛的使用。关键词:单片机;数字钟;LED 数码管 贵州大学科技学院本科毕业论文(设计) 第 IV 页Based on monolithic integrated circuit's electronic clock designAbstractThe late 20th century, electronic technology gained rapid development in the promotion of modern electronics into almost all areas of society, a strong impetus to the development of social productive forces and social improvement in the level of information, but also the modern electronic product performance further increase the pace of product replacement and fast. There is a growing emphasis on modern life from the time the concept of time and money can be said to mark the equal sign. For those who take the time and things are very strict and precise, time is not exactly bring a very big trouble, so the digital clock to display the clock than the pointer to show a great advantage[2]. Digital display of time reading simple and fast, accurate time display to the second. The mechanical depend on the crystal oscillator, could lead to errors. Digital Clock is a digital circuit on the “when“, “minute“, “second“ digital display of the timing device. Digital clock precision, stability, far more than the old mechanical clock. In this design, we use LED digital display hours, minutes, seconds, 24-hour time mode, according to digital control theory to dynamic display to display, using 12MHz crystal oscillation pulse, the timer count. In this design, the circuit has a display time of the the function can be achieved for the time adjustment. Digital clock is its compact, low cost, travel time and high precision, easy to use, multi-function, ease of integration and loved by the majority of consumers, it has been widely used.Key words:microcontroller, digital clock, LED digital tube贵州大学科技学院本科毕业论文(设计) 第 V 页贵州大学科技学院本科毕业论文(设计) 第 1 页前言单片机全称为单片微型计算机(Single Chip microcomputer) 。因为单片机主要用于控制系统中,所以又称微控制器(Microcontroller Unit,MCU)或嵌入式控制器(Embedded Controller) 。它具有嵌入式应用系统所要求的体系结够、微处理器、指令系统、总线方式、管理模式等。它把计算机的基本部件微型化并集成到一块芯片上,通常片内都含有中央处理部件(CPU) 、数据存储器(RAM) 、程序存储器(ROM) 、定时器/技术器和各种输入/输出(I/O)接口 [1]。单片机具有体积小,价格低,可靠性高等优点,其非凡的嵌入式应用形态对于满足嵌入式应用需求具有独特的优势。单片机发展至今已 30 余年,在电子工业高度发达的今天,单片机以其简单的操作和强大的功能在电子芯片中占有一席之地,具有极其广泛的应用。目前实现简易电子钟的方法有很多。在论文中主要采用 AT89C51 单片机技术实现。主要利用 PROTUES 来仿真。实现简易电子时钟单片机的设计。在论文中,第一章介绍了一些关于电子时钟的知识,让大家在看我的设计时,对电子时钟有个大概的了解。在了解电子钟后,自然就该进入正题了,在第二章介绍了关于单片机方面的知识,包括它的发展历程、基本特征、技术应用及发展趋势。在毕业设计的过程中,我真正的学会了自学。在网上、图书馆以及书店收集各种资料来学习这次设计所需要的单片机。在论文的最后一章,具体地介绍自己设计系统的技术细节。在讲述功能的之前,先介绍了这次所用的软件 PROTUES,并通过模块的例子来说明具体的仿真过程。在此总结一下我所做的主要工作: 查阅了大量中英文资料,并学习单片机; 学习 PROTUES 软件;在 PROTUES 软件上进行仿真学习.贵州大学科技学院本科毕业论文(设计) 第 2 页第一章 系统相关技术背景介绍1.1 电子时钟1.1.1 电子时钟简介 1957 年,Ventura 发明了世界上第一个电子表,从而奠定了电子时钟的基础,电子时钟开始迅速发展起来。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,是人民日常生活补课缺少的工具。 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,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,且闹钟铃声可自选,使一款电子钟具备了多媒体的色彩 [2]。单片机具有体积小、功能强可靠性高、价格低廉等一系列优点,不仅已成为工业测控领域普遍采用的智能化控制工具,而且已渗入到人们工作和和生活的各个角落,有力地推动了各行业的技术改造和产品的更新换代,应用前景广阔。时钟电路在计算机系统中起着非常重要的作用,是保证系统正常工作的基础。在一个单片机应用系统中,时钟有两方面的含义:一是指为保障系统正常工作的基准振荡定时信号,主要由晶振和外围电路组成,晶振频率的大小决定了单片机系统工作的快慢;二是指系统的标准定时时钟,即定时时间,它通常有两种实现方法:一是用软件实现,即用单片机内部的可编程定时/计数器来实现,但误差很大,主要用在对时间精度要求不高的场合;二是用专门的时钟芯片实现,在对时间精度要求很高的情况下,通常采用这种方法,典型的时钟芯片有:DS1302,DS12887,X1203 等都可以满足高精度的要求。1.1.2 电子时钟工作原理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,贵州大学科技学院本科毕业论文(设计) 第 3 页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 [3]。 该电子时钟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。1.2 单片机1.2.1 单片机发展历程单片机全称为单片机微型计算机(Single Chip Microsoftcomputer)。从应用领域来看,单片机主要用来控制,所以又称为微控制器(Microcontroller Unit)或嵌入式控制器 [4]。单片机是将计算机的基本部件微型化并集成在一块芯片上的微型计算机。1 . 4 位单片机:1975 年,美国德克萨斯仪器公司首次推出 4 位单片机 TMS-1000;此后,各个计算机公司竞相推出四位单片机。日本松下公司的 MN1400 系列,美国洛克威尔公司的PPS/1 系列等。四位单片机的主要应用领域有:PC 机的输入装置,电池充电器,运动器材,带液晶显示的音/视频产品控制器,一般家用电器的控制及遥控器,电子玩具,钟表,计算器,多功能电话等。 2 . 8 位单片机: 1972 年,美国 Intel 公司首先推出 8 位微处理器 8008,并于 1976 年 9 月率先推出MCS-48 系列单片机。在这以后,8 位单片机纷纷面市。例如,莫斯特克和仙童公司合作生产的 3870 系列,摩托罗拉公司生产的 6801 系列等。随着集成电路工艺水平的提高,一些高性能的 8 位单片机相继问世。例如,1978 年摩托罗拉公司的 MC6801 系列及齐洛格公司的 Z8 系列,1979 年 NEC 公司的 UPD78XX 系列。这类单片机的寻址能力达 64KB,片内 ROM 容量达 4--8KB,片内除带有并行 I\O 口外,还有串行 I\O 口,甚至还有 A\D 转化器功能。8 位单片机由于功能强,被广泛用于自动化装置、智能仪器仪表、智能接口、过程控制、通信、家用电器等各个领域。贵州大学科技学院本科毕业论文(设计) 第 4 页3 . 16 位单片机: 1983 年以后,集成电路的集成度可达几十万只管/片,各系列 16 位单片机纷纷面市。这一阶段的代表产品有 1983 年 Intel 公司推出的 MCS-96 系列,1987 年 Intel 推出了 80C96,美国国家半导体公司推出的 HPC16040,NEC 公司推出的 783XX 系列等。16 位单片机主要用于工业控制,智能仪器仪表,便携式设备等场合。4 . 32 位单片机: 随着高新技术只智能机器人,光盘驱动器,激光打印机,图像与数据实时处理,复杂实时控制,网络服务器等领域的应用与发展,20 世纪 80 年代末推出了 32 位单片机,如 Motorlora 公司的 MC683XX 系列,Intel 的 80960 系列,以及近年来流行的ARM 系列单片机。32 位单片机是单片机的发展趋势,随着技术的发展及开发成本和产品价格的下降,将会与 8 位单片机并驾齐驱。5 . 64 位单片机: 近年来,64 位单片机在引擎控制,智能机器人,磁盘控制,语音图像通信,算法密集的实时控制场合已有应用,如英国 Inmos 公司的 Transputer T800 是高性能的 64 位单片机。1.2.2 单片机特点单片机的存储器 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。 采用面向控制的指令系统。为满足控制需要,单片机有更强的逻辑控制能力,特别是单片机具有很强的位处理能力。 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 [5]。 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。1.2.3 单片机的方案选择单片机微型计算机是微型计算机的一个重要分支,也是颇具生命力的机种。单片
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