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基于单片机的电子时钟设计.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(设计)基于单片机的电子时钟设计学 院: 科技学院 专 业: 电子信息 班 级: 07 级 学 号: 072004110524 学生姓名: 黄兴浩 指导老师: 张勇 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第一章 绪论 .............................................................................................................................11.1 课题背景 .........................................................................................................................11.2 课题研究的意义 .............................................................................................................1第二章 系统设计要求 .............................................................................................................32.1 基本功能 .........................................................................................................................32.2 扩展功能 .........................................................................................................................32.3 方案论证 .........................................................................................................................42.3.1 数字时钟方案 ..........................................................................................................42.3.2 数码管的选择 ..........................................................................................................42.3.3 单片机的型号选择 ..................................................................................................52.3.4 数码管显示方案 ......................................................................................................5第三章 硬件描述 .....................................................................................................................63.1 单片机概述 .....................................................................................................................63.2 SST89E51 单片机简介 ...................................................................................................83.3 74LS47 芯片原理简介 ...................................................................................................93.4 数码管简介 ...................................................................................................................10第四章 硬件总体设计方案 ...................................................................................................114.1 系统功能实现总体设计思路 .......................................................................................114.2 各部分功能实现 ...........................................................................................................114.3 系统工作原理 ...............................................................................................................114.4 时钟各功能分析及图解 ...............................................................................................134.4.1 电路各功能图解分析 ............................................................................................134.4.2 电路功能使用说明 ................................................................................................13第五章 软件总体设计方案 ...................................................................................................145.1 主程序流程图 ...............................................................................................................14贵州大学科技学院本科毕业论文(设计) 第 II 页 5.2 总中断程序流程 ...........................................................................................................165.3 按键程序流程 ...............................................................................................................175.4 中断和清零流程 ...........................................................................................................18第六章 测试及结果分析 .......................................................................................................196.1 软件仿真 .......................................................................................................................196.1.1 仿真软件简介 ........................................................................................................196.1.2 仿真软件运行流程 ................................................................................................196.1.3 仿真软件的仿真图 ................................................................................................20第七章 总结 ...........................................................................................................................21参考文献 ...................................................................................................................................22附录 ...........................................................................................................................................23致谢 ...........................................................................................................................................26贵州大学科技学院本科毕业论文(设计) 第 III 页 单片机电子时钟摘要20 世纪末,电子技术获得了飞速的发展,在其推动下,现代电子产业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。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。所以,要制作一个定时系统。随时提醒这些容易忘记时间的人。钟表的数字化给人们生产生活带来了极大的方便,而且大大地扩展了钟表原先的报时功能。诸如定时自动报警、按时自动打铃、时间程序自动控制、定时广播、定时启闭电路等等,所有这些,都是以钟表数字化为基础的。因此,研究数字钟及扩大其应用,有着非常现实的意义。基于以上的想法就可以利用单片机功能集成化高,价格又便宜的特点设计一款结构既简单,价格又便宜的单片机电子时钟。关键词:单片机;时钟;计时贵州大学科技学院本科毕业论文(设计) 第 IV 页 Based on SCM electronic clock designAbstractAt the end of 20 the world, electronic technology has experienced rapid growth in its modern electronic industry, pushed by almost permeated every area of society has vigorously promoted social productive forces development and improvement of social normalization level, also make modern electronic product performance further improved, and the rhythm of upgrade its products is becoming more and more quickly. Time for people to always so precious, work busy sex and multifarious sex easily makes people forget the current time. Forget the thing to do, when things do not very important when this forgotten harmless. But once the important things, a temporary delay may breed great mischief. So, should make a timing system. Keep reminding these easy to forget the time. Digital clocks to people production and life bring a lot of convenience, and greatly expanded the clocks had time functions. Automatic alarm, such as timing on the bell, automatic time procedure automatic control, regular radio, timing on-off circuit, etc., all these things, based on the digital clock. Therefore, the digital clock and expand its application, has a very realistic significance.Based on the above ideas can use single-chip function integration is high, the price is cheap and characteristics of a structure design are simple and cheaper single-chip electronic clock.Keywords: SCM clock to count time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 课题背景电子技术是世纪末、二十世纪初开始发展起来的新兴技术,二十世纪发展最迅速,应用最广泛,成为近代科学技术发展的一个重要标志。在其推动下,现代电子产品正在以前所未有的革新速度,向着功能多样化、体积最小化、功耗最低化的方向迅速发展,电子技术的发展有利的推动社会生产力的发展。郭沫若先生曾说过,时间就是生命,时间就是速度,时间就是力量。时间对我们来说总是那么宝贵,在我们的日常工作、学习、生活中,时间概念愈加显得重要。在高度发达的 21 世纪,人们总是那么忙碌。生活工作中班车要准点,上班要准时,开会要有时间限制;工业生产中,每一道工序都要有严格的时间限制,这样才能做到井井有条;严谨的科技研究中,时间更是重中之重。能够准确的了解并且实时性的准点时间,是我们学习是、工作、生活中不可缺少的。机械式钟表虽然也可以告知人们时间,也可以定时,显示日历。但是由于受到机械结构、动力和体积的限制,在功能、性能以及造价上都没办法与电子时钟相比。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,满二十四小时清零。从而达到计时的功能,是人们日常生活不可缺少的工具。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计数,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,减少了计时误差。1.2 课题研究的意义时钟是人们日常生活中最基本的计时工具。除了传统的机械计时装置外,各式各样的电子计时器已悄然进入到社会的各个领域中。例如,五颜六色的各式电子表,家用电器上的智能定时器,工业控制中的定时控制器等。单片机因其智能性高,操作简单,控制精度高,抗干扰性能强等优点,被越来越多的应用于各种电子产品中 [1]。现就单片机的定时/计数功能,设计实现由小时、分钟、秒钟组成的,以24 小时方式计贵州大学科技学院本科毕业论文(设计) 第 2 页 时,有LED 数码显示器显示实现的数字时钟。该单片机系统的主要功能是:实现24 小时计时,可以校正调整时间,有闹钟功能,配置蜂鸣器,可以定时发声。数字钟是采用数字电路对时、分、秒数字显示的计时装置,广泛用于个人家庭,车站,码头,办公室等公共场所,成为人们日常生活中不可少的必需品,由于数字集成电路的发展和石英晶体振荡器的广泛应用,使得数字钟的精度远远超过老式钟表,钟表的数字化给人们生产生活带来了极大的方便,而且大大地扩展了钟表原先的报时功能 [2]。诸如定时自动报警、按时自动打铃、时间程序自动控制、定时广播、自动起闭路灯等,所有这些都是以钟表数字化为基础的。因此,研究数字钟及扩大其应用,有着非常现实的意义。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:一是软件实现,即用单片机内部的可编程定时/计算器来实现;二是用专门的时钟芯片实现,本文主要介绍用单片机内部的定时/计数器来实现电子时钟的方法 [3]。贵州大学科技学院本科毕业论文(设计) 第 3 页 第二章 系统设计要求电子时钟主要是利用电子技术将时钟电子化、数字化,拥有时间精确、体积小、界面友好、可扩展性能强等特点,被广泛应用于生活和工作当中。当今市场上的电子时钟品类繁多,外形小巧别致。也有体型较大的,诸如公共场所的大型电子报时器等。电子时钟首先是数字化了的时间显示或报时器,在此基础上,人们可以根据不同场合的要求,在时钟上加置其他功能,比如定时闹铃,万年历,环境温度、湿度检测,环境空气质量检测,USB 扩展功能等。下面是本次设计的电子时钟的功能。2.1 基本功能(1)能够显示时分秒(2)能够调整时分秒2.2 扩展功能(1)能够任意设置定时时间(2)定时时间到闹铃能够报警一般电子钟是一个将“ 时”、 “分”、 “秒” 显示于人的视觉器官的计时装置。它的计时周期为 24 小时,显示满刻度为 23 时 59 分 59 秒,另外应有校时功能和报时功能。因此,一个基本的数字钟电路主要由译码显示器、 “时” 、 “分” 、 “秒”计数器,校时电路、报时电路和振荡器组成。主电路系统由秒信号发生器、 “时 ”、 “分”、 “秒”计数器、译码器|校时电路|整点报时电路组成。秒信号产生器是整个系统的时基信号,它直接决定计时系统的精度,一般用石英晶体振荡器加分频器来实现。将标准秒信号送入“秒计数器” , “秒计数器”采用 60 进制计数器,每累计 60 秒发出一个 “分脉冲”信号,该信号将作为“分计数器”的时钟脉冲。 “分计数器 ”也采用 60 进制计数器,每累计 60 分钟,发出一个“时脉冲”信号,该信号将被送到“ 时计数器 ”。 “时计数器”采用 24 进制计时器,可实现对一天 24小时的累计。译码显示电路将“时” 、 “分”、 “秒” 计数器的输出状态用七段显示译码器译码,通过七段显示器显示出来。整点报时电路时根据计时系统的输出转台产生一脉冲信号,然后去触发一音频发生器实现报时。校时电路用来对“时” 、 “分”、 “秒”显示数字进行校对调整 [4]。而该电子时钟由 SST89E51,BUTTON,8 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,六十秒为一分贵州大学科技学院本科毕业论文(设计) 第 4 页 钟,六十分钟为一小时,满二十四小时为一天。SST89E51 内部定时/计数器 T0 和 T1设置为定时器模式 1 工作方式。定时器 T0 产生 10MS 的终端信号,每经过 1T30 次终端,时钟秒位加一,秒位经 60 次加一后向时位进位,当时间为 23 时 59 分 59 秒时,秒位再加一后变为 00 时 00 分 00 秒。与闹钟时间相同时,闹钟能发出声音报时。2.3 方案论证2.3.1 数字时钟方案数字时钟是本设计的最主要的部分,根据需要,可利用两种方案实现。方案一:本方案采用Dallas公司的专用时钟芯片DS12C887,8位并行接口实时时钟/日历芯片,利用CMOS 技术制成。采用24引脚双列直插式封装,是由振荡电路分频电路、周期中断/方波选择电路、14字节时钟和控制单元、114字节的用户易失性RAM、十进制/二制累加器、总线接口电路、内部锂电池等部分组成 [5]。该芯片内部采用石英晶体振荡器,其芯片精度不大于10ms/年,且具有完备的时钟闹钟功能,因此,可直接对其以用于显示或设置,试得软件编程相对简单。为保证时钟在电网电压不足或突然掉电等突发情况下扔能正常工作,芯片内部包含锂电池。当电网电压不足或突然掉电时,系统自动转换到内部锂电池供电系统。而且即使系统不上电,程序不执行时,锂电池也能保证芯片的正常运行,以备随时提供正确的时间。方案二:本方案完全用软件实现数字时钟。原理为:在单片机内部存储器设三个字节分别存放时钟的时、分、秒信息。利用定时器与软件结合实现 1 秒定时中断,每产生一次中断,存储器内部相应的秒值加 1;若时值达到 24,则将十字节清零。该方案具有硬件电路简单的特点。但由于每次执行程序时,定时器都要重新赋初值,所以该时钟精度不高。而且,由于是软件实现,当单片机不上电,程序不执行时,时钟将不工作。基于硬件电路的考虑,本设计采用方案二完成数字时钟的功能。2.3.2 数码管的选择LED 数码管是设备的简易显示常用电子元器件,它有以下性能特点:(1)能在低电压、小电流条件下驱动发光,能与 CMOS、ITL 电路兼容。(2)发光响应时间极短,高频特性好,单色性好,亮度高。(3)体积小,重量轻,抗冲击性能好。(4)寿命长,使用寿命在 10 万小时以上,甚至可达 100 万小时。成本低。因此它
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