单片机实现多功能数字电子钟.doc
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1、中国地质大学江城学院毕业设计(论文)分类号 密级 U D C 中国地质大学江城学院毕业论文(设计)单片机实现多功能数字电子钟姓 名: 易昆 专 业: 电子信息工程 班 级: 22000701 学 号: 2200070129 指导教师: 黄翠翠 讲师 原创性声明本人呈交的毕业论文,是在导师的指导下,独立进行研究工作所取得的成果,所有数据、图片资料真实可靠。尽我所知,除文中已经注明引用的内容外,本毕业论文的研究成果不包含他人享有著作权的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体,均已在文中以明确的方式标明。本毕业论文的知识产权归属于培养单位。本人签名: 日期 摘 要多功能数字钟的应用非
2、常普遍,由单片机作为数字钟的核心控制器,通过它的时钟信号进行实现计时功能,将其时间数据经单片机输出,利用显示器显示出来。通过键盘可以进行校时、定时等功能。输出设备显示器可以用液晶显示技术和数码管来显示技术。 本系统利用单片机实现具有计时、校时等功能的数字时钟,是以单片机AT89C51为核心元件同时采用LED数码管显示器动态显示“时”,“分”,“秒”的现代计时装置。另外具有校时功能,秒表功能,和定时器功能,利用单片机实现的数字时钟具有编程灵活,便于功能的扩充等优点。简要介绍了LED显示的发展状况和其所特有的优势,简述了该系统中一些重要芯片的基本工作原理,着重论述了硬件线路各个模块的设计思想。数码
3、管与单片机的接口采用动态显示技术,利用了时钟芯片的系统自带电池功能来实现断电时保存一些重要数据,以便来电时正确显示信息的功能。模块化的设计和调试方法在整个课题研究过程中至关重要,事实上在任何设计中也同样关键和有效。关键词:数字钟系统 单片机 LED液晶显示器ABSTRACT Multi-function digital clock in the application is already very common. SCM as a digital clock from the core controller, it can achieve the clock signal timing, i
4、ts time data by the MCU output, use of monitors displayed. Keyboard can be carried out at the school, timing, and other functions. Output devices can be used liquid crystal display monitors and digital technology to display the technology. The system uses MCU with time, the school features such as t
5、he digital clock, SCM AT89C51 is also used as the core components of the LED digital display dynamic display when and points and seconds of the modern time device .In addition a school function, stopwatch function, and the timer function to achieve MCU use of the digital clock with programming flexi
6、bility to facilitate the expansion of functional advantages. This paper gives a general description of development situation of LED display and advantages of LED products as display .It also introduces the basic functions of some relative vital chips briefly . Solutions of the key parts are also int
7、roduced with particular description. Dynamic display interface between LED display and MCU are used .It also can save some important data at the moment of power-off by making use of RTC chips system self-contained battery in order to make sure accurate information are present whenever power-on.Modul
8、arized design and debug are most important in the whole course of the topic research. In fact, it is as well as vital and effective in any other design course.Keywords: Digital clock system SCM LED LCD Monitor目 录1 引言11.1 选题的目的和意义11.2 主要技术的背景11.2.1 发展历史11.2.2 现状21.2.3 发展趋势22 系统总体设计方案4系统功能实现总体设计思路42.2
9、 LED显示器52.2.1 LED显示器的结构52.2.2 LED的接线形式62.3 AT89C51简介62.3.1 AT89C51主要性能参数72.3.2 AT89C51单片机的功能特性概述7各部分功能实现10系统工作原理102.6 时钟各功能分析及图解11电路各功能图解分析11电路功能使用说明133 软件总体设计方案143.1 主程序流程图143.2 总中断程序流程144 仿真结果分析19结束语20致 谢22参考文献23附 录24291 引言1.1 选题的目的和意义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。现代的数字钟不仅需要数字电路技术而且需要模拟电
10、路技术和单片机技术,增加数字钟的功能。利用软件编程尽量做到硬件电路简单稳定,减小电磁干扰和其他环境干扰,减小因元器件精度不够引起的误差,但是数字钟还是可以改进和提高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数字钟通过数字电路实现时,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。诸如定时
11、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、定时开关烘箱、通断动力设备、甚至各种定时电气的自动启用等,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。在此次设计中我们将用到集成电路。集成电路是一种微型电子器件,采用一定的工艺将包含三极管、二极管、电阻、电容等元件及其相互连线的整个电路,集中制造在一个或几个很小的半导体晶片或介质基片上,再经引线和封装,成为具有所需功能的微型结构。每片芯片(半导体晶片或介质基片)集成的元件数叫做集成度,小规模集成电路的集成度是1100,中规模集成电路的集成度是1001000,大规模集成电路的集成度是100
12、010万,超大规模集成电路的集成度是10万100万,极大规模集成电路的集成度大于100万。 集成电路具有体积小、引出线和焊接点少、寿命长、成本低、可靠性高、性能好等优点,广泛应用于电子计算机、通讯设备、导弹、雷达、人造卫星和各种遥控、遥测设备中。1.2 主要技术的背景1.2.1 发展历史集成电路是信息产业和高新技术的核心,是推动国民经济和社会信息化的关键技术。集成电路的产业规模和技术水平已成为国家综合国力的一个重要标志。集成电路是随着计算机技术的发展而不断进步,1946年2月15日世界上第一台通用电子数字计算机使用了18000个电子管,1500个继电器以及其他器件,安装在面积为9*15平方米的
13、室内。在20世纪50年代中期第二代电子计算机问世,它是以晶体管代替了电子管,此时第一个集成电路诞生了,它包括一个晶体管、两个电阻和一个电阻、,大部分电路元件都已经以集成电路的形式出现,甚至在约1平方厘米的芯片上,就可以集成上百万个电子元件1。在1967年和1977年,分别出现了大规模集成电路和超大规模集成电路,不断的完善和改进计算机的性能与规模。但我国集成电路相对于世界先进水平存在一定的差距,所以有发展本国集成电路的需要。1.2.2 现状现在我国集成电路产业已经经过30多年的发展现已形成了近百家的产业规模,其中具备一定设计规模的单位有20多家,其中北京华大、大唐、深圳华威和无锡矽科四家设计公司
14、的销售额超过了1亿元。 2000年,我国集成电路总产量为亿块,销售额近200亿元,产量和销售额分别比1999年增长50.3%和75%。并且集成电路芯片目前主要采用56英寸硅片、0.81微米技术 ,大部分设计公司的技术水平在0.8微米之间,最高设计水平可达微米。不少设计公司可以设计上万门的集成电路产品,而北京华大和深圳华威最高可设计80万门的电路。目前国内的通信芯片行业取得了突破性进展,例如南京东南大学射频与光电集成电路研究所设计的第一批芯片已成功通过测试,其中的3个芯片还达到世界先进水平,填补了我国高速CMOS集成电路设计的技术空白,在此基础上开发出的实用产品可以打入光纤通信接口设备市场。多家
15、外国著名公司也纷纷在中国建立起集成电路设计公司。1.2.3 发展趋势中国发展集成电路的主要目标为:达到大规模生产150mm和微米的技术水平;200mm和微米的制造技术的产业化;提高集成电路的设计能力以满足市场需求;跟踪微米和先进封装技术的研发;开发200mm的硅片制造技术并在国内开始生产等。未来10年是我国微电子产业发展的关键时期。重点要推进超大规模集成电路和新技术的产业化。 我国集成电路市场潜力巨大, 是因为近年来因特网持续爆炸式增长、移动通信终端设备市场的迅猛发展,以及数码相机、手持电脑等电子产品市场的兴旺,尤其是移动通信业的高速发展成为推动半导体产业新一轮发展的强大动力。信息产业的高速发
16、展,为集成电路产业提供了巨大的市场空间。未来几年,我国集成电路市场需求主要来自以下几个方面:1.通信运营业的高速发展对集成电路提出新的需;2.国民经济和社会信息化建设给电子信息制造业创造了一个新市场;3.随着我国经济结构的战略性调整,传统产业改造升级,提高设计和制造水平推进机电一体化,为各行业提供先进和成套的技术准备,又会给集成电路产业带来新的市场。 综观中国集成电路的设计概况,可以看到从20世纪80年代末开始,经过90年代初的创业期,现正进入它的发展期,21世纪将是中国设计业的成熟期。2 系统总体设计方案本次设计时钟电路,使用了AT89C51单片机芯片控制电路,单片机控制电路简单且省去了很多
17、复杂的线路,使得电路简明易懂,使用键盘键上的按键来调整时钟的时、分、秒,用一扬声器来进行定时提醒,同时使用C语言程序来控制整个时钟显示,使得编程变得更容易,这样通过四个模块:键盘、芯片、扬声器、显示屏即可满足设计要求。本系统可模拟电子时钟,实现时钟,秒表,校时功能,主从CPU数据处理、键盘控制与数据显示。主控系统能响应按键,并对其进行相应的处理,再把其对应的结果数据在数码管LED上显示。具体设计基本任务是:1用LED数码管显示时间,且能显示时、分、秒的24小时制的数字钟。2具有校时功能,具体方法:设置三个按钮,其中两个按钮分别对“时”、“分”进行校时,另一个按钮则实现对“秒”位清零。闹铃电路数
18、码管显示键盘控制区AT89C51芯片图2.1 设计原理框图此设计原理框图如图2.1所示。方案一1计时用的“秒”脉冲信号可用实验板中提供的800Hz分频产生。800Hz信号同时作为动态扫描显示电路的时钟信号。2时、分校时控制,当校时按钮按下时,可对时、分计数器CP端输入秒脉冲来加速计数速度来达到校时目的。方案二 1.用单片机定时器中断原理实现数码管动态10ms循环扫描,同时完成计数功能,并经过多次中断产生“秒”信号。 2.可控制按键实现时,分,秒加一,减一功能。考虑到设计硬件简单原则,利用单片机实现的数字时钟具有编程灵活,便于功能的扩充等优点,故本设计采用方案二。详细元器件列表如表2.1所示:A
19、T89c511片7SEG-MPX8-CA-BlUE八位数码管1片NPN三极管1个104p电容6个30p电容2个10K电阻6个560欧姆电阻8个200欧姆电阻1个100欧姆电阻6个2.2 LED显示器LED就是light emitting diode ,发光二极管的英文缩写。它是一种通过控制半导体发光二极管的显示方式,用来显示文字、图形、图像、动画、行情、视频、录像信号等各种信息的显示屏幕。LED的技术进步是扩大市场需求及应用的最大推动力。最初,LED只是作为微型指示灯,在计算机、音响和录像机等高档设备中应用,随着大规模集成电路和计算机技术的不断进步,LED显示器正在迅速崛起,近年来逐渐扩展到证
20、券行情股票机、数码相机、PDA以及 领域。LED显示器集微电子技术、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,目前,LED显示器已广泛应用于大型广场、商业广告、体育场馆、信息传播、新闻发布、证券交易等,可以满足不同环境的需要。2.2.1 LED显示器的结构LED显示块是发光二极管显示字段的显示器件。在单片机应用系统中通常使用的是七段LED。七段LED内部由7个条形发光二极管和一个圆点发光二极管组成。管本设计中采用的是7SEG-MPX8-CA-BlUE八位数码管,该数码管为蓝色数码管,每一段数码管内部相当于有一个蓝色发
21、光二极管。发光二极管具有单向导电性,只有当外加的正向电压使得正向电流足够大时才发光,它的开启电压比普通二极管的大,红色的在1.8V2.2V之间,绿色的约为2V。正向电流越大,发光越强。内部结构如图2.2所示。 2.2.2 LED的接线形式根据内部发光二极管的接线形式分成共阴极型(公共点接地)和共阳极型(公共点接电源)。计算机与七段显示器的接口,分成静态显示接口和动态显示接口。静态接口是每个七段显示器单独用一组寄存器控制,将其公共点接地。动态接口使用两组寄存器。几个显示器的七段用一组寄存器控制,该寄存器称作段选寄存器。另一组寄存器控制这几个七段显示器的公共点,控制这几个显示器逐个循环点亮。适当选
22、择循环速度,利用人眼“视觉暂留”效应,使看上去好像这几个七段显示器同时在显示一样。控制公共点的寄存器称为位选寄存器。本次设计中采用共阳极型接法,公共级通过一个PNP三极管与12V的电源相连。接口采用动态显示。2.3 AT89C51简介AT89C51是美国ATMEL公司生产的低电压、高性能的CMOS 8位单片机,片内含8k bytes的可反复擦写的只读程序存储器(PEROM)和256 bytes的随即存取数据存储器(RAM),器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产,与标准的MCS-51指令系统兼容,片内置通用8位中央处理器(CPU)和Flash存储单元,功能强大。AT89C51单片
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