2023年永城职业技术学院单片机电子时钟设计.doc

单片机技术课程设计报告 基于单片机AT89C5电子时钟的设计 专业：计算机应用技术101班 学生姓名：杜欣欣 霍慧雲 熊海涛 杨希彪 指导教师：郑艳 完成时间：2023年4月18日 19 永城职业学院单片机课程设计 目录 3 第一章绪论 4 1.1 WAVE的简单介绍 5 1.2 Protues简介 5 第二章 元器件介绍 6 2.1 AT89C51单片机的介绍 6 2.1.1主要特性 6 2.1.2管脚说明 7 第三章 电子时钟硬件设计 11 3.1 电子钟系统硬件组成 11 3.2电子钟硬件电路工作说明 11 3.3 Proteus进行电子钟系统仿真 12 第四章 电子时钟软件设计 13 4.1 软件程序 14 第五章 实验心得 18 第六章 致谢 18 近年来随着计算机在社会领域的渗透和大规模集成电路的开展，单片机的应用正在不断地走向深入，由于它具有功能强，体积小，功耗低，价格廉价，工作可靠，使用方便等特点，因此特别适合于与控制有关的系统，越来越广泛地应用于自动控制，智能化仪器，仪表，数据采集，军工产品以及家用电器等各个领域，单片机往往是作为一个核心部件来使用，在根据具体硬件结构，以及针对具体应用对象特点的软件结合，以作完善。 单片机,是集CPU ,RAM ,ROM ,计数和多种接口于一体的微控制器。自20世纪70年代问世以来，以其极高的性能价格比，受到人们的重视和关注。它体积小、重量轻、抗干扰能力强、环境要求不高、价格低廉、可靠性高、灵活性好、开发较为容易，广泛应用于智能生产和工业自动化上。 本课题通过AT89C51单片机来设计电子时钟，采用汇编语言进行编程，可以实现以下一些功能：小时，分，秒和年，月，日的显示、定时报警功能。本次设计的电子时钟系统由时钟电路，LCD显示电路，定时报警电路，按键调整电路四局部组成。51单片机通过软件编程，在LCD1602液晶屏上实现小时，分，秒和年，月，日的显示；利用时钟芯片DS1302来实现计时，定时功能；通过两个按键开关，一个用于时钟的调节，一个用于闹钟的调节，来实现参数设置和调节功能；到达设置的闹钟时间时，由蜂鸣器发声，起报警作用。本次设计的电子时钟，经过比照测试，发现实际计时的走时精度较高，可满足多种场合的应用需求。 本文详细介绍了AT89C51单片机的根本原理，分析了AT89C51各个管脚的功能及它在设计电路中的作用。本文论述了LCD1602液晶屏和时钟芯片DS1302的工作原理及其软件设计过程。还介绍了基于单片机的电子时钟的设计，详细讨论了它从软件上实现的过程，重点在时钟调整的方式：查询和中断的比拟，然后，对电子时钟的稳定性和精确性作了相关的讨论。在文章的最后，给出了采用中断方式实现的电子时钟的源程序。 关键词：单片机，电子时钟，时钟芯片 第一章绪论 数字电子时钟具有走时准确，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，价格廉价、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，使一款电子时钟具备了多媒体的色彩。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根底。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，即定时时钟，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：DSI302,DSI2887,XI203等都可以满足高精度的要求。 AT89C51是一个低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含4k Bytes ISP(In-system programmable)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元，功能强大的微型计算机的AT89S51可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。 AT89C51具有如下特点：40个引脚，4k Bytes Flash片内程序存储器，128 bytes的随机存取数据存储器〔RAM〕，32个外部双向输入/输出〔I/O〕口，5个中断优先级2层中断嵌套中断，2个16位可编程定时计数器，2个全双工串行通信口，看门狗〔WDT〕电路，片内时钟振荡器。此外，AT89C51设计和配置了振荡频率可为0Hz并可通过软件设置省电模式。空闲模式下，CPU暂停工作，而RAM定时计数器，串行口，外中断系统可继续工作，掉电模式冻结振荡器而保存RAM的数据，停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。同时该芯片还具有PDIP、TQFP和PLCC等三种封装形式，以适应不同产品的需求。 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，本设计由单片机AT89C51芯片和LED数码管为核心，辅以必要的电路，构成了一个单片机电子时钟。 1.1 WAVE的简单介绍 编辑、编译、下载、调试全部集中在一个环境下。 多钟仿真器，多类CPU仿真全部集成在一个环境下。可仿真51系列，196系列，PIC系列，飞利浦公司的552、LPC764、DALLAS320，华邦438等51增强型CPU。为了跟上形势，现在很多工程师需要面对和掌握不同和项目管理器、编辑器、编译器。他们由不同的厂家开发，相互不兼容，使用不同的界面。学习使用都很吃力。伟福WINDOWS调试软件为您提供了一个全集成环境，统一的界面，包含一个项目管理器，一个功能强大的编辑器，汇编Make、Build和调试工具并提供一个与第三方编译器的接口。 1.2 Protues简介 Protues ISIS是英国Labcenter公司开发，是目前世界上最先进、最完整的嵌入式系统设计与仿真平台，可以实现数字电路、模拟电路及微控制器系统与外设的混合电路系统的电路仿真、软件仿真、系统协同仿真和PCB设计等功能，是目前唯一能够对各种处理器进行实时仿真、调试与测试的EDA工具。微控制器系统相关的仿真需建立编译和调试环境，可选择Keil C51uVision2 软件。该软件支持众多不同公司的芯片，集编辑、编译和程序仿真等于一体，同 时还支持PLM、汇编和C语言的程序设计。它的界面友好易学，在调试程序、软件仿真方面有很强大的功能。 其革命性的功能是：将电路仿真和微处理器仿真进行协同，直接在基于原理图的虚拟原型上进行处理器编程调试，并进行功能验证，通过动态器件如电机、LED、LCD、开关等，实时看到运行后的输入、输出的效果，配合系统配置的虚拟仪器如示波器、逻辑分析仪等,Proteus为我们建立了完备的电子设计开发环境。 第二章 元器件介绍 2.1 AT89C51单片机的介绍 单片微型计算机简称单片机，是典型的嵌入式微控制器常用英文字母的缩写MCU表示单片机，它最早是被用在工业控制领域。单片机由芯片内仅有CPU的专用处理器开展而来。最早的设计理念是通过将大量外围设备和CPU集成在一个芯片中，使计算机系统更小，更容易集成进复杂的而对体积要求严格的控制设备当中。INTEL的Z80是最早按照这种思想设计出的处理器，从此以后，单片机和专用处理器的开展便分道扬镳。 AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器〔FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory〕的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中， 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。 2.1.1主要特性 l 4K字节可编程闪烁存储器 l 寿命;1000写/擦循环 l 数据保存时间:10年 l 全静态工作：0Hz-24MHz l 三级程序存储器锁定 l 128x8位内部RAM l 32可编程I/O线 l 两个16位定时器/计数器 l 5个中断源 l 可编程串行通道 l 低功耗的闲置和掉电模式 l 片内振荡器和时钟电路 2.1.2管脚说明 VCC：供电电压 GND：接地 RST：复位输入。 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P1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FLASH编程时，P0口作为原码输入口，当FLASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。 P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。 P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是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口输出其特殊功能存放器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制号。 P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输入电流〔ILL〕这是由于上拉的缘故。P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口： 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 TO(计时器0外部输入) P3.5 T1(计时器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) P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。 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。 ALE/PROG：地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。 /PSEN：外部程序存储器的选通信号。 /EA/VPP：当/EA保持低电平时，那么在此期间外部程序存储器〔0000H-FFFFH〕，不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源(VPP)。 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。