基于单片机并行口的电子钟的设计毕业设计论文Word格式.docx
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基于单片机并行口的电子钟的设计毕业设计论文Word格式.docx
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3.1多功能电子表原理框图5
4多功能电子表元器件清单9
5单片机硬件资源分配25
6程序流程图26
7电子钟程序清单32
8误差分析40
9电子钟使用说明43
10设计体会44
11教学意见45
12参考资料46
1多功能电子表说明及总体方案介绍
本次设计电子钟系统功能简单,用单片机的最小系统就能得以实现。
而单片机的最小系统设计中实际上最重要的就是对键盘/显示器接口电路的设计,由于系统功能不同所以要求就不同,接口设计也就不同。
对一个键盘/显示器接口设计应从整个系统出发,综合考虑软、硬件特点。
下面是本人在设计前对各种设计方案的考虑
1.1多功能电子表计时方案
方案一:
采用实时时钟芯片
实时时钟芯片具备年、月、日、时、分、秒计时功能和多点定时功能,计时数据的更新每秒自动进行一次,不需程序干预。
计算机可通过中断或查询方式读取计时数据进行显示,因此计时功能的实现无需占用CPU的时间,程序简单。
此外,实时时钟芯片多数带有锂电池做后备电源,具备永不停止的计时功能;
具有可编程方波输出功能,可用做实时测控系统的采样信号等;
有的实时时钟芯片内部还带有非易失性RAM,可用来存放需长期保存但有时也需变更的数据。
由于功能完善,精度高,软件程序设计相对简单,且计时不占用CPU时间,因此,在工业实时测控系统中多采用这一类专用芯片来实现实时时钟功能。
方案二:
软件控制。
利用单片机内部的定时/计数器进行中断定时,配合软件延时实现时、分、秒的计时及秒表计时。
该方案节省硬件成本,且能使设计者对单片机的指令系统能有更深入的了解,从而掌握单片机应用技术MCS-51汇编语言程序设计方法,因此,本系统设计采用此种软件控制方法来实现计时。
而由于ATMEL公司的AT89S51单片机是低功耗的具有4KB在线可编程Flash存器的单片机。
它与通用80C51系列单片机的指令系和引脚兼容。
片内的Flash可允许在线重新编程,也可使用通用非易失性存储器编程。
它将通用CPU和在线可编程Flash集成在一个芯片上,形成了功能强大、使用灵活和具有较高性能价格比的微控制器。
它的功能强大,而且也较容易购买,故本设计中所选的单片机为AT89S51单片机。
1.2多功能电子表键盘/显示方案
方案一:
8279扩展。
该方案方框图如图1.2.1所示,8279是一种可编程的键盘/显示接口专用芯片,它含有键盘输入和显示输出两种功能,键扫描程序和动态显示程序全由8279硬件自动完成,此种方案能以比较简单的硬件
电路和较少的软件开销实现单片机与键盘、LED显示器的接口。
8155扩展,LED动态显示。
该方案方框图如图1.2.2所示,8155是一块可编程的接口芯片,与单片机的接口非常简单,它的键盘、显示共用一个接口电路,可节省I/O口。
但动态扫描方式需占用CPU较多的时间,在单片机没有太多实时测控任务的情况下可以采用。
方案三:
串口扩展,LED静态显示。
该方案方框图如图1.2.3所示,独立式键盘配置灵活,软件结构简单,按键较多时不宜采用。
静态显示占用口资源少,采用串口传输实现静态显示,LED数码管与单片机之间通过6个移位寄存器相连,显示亮度有保证,但此方案的硬件开销大,电路复杂,信息刷新速度慢,比较适用于并行口资源较少的场合。
方案四:
独立式按键,LED动态显示。
该方案方框图如图1.2.4所示,独立式按键直接与单片机I/O口相连构成键盘,每个按键不会相互影响,因本系统用到的按键比较少,采用独立式键盘不会浪费I/O口线,所以本系统采用独立式键盘。
动态显示的亮度虽然不如静态显示,但其硬件电路较简单,可节省硬件成本,虽然动态扫描需占用CPU较多的时间,但本系统中的单片机没有很多实时测控任务,因此,本系统采用此种方案。
2多功能电子表的工作原理
本设计中的电子钟的核心是AT89S51单片机,其内部带有4KB在线可编程Flash存储器的单片机,无须外扩程序存储器,硬件电路主要由四部分构成:
时钟电路,复位电路,键盘以及显示电路。
时钟电路是电子表硬件电路的核心,没有时钟电路,电子表将无法正常工作计时。
本系统时钟电路采用的晶振的频率为12MHz,定时器采用的是定时器0工作在方式1定时,用于实现时、分、秒的计时,定时时间为62.5ms。
复位电路可使电子表恢复到初始状态。
键盘可对电子表进行开启、停止,还能实现时、分、秒的显示及设定等操作。
显示电路由两个共阳级4位一体LED数码管构成,它的段控端和位控端通过74LS244及其S8550PNP型号三极管与AT89S51单片机的I/O口相连,显示器可使电子表显示出时、分、秒。
多功能电子表的计时原理为:
上电后,电子表显示P.提示符,按下A键后,电子表从00:
00:
00开始计时。
当定时器0的定时时间满62.5ms后,定时器0溢出一次,溢出满16次后,电子表的秒加1,满60秒后,分加1,满60分后,时加1,满24时后,电子表重新从00:
00开始计时
3多功能电子表原理方框图、原理图及PCB图
3.1多功能电子表原理方框图
多功能电子表整机电路方框图如图3.1
4多功能电子表元器件清单
多功能电子表电路所有元器件清单如表4.1所示
表4.1多功能电子表元器件清单1
元件名称
封装形式
元件号
LED数码管(共阳极)
DIP-12
D1
D2
510Ω电阻
AXIAL0.4
R1
R2
R3
R4
R5
R6
R7
R8
1K电阻
R9
200电阻
R10
4.7K电阻
R11
R12
R13
R14
R15
R16
R17
R18
电源插座
UIN
DIANYUAN
74LS244芯片
DIP-20
A1
S8550PNP三极管
TO-5
85501
85502
85503
85504
85505
85506
轻触开关A
DIP04
A
轻触开关B
B
轻触开关C
C
轻触开关D
D
轻触开关
S5
12M晶振
XTAL1
Y1
33pF电容
RAD0.2
C1
C2
22µ
F电容
RB.2/.4
C3
7805芯片
TO-220
U1
0.33µ
0.1µ
220µ
C4
桥式整流
DIP-04
二极管
DIODE0.4
11V变压器
DIP-5
TR
扩展插针
SIP08
J0
J1
5单片机硬件资源的分配
本次设计用到了单片机正常工作的硬件资源,如(连接晶振的引脚XTAL1和XTAL2,复位引脚RESET),对其硬件资源还做了具体的安排。
(1).P0口
作为数码管显示器的段控输出口,对数码管显示器进行控制。
(2).P1口
P1.0~P1.3接了四个独立式分别为A键、B键、C键、D键,用于对键盘的控制,P1.5、P1.6、P1.7则作为ISP程序下载的输入端。
(3).P2口
该口全部用于数码管的位控端。
(4).定时/计数器
使用定时器0来实现本次电子钟的运行。
(5).内部存储单元
30H存储定时/计数器0的中断次数。
31H~36H分别作为时、分、秒个位和十位的数据存储单元。
79H~7E分别作为LED0、LED1、LED2、LED3、LED4、LED5显示缓冲单元。
(6).通用寄存器
第0组寄存器:
R0、R1、R3、R7,用来存放键功能程序的数据;
第1组寄存器:
R3,用来存放中断服务程序的数据;
第2组寄存器:
R1、R4,用来存放显示程序的数据。
(7).专用寄存器
定时器控制寄存器TCON,通过设置该寄存器中TR0位的状态来控制定时/计数器0的启动/停止;
中断允许寄存器IE,通过设置该寄存器EA/ET0位的状态来设置定时/计数器0中断允许/禁止;
定时/计数器工作方式寄存器TMOD,设置定时/计数器0的工作方式。
7程序流程图
8电子钟程序清单
调整运行后的电子钟程序清单
;
该程序实现电子钟时、分、秒运行,时、分、秒调整;
十、分、秒同时显示;
共A、B、C、D四个按键,A键实现电子钟的运行和停止、B键调时、C键调分、D键调秒
该电子钟是单片机AT89S51控制,使用芯片中的定时器0方式1实现定时功能;
P0口输出段控码、P2口输出位控码控制数码管显示
该电子钟共使用两个4位一体数码管(S02841A-B)显示
系统初始化程序****************************************************
ORG0000H
AJMPMAIN;
转到系统初始化程序
ORG000BH
AJMPPITO;
转到定时器0中断服务程序
ORG0100H
MAIN:
MOVSP,#60H;
确立堆栈区
MOVTMOD,#01H;
设定定时器0为工作方式1
MOVTL0,#0DCH;
装计数器初值
MOVTH0,#0BH
CLR21H.0
CLRTR0H;
TR0置“0”,定时关闭
S
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