微型计算机原理与接口技术课程设计报告具有记忆功能的电子时钟.docx
《微型计算机原理与接口技术课程设计报告具有记忆功能的电子时钟.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《微型计算机原理与接口技术课程设计报告具有记忆功能的电子时钟.docx（58页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
微型计算机原理与接口技术课程设计报告具有记忆功能的电子时钟
一、题意分析及解决方案
1、题意需求分析
（1需要一个八位LED数码管显示器用于显示时间（分,秒;显示的初值在启动实验箱运行程序后输入;按任意键后时间开始走动,每隔一秒改变一次显示值（每60秒为一分钟,60分一小时,24小时后复位;能同时显示时分秒共六位;秒钟为60时,能自动复位到零,并使分钟加一;分钟为60时,能自动复位到零,并使小时加一;小时为24时时,自动复位到零。
LED数码管显示器循环显示时分秒的动态值
（2如何让一个计时信息准确无误的显示出来,即选择什么样的芯片来显示时间
（3如何让断电后再启动时,时钟能够按照断电前的时间继续计时,用什么芯片来完成,怎样完成?
2、解决问题及思路
（1硬件部分
LED在亮度、功耗、可视角度和刷新速率等方面,都更具优势。
使用寿命较长,光电能转化效率高
键盘（Keyboard是常用的输入设备,它是由一组开关矩阵组成,结构相对复杂,与8279A配套使用
8255芯片是可编程的并行接口芯片,不需要附加外部电路便可和大多数并行传输数据的外部设备相连,数据的各位同时传送,使用十分方便
（2软件部分
计数器的初始时间设置:
启动单片机并成功运行程序后在十六进制开关中输入初值。
错误输入时显示ERROR信息
计时:
首先将秒位计时加1,判断秒位是否为60,若不是,则直接显示时间;若是,则将秒位置为00,且分位加1;分位同上;小时到24,则将时位清零。
显示:
8279A芯片内部有一个显示RAM和一个FIFORAM,可以暂存从小键盘中读出的数据,同时可以将内存中的数据暂存到显示RAM中,简化了程序复杂度。
每次将各个位要显示的数据处理好后到换码表中找到对应值,初始化8279后将值送到数据口即实现显示的目的
存储与读出:
在开始执行程序之前做读出操作,将AT24C02内的数读出到8255中,从而再将其送入到8279中进行操作,这样就执行了读出操作;执行时间加1操作是通过8255将此时的数存入到AT24C02中。
二、硬件设计
2、18279
1、（18279在本设计中的作用
在本设计中8279芯片控制键盘输入和LED的显示
（28279A芯片是一种通用的可编程序的键盘/显示接口器件,单个芯片就能完成键盘输入和LED显示控制两种功能。
可与任何8位机接口。
8279A芯片包括键
盘输入和显示输出两个部分。
与计算机接口方便、编程容易、系统灵活
2、内部结构
DB0~DB7
VCCGND
命
令
寄
存
器
组显示RAMFIFORAM
OUTB0~OUTB3OUTA0~OUTA3SL0~SL3RL0~RL7SHIFTCNTL/STB
IRQ
RESETCLKC和RDBDWRCSD
图中,IRQ:
中断请求输出线,DB0~DB7:
双向数据总路线（传送命令、数据、状态,、:
读写控制输入端,RESET:
复位输入端,CLK:
时钟输入端,:
片选,C和/D（A0:
片内寄存器选址,OUTA0~A1、OUTB0~B3:
8位显示输出端,:
熄灭显示输出端,SL0~SL3:
公用扫描输出线,RL0~RL7:
键盘回馈输入线,SHIFT:
抵挡键输入线,CNTL/STB:
控制/选通输入线。
另外,8279的键盘接口部分内部有一个8×8位先进先出的堆栈（FIFO,用来存放键盘输入代码,显示器接口部分内部有一个16×8位显示RAM,用来显示段数据,能为16位LED显示器（或其它显示器提供多路扫描接口
3、8279A的引脚信号和功能
8279可编程键盘显示器接口芯片具有动态显示驱动电路,不占用CPU的时间、可自动进行键盘扫描、与计算机接口方便、编程容易、系统灵活等特点。
8279是可编程的键盘/显示接口芯片。
它既具有按键处理功能,又具有自动显示功能,在单片机系统中应用很广泛。
8279内部有键盘FIFO（先进先出堆栈/传感器,双重功能的8×8=64BRAM,键盘控制部分可控制8×8=64个按键或8×8阵列方式的传感器。
该芯片能自动消抖并具有双键锁定保护功能。
显示RAM容量为16×8,即显示器最大配置可达16位LED数码显示。
4、8279的命令字及其格式
8279有三种工作方式:
键盘工作方式、显示工作方式和传感器工作方式。
键盘工作方式:
双键互锁和N键轮回。
双键互锁是指当有两个以上按键同时按下时,只能识别最后一个被释放的按键,并把其键值送入内部FIFORAM中。
N键轮回是指当有多个按键同时按下时,所有按键的键值均可按扫描顺序依次存入FIFORAM中。
显示工作方式:
是指CPU输入至8279内部FIFORAM的数据的输出格式,有8个字符左端入口显示、16个字符左端入口显示、8个字符右端入口显示、16个字符右端入口显示四种方式。
传感器方式:
是指扫描传感器阵列时,一旦发现传感器的状态发生变化就置位INT向CPU申请中断。
选择不同的工作方式均是通过CPU对8279送入命令来进行控制。
8279共有
8种命令,命令寄存器为8位,其中D7~D5为命令特征位,D4~D0为命令的控制位。
CPU对8279写入的命令数据为命令字,读出的数据为状态字。
8279共有八条命令,其功能及命令字格式分述如下。
（1键盘/显示方式设置命令字
命令格式:
D7D6D5D4D3D2D1D0
000DDKKK
其中:
D7、D6、D5=000为方式设置命令特征位。
DD（D4、D3:
用来设定显示方式,如表2-2所示。
表2-2显示方式选择
D4D3显示方式
008个字符显示,左端入
口
0116个字符显示,左端入
口
108个字符显示,右端入
口
1016个字符显示,右入口
所谓左入口,即显示位置从最左一位（最高位开始,以后逐次输入的显示字符逐个向右顺序排列;所谓右入口,则是显示位置从最右一位（最低位开始,以后逐次输入显示字符时,已有的显示字符依次向左移动。
KKK（D2、D1、D0:
用来设定七种键盘/显示扫描方式,如表2-3所示。
表2-3键盘/显示扫描方式
D2D1D0键盘/显示扫描方式
000编码扫描键盘,双键锁定
001译码扫描键盘,双键锁定
010编码扫描键盘,N键轮回
011译码扫描键盘,N键轮回
100编码扫描传感器矩阵
101译码扫描传感器矩阵
110选通输入,编码显示扫描
111选通输入,译码显示扫描
（2时钟编程命令
命令格式:
D7D6D5D4D3D2D1D0
001PPPPP
其中:
D7、D6、D5=001为时钟命令特征位。
PPPPP（D4、D3、D2、D1、D0用来设定外部输入CLK时钟脉冲的分频系数N。
N取值范围为2~31。
如CLK输入时钟频率为2MHZ,PPPPP应被置为10100（N=20,才可获得8279内部要求的100KHZ的时钟频率。
（3读FIFO/传感器RAM命令
命令格式:
D7D6D5D4D3D2D1D0
010AIXAAA
其中:
D7、D6、D5=010为读FIFO/传感器RAM命令特征位。
该命令字只在传感器方式时使用。
在CPU读传感器RAM之前,必须用这条命令来设定所读传感器RAM中的地址。
AAA（D2、D1、D0为传感器RAM中的八个字节地址。
AI（D4为自动增量特征位。
当AI=1时,每次读出传感器RAM后地址自动加1使地址指向下一个存储单元。
这样,下一个数据便从下一个地址读出,而不必重新设置读FIFO/传感器RAM命令。
在键盘工作方式中,由于读出操作严格按照先入先出顺序,因此,不需使用这条命令。
（4读显示RAM命令
命令格式:
D7D6D5D4D3D2D1D0
011AIAAAA
其中:
D7、D6、D5=011为读显示RAM命令字的特征位。
该命令字用来设定将要读出的显示RAM地址。
AAAA（D3、D2、D1、D0用来寻址显示RAM中的存储单元。
由于位显示RAM中有16个字节单元,故需要4位寻址。
AI（D4为自动增量特征位。
AI=1时,每次读出后地址自动加1,指向下一地址。
（5写显示RAM命令
命令格式:
D7D6D5D4D3D2D1D0
100AIAAAA
其中:
D7、D6、D5=100为写显示RAM命令字的特征位。
在写显示RAM之前用这个命令字来设定将要写入的显示RAM地址。
AAAA（D3、D2、D1、D0为将要写入的显示RAM中的存储单元地址。
AI（D4为自动增量特征位。
AI=1时,每次写入后地址自动加1,指向下一次写入地址。
（6显示禁止写入/消隐命令
命令格式:
D7D6D5D4D3D2D1D0
101XIW/AIW/BBL/ABL/B
其中:
D7、D6、D5=101为显示禁止写入/消隐命令特征位。
IW/A、IW/B（D3、D2为A、B组显示RAM写入屏蔽位。
当A组的屏蔽位D3=1时,A组的显示RAM禁止写入。
因此,从CPU写入显示器RAM数据时,不会影响A的显示。
这种情况通常在采用双4位显示器时使用。
因为两个四位显示器是相互独立的。
为了给其中一个四位显示器输入数据而又不影响另一个四位显示器,因此必须对另一组的输入实行屏蔽。
BL/A、BL/B（D1、D0为消隐设置位。
用于对两组显示输出消隐。
若BL=1,对应组的显示输出被消隐。
当BL=0,则恢复显示。
（7清除命令
命令格式:
D7D6D5D4D3D2D1D0
110CDCDCDCFCA
其中:
D7、D6、D5=110为清除命令特征位。
清除显示RAM方式如表2-4所
示。
表2-4显示RAM清除方式
D4D3D2清除方式
10×将全部显示RAM清为00H
110将全部显示RAM置为20H,A组输出0010,
B组输出0000
111将全部显示RAM置为FFH
0××D0=0不清除,D0=1按上述方法清除
CF（D1用来置空FIFO存储器,当CF=1时,执行清除命令后,FIFORAM被置空,使INT输出线复位。
同时,传感器RAM的读出地址也被置为0。
CA（D0为总清的特征位。
它兼有CD和CF的联合效能。
在CF=1时,对显示的清除方式由D3、D2的编码决定。
显示RAM清除时间约需160us。
在此期间状态字的最高位Du=1,表示显示无效。
CPU不能向显示RAM写入数据。
（8结束中断/错误方式设置命令
命令格式:
D7D6D5D4D3D2D1D0
111EXXXX
其中:
D7、D6、D5=111为该命令的特征位。
此命令有两种不同的作用。
①作为结束中断命令。
在传感器工作方式中使用。
每当传感器状态出现变化时,扫描检测电路就将其状态写入传感器RAM,并启动中断逻辑,使INT变高,向CPU请求中断,并且禁止写入传感器RAM。
此时,若传感器RAM读出地址的自动递增特性没有置位（AI=0,则中断请求INT在CPU第一次从传感器RAM读出数据时就被清除。
若自动递增特征已置位（AI=1,则CPU对传感器RAM的读出并不能清除INT,而必须通过给8279写入结束中断/错误方式设置命令才能使INT变低。
因此,在传感器工作方式中,此命令用来结束传感器RAM的中断请求。
②作为特定错误方式设置命令。
在8279已被设定为键盘扫描N键轮回方式以后,如果CPU给8279又写入结束中断/错误方式设置命令（E=1,则8279将以一种特定的错误方式工作。
这种方式的特点是:
在8279的消抖周期内,如果发现多个按键同时按下,则FIFO状态字中的错误特征位S/E将置1,并产生中断请求信号和禁止写入FIFORAM。
上述八种用于确定8279操作方式的命令字皆由D7D6D5特征位确定,输入8279后能自动寻址相应的命令寄存器。
因此,写入命令字时唯一的要求是使数据选择信号A0=1。
5、8279的状态字及其格式
8279的FIFO状态字,主要用于键盘和选通工作方式,以指示FIFORAM中的字符数和有无错误发生。
其格式为:
D7D6D5D4D3D2D1D0
DUS/EOUFNNN
其中:
Du（D7为显示无效特征位。
当Du=1表示显示无效。
当显示RAM由于清除显示或全清命令尚未完成时,Du=1,此时不能对显示RAM写入。
S/E（D6为传感器信号结束/错误特征位。
该特征位在读出FIFO状态字时被读出。
而在执行CF=1的清除命令时被复位。
当8279工作在传感器工作方式时,若S/E=1,表示传感器的最后一个传感器信号已进入传感器RAM;而当8279工作在特殊错误方式时,若S/E=1则表示出现了多键同时按下错误。
O、U（D5、D4为超出、不足错误特征位。
对FIFORAM的操作可能出现两种错误:
超出或不足。
当FIFORAM已经充满时,其它的键盘数据还企图写入FIFORAM,则出现超出错误,超出错误特征位O（D5置1;当FIFORAM已经置空时,CPU还企图读出,则出现不足错误,不足错误特征位U（D4置1。
F（D3表示FIFORAM中是否已满标志,若F=1表示已满。
NNN（D2、D1、D0表示FIFORAM中的字符数据个数。
6、数据输入/输出格式
对8279输入/输出数据不仅要先确定数据地址口,而且数据存放也要按一定格式,其格式在键盘和传感器方式有所不同。
（1键盘扫描方式数据输入格式
键盘的行号、列号及控制键格式如下:
D7D6D5D4D3D2D1D0
被按键所在行号（由RL0~RL7
状态确定
被按键所在列号（由SL0~SL2
状态确定
控制键SHIFT状态
控制键CNTL状态
控制键CNTL、SHIFT为单独的开关键。
CNTL与其它键连用作特殊命令键,SHIFT可作上、下挡控制键。
（2传感器方式数据输入格式
此种方式8位输入数据为RL0~RL7的状态。
格式如下:
D7D6D5D4D3D2D1D0
RL7RL6RL5RL4RL3RL2RL1RL0
2、274LS138
1、在本设计中的作用
扫描计数器采用的编码工作方式
2、功能分析
74LS138是3/8译码器,即对3个输入信号进行译码。
得到8个输出状态。
G1,G2A,G2B,为数据允许输出端,G2A,G2B低电平有效。
G1高电平有效。
A,B,C为译码信号输出端,Y0~Y7为译码输出端,低电平有效。
图2-374LS138图2-4功能表
2、374LS240
1、在本设计中的作用
主要是为了增加LED的驱动电流
2、功能分析
74LS240TTL八反相三态缓冲器/线驱动器
引出端符号:
1A,2A输入端
三态允许端（低电平有效
1Y~8Y输出端
图2-574LS240逻辑图
表2-574LS240功能表
输入输出
AY
LLHL
H
X
H
L
Z
2、4小键盘
1、在本设计中的作用
在本设计中用于输入二进制数字
2、功能分析
通常使用的键盘是矩阵结构的。
对于4×4=16个键的键盘,采用矩阵方
式只要用8条引线和2个8位端口便完成键盘的连接。
如图,这个矩阵分为4行4列,如果键5按下,则第1行和第1列线接通而形成通路。
如果第1行线接低电平,则键5的闭合,会使第1列线也输出低电平。
矩阵式键盘工作时,就是按行线和列线的电平来识别闭合键的。
F
B732E
A659D
C
8014第0列
第1列第2列
第3列
第0行
第1行
第2行
第3行
图2-54×4键盘矩阵图
行扫描法识别按键的原理如下:
先使第0行接低电平,其余行为高电平,然后看第
行是否有键闭合。
这是通过检查列线电位来实现的,即在第0行接低电平时,看是否有哪条列线变成低电平。
如果有某列线变为低电平,则表示第0行和此列线相交位置上的键被按下;如果没有任何一条列线为低电平,则说明第0行没有任何键被按下。
此后,再将第1行接低电平,检测是否有变为低电平的列线。
如此重复地扫描,直到最后一行。
在扫描过程中,当发现某一行有键闭合时,也就是列线输入中有一位为0时,便退出扫描,通过组合行线和列线即可识别此刻按下的是哪一键。
实际应用中,一般先快速检查键盘中是否有键按下,然后再确定按键的具体位置。
为此,先使所有行线为低,然后检查列线。
这时如果列线有一位为0,则说明必有键被按下,采用扫描法可进一步确定按键的具体位置。
2、5LED
1、在本设计中的作用作为显示时间的工具
2、功能分析
物理构造:
LED发光二级管,采用砷化镓、镓铝砷、和磷化镓等材料制成,其内部结构为一个PN结,具有单向导电性。
图2-6LED结构图
数字成像:
将七个发光管进行组合,排列成数字图形8,再根据需要控制七个管的亮与灭,即可显示出定义数字。
表2-6LED的编码
字型ABCDabcdefg
bp
OX
000001111110
3f
100010110000
06
200101101101
5b
300111111001
4f
401000110011
66
501011011011
6d
601100011111
7d
701111110000
07
810001111111
7f
910011110011
6f
A10101110111
77
B10110011111
7c
C11001001110
39
D11010111101
5e
E11101001111
79
F11111000111
71
2、68255
1、在本设计中的作用
只是作为一个接口来实现数据传递,接受从AT24C02中读出的数,将要送入的数存储在8255内
2、功能分析
8255是可编程的并行接口芯片,它有三个相互独立的8位数据端口可以
传输数据,分别是A口、B口和C口,它的三个端口都可以作为输出和输入端口,它传输的速度是非常快的,而且效率也很高,A口有三种工作方式:
即方式0、方式1和方式2,而B口只能工作在方式0或方式1下,而C口通常作为联络信号使用。
8255的工作只有当片选CS效时才能进行。
而控制逻辑端口实现对其他端口的控制。
数据总线缓冲器:
这是一个8位双向三态缓冲器,三态是由读/写控制逻辑控制的。
这个缓冲器是8255A与CPU数据总线的接口。
所有数据的输入/输出,以及CPU用输出指令向8255A发出的控制字和用输入指令从8255A读入的外设状态信息,都是通过这个缓冲器传递的。
读/写控制逻辑:
它与CPU的6根控制线相连,控制8255A内部的各种操作。
控制线RESET用来使8255A复位。
和地址线A1及A0用于芯片选择和通道寻址。
控制线和用来决定8位内部和外部数据总线上信息传送的方向,即控制把CPU的控制命令或输出的数据送到相应的通道,或把状态信息或输入数据送到CPU。
8255A的读/写控制逻辑的作用,是从CPU的地址和控制总线上接受输入的信号,转变成各种命令送到A组或B组控制电路进行相应的操作。
8255A的工作方式控制字:
表1:
8255A的基本操作
CSA1A0RDWR功能00001对端口A读输入
00101对端口B读01001对端口C读01101非法,不能对D口读
00010对端口A写输出00110对端口B写01010对端口C写01110对端口D写1××××数据缓冲器为三态
断开×××11
3、8255的技术参数
8255A的引脚信号
1与外设相连的
PA7~PA0:
A口数据信号线。
PB7~PB0:
B口数据信号线。
PC7~PC0:
C口数据信号线。
2与CPU相连的
RESET:
复位信号。
当此信号来时,所有寄存器都被清除。
同时三个数据端口被自动置为输入端口。
D7~D0:
它们是8255A的数据线和系统总线相连。
CS:
片选信号。
在系统中,一般根据全部接口芯片来分配若于低位地址（比如A5、A4、A3组成各种芯片选择码,当这几位地址组成某一个低电平,于8255A被选中。
只有当有效时,读信号写才对8255进行读写。
RD:
读信号。
当此信号有效时,CPU可从8255A中读取数据。
WR:
写信号。
当此信号有效时,CPU可向8255A中写入数据。
A1、A0:
端口选择信号。
8255A内部有3个数据端口和1个控制端口,共4个端口。
规定:
A1、A0为00时,选中A端口;
A1、A0为01时,选中B端口;
A1、A0为10时,选中C端口;
A1、A0为11时,选中控制口。
表2:
8255A的基本参数表
参数名称符号测试条件
规范值
最大最小
输入低电平电压V
IL
0.8v-0.5v
输入高电平电压V
IH
Vcc2.0v
输入低电平电压<数据总线>V
OL
I
OL
=2.5mA0.45v——
输入低电平电压<外部端口>V
OL
I
OL
=1.7mA0.45v——
输入高电平电压<数据总线>V
OH
I
OH
=-400μA——2.4v
输入高电平电压<外部端口>V
OH
I
OH
=-200μA——2.4v
达林顿驱动电流I
DAR
REXT=750
VEXT=1.5v
-0.4mA1.0mA
电源电流I
CC
——120mA——
输入负载电流I
ILI=V
CC
~0v+10mA-10mA
输出浮动电流I
OFLV
OUT
=V
Cco
~0v+10mA-10mA
2、7AT24C02
1、在本设计中的作用
只是作为断电保存数据的
2、功能分析
它的应用非常的广泛,涉及到很多方面,是一个很好的软件
（1、AT24C02的引脚如下图:
它的1、2、3脚是3根地址线,用于确定硬件地址。
第8脚和第4脚分别为正、负电源。
第5脚SDA为串行数据输入/输出,数据通过这一根双线的I2C串行传送,SDA和SCL分别为漏极开路端,在实际应用中都需要和正电源间各接一个5.1kΩ的上拉电阻。
第7脚为WP写保护端,接地时允许芯片执行一般的读写操作;接正电源时只允许对器件进行读操作。
（2AT24C02的内部结构
（3它的参数
工作温度工业级-55℃+125℃
商业级0℃+75℃
贮存温度-65℃+150℃
各管脚承受电压-2.0Vcc+2.0V
Vcc管脚承受电压-2.0+7.0V
封装功率损耗（Ta=25℃1.0W
焊接温度（10秒300℃
输出短路电流100mA
4、硬件总逻辑图及其说明
图中8279的地址由和
升级会员 