单片机多功能电子钟毕业设计论文Word文档下载推荐.docx
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11、画出电子钟软件系统监控程序、各子程序、中断服务程序及各功能程序的流程框图；
12、列出电子钟软件系统程序清单；
13、写出电子钟的使用讲明；
14、设计体会，谈谈本设计的重点、难点及精妙之处，是否存在不足之点及改进意见；
15、提出《单片机技术》课程教学建议；
16、参考资料。
六、课程设计讲明书书写格式
参照“课程设计讲明书书写格式”文件。
七、参考资料
[1]、曹巧媛，单片机原理及应用[M]，北京：
电子工业出版社，1997.7。
[2]、赵秀珍，单永磊，单片微型运算机原理及其应用[M]，北京：
中国水利水电出版社，2001.8。
[3]、张毅刚，修林成，胡振江，MCS-51单片机应用设计[M]，哈尔滨：
哈尔滨工业大学出版社，1990.8。
[4]、张洪润，兰清华，单片机应用技术教程[M]，北京：
清华大学出版社，1997.11。
[5]、李华，MCS-51系列单片机有用接口技术[M]，北京：
北京航空航天大学出版社，1993.8。
[6]、陈景初，单片机应用系统设计与实践[M]，北京：
北京航空航天大学出版社。
[7]、马家辰，MCS-51单片机原理与接口技术[M]，哈尔滨：
哈尔滨工业大学出版社。
[8]、刘守义，单片机应用技术[M]，西安：
西安电子科技大学出版社。
电气自动化教研室
2005年9月10日
前言
电子科技日新月异，人们对现代电子设备的智能化和微型化及其精度提出了更高的要求，而单片机因其具有稳固可靠、体积小、价格低廉等特点，成为设计智能化仪器外表的首选微操纵器，因此此次我们没有选用传统的专用的时钟芯片，而是采纳了AT89S51芯片，此款单片机能够使用软件对其进行在线编程，其灵活性和可靠性都相对提升。
通过此次实物制作,增强了我们的动手能力,把理论与实践融合在一起。
同时，也进一步加深了对单片机的硬件结构的明白得和巩固，编程能力也得到了提升。
在此将电子钟制作过程中用到的知识进行了一些总结，并记录了遇到的咨询题，期望自己今后能注意。
同时也期望能成为读者的参考资料，能关心读者幸免显现相同的咨询题，并能从中得到一些启发。
在此要感谢王老师对我的指导，感谢同组人的合作及关心过我的同学。
由于编者水平有限,书中的错漏在所难免，恳请读者批判指正。
1多功能电子表讲明及总体方案介绍1
1.1多功能电子表计时方案1
1.2多功能电子表键盘/显示方案2
2电子钟的工作原理4
3多功能电子表原理框图、原理图及PCB图5
3.1多功能电子表原理框图5
3.2多功能电子表整机原理图5
3.3多功能电子表电路PCB图7
4多功能电子表元器件清单9
5多功能电子表单元电路工作原理及芯片11
5.1电源电路工作原理11
5.2时钟电路工作原理11
5.3复位电路工作原理12
5.4键盘电路工作原理12
5.5显示器工作原理13
5.6AT89S51芯片17
5.774LS244芯片20
5.8S8550PNP三极管21
5.9四位一体数码管23
6单片机硬件资源分配25
7程序流程图26
8电子钟程序清单32
9误差分析40
10电子钟使用讲明43
11设计体会44
12教学意见45
13参考资料46
1多功能电子表讲明及总体方案介绍
此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确实是对键盘/显示器接口电路的设计，由于系统功能不同因此要求就不同，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动身，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：
采纳实时时钟芯片
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。
运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的时刻，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，可用来存放需长期储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时刻，因此，在工业实时测控系统中多采纳这一类专用芯片来实现实时时钟功能。
方案二:
软件操纵。
利用单片机内部的定时/计数器进行中确信时，配合软件延时实现时、分、秒的计时及秒表计时。
该方案节约硬件成本，且能使设计者对单片机的指令系统能有更深入的了解，从而把握单片机应用技术MCS-51汇编语言程序设计方法，因此，本系统设计采纳此种软件操纵方法来实现计时。
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储备器的单片机。
它与通用80C51系列单片机的指令系和引脚兼容。
片内的Flash可承诺在线重新编程，也可使用通用非易失性储备器编程。
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操纵器。
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，与单片机的接口专门简单，它的键盘、显示共用一个接口电路，可节约I/O口。
但动态扫描方式需占用CPU较多的时刻，在单片机没有太多实时测控任务的情形下能够采纳。
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，按键较多时不宜采纳。
静态显示占用口资源少，采纳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，独立式按键直截了当与单片机I/O口相连构成键盘，每个按键可不能相互阻碍，因本系统用到的按键比较少，采纳独立式键盘可不能白费I/O口线，因此本系统采纳独立式键盘。
动态显示的亮度尽管不如静态显示，但其硬件电路较简单，可节约硬件成本，尽管动态扫描需占用CPU较多的时刻，但本系统中的单片机没有专门多实时测控任务，因此，本系统采纳此种方案。
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储备器的单片机，无须外扩程序储备器，硬件电路要紧由四部分构成：
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。
本系统时钟电路采纳的晶振的频率为12MHz，定时器采纳的是定时器0工作在方式1定时，用于实现时、分、秒的计时，定时时刻为62.5ms。
复位电路可使电子表复原到初始状态。
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的定时时刻满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：
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
3.2多功能电子表电路原理图
3.2.1多功能电子表电源电路原理图
直流稳压电源电路原理图如图3.2所示
3.2.2多功能电子表整机电路原理
3.3多功能电子表电路PCB图
3.3.1多功能电子表电源电路PCB图
电源电路PCB图如图3.4所示
3.3.2多功能电子表整机电路PCB图
多功能电子表整机电路PCB图如图3.5所示
3.5整机PCB图
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多功能电子表单元电路工作原理介绍
5.1电源电路工作原理
图5.1所示为集成直流稳压电源电路的原理图，本电源电路是由集成稳压器构成的。
电路可分成三部分：
电源变压器部分、整流滤波部分和稳压部分。
变压器原边为工频交流220V电压，通过变压后，变压器副边的电压变为交流11V，11V交流电压通过桥式整流电路整流后变为直流10V电压，直流10V电压作为CW7805的输入电压，CW7805输出+5V电压。
图中D2为整流桥，它由四个整流二极管接成电桥形式。
C3为滤波电容，C1用于抵消输入端较长接线的电感效应，以防止自激振荡，还可抑制电源的高频脉冲干扰。
一样取0.1——1μF。
CW7805为三端固定输出集成稳压器，其输入和输出电压都为固定值，它的输入电压为+10V，输出电压为+5V。
C2和C4用以改善负载的瞬态响应，排除电路的高频噪声，同时也具有消振作用。
5.2时钟电路工作原理
图5.2所示为时钟电路原理图，在AT89S51芯片内部有一个高增益反相放大器，其输入端为芯片引脚XTAL1，输出端为引脚XTAL2。
而在芯片内部，XTAL1和XTAL2之间跨接晶体振荡器和微调电容，从而构成一个稳固的自激振荡器。
时钟电路产生的振荡脉冲通过触发器进行二分频之后，才成为单片机的时钟脉冲信号。
5.3复位电路工作原理
图5.3所示为复位电路原理图，复位是单片机的初始化操作，其要紧功能是把PC初始化为0000H,使单片机从0000H单元开始执行程序，并使其它功能单元处于一个确定的初始状态。
本复位电路采纳的是按键复位，它是通过复位端经电阻与VCC电源接通而实现的，它兼具上电复位功能。
因本系统的晶振的频率为12MHz，因此，复位信号连续时刻应当超过2μS才能完成复位操作。
5.4键盘工作原理
图5.4所示为键盘原理图,本系统采纳的是独立式键盘结构，每个按键单独占用一根I/O口线，每个按键的工作可不能阻碍其它I/O口线的状态。
它软件是采纳查询式结构，第一逐位查询每根I/O口线的输入状态，如某一根I/O口线输入为低电平，则可确认该I/O口线所对应的按键已按下，然后，再转向该键的功能处理程序。
5.5显示器工作原理
系统采纳动态显示方式，用P0口来操纵LED数码管的段控线，而用P2口来操纵其位控线。
动态显示通常差不多上采纳动态扫描的方法进行显示，即循环点亮每一个数码管，如此尽管在任何时刻都只有一位数码管被点亮，但由于人眼存在视觉残留效应，只要每位数码管间隔时刻足够短，就能够给人以同时显示的感受。
图中的S8550作为驱动器，而8个510欧姆电阻则起限流作用。
由图5.5可知，要想让数码管那一段亮，在该数码管位控段为高电平的情形下给这段送低电平就能够了。
显示电路结构采纳动态扫描的方式，所有数码管的段控端公用单片机P0口的8根输出口线，数码管的段控端a、b、c、d、e、f、g、dp分不接到P0口的P0.0、P0.1、P0.2、P0.3、P0.4、P0.5、P0.6、P0.7口线上，每个数码管的位控线单独占用单片机P2口一根输出口线，8位数码管从高位到低位分不接P2.0～P2.7引脚。
段控码（低电平有效）由P0口输出经上拉电阻上拉电压后通过锁存器74LS244送到数码管的段控端，位控码由P2口输出经三极管S8550驱动后送到数码管的位控端。
在单片机内部显示缓冲区79H、7AH、7BH、7CH、7DH、7EH内的值分不是秒的个位、秒的十位、分的个位、分的十位、时的个位、时的十位，显示器LED0、LED1、LED2、LED3、LED4、LED5分不显示秒的个位十位、分的个位十位、时的个位十位，由图5.5所示。
数码管动态显示：
由于显示的数据和LED数码管的段控码并不是一一对应的关系，即显示的数据与数码管的字型代码不相符。
显示数据与字型代码之间存在着转换关系，数码管段控数据和数码管各段的对应关系如表5.1、表5.2所示。
表5.1数码管数据和数码管每段的对应关系
D7
D6
D5
D4
D3
D0
LED显示码
a
1
0FEH
b
0FDH
c
0FBH
d
0F7H
e
0EFH
f
0DFH
g
0BFH
dp
7FH
表5.2数码管断码和字型的对应关系（共阳极）
字型
段码
0CO
0F9
2
0A4
3
0B0
4
99
5
92
6
82
7
0F8
8
80
9
90
88
83
0C6
0A0
E
86
F
8E
P.
06
全亮
00
全灭
0FF
从电子钟程序清单中的显示程序能够明白:
数据表格储备单元从首地址到最高位分不存放的是共阳极数码管0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、P.、灭的十六进制字型代码，因此只要把显示缓冲区内的数值加上偏移地址rel（偏移量运算方法如式3.1所示）,把和送到累加器A中，使用MOVCA,@A+PC就能够取出缓冲区内要显示数据的字型代码，因此要取P.和灭的字型代码就要分不给缓冲区送0AH、0BH。
偏移地址rel=数据表格首地址-MOVCA@A+PC指令单元首地址-1式3.1
在动态扫描时，显示缓冲区79H内部存放的是要显示的秒的个位的数值，使用MOVCA,@A+PC指令取出段控码，由P0口输出通过锁存器74LS244后送到数码管的段控端，给P2口送01H通过锁存器74LS244驱动以后，只有LED0位的位控端有效，现在只有LED0被点亮来显示秒的个位，延时连续点亮一段时刻，然后把显示缓冲单元地址加1，位控值左移一位，取出段控码，再把段控码和位控码送到数码管显示器，现在只有LED1被点亮显示秒的十位，延时连续点亮一段时刻，就如此通过逐个地从低位到高位点亮各个显示器，扫描到最高位时的十位被点亮就返回。
如此尽管在任一时刻只有一位显示器被点亮，然而由于人眼具有视觉残留效应，看起来与全部显示器连续点亮成效完全一样。
5.6AT89S51芯片介绍
如图5.7所示为AT89S51芯片的引脚图
兼容标准MCS-51指令系统的AT89S51单片机是一个低功耗、高性能CHMOS的单片机，片内含4KB在线可编程Flash储备器的单片机。
它与通用80C51系列单片机的指令系统和引脚兼容。
AT89S51单片机片内的Flash可承诺在线重新编程，也可用通用非易失性储备编程器编程；
片内数据储备器内含128字节的RAM;
有40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口;
具有两个16位可编程定时器；
中断系统是具有6个中断源、5个中断矢量、2级中断优先级的中断结构；
震荡器频率0到33MHZ,因此我们在此选用12MHZ的晶振是比较合理的；
具有片内看门狗定时器；
具有断电标志POF等等。
AT89S51具有PDIP,TQFP和PLCC三种封装形式。
上图确实是PDIP封装的引脚排列，下面介绍各引脚的功能。
P0口：
8位、开漏级、双向I/O口。
P0口可作为通用I/O口，但须外接上拉电阻；
作为输出口，每各引脚可吸取8各TTL的灌电流。
作为输入时，第一应将引脚置1。
P0也可用做访咨询外部程序储备器和数据储备器时的低8位地址/数据总线的复用线。
在该模式下，P0口含有内部上拉电阻。
在FLASH编程时，P0口接收代码字节数据；
在编程效验时，P0口输出代码字节数据（需要外接上拉电阻）。
P1口：
8位、双向I/0口，内部含有上拉电阻。
P1口可作一般I/O口。
输出缓冲器可驱动四个TTL负载；
用作输入时，先将引脚置1，由片内上拉电阻将其抬到高电平。
P1口的引脚可由外部负载拉到低电平，通过上拉电阻提供电流。
在FLASH并行编程和校验时，P1口可输入低字节地址。
在串行编程和效验时
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