单片机课程设计

第1章电子钟设计方案选择与论证。

1.1 功能要求说明。

1)、 led数码管显示器显示当前时间；

2)、该电子钟上电或按键复位后能自动显示系统提示符“p.”，进入时钟准备状态；

3)、四个按键的功能：a键用于电子钟启动/调整；b键用于调秒，范围0-59,0为60秒，每按一次秒加1；c键用于调分，范围0-59,0 为60分，每按一次分加1；d键用于调时，范围0-23，0为24时，每按一次时加1；

电子钟的构成主要是由单片机，键盘显示接口电路及时钟电路和复位电路构成，在方案选择的时候多体现在键盘显示接口电路的不同，因而我们主要讨论的是键盘显示电路不同时的方案。在此有以下几种方按案供我们选择：

1.2设计方案一：8155扩展i/o口的键盘、显示接口。

8155芯片有256个字节ram、2个8位、1个6位的可编程i/o口和1个14位计数器，与mcs-51单片机接口简单，是单片机系统中广泛使用的芯片。

对于这个芯片我们比较的熟悉，但利用它进行本次设计有一主要的缺点：它占用的cpu较多；原理框图如图1-1所示。

图1-1 方案一原理框图。

1.3设计方案二： 74ls244、键盘、显示接口。

本次简易电子钟的设计是at89s52键盘、显示接口，led动态显示。该方案的单片机芯片采用atmel公司的at89s52，它一种低功耗、高性能的cmos 8位单片机。它的优点是：

实时测控任务少，采用动态显示，节省i/o口，硬件电路比较简单，成本低。它的原理框图如图1-2所示：

图1-2 方案二原理框图。

1.4设计方案三：8279键盘、显示接口。

8279是intel公司为8位处理器设计的通用的键盘/显示接口芯片，其功能是：接受来自键盘输入数据并作与处理，并可以完成数据显示的管理和数据显示器的控制。单片机采用8299管理键盘和显示器，软件编程极其简单，显示稳定，且减少主机的负担。

它的原理框图如图1-3所示：

图1-3 方案三原理框图。

1.5设计方案四：晶体管三极管驱动数码管。

本方案主要采用晶体三极管作为数码管的驱动器，用它的好处是在画pcb 单面板时容易走通单面板而没有交叉线，还有一个好处是晶体三极管**比较便宜，到处都可以买到，在本次设计中我们就采用本方案来做电子钟。它的原理框图如图1-4所示：

图1-4 方案四原理框图。

第2章电子钟原理说明。

2.1 实现时钟计时的基本方法。

利用mcs-51系列单片机可编程定时/计数器、中断系统来实现时钟计数。

2.1.1 计数初值计算。

把定时器设为工作方式1，定时时间为50ms,则计数溢出20次即得时钟计时最小单位秒，而20次计数可用软件方法实现。

假设使用t/c0，方式1，50ms定时，fosc=12mhz。则初值x满足（216-x）×1(μs)×10-3(s) =50000 (μs)则x=15536,二进制为0100110000000000,十六进制表示为4c00h。

初值的计算也可以用专门的小软件直接输入使用的定时器，方式，定时时间，“确定”之后，就可以直接显示初值。这样可以提高工作效率，又不易出错。

2.1.2 采用中断方式进行溢出次数累计，计满20次为秒计时（1秒）

2.1.3 从秒到分和从分到时的计时是通过累加和数值比较实现。

2.2 电子钟的时间显示。

电子钟的时钟时间在八位数码管上进行显示，因此，在内部ram中设置显示缓冲区共8个单元。这八个缓冲单元由数组构成。

显示缓冲区从左至右依次存小时，分，秒的数值。

2.3 电子钟的启，停及时间调整。

电子钟设置4个按键通过程序控制来完成电子钟的启，停及时间调整。

a键控制电子钟的启，停；

b键调整时；

c键调整分；

d键调整秒。

第3章硬件设计。

3.1芯片at89s52

at89s52是一种低功耗，高性能chmos 8位单片机。片内含8kbytes isp的可反复擦写1000次flash只读程序存储器，128bytes的随机存取数据存储器（ram）。其特点如下：

1）兼容mcs-51指令系统；

2）最大的工作频率为33mhz；

3）具有双工uart串行通道；

4）内部集成看门狗计时器，不需要再外接看门狗计时器单元电路；

5）双数据指示器；

6）支持isp（**更新程序）功能，其优势在于改写单片机存储器内的程序不需要把芯从工作环境中剥离；

7）电源关闭标识；

8）电压范围宽达4-5.5v，而89c52在低于4.8v或高于5.3v则无法工作；

本；3.1.1 at89s52外部管脚如图7所示。

3.1.2引脚与功能。

at89s52单片机为40引脚芯片如图3-1所示：

1）引脚信号介绍：

p00～p07 p0口8位双向口线。

p10～p17 p0口8位双向口线。

p20～p27 p0口8位双向口线。

p30～p37 p0口8位双向口线。

ale地址锁存控制信号：

图3-1 芯片at89s52外部管脚。

在系统扩展时，ale用于控制把p0口输出低8位地址送锁存器锁存起来，以实现低位地址和数据的隔离。此外由于ale是以晶振六分之一的固定频率输出的正脉冲，因此可作为外部时钟或外部定时脉冲作用。/psen外部选通信号在读外部rom时/psen有效（低电平），以实现外部rom单元的读操作。

ea 访问程序存储器控制信号：

rst 复位信号：当输入的复位信号延续2个机器周期以上高电平时即为有效，用以完成单片机的复位初始化操作。

xtal1和xtal2 外接晶体引线端：当使用芯片内部时钟时，此二引线端用于外接石英晶体和微调电空；当使用外部时钟时，用于拉外部的时钟脉冲信号。

gnd：地线。

vcc：+5v电源。

2）信号引脚的第二功能：

由于工艺及标准化等原因，芯片的引脚数目是有限制的，例如mcs—51系列把芯片引脚数目限定为40条，但单片机为实现其功能所需要的信号数目却远远超过此数，因此就出现了需要与可能的矛盾。因此，给一些信号引脚赋以双重功能。

p3口第二功能：

p3的8条口线都定义有第二功能，具体如表1所示：

表1 p3口第二功能分配表。

3.3 复位电路。

复位电路是使单片机的cpu或系统中的其他部件处于某一确定的初始状态，并从这上状态开始工作。上电复位是单片机上电时复位操作，保证单片机上电后立即进入规定的复位状态。除了进入系统的正常初始化之外，当由于程序运行出错或操作错误使系统处于死锁状态时，为摆脱困境，也需要按复位键。

在此，结合了上电和按键盘手动两种复位方式。

3.3.1 复位电路图。

复位电路图如图3-2所示。

3.3.2 复位电路工作原理。

上电复位要求接通电源后，单片机自动实现复位操作。

上电瞬间rst引脚获得高电平，随着电容的充电，rst引脚的高电。

平将逐渐下降。

图3-2 复位电路。

rst引脚的高电平只要能保持足够的时间（2个机器周期），若采用6mhz的晶振，则复位信号应超过4μs单片机就可以进行复位操作。

3.4 时钟电路。

时钟电路用于产生单片机工作所需要的时钟信号，而时序所研究的是指令执行中各信号之间的相互关系。单片机本身就如一个复杂的同步时序电路，为了保证同步工作方式的实现，电路应在唯一的时钟信号控制下严格地按时序进行工作。

3.4.1 时钟振荡电路图。

时钟振荡电路图如图3-3所示：

3.4.2 时钟信号的产生。

图3-3 时钟电路

单片机内部有一个高增益反相放大器，其输入端为芯片引脚xtal1，其输出端为引脚xtal2。而在芯片的外部，xtal1和xtal2之间跨接晶体振荡器和微调电容，从而构成一个稳定的自激振荡器。

电容器c1和c2的作用是稳定频率和快速起振，电容值在5－30pf,典型值为30pf。外部时钟方式是把外部已有的时钟信号引入到单片机内。此方式常用于多片单片机同时工作，以便于各单片机的同步。

一般要求外部信号高电平的持续时间大于20ns，且为频率低于12mhz的方波。

3.5 键盘显示电路。

3.5.1 键盘电路。

在此设计中采用的是五按键独立式键盘（其中有s键为复位键，其余四键为功能键）。如图3-4所示：

独立式键盘中，每个按键占用。

一根i/o口线，每个按键电路。

相对独立。i/o口通过按键与地相连，i/o口有上拉电阻，无键按下时。

引脚端为高电平，有键按下时，引脚电平被拉低。i/o口内部有上拉电阻时，外部可不接上拉电阻。

图3-4 键盘电路。

3.5.2 显示电路

在此设计中采用led显示，led显示器由七个发光二极管组成，也称之为七段led 显示器，其排列形状如图3-5所示。此外，显示器中还有一个圆点型发光二极管（在图中以dp表示），用于显示小数点。通过七段发光二极管的不同组合，可以显示多种数字、字母或者其他符号。

led显示器中的发光二极管共有两种连接方法：

共阳极接法

把发光二极管的阳极连在一起构成公共阳极。使用时公共阳极接+5v。这样阴极端输入低电平的段发光二极管就导通点亮，而输入高电平的则不点亮。

共阴极接法

把发光二极管的阴极连在一起构成公共阴极。使用时公共阴极接地，这样阳极端输入高电平的段发光二极管就导通点亮，而输入低电平的则不点亮。

七段发光二极管，再加上一个小数点，共计8段。因此提供给led显示器的字型**正好一个字节。采用led显示器。

led显示器由七个发光二极管组成，本设计采用共阳级接法。显示方式采用动态显示方式。原因在于：

静态显示方式要求口线多，占用资源多，成本就高，而动态显示方式，电路简单、节省口线、成本低。

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