专业 专注 苏苏 州 市 职职 业业 大 学学 课课程设设计计任务务书书 课程名称 单片机原理和使用课程设计 起讫时间 2011 年 6 月 22 日 6 月 28 日 院 系 电子信息工程系 班 级 09 电子 3 班 指导教师 金小华 系 主 任 张红兵 专业 专注 一 课程设计课题 基于单片机的电子时钟的设计 二 课程设计要求 1 掌握使用 proteus 软件的方法 2 理解单片机的时钟显示方法 3 明确设计指标 写出设计方案 设计出硬件原理图 4 基于硬件的软件设计和调试 5 将结果向指导教师演示 由教师提问验收通过 6 打印程序清单 撰写程序说明 完成课程设计报告书 进行分组讨 论设计心得 专业 专注 三 课程设计工作量 1 第一天 明确课程设计任务和目标 熟悉单片机系统调试软件仿真 实现 2 第二天 明确设计指标 设计电路原理图 3 第三 四天 基于硬件的软件设计和调试 4 第五天 学生演示设计调试结果 教师提问验收 打印程序清单 撰写程序说明 完成课程设计报告书 四 课程设计说明书内容 有指导书的可省略 1 单片机结构 原理 2 电子时钟硬件设计 原理图 原理图分析 3 软件设计 软件简介 调试过程 4 硬件 软件程序清单 专业 专注 苏苏 州 市 职职 业业 大 学学 课课程设设计计说说明书书 名称 基于单片机的电子时钟的设计 2011 年 6 月 22 日至 2011 年 6 月 28 日共一周 院 系 电子信息工程系 班 级 09 电子 3 班 姓 名 于宁 学 号 097302340 系 主 任 张红兵 教研室主任 陆春妹 指 导 教 师 金小 华 专业 专注 目录录 第一章 电电子时钟时钟 1 1 1 电子时钟简介 1 1 2 电子时钟的基本特点 1 1 3 电子时钟的原理 1 第二章 单单片机识识的相关关知识识 2 2 1 单片机简介 2 2 2 单片机的发展史 2 2 3 单片机的特点 3 2 4 89C51 单片机介绍 3 第三章 控制系统统的硬件设计设计 6 3 1 单片机型号的选择 6 3 2 数码管显示工作原理 6 3 3 键盘电路设计 7 3 4 系统工作原理 7 3 5 整个电路原理图 9 第四章 控制系统统的软软件设计设计 10 4 1 程序设计 10 4 2 程序流程图 13 4 3 伟福硬件仿真器简介 14 4 4 仿真图及结果分析 15 第五章 附录录程序 17 第六章 结结束语语 19 参考文献 20 专业 专注 第一章 电电子时钟时钟 1 1 电电子时钟简时钟简介 本作品采用 Atmel 公司的 AT89C51 单片机 以汇编语言为程序设计的基础 设 计一个用四位数码管显示时 分的时钟 现代的电子时钟是基于单片机的一种计时工 具 采用延时程序产生一定的时间中断 用于一秒的定义 通过计数方式进行满六十 秒分钟进一 满六十分小时进一 满二十四小时小时清零 从而达到计时的功能 是 人民日常生活补课缺少的工具 1 2 电电子时钟时钟的基本特点 现在高精度的计时工具大多数都使用了石英晶体振荡器 由于电子钟 石英钟 石英表都采用了石英技术 因此走时精度高 稳定性好 使用方便 不需要经常调试 数字式电子钟用集成电路计时时 译码代替机械式传动 用 LED 显示器代替指针显示 进而显示时间 减小了计时误差 这种表具有时 分 秒显示时间的功能 还可以进 行时和分的校对 片选的灵活性好 1 3 电电子时钟时钟的原理 该电子时钟由 89C51 BUTTON 六段数码管等构成 采用晶振电路作为驱动 电路 由延时程序和循环程序产生的一秒定时 达到时分秒的计时 六十秒为一分钟 六十分钟为一小时 满二十四小时为一天 而电路中唯一的一个控制键却拥有多种不 同的功能 按下又松开 可以实现屏蔽数码管显示的功能 达到省电的目的 直接按 下不松开 则可以通过按键实现分钟的累加 每按一次分钟加一 而连续两次按下按 键不放松 则可实现小时的调节 同样每按一次小时加一 专业 专注 专业 专注 第二章 单单片机识识的相关关知识识 2 1 单单片机简简介 单单片机是指一个集成在一块芯片上的完整计算机系统 尽管他的大 部分功能集成 在一块小芯片上 但是它具有一个完整计算机所需要的大部分部件 CPU 内存 内 部和外部总线系统 目前大部分还会具有外 存 同时集成诸如通讯接口 定时器 实 时时钟等外围设备 而现在最强大的 单片机系统甚至可以将声音 图像 网络 复杂 的输入输出系统集成在一块芯片上 2 2 单单片机的发发展史 单片机诞生于 20 世纪 70 年代末 经历了 SCM MCU SoC 三大阶段 起初模型 1 SCM 即单片微型计算机 Single Chip Microcomputer 阶段 主要是 寻求 最佳的单片形态嵌入式系统的最佳体系 结构 创新模式 获得成功 奠定了 SCM 和通用计算机完全不同的 发展道路 在 开创嵌入式系统独立发展道路上 Intel 公 司功不可没 专业 专注 Micro Controller Unit 2 MCU 即微控制器 Micro Controller Unit 阶段 主要的技 术发展方向是 不断扩展满足嵌入式使用 时 对象系统要求的各种外围电路和接口电路 突显其 对象的智能化控制能力 它所涉及的领域都和对象系统相关 因此 发展 MCU 的重任不可避免地落在 电气 电子技术厂家 从这一角度来看 Intel 逐渐淡出 MCU 的发展也有其客观因素 在发展 MCU 方面 最著名的 厂家当数 Philips 公 司 Philips 公司以其在嵌入式使用方面的巨大 优势 将 MCS 51 从单片微型计算 机迅速发展到微控制器 因此 当我们回顾嵌入式系统发展道路时 不要忘记 Intel 和 Philips 的历史功绩 嵌入式系统统 单片机是嵌入式系统的独立发展之路 向 MCU 阶段发展的重要因素 就是寻求 使用系统在芯片上的最大化解决 因此 专用单片机的发展自然形成了 SoC 化趋势 随着微电子技术 IC 设计 EDA 工具的发展 基于 SoC 的单片机使用系统设计会有较 大的发展 因此 对单片机的理解可以从单片微型计算机 单片微控制器延伸到单片 使用系统 2 3 单单片机的特点 1 单片机的存储器 ROM 和 RAM 时严格区分的 ROM 称为程序存储器 只存 放程序 固定常数 及数据表格 RAM 则为数据存储器 用作工作区及存放用户数据 2 采用面向控制的指令系统 为满足控制需要 单片机有更强的逻辑控制能力 特别是单片机具有很强的位处理能力 专业 专注 3 单片机的 I O 口通常时多功能的 由于单片机芯片上引脚数目有限 为了解决 实际引脚数和需要的信号线的矛盾 采用了引脚功能复用的方法 引脚处于何种功能 可由指令来设置或由机器状态来区分 4 单片机的外部扩展能力很强 在内部的各种功能部件不能满足使用的需求时 均可在外部进行扩展 和许多通用的微机接口芯片兼容 给使用系统设计带来了很大 的方便 2 4 89C51 单单片机介绍绍 VCC 电源 GND 接地 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 FIASH 编程时 P0 口作为原码输入口 当 FIASH 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 专业 专注 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 口输出其特殊功能寄存器 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信号 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 口将输出电流 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 如下表所示 口管脚 备选功能 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 T0 记时器 0 外部输入 P3 5 T1 记时器 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 当访问外部存储器时 地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地 位字节 在 FLASH 编程期间 此引脚用于输入编程脉冲 在平时 ALE 端以不变的频 率周期输出正脉冲信号 此频率为振荡器频率的 1 6 因此它可用作对外部输出的脉 专业 专注 冲或用于定时目的 然而要注意的是 每当用作外部数据存储器 时 将跳过一个 ALE 脉冲 如想禁止 ALE 的输出可在 SFR8EH 地址上置 0 此时 ALE 只有在执行 MOVX MOVC 指令是 ALE 才起作用 另外 该引脚被略微拉高 如果微处理器在外部执行状态 ALE 禁 止 置位无效 PSEN 外部程序存储器的选通信号 在由外部程序存储器取指期间 每个机器 周期两次 PSEN 有效 但在访问外部数据存储器时 这两次有效的 PSEN 信号将不出 现 EA VPP 当 EA 保持低电平时 则在此期间外部程序存储 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 o 图 2 1 89C51 单片机 专业 专注 第三章 控制系统统的硬件设计设计 3 1 单单片机型号号的选择选择 通过对多种单片机性能的分析 最终认为 89C51 是最理想的电子时钟开发芯片 89C51 是一种带 4K 字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压 高性能 CMOS8 位 微处理器 器件采用 ATMEL 高密度非易失存储器制造技术制造 和工业标准的 MCS 51 指令集和输出管脚相兼容 由于将多功能 8 位 CPU 和闪烁存储器组合在单个芯片 中 ATMEL 的 89C51 是一种高效微控制器 而且它和 MCS 51 兼容 且具有 4K 字节 可编程闪烁存储器和 1000 写 擦循环 数据保留时间为 10 年等特点 是最好的选择 3 2 数数码码管显显示工作原理 数码管是一种把多个 LED 显示段集成在一起的显示设备 有两种类型 一种是共 阳型 一种是共阴型 共阳型就是把多个 LED 显示段的阳极接在一起 又称为公共端 共阴型就是把多个 LED 显示段的阴极接在一起 即为公共商 阳极即为二极管的正极 又称为正极 阴极即为二极管的负极 又称为负极 通常的数码管又分为 8 段 即 8 个 LED 显示段 这是为工程使用方便如设计的 分别为 专业 专注 A B C D E F G DP 其中 DP 是小数点位段 而多位数码管 除某