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现代电子技术综合实训 实训报告专业:年级/班级:姓名: 实训时间:实训地点:指导教师:基于单片机控制的时钟控制器一、 前言:近些年,人们对数字钟的要求越来越高,传统的时钟已不能满足人们的需求。多功能数字钟不管在性能还是在样式上都发生了质的变化,如电子闹钟、数字闹钟等。单片机在多功能数字钟中的应用已是非常普遍,人们对数字钟的功能及工作顺序都非常熟悉,但是却很少知道它的内部结构及工作原理。由单片机作为数字钟的核心控制器,可以通过它的时钟信号进行计时,实现数字钟的各种功能,将其时间数据经单片机输出,利用显示器显示出来。通过键盘可以进行定时、校时。输出设备显示器可以为液晶显示器或数码管。 本次设计以AT89S52芯片为核心,辅以必要的外围电路,设计了一个简易的电子时钟,它由5V直流电源供电。在硬件方面,除了CPU外,使用CD4511驱动六个7段LED数码管来进行显示,LED采用的是动态扫描显示,使用三极管9015进行驱动。通过LED能够比较准确地显示时间。四个简单的按键实现对时间的调整。软件方面采用C语言编程。整个电子时钟系统计时比较准确并且方便实用。二、 需求分析单片机自20世纪70年代问世以来,以其极高的性能价格比,受到人们的重视和关注应用很广、发展很快、单片机体积小、重量轻、抗干扰能力强、环境要求不高、价格低廉、可靠性高、灵活性好、开发较为容易。由于具有上述优点,在我国,单片机已广泛的应用在工业自动化控制、自动检测、智能仪器仪表、家用电器、电力电子、机电一体化设备等各个方面,而51单片机是各单片机中最为典型的和最有代表性的一种。这次设计通过对它的学习、应用,以AT89S52芯片为核心,加以辅助电路,设计了一个简易的电子时钟,它由直流电源供电,通过数码管能够准确显示时间。2.1设计要求:1. 以AT89S52单片机为核心设计一个时钟控制器。2. 时钟控制器由+5V直流电源供电。3. 通过六只7段数码管准确地显示时间。4. 通过CD4511驱动数码管显示。5. 通过按键能够方便的调节时间。2.2方案比较2.2.1定时方案一:硬件方法,定时采用专用的时钟芯片如DS12887,定时较准,但增加了设计成本。方案二:软件方法,利用单片机自身的定时计数功能,设计简单,容易实现并且比较稳定。本设计采用方案二。2.2.2显示方案一:采用7段LED数码管。LED数码管使用LED模组作为背光源,具有耗电低、配置灵活、线路简单、安装方便、耐转动、价格低廉且寿命长等优点。方案二:采用LCD数码管。LCD数码管使用“CCFL(冷阴极荧光管)”作为背光源,CCFL灯管的发热量大,耗电高,老化较快,LCD发光不稳定均匀、功耗大,含有害化学物质等但价格相对便宜。LED在亮度、功耗、可视角度和刷新速率等方面,都更具优势。LED与LCD的功耗比大约为1:10,而且更高的刷新速率使得LED在视频方面有更好的性能表现,可提供宽达160的视角,故采用方案一。2.2.3数码管驱动方案一:选用CD4511译码驱动芯片。CD4511能够提供较大的上拉电流,可直接驱动数码管。方案二:利用单片机本身的上拉电阻,虽然外围电路简单,但灌电流和数码管驱动电流不可兼得,即流过数码管电流满足要求,则灌电流会超出单片机的承受极限;灌电流在单片机允许范围内,则流过数码管电流过小。故该方案驱动能力较弱。为使数码管足够亮,选方案一。三、 器件工作原理3.1 AT89S52主要的性能参数 8K字节可擦写1000次的在线可编程ISP 闪存 4.0V到5.5V的工作电源范围 全静态工作:0Hz 24MHz 3级程序存储器加密 256字节内部RAM 32条可编程I/O线 3个16位定时器/计数器 8个中断源 UART串行通道 低功耗空闲方式和掉电方式 通过中断终止掉电方式 看门狗定时器 双数据指针 灵活的在线编程(字节和页模式)3.2 AT89S52引脚说明51系列单片机89s52采用40Pin封装的双列直接DIP结构。上图是它的引脚配置:40个引脚中,正电源和地线两根,外置石英振荡器的时钟线两根,4组8位共32个I/O口,中断口线与P3口线复用。3.3引脚的功能:电源引脚:Vcc40脚正电源脚,工作电压为5V。GND20脚接地端。外接晶体引脚:XTAL2 18脚,XTAL1 19脚。复位:RST9脚。 输入输出(I/O)引脚:39脚-32脚为P0.0-P0.7输入输出脚,称为P0口,是一个8位漏极开路型双向I/O口。内部不带上拉电阻,当外接上拉电阻时,P0口能以吸收电流的方式驱动八个LSTTL负载电路。通常在使用时外接上拉电阻,用来驱动多个数码管。 在访问外部程序和外部数据存储器时,P0口是分时转换的地址(低8位)/数据总线,不需要外接上拉电阻。1脚-8脚为P1.0-P1.7输入输出脚,称为P1口,是一个带内部上拉电阻的8位双向I/0口。P1口能驱动4个LSTTL负载。 通常在使用时外不需要外接上拉电阻,就可以直接驱动发光二极管。端口置1时,内部上拉电阻将端口拉到高电平,作输入用。21脚-28脚为P2.0-P2.7输入输出脚,称为P2口,是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口,P2口能驱动4个LSTTL负载。端口置1时,内部上拉电阻将端口拉到高电平,作输入用。对内部Flash程序存储器编程时,接收高8位地址和控制信息。在访问外部程序和16位外部数据存储器时,P2口送出高8位地址。而在访问8位地址的外部数据存储器时其引脚上的内容在此期间不会改变。 10脚-17脚为P3.0-P3.7输入输出脚,称为P3口,是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口,P3口能驱动4个LSTTL负载,这8个引脚还用于专门的第二功能。端口置1时,内部上拉电阻将端口拉到高电平,作输入用。对内部Flash程序存储器编程时,接控制信息。P13端口在做输入使用时,因内部有上接电阻,被外部拉低的引脚会输出一定的电流。除此之外P3端口还用于一些专门功能,具体请看下表。P3引脚兼用功能P3.0串行通讯输入(RXD)P3.1串行通讯输出(TXD)P3.2外部中断0( INT0)P3.3外部中断1(INT1)P3.4定时器0输入(T0)P3.5定时器1输入(T1)P3.6外部数据存储器写选通WRP3.7外部数据存储器写选通RD其它的控制或复用引脚:ALE/PROG:30脚 访问外部存储器时,ALE(地址锁存允许)的输出用于锁存地址的低位字节。即使不访问外部存储器,ALE端仍以不变的频率输出脉冲信号(此频率是振荡器频率的1/6)。在访问外部数据存储器时,出现一个ALE脉冲。对Flash存储器编程时,这个引脚用于输入编程脉冲PROG PSEN: 29脚 该引是外部程序存储器的选通信号输出端。当AT89C51由外部程序存储器取指令或常数时,每个机器周期输出2个脉冲即两次有效。但访问外部数据存储器时,将不会有脉冲输出。EA/Vpp: 31脚 外部访问允许端。当该引脚访问外部程序存储器时,应输入低电平。要使AT89S51只访问外部程序存储器(地址为0000H-FFFFH),这时该引脚必须保持低电平。对Flash存储器编程时,用于施加Vpp编程电压。四、 硬件设计时钟控制电路由四部分:复位电路、显示电路、晶振电路和控制电路组成如下图所示。单片机复位电路晶振电路显示电路按键电路4.1总电路图:正5V电源直接接到AT89S52的40脚(VCC),20脚(GND)接地。电路图如下所示。4.2复位电路该电路采用上电自动复位与手动复位结合接到89S52的9脚(RST)。由一个30uF的电容、一个按键、一个10K的电阻和一个220欧电阻构成。手动按K5,无论电路处于何种状态,电路都会恢复到初始状态的显示。4.3显示电路 显示电路部分通过CD4511驱动七段数码管。CD4511译码驱动芯片能够提供较高的上拉电流,可以直接驱动七段数码管。三极管可以较为方便的控制七段数码管。电路图如下图所示。 4.3.1 CD4511(引脚图如下所示)BI:4脚是消隐输入控制端,当BI=0 时,不管其它输入端状态如何,七段数码管均处于熄灭(消隐)状态,不显示数字。LT:3脚是测试输入端,当BI=1,LT=0 时,译码输出全为1,不管输入 DCBA 状态如何,七段均发亮,显示“8”。它主要用来检测数码管是否损坏。LE:锁定控制端,当LE=0时,允许译码输出。 LE=1时译码器是锁定保持状态,译码器输出被保持在LE=0时的数值。 D、C、B、A为8421BCD码输入端。 a、b、c、d、e、f、g:为译码输出端,输出为高电平1有效。8421 BCD 码对应的显示见下图:4.3.2数码管1).数码管引脚图 2).数码管使用方法LED数码管分共阳型和共阴型两种,这里我们选择七段共阴型数码管。数码管的a、b、c、d、e、f引脚分别接到CD4511译码驱动芯片对应的引脚。公共端com分别与连接在P2口的NPN的集电极相连接。NPN的发射极并联接地。CD4511对应的引脚ABCD分别连在AT89S52的P0.0、P0.1、P0.2、P0.3引脚。当数码管选通时,通过控制P0口来实现七段数码管动态显示数据。4.3.3三极管1).三极管引脚图2).三极管使用方法单片机灌电流不易过大。对于数码管每个位选的灌电流约为10mA左右,六个位选为60mA,达到了单片机端口极限。可采用三极管,作为开关管,基极接单片机P2口,集电极接数码管,发射极并联接地,三极管高电平时导通。导通后集电极电压为0.3v。满足数码管共阴极接地的要求。4.4晶振电路18脚(XTAL1)和19脚(XTAL2)外接12MHZ的晶振和两个30PF的电容,震荡频率就是晶体的固有频率。4.5控制电路本电子钟设计有四个轻触式按键,分别命名为:K1(设置按钮),K2(分钟加1),K3(小时加1),K4(确定按钮)。按键电路五、 软件设计1.软件设计总框图1)总框图(如图5.1)2)程序代码详见附录1。NNNNYYYY秒单元加160s了吗?秒单元清零,分单元加160分了吗?分单元清零,时单元加1到24小时了?时单元清零主程序入口到1s了吗?定时器初始化 5.1 主程序流程图2.数码管控制:1)流程图(如图5.2)。2)程序代码详见附录1。 5.2数码管控制流程图3.定时器中断的使用:1)流程图(如图5.3)。2)程序代码详见附录1。5.3 定时器中断流程图六、 实习心得(设计实物照片)经过几周的努力,感触颇深。从开始的搜索整理资料到程序在电路板上边良好的运行,期间并
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