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《单片机技术》课程设计任务一、设计题目：基于单片机并行口的电子钟的设计二、任务与要求：在智能化仪器仪表中，控制核心均为微处理器，而单片机以其高性能、高速度、体积小、价格低廉、稳定可靠而得到广泛应用，是设计智能化仪器仪表的首选微控制器，单片机结合简单的接口电路即可构成电子钟，它可广泛应用于工业、农业、日常生活等领域，与传统钟表相比较，它具有高精度、高可靠性、操作方便、价格便宜、智能化等特点，是钟表的一个发展方向，具有一定的实用价值。1、本课题任务如下：设计一个具有特定功能的电子钟。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；第一次按电子钟启动/调整键，电子钟从0时0分0秒开始运行，进入时钟运行状态；再次按电子钟启动/调整键，则电子钟进入时钟调整状态，此时可利用各调整键调整时间，调整结束后可按启动/调整键再次进入时钟运行状态。2、本课题要求如下：（1）在AT89S51的P0口和P2口外接由六个LED数码管(LED5～LED0)构成的显示器，用P0口作LED的段码输出口（P0.0～P0.7对应于LED的a～dp），P2.5～P2.0作LED的位控输出线（P2.5～P2.0对应于LED5～LED0），P1口外接四个按键A、B、C、D（对应于P1.0～P1.3）。（2）、利用六个LED显示当前时间。（3）、四个按键的功能：A键用于电子钟启动/调整；B键用于调时,范围0-23,0为24点,每按一次时加1；C键用于调分,范围0-59，0为60分,每按一次分加1；D键用于调秒,范围0-59，0为60秒,每按一次秒加1。（4）、单片机采用AT89S51，fosc=12MHZ。（5）、电子钟供电电源电路的设计。（6）、电子钟时钟电路，复位电路的设计。（7）、编写系统监控程序、键扫子程序、显示子程序及其它所需子程序、PCB下载站www.pcbdown.com功能程序和中断服务程序。（8）、计算机输出课程设计说明书一份。（9）、设计时间：二周（10）、制作电子钟实物。五、课程设计说明书主要内容1、课程设计说明书封面；2、课程设计任务书封面及课程设计任务书；3、前言；4、课程设计说明书目录；5、电子钟功能说明及总体方案介绍；6、详细介绍电子钟的工作原理；7、绘制电子钟整机电路框图、整机电路原理图、电源电路原理图及PCB图各1份；8、列出电子钟元器件清单；9、详细介绍电子钟单元电路工作原理（包括电源电路、时钟电路、复位电路、键盘/显示接口电路及所用主要芯片）；10、单片机硬件资源的使用分配情况；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、写出电子钟的使用说明；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、课程设计说明书书写格式参照“课程设计说明书书写格式”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，单片微型计算机原理及其应用[M]，北京：中国水PCB下载站www.pcbdown.com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系列单片机实用接口技术[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PCB下载站www.pcbdown.com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定可靠、体积小、价格低廉等特点，成为设计智能化仪器仪表的首选微控制器，因此本次我们没有选用传统的专用的时钟芯片，而是采用了AT89S51芯片，此款单片机可以使用软件对其进行在线编程，其灵活性和可靠性都相对提高。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理解和巩固，编程能力也得到了提高。在此将电子钟制作过程中用到的知识进行了一些总结，并记录了遇到的问题，希望自己今后能注意。同时也希望能成为读者的参考资料，能帮助读者避免出现相同的问题，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帮助过我的同学。由于编者水平有限,书中的错漏在所难免，恳请读者批评指正。目录PCB下载站www.pcbdown.com1多功能电子表说明及总体方案介绍...............................11.1多功能电子表计时方案......................................11.2多功能电子表键盘/显示方案.................................22电子钟的工作原理.............................................43多功能电子表原理框图、原理图及PCB图.........................53.1多功能电子表原理框图......................................53.2多功能电子表整机原理图....................................53.3多功能电子表电路PCB图...................................74多功能电子表元器件清单......................................95多功能电子表单元电路工作原理及芯片.........................115.1电源电路工作原理........................................115.2时钟电路工作原理........................................115.3复位电路工作原理........................................125.4键盘电路工作原理........................................125.5显示器工作原理..........................................135.6AT89S51芯片.............................................175.774LS244芯片.............................................205.8S8550PNP三极管..........................................215.9四位一体数码管..........................................236单片机硬件资源分配.........................................257程序流程图.................................................268电子钟程序清单.............................................329误差分析...................................................4010电子钟使用说明.............................................4311设计体会...................................................4412教学意见...................................................4513参考资料...................................................46PCB下载站www.pcbdown.com11多功能电子表说明及总体方案介绍本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就是对键盘/显示器接口电路的设计，由于系统功能不同所以要求就不同，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出发，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：采用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。计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的时间，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，可用来存放需长期保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时间，因此，在工业实时测控系统中多采用这一类专用芯片来实现实时时钟功能。方案二:软件控制。利用单片机内部的定时/计数器进行中断定时，配合软件延时实现时、分、秒的计时及秒表计时。该方案节省硬件成本，且能使设计者对单片机的指令系统能有更深入的了解，从而掌握单片机应用技术MCS-51汇编语言程序设计方法，因此，本系统设计采用此种软件控制方法来实现计时。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存储器的单片机。它与通用80C51系列单片机的指令系和引脚兼容。片内的Flash可允许在线重新编程，也可使用通用非易失性存储器编程。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控制器。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。PCB下载站www.pcbdown.com21.2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。方案二:8155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，与单片机的接口非常简单，它的键盘、显示共用一个接口电路，可节省I/O口。但动态扫描方式需占用CPU较多的时间，在单片机没有太多实时测控任务的情况下可以采用。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，按键较多时不宜采用。静态显示占用口资源少，采用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PCB下载站www.pcbdown.com3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，独立式按键直接与单片机I/O口相连构成键盘，每个按键不会相互影响，因本系统用到的按键比较少，采用独立式键盘不会浪费I/O口线，所以本系统采用独立式键盘。动态显示的亮度虽然不如静态显示，但其硬件电路较简单，可节省硬件成本，虽然动态扫描需占用CPU较多的时间，但本系统中的单片机没有很多实时测控任务，因此，本系统采用此种方案。PCB下载站www