1、毕业设计78单片机 简易电子钟设前 言二十多年来，电子计算机技术已广泛应用于测试领域中。电子计算机对人类社会的进步和发展有着阶层的飞跃，它是现代化社会的象征，是人们工作、学习、生活不可缺少的。在近几年发展起来的智能仪器，无论是在测量的灵敏度、准确度、可靠性、功能等方面，还是在解决测试技术问题的深度及广度方面都有了巨大的发展，它以一种崭新的面貌展现在人们的面前。随着大规模集成电路及计算机技术的迅速发展，智能仪器将会有更广阔的应用前景。而单片机以其高性能、高速度、体积小、价格低廉、稳定可靠而得以在智能仪器中被广泛的应用。本次设计是用51系列单片机中的AT89S52制作简易电子钟。电子钟是智能化仪器
2、仪表的一种，它可广泛应用于工业、农业、日常生活等领域。它以微控制器为核心，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，是钟表发展的新方向，具有一定的实用价值。本次采用的AT89S52 是一种低功耗，高性能的CMOS 8位微型计算机，与工业上标准的80C51和80C52的指令系统及引脚兼容，片内Flash 集成在一个芯片上，可用与解决复杂的问题，且成本较低。正因为它有这么多特点，所以在实现本次设计的简易电子钟系统中不需外部资源扩展。简易电子钟能正确反映实际时间值，能完成时、分、秒的显示调整。本次简易电子钟课程设计采用ASM51软件完成用汇编语言编写。通过本次设计能
3、让我们对专业的电子画图软件（Protel）、51系列单片机的工作原理、对汇编语言编写程序有更深刻的了解。本次设计由于时间仓促以及设计者水平有限，难免存在着一些不足和错漏之处，诚肯和大家一起研究探讨，在此特别感谢老师提出的宝贵意见和一直以来的耐心指导。 编 者：戴 建 2007.12.05目 录第1章 简易电子钟设计方案的选择和论证.1.1 采用实时时钟芯片.11.2 键盘与显示选择发案.2第2章 单元电路的设计.32.1 电源的设计.32.2 时钟和复位电路.32.2.1 时钟电路.32.2.2 复位电路.42.3 显示接口电路.42.4 键盘接口电路的设计.52.5 主电路原理图、PCB图.
4、62.5.1 主电路原理图.62.5.2 电源电路原理图.72.5.3 主电路PCB电路图.72.5.4 下载线电路PCB板图.8第3章 硬件资源、存储器单元地址分配说明.83.1 硬件资源说明.83.2 数据存储器单元地址分配.83.3 程序存储器单元地址分配.9第4章 程序设计思路与程序流程图.94.1 程序设计思路.104.2 监控程序流程图.104.3 “P.”点显示子程序流程图.114.4 显示子程序流程图.114.5 键盘扫描子程序流程图.114.6 时间设置子程序流程图.124.7 中断自动计时程序流程图.13设计体会.14元器件清单.15参考文献.15附录.16附录A 程序清单
5、.16附录B 简易电子钟操作说明.24第1章 简易电子钟设计方案的选择和论证本次简易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 采用实时时钟芯片利用各生产厂家生产的一系列实时时钟芯片，如DS1302、DS1287、DS12887等，这引起实时时钟芯片具备年、月、日、时、分、秒计时功能和多点定时器功能，计时数据每秒自动更新一次，不需程序干预。单片机可通过查
6、询或中断方式读取计时数据进行显示，因而计时时不占用CPU的时间，程序简单。此外实时时钟芯片带有锂电池做后备电源，具备京剧不停止的计时功能。由于用实时时钟芯片功能完善，精度高，软件程序设计简单，因此在工业实时测控系统中被多采用。方案一： 利用8051芯片I/O口构成键盘/显示接口电路因此次简易电子钟设计系统功能单一，要用到8051芯片的I/O端口较少，所以可以直接用8051芯片的P0口、P1口、P2口以及P3口来构成键盘、显示的输入输出端口。如图1所示，采用动态显示， AT89C52的P0口和P2口外接由LED数码管(LED5LED0)构成的显示器，用P0口作LED的段码输出口，P2口作LED数
7、码管的位控输出线，P1口外接四个按键A、B、C、D构成键盘电路。方案二： 采用8155芯片扩展键盘 /显示器接口电路Intel公司研制的8155不仅具有两个8位的I/O端口(A口和B口)和一个6位的I/O端口(C口),而且还可以提供256B的静态RAM存储器和一个14 位的定时/计数器,它和单片机的接口非常简单。此方案（如图2所示）对于I/O的资源比较紧张的电路合适，数据线 控制线单片机经8155扩展后多了22个I/O口，且这些I/O具有寄存器功能，只有新的数据才能将其替换，跟P0不同，所以还可以用来跟其它类型的芯片会传送数据，但是其编程比较繁琐，键盘和显示程序得重新编写，对于智能化应用非常广
8、的今天，这些可以交给专用键盘显示芯片完成。 方案三： 采用8279芯片扩展键盘/显示器接口电路8279是Intel公司生产的专用的可编程键盘、显示器接口芯片，键盘输入时，它提供自动扫描，能与按键或传感器组成的矩阵相连，接收输入信息，它能自动消除开关抖动并能对多键同时按下提供保护。显示显示输出时，它有一个168位显示RAM，其内容通过自动扫描，可由8或16位LED数码管显示。这样可以大大节省CPU对键盘、显示器的操作时间，从而减轻了CPU的负担，而且显示稳定、程序简单，不会出现误动作。如图3所示，此方案对单片机的口线利用较少，对于以后我们进行其它的扩展留了很大的空间，大大减少了我们为键盘按键的前
9、后消抖编程的时间，缩短了开发时间，由它构成的标准键盘、显示接口电路在单片机应用系统中使用越来越广泛。1.2键盘与显示选择方案方案一:独立式按键/LED动态显示独立式按键是直接用I/O口线构成的单个按键电路,其特点是每个按键单独站用一根I/O口线,每个按键的工作不会影响其他I/O口线的状态。独立式按键电路配制灵活，软件结构简单，但每个按键必须占用一根I/O口线，因此在按键多较多时，I/O口线浪费较大时，不宜采用。动态显示方式比较节省I/O口，硬件电路较静态显示方式简单，但其亮度不如静态显示方式，而且显示位数较多时，CPU要依次扫描，占用CPU较多的时间。方案二：矩阵式按键/LED静态显示矩阵式（
10、又称行列式）键盘。它由行线和列线组成，按键位于行、列线的交叉点上。显然，在按键数量较多时，矩阵式键盘较之按键式键盘要节省很多I/O口。但需要编程控制，所以适用于按键较多的场合。采用静态显示，显示亮度有保证，但硬件开销大，电路复杂，信息刷新速度慢，比较适用于按键较多的场合。综上所述，再根据设计任务书的要求，我们采用1.1的方案一和1.2的方案一利用8051芯片I/O口构成键盘/显示接口电路，该方案不仅能完成简易电子钟的功能，还能减少外部硬件资源，使电路简单明了，所以我们采用此方案。 第2章 单元电路的设计 2.1 电源的设计常用小功率直流稳压电源电路由电源变压器、整流电路、滤波电路、稳压电路等四
11、部分组成，如图4所示。 图4 直流稳压电源基本电路框图稳压电路根据调整元件类型可分为电子管稳压电路、三极管稳压电路、可控硅稳压电路，集成稳压电路等。根据调整元件与向载连接方法，可分为并联型和串联型。根据调整元件工作状态不同，可分为线性和开关稳压电路。作为小功率的稳压电源以三端式串联型的应用最为普遍，三端式集成稳压式，它具有体积小，外围元件少、性能稳定可靠、使用调整方便和价廉等优点，也因此获得广泛使用。三端式是指稳压电路仅有输入、输出、接地三个接线端子。有固定式和可调式两种类型，此外又分为正或负电压类型 。W7800系列为三端固定正电压输出集成稳压器；W7900系列为三端固定负电压输出集成稳压器
12、。型号中最后两位数表示输出电压的稳定值，有5V、6V、9V、12V、18V、和24V。在此次设计中，我们没有要求做直流电源，在此只做理论上的分析。电源电路的总设计图如图5所示：图5 直流稳压电源电路图2.2 时钟和复位电路2.2.1 时钟电路 时钟信号通常由两种方式产生：一是内部振荡方式，二是外部时钟方式。 时钟电路原理图如图6所示，在单片机内部有一个高增益反相放大器，只要在单片机的XTAL1和XTAL2引脚外接晶体振荡器就构成了自激振荡器，并在单片机内部产生时钟脉冲信号。电容器C1和C2的作用是稳定频率和快速起振。 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
13、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。2.2.2 复位电路 复位操作有两种基本形式：一种是上电复位，另一种是按键复位。复位电路原理图如图7所示，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RESET引脚获得高电平，随着电容的充电，RERST引脚的高电平将逐渐下降ERST引脚的高电平只要能保持足够的时间（2个机器周期），单片机就可以进行复位操作。上电与按键均有效的复位电路不仅在上电时可以自动复位，而且在单片机运行期间，利用按键也可以完成复位操作。所以本设计选用第二种方案，即上电复位与按键复位均有效的复位电路。2.3 显
14、示接口电路单片机应用系统最常用的显示器是LED（发光二极管显示器）、LED（液晶显示器）。这两种显示器可显示数字、字符及系统的状态。它们的驱动电路简单、易于实现且价格低廉，因此，得到了广泛应用。本次设计只要显示6位数字，不需显示图形或字符,因而采用七段数码管做显示器。LED显示器有共阴极与共阳极两种结构，如图8所示。共阴极LED显示块的发光二极管阴极并接，如图中(a)所示，当某个发光二极管的阳极为高电平时，发光二极管点亮；共阳极LED显示块的发光二极管则阳极并接，如图中(b)所示, 当某个发光二极管的阴极为低电平时，发光二极管点亮。 通常的七段LED显示器块中有八个发光二极管，也有人叫做八段显
15、示器，其中七个发光二极管构成七笔字形“8”，一个发光二极管构成小数点。七段显示块与单片机接口非常容易。只要将一个8位并行输出口与显示块的发光二极管引脚相连即可。8位并行输出口输出不同的字节数据即可获得不同的数字或字符。通常将控制发光二极度管的8位字节数据称为段选码。LED显示工作方式可分为静态显示和动态显示。在静态显示方式下，共阴极应固定接地，共阳极应固定接高电平。我们采用的是利用8051芯片I/O口构成键盘/显示接口电路，为简化电路，降低成本，显示将采用动态显示。在动态显示中将所有相同位的段控线并联在一起，由一个I/O口线控制，8段由8个I/O口控制，而共阴极点或共阳极点分别由相应的I/O口
16、线控制。LED动态显示电路只需要两个8位I/O口。其中一个8位I/O口控制段控码，另一个8位I/O口控制位选。由于所有段控码都由一个8位I/O控制，因此，在同一瞬间，6只LED都会显示相同的字符。要想每位显示不同的字符，必须采用扫描显示方式。即在每一瞬间只使某一位显示相应字符。在此瞬间，段选控制I/O口输出相应字符段选码，位选控制I/O口在该显示位送入选通电平（共阴极送低电平，阳极送高电平）以保证该位显示相应字符。如此循环，使每位显示该位应显示字符，并保持延时一段时间，以造成视觉暂留效果。2.4 键盘接口电路的设计由若干个按键组成的键盘，其电路结构可分为独立式键盘和矩阵式键盘两种。 独立式键盘
17、每个键单独占用一根I/O口线，每根I/O口线上的按键工作状态不会影响其他I/O口线上的状态，如图9所示。矩阵式键盘按键排列为行列式矩阵结构，也称行列式键盘结构。4行4列共16个键，只占用8根I/O口线，如图10矩阵式按键电路所示，故键数目较多时，可节省口线。但这种结构的软件编程较繁。键盘的工作方式可分为编程控制方式和中断控制方式。 CPU在一个工作周期内，利用完成其他任务的空余时间，调用键盘扫描子程序，经程序查询，若无键操作，则返回；若有键操作，则进而判断是哪个键，并执行相应的键处理程序。这种方式为编程扫描方式。单片机在正常应用过程中，并不会经常进行键操作，因而编程控制方式使CPU经常处于空查
18、询状态。在CPU工作任务十分繁重的情况下，为提高CPU的效率，可采用中断控制方式。只要有键按下，便向CPU申请中断，CPU响应中断后，在中断服务程序中进行键盘扫描、查键值与键处理等工作。我们此次设计只有4个按键，因此采用独立式键盘。2.5 主电路原理图、PCB图系统的设计方案以及各电路部分确定以后，为了制作电路板，我们必须用专业软件画出电路原理图，再制PCB板图。2.5.1 主电路原理图主电路原理图如图11所示：图11 主电路原理图 2.5.2 电源电路原理图电源电路原理图如图12所示： 图12 直流稳压电源电路图2.5.3 主电路PCB电路图 设计PCB主电路图如图13所示： 图13 PCB
19、主电路图2.5.4 下载线电路PCB板图下载线电路PCB板图如图14所示。 图14第3章 硬件资源、存储器单元地址分配说明3.1 硬件资源说明P0口接数码管段控线驱动芯片74LS244的输入端口；P2口接数码管位控线驱动芯片74LS244的输入端口；P1口接4个按键（P1.0P1.3对应接A、B、C、D键）；定时器T0工作在定时方式1；中断源为定时器中断T03.2 数据存储器单元地址分配LED6 EQU 7DH ;时的十位显示缓冲区LED5 EQU 7CH ;时的个位显示缓冲区LED4 EQU 7BH ;分的十位显示缓冲区LED3 EQU 7AH ;分的个位显示缓冲区LED2 EQU 79H ;秒的十位显示缓冲区LED1 EQU 78H ;秒的个位显示缓冲区3.3 程序存储器单元地址分配 内部资源情况 主程序- 0068H-0190H 中断子程序-0414H-060EH 键扫子程序-0191H-0410H 显示子程序-0645H-0686H 显示处理子程序-0611H-0641H RAM分区:37H时值的暂存单元,36H分值的暂存单元,35H秒值的暂存单元 78H,7AH,7CH, 分别为秒.分.时个位的显示缓冲区. 79H,7BH,7DH, 分别为秒.分.时
