数字电路毕业设计.docx
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1、物理与电子科学系毕业论文(设计)数字时钟学生姓名罗群专业名称嵌入式系统工程系班级2OL1级学号20113095指导教师晏勇阿坝师范高等专科学校物理与电子科学系二。一四年四月摘要参加世贸组织以后,中国会面临剧烈的竞争。这种竞争将是一场科技实力、管理水平和人才素质的较量,风险和机遇共存,同时电子产品的研发日新月异,不仅是在通信技术方面数字化取代于模拟信号,就连我们的日常生活也进于让数字化取缔,说明数字时代已经到来,而且渗透于我们生活的方方面面。就拿我们生活的实例来说明一下“数字”给我们带来的便捷。下面我们就以数字钟为例简单介绍一下。数字钟我们听到这几个字,第一反响就是我们所说的数字,不错数字钟就是
2、以数字显示取代模拟表盘的钟表,在显示上它用数字反响出此时的时间,相比模拟钟能给人一种一目了然的感觉,不仅如此它还能同时显示时、分、秒。而且能对时、分、秒准确校时,这是普通钟所不及的。与此同时数字钟还能准确定时,在你所规定的时间里准确无误的想你发出报时声音,提醒你在此时所需要去做的事。与旧式钟表相比它更适用于现代人的生活。在毕业之际恰好遇上学校的毕业课题电子时钟设计毕业论文。因而在所学专业的根底上做了以下毕业设计。希望给大家带来方便的同时,使自己对所学专业有进一步的了解!关键词数字时钟单片机DS1302芯片软件目录1设计方案-2-1.1 方案的选择-2-1.2 设计要求:-2-2硬件系统设计-3
3、-2.1 系统概述-3-2.2 硬件设计-3-2.2.1 单片机主控电路(AT89C51)-3-2.2.2 时钟计时设计(DS1302)-6-2.2.3 液晶显示器设计(LCD1602)-9-2.2.4 晶振电路-10-键盘电路-10-2.2.6 闹钟电路-10-3系统程序设计-11-3.1 时间程序设计-11-3.2 时间调节程序设计-11-3.3 闹钟程序设计-13-4系统测试及结果-14-5结论-14-6参考文献-15-7后记-15-附录1:数字时钟设计电路原理图-16-附录2:主程序-16-前言传统时钟主要是机械式转动,有指针显示时间,往往存在计时误差,不能满足人们对时间计量的精度要求
4、,与现代计数开展不相符。随着科技的进步,以单片机为主要功能模块,采用LCD输出显示时间,用按钮做开关,软件及时、调试,辅助必要的电路,实现高效、准确的电子时钟系统代替的传统时钟。单片机自20世纪70年代问世以来,以其极高的性能价格比,受到人们的重视与关注,应用很广、开展迅速。单片机具有体积小、重量轻、抗干扰能力强、环境要求高、价格低廉、可靠性高、灵活性好、开发较为容易的优点。已经广泛的应用与工业自动化控制、智能仪器仪表、家用电器、电力电子、机电一体化设备等领域。在单片机领域中应用最多的是51系列。用LCDI602设计的可调式电子时钟是以AT89C51为核心,辅以必要的电路而设计的。数字电子时钟
5、设计与制作可采用数字电路实现,也可以采用单片机实现,假设用数字电路完成,所设计的电路相当的复杂,需要十几片数字集成块,其功能也主要依赖与数字电路的各功能模块的组合来实现,焊接的过程也比较复杂,本钱也非常高。假设用单片机来设计制作完成,由于计数器功能实现主要通过软件呢编程来实现。降低了硬件电路的复杂性,而且本钱也有所降低,所以在设计与制作数字时钟时我们采用单片机AT89C51,它是低功耗。高性能的单片机。片内带有flash存储器,且允许在系统内改写或用编程器编程。液晶显示器LCD具有低功耗、体积小、重量轻、超薄等许多其他显示器无法比较的优点,近年来被广泛用于单片机控制的智能仪器、仪表和低功耗电子
6、产品中。LCD可分为段式LCD、字符式LCD和点阵式LCD。其中,段式LCD和字符式LCD只能用语字符和数字的简单显示,不能满足图形曲线和汉字显示的要求,而点阵式LCD不仅可以显示字符、数字,还可以显示各种图形、曲线以及汉字、动画,并且可以实现屏幕滚动、反转、闪烁等功能,用途十分广泛。电子时钟用集成电路计时,译码代替机械式转动,用LCD显示器代替指针显示,减小了计时误差,该数字时钟具有时、分、秒、年、月、日显示时间功能,还可以进行年、月、日、时和分的校对。相对传统的电子时钟,数字电子时钟克服了电子时钟计时不精确的缺陷,加上调节方便,受到广阔消费者的喜爱。1设计方案1.1 方案的选择由于电子万年
7、历的种类比较多,因此方案选择在设计中是至关重要的。正确地选择方案可以减小开发难度,缩短开发周期,降低本钱,更快地将产品推向市场。方案1:基于AT89C51单片机的电子万年历设计不使用时钟芯片,而直接用AT89S52单片机来实现电子万年历设计。AT89C51是一种带8K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,俗称单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦写1000余次。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AT89S52是一种高效微控制器,为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。假设采用单片机计时,利用它的一个16位定时器/计数器
8、每50ms产生一个中断信号,中断20次后产生一个秒信号,然后根据时间进制关系依次向分、时、日、星期、月、年进位。这样就实现了直接用单片机来实现电子万年历设计。用单片机来实现电子万年历设计,无须外接其他芯片,充分利用了单片机的资源。但是精度不够高,误差较大,掉电后丧失所有数据,软件编程较复杂。方案2:基于DS1302的电子万年历设计在以单片机为核心构成的装置中,经常需要一个实时的时钟和日历,以便对一些实时发生事件记录时给予时标,实时时钟芯片便可起到这一作用。过去多用并行接口的时钟芯片,如MC146818,DS12887等。它们已能完全满足单片机系统对实时时钟的要求,但是这些芯片与单片机接口复杂、
9、占用地址,数据总线接线多、芯片体积大占用空间多、近年来串行接口的各种芯片在单片机系统中应用愈来愈多,串行接口的实时时钟芯片也出现了不少,DS1302是一个综合性能较好且价格廉价的串行接口实时时钟芯片。利用单片机进行控制,采用DS1302作为实时时钟芯片,其三线接口SCLK1/0RST与单片机进行同步通信,外加掉电存储电路、显示电路、键盘电路,即构成一个根本的电子万年历系统,假设还要添加其他功能,在这根底上外扩电路即可。由于在系统设计时,需要考虑以下几点因素:功耗低、精确度高、软件编程较简单,芯片的体积小、芯片本钱低等,而DS1302芯片有上面所述的诸多优点,所以本设计采用方案2。(1) 设计要
10、求:(2) 1.CDI602显示时,分,秒,年,月,日;12)设置按键调整功能,能够校准时间和设置闹铃时间;(3)设置闹钟功能。2硬件系统设计2.1 系统概述按照系统设计功能的要求,初步确定设计系统由主控模块、时钟模块、键盘模块、显示模块、闹铃模块、晶振模块和复位电路共7个模块组成,电路系统构成框图如图1-1所示。主控芯片使用51系列AT89C51单片机,时钟芯片使用美国DALLAS公司推出的一种高性能、低功耗、带RAM的实时时钟芯片DS1302ODS1302作为主要计时芯片,可以做到计时准确。更重要的是,DS1302可以在很小电流的后备(2.55.5V电源,在2.5V时耗电小于30OnA)下
11、继续计时,并可编程选择多种充电电流来对后备电源进行慢速充电,可以保证后备电源根本不耗电。主控模块时钟模块|仁)晶振模块卜)复位电路)键盘模块IE)图2.1系统框图2.2 硬件设计单片机主控电路AT89C51AT89C51是一种低功耗、局性能COMS8位微处理器,内部自带2K字节可编程FLASH存储器,AT89C2051构成的单片机系统是具有结构最简单、造价最低廉、效率最高的微控制系统,省去了外部的RAM、ROM和接口器件,减少了硬件开销,节省了本钱,提高了系统的性价比。(UAT89C51具有以下主要性能: 8KB可改编程序Flash存储器(可经受1000次的写入/擦除周期) 全静态工作:OHZ
12、24MHZ 三级程序存储器保密 128X8字节内部RAM 32条可编程I/O线 2个16位定时器/计数器 6个中断源 可编程串行通道 片内时钟振荡器(2)AT89C51的引脚及功能:AT89S52单片机的管脚说明如图2.2所示。PDIPP1.0CVCC140P1.1C239P0.0(ADO)P1.2C338三0.1(ADI)P1.3C437P02(AD2)P1.4匚53P0.3(AD3)P1.5C635P0.4(AD4)Prec734P0.5(AD5)P1.7C833PoQ(AM)RSTC932P0.7(AD7)(RXD)P3.0C1031Zl百VPP(TXD)P3.1匚1130ALE.PRO
13、G(ETQ)P3.2C1229PSEN(TnTT)P3.3C1328P2.7(A15)(TO)P3.4匚1427P2.(A14)C11)P3.5匚1526P2.5(A13)丽京)P3.匚1025P2.4(A12)/PSEN和/EA/VPPRST复位输入端。当振荡器运行时,在该引脚上出现两个机器周期的高电平将使单片机复位。ALEPROG当访问外部存储器时,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(此频率为振荡器频率的1/6)周期性地出现正脉冲信号。因此,它可用作对外输出的时钟,或用于定时目的。然而要注意的是:每当访问外部数据存储器时,将跳过
14、一个ALE脉冲。在对FlaSh存储器编程期间,该引脚还用于输入编程脉冲(/PROGh/PSEN程序存储允许(/PSEN)输出是外部程序存储器的读选通信号。当AT89S52/LV52由外部程序存储器取指令(或常数)时,每个机器周期两次/PSEN有效(既输出2个脉冲)。但在此期间内,每当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外部访问允许端。要使CPU只访问外部程序存储器(地址为OOOOHFFFFH),那么/EA端必须保持低电平(接到GND端)。当/EA端保持高电平(接VSS端)时,CPU那么执行内部程序存储器中的程序。(2-4)输入/输出引脚P0.0-Po.7、P
15、L0PL7P2.0P2.7和P3.0P3.7PO端口(P0.0PO.7)PO是一个8位漏极开路型双向I/O端口。作为输出口用时,每位能以吸收电流的方式驱动8个TTL输入,对端口写1时,又可作高阻抗输入端用。PI端口(PLOPL7)Pl是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O端口。Pl的输出缓冲器可驱动(吸收或输出电流方式)4个TTL输入。对端口写1时,通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位,这时可用作输入口。作输入口时,因为有内部的上拉电阻,那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流。P2端口(P2.0P2.7)P2是一个带有内部上拉电阻的8位双向1/0端口。P2的输出缓冲器可驱动(吸收或输出电流方式)
16、4个TTL输入。对端口写1时,通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位,这时可用作输入口。P2作输入口使用时,因为有内部的上拉电阻,那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流。P3端口(P3.0P3.7)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将输出电流,这是由于上拉的缘故。P3也可作为AT89S52的一些特殊功能,这些特殊功能见表2.1。表2.1P3端口的特殊功能端口引脚兼用功能P3.0RXD(串行输入口)P3.1TXD串行输出口)P3.2/INTO(外部中断0)P3.3/I
17、NTl(外部中断1)P3.4TO(定时器0的外部输入)P3.5Tl(定时器1的外部输入)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)时钟计时设计DS1302低功耗时钟芯片DS1302可以对年、月、日、时、分、秒进行计时,且具有闰年补偿等多种功能。DS1302用于数据记录,特别是对某些具有特殊意义的数据点的记录上,能实现数据与出现该数据的时间同时记录。这种记录对长时间的连续测控系统结果的分析以及对异常数据出现的原因的查找有重要意义。采用DS1302作为记录测控系统中的数据记录,其软硬件设计简单,时间记录准确,既防止了连续记录的大工作量,又防止了定时记录的盲目性,给
18、连续长时间的测量、控制系统的正常运行及检查都来了很大的方便,可广泛应用于长时间连续的测控系统中。在测量控制系统中,特别是长时间无人职守的测控系统中,经常需要记录某些具有特殊意义的数据及其出现的时间。记录及分析这些特殊意义的数据,对测控系统的性能分析及正常运行具有重要的意义。传统的数据记录方式是隔时采样或定时采样,没有具体的时间记录,因此只能记录数据而无法准确记录其出现的时间;假设采用单片机计时,一方面需要采用计数器,占用硬件资源,另一方面需要设置中断、查询等,同样消耗单片机的资源,而且某些测控系统可能不允许。而在系统中采用DS1302那么能很好地解决这个问题。(1) DS1302的性能特性 实
19、时时钟,可对秒、分、时、日、周、月以及带闰年补偿的年进行计数; 用于高速数据暂存的31X8位RAM; 最少引脚的串行I/O;2.55.5V电压工作范围; 2.5V时耗电小于300nA; 用于时钟或RAM数据读/写的单字节或多字节(脉冲方式)数据传送方式; 简单的3线接口; 可选的慢速充电(至VCCI)的能力。DS1302时钟芯片包括实时时钟/日历和31字节的静态RAMo它经过一个简单的串行接口与微处理器通信。实时时钟/日历提供秒、分、时、日、周、月和年等信息。对于小于31天的月和月末的日期自动进行调整,还包括闰年校正的功能。时钟的运行可以采用24h或带AM(上午)/PM(下午)的12h格式。采
20、用三线接口与CPU进行同步通信,并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号或RAM数据。DS1302有主电源/后备电源双电源引脚:VCCl在单电源与电池供电的系统中提供低电源,并提供低功率的电池备份;VCC2在双电源系统中提供主电源,在这种运用方式中,VCCl连接到备份电源,以便在没有主电源的情况下能保存时间信息以及数据。DS1302由VCCI或VCC2中较大者供电。当VCC2大于VCCI+0.2V时,VCC2给DS1302供电;当VCC2小于VCCl时,DS1302由VCCI供电。(2) DS1302数据操作原理DS1302在任何数据传送时必须先初始化,把RST脚置为高电平,然后把8位地址和
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