..>單片機原理及應用設計報告題目電子時鐘的設計專業(yè)物理學院部物理與電子工程學院學號姓名指導教師答辯時間二0一二年五月工作時間：2012年5月..>基于單片機的電子時鐘系統(tǒng)的設計指導教師：學生：關鍵詞：單片機；電子時鐘；鍵盤控制器；目錄TOC\o"1-3"\h\u21273第一章總體設計122542第二章系統(tǒng)硬件設計2240652.1硬件電路2192372.1.1單片機最小系統(tǒng)336952.1.2鍵盤電路5198092.1.3顯示電路515181第三章系統(tǒng)軟件設計6250123.1主程序流程圖632443.2主要子程序的流程圖79519第四章系統(tǒng)仿真829587第五章綜合調(diào)試與問題的解決9215185.1硬件調(diào)試9218515.2軟件調(diào)試問題及解決96183結(jié)論1011994參考文獻1029675附錄11總體設計1.1設計要求電子時鐘的計時范圍00時00分00秒至23時59分59秒，由按鍵來調(diào)節(jié)時鐘時間，時分秒都可以調(diào)整。1.2設計思路根據(jù)設計的要求可確定如下的設計思路：利用AT89C52系統(tǒng)單片機，LCD液晶顯示器，鍵盤等一些輔助元件來生成時鐘電路已到達設計要求，然后通過編寫相應的程序來實現(xiàn)對時鐘的調(diào)試和控制。1.3電路的設計方案隨著單片機技術的飛速開展，通過單片機對控制對象的控制日益成為今后自動控制領域的一個開展方向。采用MCS--52單片機來對時間進展控制，不僅具有控時方便，組太簡單和靈和性大等優(yōu)點，而且可以大幅度的提高控制時間的技術指標。從而可以大大提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量，因此單片機對時間的控制問題是一個工業(yè)生產(chǎn)上經(jīng)常會遇到的問題。經(jīng)過設計和元器件的功能，設計要求和設計思路，確定相應的設計方案，該電路有多局部組成，如控制鍵盤的輸入電路，單片機的時鐘電路，LCD液晶顯示時間電路等。所以根據(jù)上述條件作出相應的實時時鐘電路總的框圖，然后開場設計內(nèi)部驅(qū)動程序，是各種芯片按照相應的程序?qū)崿F(xiàn)特定的功能，之后按照程序的設計，將相應的管腳連接調(diào)試，看是夠能實現(xiàn)特定的功能。硬件框圖如下：元件AT89C52元件AT89C52單片機蜂鳴器蜂鳴器時鐘顯示鍵盤控制時鐘顯示鍵盤控制圖1-1硬件框圖主程序設計的流程圖如下：圖1-2主程序設計流程圖系統(tǒng)硬件設計系統(tǒng)硬件是整個系統(tǒng)的根底，需要考慮多個方面，除了實現(xiàn)顯示和鬧鐘的根本功能外，還要注意系統(tǒng)的穩(wěn)定度、器件的通用性、軟件編程的以實現(xiàn)性、系統(tǒng)其它功能及性能指標。2.1硬件電路本設計以單片機為控制核心，采用模塊化設計，共分以下幾個功能模塊：單片機控制系統(tǒng)、鍵盤及時間顯示、及調(diào)時模塊等。其硬件圖如下：圖2-1數(shù)字電子時鐘硬件設計圖液晶電路圖：圖2--2單片機作為整個硬件系統(tǒng)的核心，它既是協(xié)調(diào)整機工作的控制器，又是數(shù)據(jù)處理器。時鐘的00時00分00秒顯示設為程序的默認值，當時鐘的時間走到10點時，蜂鳴器就翻開并開場發(fā)出生音?？梢酝ㄟ^手動調(diào)節(jié)s1和s2以及s3調(diào)節(jié)時鐘時間。2.1.1單片機最小系統(tǒng)單片機最小系統(tǒng),或者稱為最小應用系統(tǒng),是指用最少的元件組成的單片機可以工作的系統(tǒng)。對52系列單片機來說,最小系統(tǒng)一般應該包括:單片機、時鐘電路、復位電路。其中時鐘電路電路圖如下：圖2-3時鐘電路*TAL1是片內(nèi)振蕩器的反相放大器輸入端，*TAL2則是輸出端，使用外部振蕩器時，外部振蕩信號應直接加到*TAL1，而*TAL2懸空。內(nèi)部方式時，時鐘發(fā)生器對振蕩脈沖二分頻，如晶振為12MHz，時鐘頻率就為6MHz。晶振的頻率可以在1MHz-24MHz內(nèi)選擇。電容取30PF左右。系統(tǒng)的時鐘電路設計是采用的內(nèi)部方式，即利用芯片內(nèi)部的振蕩電路。AT89單片機內(nèi)部有一個用于構成振蕩器的高增益反相放大器。引腳*TAL1和*TAL2分別是此放大器的輸入端和輸出端。這個放大器與作為反響元件的片外晶體諧振器一起構成一個自激振蕩器。外接晶體諧振器以及電容C1和C2構成并聯(lián)諧振電路，接在放大器的反響回路中。對外接電容的值雖然沒有嚴格的要求，但電容的大小會影響震蕩器頻率的上下、震蕩器的穩(wěn)定性、起振的快速性和溫度的穩(wěn)定性。因此，此系統(tǒng)電路的晶體振蕩器的值為12MHz，電容應盡可能的選擇陶瓷電容，電容值約為22μF。在焊接刷電路板時，晶體振蕩器和電容應盡可能安裝得與單片機芯片靠近，以減少寄生電容，更好地保證震蕩器穩(wěn)定和可靠地[1-3]。復位電路電路圖如下：圖2-4復位電路圖在振蕩器運行時，有兩個機器周期〔24個振蕩周期〕以上的高電平出現(xiàn)在此引腿時，將使單片機復位，只要這個腳保持高電平，51芯片便循環(huán)復位。復位后P0－P3口均置1引腳表現(xiàn)為高電平，程序計數(shù)器和特殊功能存放器SFR全部清零。當復位腳由高電平變?yōu)榈碗娖綍r，芯片為ROM的00H處開場運行程序。復位是由外部的復位電路來實現(xiàn)的。片內(nèi)復位電路是復位引腳RST通過一個斯密特觸發(fā)器與復位電路相連，斯密特觸發(fā)器用來抑制噪聲，它的輸出在每個機器周期的S5P2，由復位電路采樣一次。復位電路通常采用上電自動復位和按鈕復位兩種方式，此電路系統(tǒng)采用的是上電與按鈕復位電路。當時鐘頻率選用6MHz時，C取22μF，Rs約為200Ω，Rk約為1K。復位操作不會對內(nèi)部RAM有所影響。復位電路:由電容串聯(lián)電阻構成,由圖并結(jié)合"電容電壓不能突變〞的性質(zhì),可以知道,當系統(tǒng)一上電,RST腳將會出現(xiàn)高電平,并且,這個高電平持續(xù)的時間由電路的RC值來決定.典型的51單片機當RST腳的高電平持續(xù)兩個機器周期以上就將復位,所以,適當組合RC的取值就可以保證可靠的復位.一般教科書推薦C取10u,R取8.2K.當然也有其他取法的,原則就是要讓RC組合可以在RST腳上產(chǎn)生不少于2個機周期的高電平[1-3]。2.1.2鍵盤電路單片機鍵盤有獨立鍵盤和矩陣式鍵盤兩種：獨立鍵盤每一個I/O口上只接一個按鍵，按鍵的另一端接電源或接地〔一般接地〕，這種接法程序比較簡單且系統(tǒng)更加穩(wěn)定；而矩陣式鍵盤式接法程序比較復雜，但是占用的I/O少。根據(jù)本設計的需要這里選用了獨立式鍵盤接法。獨立式鍵盤的實現(xiàn)方法是利用單片機I/O口讀取口的電平上下來判斷是否有鍵按下。將常開按鍵的一端接地，另一端接一個I/O口，程序開場時將此I/O口置于高電平，平時無鍵按下時I/O口保護高電平。當有鍵按下時，此I/O口與地短路迫使I/O口為低電平。按鍵釋放后，單片機內(nèi)部的上拉電阻使I/O口仍然保持高電平。我們所要做的就是在程序中查尋此I/O口的電平狀態(tài)就可以了解我們是否有按鍵動作了[7]。在用單片機對鍵盤處理的時候涉及到了一個重要的過程，那就是鍵盤的去抖動。這里說的抖動是機械的抖動，是當鍵盤在未按到按下的臨界區(qū)產(chǎn)生的電平不穩(wěn)定正?，F(xiàn)象，并不是我們在按鍵時通過注意可以防止的。這種抖動一般10~200毫秒之間，這種不穩(wěn)定電平的抖動時間對于人來說太快了，而對于時鐘是微秒的單片機而言則是慢長的。為了提高系統(tǒng)的穩(wěn)定，我們必須去除或避開它。目前的技術有硬件去抖動和軟件去抖動，硬件去抖動就是用局部電路對抖動局部加之處理，但是實現(xiàn)的難度較大又會提高了本錢。軟件去抖動不是去掉抖動，而是避抖動局部的時間，等鍵盤穩(wěn)定了再對其處理。所以這里選擇了軟件去抖動，實現(xiàn)法是先查尋按鍵當有低電平出現(xiàn)時立即延時10~200毫秒以避開抖動〔經(jīng)典值為20毫秒〕，延時完畢后再讀一次I/O口的值，這一次的值如果為1表示低電平的時間不到10~200毫秒，視為干擾信號。當讀出的值是0時則表示有按鍵按下，調(diào)用相應的處理程序。2.1.3顯示電路顯示器普遍地用于直觀地顯示數(shù)字系統(tǒng)的運行狀態(tài)和工作數(shù)據(jù)，按照材料及產(chǎn)品工藝，單片機應用系統(tǒng)中常用的顯示器有：發(fā)光二極管LED顯示器、液晶LCD顯示器、CRT顯示器等。發(fā)光二極管〔LED〕由特殊的半導體材料砷化鎵、磷砷化鎵等制成，可以單獨使用，也可以組裝成分段式或點陣式LED顯示器件。分段式顯示器〔LED數(shù)碼管〕由7條線段圍成8字型，每一段包含一個發(fā)光二極管。外加正向電壓時二極管導通，發(fā)出清晰的光。只要按規(guī)律控制各發(fā)光段亮、滅，就可以顯示各種字形或符號。LED數(shù)碼管有共陽、共陰之分?！狿1.7為液晶輸出口，控制時間的顯示，P2.0是控制蜂鳴器的輸出口。第三章系統(tǒng)軟件設計軟件在硬件平臺上構筑，完成各局部硬件的控制和協(xié)調(diào)。系統(tǒng)功能是由硬件和軟件共同實現(xiàn)的，由于軟件的可伸縮性，最終實現(xiàn)的系統(tǒng)功能可強可弱，差異可能很大。因此，軟件是本系統(tǒng)的靈魂。軟件采用模塊化設計方法，不僅易于編程和調(diào)試，也可減小軟件故障率和提高軟件的可靠性。同時，對軟件進展全面測試也是檢驗錯誤排除故障的重要手段。系統(tǒng)一開場，首先程序初始化，時間顯示00時00分00秒，時間一秒一秒地繼續(xù)往前走，通過按鍵s1,s2,s3調(diào)節(jié)時間的時分秒調(diào)節(jié)，當時間顯示的時分秒等于10點時，蜂鳴器就翻開，發(fā)出聲音，一段時間后自動關閉聲音。程序不斷掃描鍵盤看是否有s1鍵按下，如果沒有繼續(xù)走時，如果掃描鍵盤時有按鍵按下，則執(zhí)行中斷程序，可以通過s2,s3調(diào)時。主程序流程圖如下：開場開場走時走時判斷時間是否為10點系統(tǒng)初始化判斷時間是否為10點系統(tǒng)初始化N顯示初始時間顯示初始時間Y翻開蜂鳴器啟動走時翻開蜂鳴器啟動走時關閉蜂鳴器掃描鍵盤關閉蜂鳴器掃描鍵盤是否有鍵按下是否有鍵按下NY設置時分秒設置時分秒圖3-1主程序流程圖3.2主要子程序的流程圖中斷子程序：當按下S1和S4按下時，運行中斷程序，通過S2,S3調(diào)節(jié)時間，其流程圖如下：開場開場主程序主程序S1鍵按下S1鍵按下中斷效勞中斷效勞返回返回圖3-2中斷子程序流程圖按鍵子程序流程圖：按下S1時即可實現(xiàn)時間的調(diào)節(jié)，通過按S2時間加，S3時間減，再按S1回到走時。按鍵子程序流程圖如下：開場開場鍵盤掃描鍵盤掃描S1按下S1按下NY通過S2，S3，調(diào)時通過S2，S3，調(diào)時返回返回圖3-3按鍵子程序流程圖第四章系統(tǒng)仿真Proteus軟件是LabcenterElectronics公司的一款電路設計與仿真軟件，它包括ISIS、ARES等軟件模塊，ARES模塊主要用來完成PCB的設計，而ISIS模塊用來完成電路原理圖的布圖與仿真。Proteus的軟件仿真基于VSM技術，它與其他軟件最大的不同也是最大的優(yōu)勢就在于它能仿真大量的單片機芯片，比方MCS-51系列、PIC系列等等，以及單片機外圍電路，比方鍵盤、LED、LCD等等。通過Proteus軟件的使用我們能夠輕易地獲得一個功能齊全、實用方便的單片機實驗室。以下圖是截取的是時鐘仿真圖：圖4-1時鐘的仿真圖第五章綜合調(diào)試與問題的解決單片機應用系統(tǒng)的調(diào)試包括硬件和軟件兩局部，但是他們并不能完全分開。一般的方法是排除明顯的硬件故障，再進展綜合調(diào)試，排除可能的軟/硬件故障。這次由于時間緊迫的關系沒有做實物，但是對硬件調(diào)試還是有一定的了解。5.1硬件調(diào)試拿到電路板后，首先要檢查加工質(zhì)量，并確保沒有任何方面的錯誤，如短路和斷路，尤其要防止電源短路；元器件在安裝前要逐一檢查，用萬用表測其數(shù)值，看是否與所用一樣；完成焊接后，應先空載上電〔芯片座上不插芯片〕，并檢查各引腳的電位是否正確。假設一切正常，方可在斷電的情況下將芯片插入，再次檢查各引腳的電位及其邏輯關系。將萬用表的探針放到單片機接電源的引腳上檢測一下，看是否符合要求。5.2軟件調(diào)試問題及解決軟件程序的調(diào)試一般可以將重點放在分模塊調(diào)試上，統(tǒng)調(diào)是最后一環(huán)。軟件調(diào)試可以采取離線調(diào)試和在線調(diào)試兩種方式。前者不需要硬件仿真器，可借助于軟件仿真器即可；后者一般需要仿真系統(tǒng)的支持。本次設計，用Keil軟件來調(diào)試程序，通過各個模塊程序的單步或跟蹤調(diào)試，使程序逐漸趨于正確，最后統(tǒng)調(diào)程序。仿真局部采用proteus6professional軟件，此軟件功能強大且操作較為簡單，可以很容易的實現(xiàn)各種系統(tǒng)的仿真。首先翻開proteus6professional軟件，在元件庫中找到要選用的所有元件，然后進展原理圖的繪制；繪制好后再選擇wave6000已經(jīng)編譯好的*.he*文件，選擇運行，觀察顯示結(jié)果，根據(jù)顯示的結(jié)果和課題的要求再修改程序，再運行查，直到滿足要求為止。結(jié)論本設計以單片機為核心，以LCD液晶作為顯示，該設計很好地完成了設計的各項要求，主要表達如下：手動鍵盤的控制時間和鬧鐘，以及準確地走時穩(wěn)定性好等特點。在畢業(yè)設計的整個過程中，我深切地體會到:實踐是理論運用的最好檢驗。畢業(yè)設計是對我們4年所學知識的一次綜合性測試和考驗，無論是在動手能力方面還是理論知識的運用能力方面，都使得我有了很大的提高。通過這次畢業(yè)設計，使我得到了一次用專業(yè)知識、專業(yè)技能分析和解決問題全面的系統(tǒng)的鍛煉。使我在單片機的根本原理、單片機應用系統(tǒng)開發(fā)過程，以及在常用編程設計思路技巧，特別是對C語言的掌握方面都能向前邁了一大步，為日后成為合格的應用型人才打下良好的根底。經(jīng)過總結(jié)和分析，我意識到在設計程序之前，一定要有一個清晰的思路和一個完整的的軟件流程圖；在設計程序時，不能妄想一次就將整個程序設計好，反復修改、不斷改進是程序設計的必經(jīng)之路；要養(yǎng)成注釋程序的好習慣，一個程序的完美與否不僅僅是實現(xiàn)功能，而應該讓人一看就能明白你的思路，這樣也為資料的保存和交流提供了方便；在設計課程過程中遇到問題是很正常,但我們應該將每次遇到的問題記錄下來，并分析清楚，以免下次再碰到同樣的問題。本次畢業(yè)設計為我的大學生活畫上了圓滿的句號，為我即將的工作和生活奠定了堅實的根底。參考文獻[1]王靜霞.單片機應用技術[M].：電子工業(yè)出版社,2009：20—150.[2]何立民.單片機高等教程[M].：北京航空航天大學出版社,2000：150—210[3][M].：北京航空航天大學出版社，2001:1—494.[4]雄建云.Protel99seEDA技術及應用[M].：北京機械工業(yè)出版社,2007：141—176.[5]林春方.電子線路學習指導與實訓[M].：北京電子工業(yè)出版社,2004：118—164.[6][M].：機械工業(yè)出版社,2002：1—300.[7][M].：中南大學出版社,2009:18—154.[M].中國水利水電出版社,2005:165—180.[M].：電子工業(yè)出版社,1998：26—59.[10][M].：械工業(yè)出版社,2005：80—127.[M].：機械工業(yè)出版社,2004：12—116.[12]李華.MCS-51單片機接口技術與運用[M].：北京航天航空大學出版社,2000：44—191.[13]胡漢才.單片機接口技術與運用[M].：機械工業(yè)出版社,2005：104—225.[14]唐俊翟,許雷.單片機原理與應用[M].：北京冶金工業(yè)出版社,2003：69—143.致在學院各位領導以及指導教師彭教師的大力支持下，我根本完成了這次設計任務。我在這一次畢業(yè)設計過程中，很是受益匪淺。通過對自己在大學四年時間里所學的知識的回憶，并充分發(fā)揮對所學知識的理解和對畢業(yè)設計的思考及書面表達能力，最終完成了。這為自己今后進一步深化學習，積累了一定珍貴的經(jīng)歷。撰寫論文的過程也是專業(yè)知識的學習過程，它使我運用已有的專業(yè)根底知識，對其進展設計，分析和解決一個理論問題或?qū)嶋H問題，把知識轉(zhuǎn)化為能力的實際訓練。在同學及指導教師彭教師的一些指點和引導下，真正培養(yǎng)了我運用所學知識解決實際問題的能力。通過這次設計我發(fā)現(xiàn)，只有理論水平提高了才能夠?qū)⒄n本知識與實踐相整合，理論知識效勞于教學實踐，以增強自己的動手能力。這個設計在現(xiàn)實社會中也存在著一定的價值和意義，從中我獲得很深刻的經(jīng)歷。通過這次設計，我知道了理論和實際的距離，也知道了理論和實際想結(jié)合的重要性，也從中得知了很多書本上無法得知的知識。我們的學習不但要立足于書本，以解決理論和實際教學中的實際問題為目的，還要以實踐相結(jié)合，理論問題即實踐課題，解決問題即課程研究，學生自己就是一個專家，通過自己的手來解決問題比用腦子解決問題更加深刻。學習就應該采取理論與實踐結(jié)合的方式，理論的問題，也就是實踐性的課題。這種做法既有助于完成理論知識的穩(wěn)固，又有助于帶動實踐，解決實際問題，加強我們的動手能力和解決問題的關鍵。附錄系統(tǒng)軟件設計程序代碼..>#include<reg52.h>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintsbitrs=P3^5;sbitrw=P3^6;sbitlcden=P3^4;sbits1=P3^0;sbits2=P3^1;sbits3=P3^2;sbitbuzzer=P2^0;ucharn,s1num；charmiao,shi,fen;ucharcodetable[]="00:00:00";voiddelay(uintz){ 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