【正文】 武漢大學電子信息學院電子系統綜合設計課程論文基于51單片機的電子時鐘的設計與實現專 業(yè)： 年 級： 作 者：指導教師： 2012年 6月 26日目 錄1 課題背景與立項緣由 12 實驗方案設計 2 2 2 33 軟件系統方案設計與選擇 4 4 6 74 硬件系統方案設計與選擇 7 7... 8... 105 系統測試 11 11 11... 126 實驗心得 12參考文獻 13附錄1 系統電路圖 13附錄2 系統軟件代碼 14附錄3 系統器件清單 38電子系統綜合設計課程論文1 課題背景及立項緣由所謂單片機,就是把中央處理器CPU(Central Processing Unit)、存儲器(Memory)、定時器、I/0(Input/Output)接口電路等一些計算機的主要功能部件集成在一塊集成電路芯片上的微型計算機。雖然單片機只是一個芯片,但從組成和功能上看,它已具有了微型計算機系統的含義。中文“單片機”的稱呼由英文名稱“Single Chip Microputer”直接翻譯而來。單片機把微型計算機的各主要部分集成在一塊芯片上,大大縮短了系統內信號傳送距離,從而提高了系統的可靠性及運行速度。因而在工業(yè)測控領域中,單片機系統是最理想的控制系統。所以,單片機是典型的嵌人式系統,是嵌入式系統低端應用的最佳選擇。單片機的發(fā)展經歷了以下4個階段：芯片化探索階段20世紀70午代,美國的Fairchild(仙童)公司首先推出了第一款單片機F8,隨后Intel公司推出了影響面大、應用更廣的MCS48單片機系列。MCS48單片機系列的推出標志著在工業(yè)控制領域,進入到智能化嵌入式應用的芯片形態(tài)計算機的探索階段。參與這一探索階段的還有Motorola、Zilog和TI等大公司,它們都取得了滿意的探索效果,確立了在SCMC的嵌入式應用中的地位。結構體系的完善階段在MCS48探索成功的基礎上很快推出了完善的、典型的單片機系列MCS5l。MCS51系列單片機的推出,標著Single Chip Microputer體系結構的完善。從SCMC向MCU化過渡階段Intel公司推出的MCS96單片機,將一些用于測控系統的模數轉換器(ADC)、程序運行監(jiān)視器(WDT)、脈寬調制器(PWM)、高速I/O口納入片中,體現了單片機的微控制器特征。MCS51單片機系列向各大電氣商的廣泛擴散,許多電氣商競相使用80C51為核,將許多測控系統中使用的電路技術、接口技術、可靠性技術應用到單片機中；隨著單片機內外圍功能電路的增強,強化了智能控制器特征。微控制器(Microcontrollers)成為單片機較為準確表達的名詞。MCU的百花齊放階段單片機發(fā)展到這一階段,表明單片機已成為工業(yè)控制領域中普遍采用的智能化控制工具小到玩具、家電行業(yè),大到車載、艦船電子系統,遍及計量測試、工業(yè)過程控制、機械電子、金融電子、商用電子、辦公自動化、工業(yè)機器人、軍事和航空航天等領域。為滿足不同的要求,出現了高速、大尋址范圍、強運算能力和多機通信能力的8位、16位、32位通用型單片機,小型廉價型、外圍系統集成的專用型單片機,以及形形色色各具特色的現代單片機?？梢哉f,單片機的發(fā)展進人了百花齊放的時代,為用戶的選擇提供了空間。在日常生活和工作中，我們常常使用到定時控制。早起常用的一些時間控制單元都是使用模擬電路設計和制作的，其定時準確性和重復精度都不是很理想，現在基本上都是基于數字技術的新一代產品，隨著單片機性能價格比的不斷提高，新一代產品的應用也越來越廣泛，大可構成復雜的工業(yè)過程的控制系統，完成復雜的控制功能。小則用于家電控制，大則用于工業(yè)和科學研究中的精確時間定位，配以適當的接口芯片，可以構造各式各樣的微電子產品。我們專業(yè)在本學期的數字邏輯電路實驗中已經能使用脈沖信號發(fā)生器、相關芯片、數碼管和導線在實驗箱上實現基于基本門電路的數字時鐘；在電子系統綜合設計（2）這門課上，我們學習了單片機的相關知識，了解了其低功耗、可靠性和穩(wěn)定性強、可以在內部的EPROM上寫入和擦除程序的相對先進的特點與功能。因此，我們希望在有單片機芯片的開發(fā)板上通過編程實現數字鐘，并期望它能有更多的功能和更好的穩(wěn)定性。2 實驗方案設計 設計要求u 實現時、分、秒的計時功能u 實現年、月、日的日歷功能u 體現平閏年的區(qū)別，各時間單位之間進制準確u 實現鬧鐘報警功能 數字鐘的構成數字鐘實際上是一個對標準頻率(1HZ),故需要在電路上加一個校時電路,。⑴晶體振蕩器電路 晶體振蕩器電路給數字鐘提供一個頻率穩(wěn)定準確的12MHz的方波信號,。⑵時間計數器電路 時間計數電路由秒個位和秒十位計數器,分個位和分十位計數器電路構成,秒個位和秒十位計數器,分個位和分十位計數器為60進制計數器。⑶譯碼驅動電路 譯碼驅動電路將計數器輸出的8421BCD碼轉換為數碼管需要的邏輯狀態(tài),并且為保證數碼管正常工作提供足夠的工作電流。⑷數碼管 數碼管通常有發(fā)光二極管(LED)數碼管和液晶(LCD)數碼管,本設計提供的為LED數碼管。 系統總體框圖開始系統初始化顯示計時判斷按鍵是否有按下年、月、日調整時分秒調整定時調整星期3 軟件系統方案設計與選擇 主程序流程圖（續(xù)） 定時器子程序流程圖方案一：基本門電路搭肩，用基本門電路來實現數字鐘，電路結構復雜，鼓掌系數大，不易調試。方案二：單片機編程，用單片機設計電路，由于使用軟硬件結合的方式，所以電路結構簡單，調試也相對方便。與第一種方案比較優(yōu)點的是非常明顯的。我們選擇了第二種方案。4 硬件系統方案設計與選擇 單片機的結構 結構框圖 開發(fā)板結構與使用方法 通過SST51實現開發(fā)板只讀模式和程序燒寫的切換，選擇串口選擇芯片型號和內部程序存儲器選擇PC串口，MCU晶振和波特率先選擇確定在復位MCU通訊成功后窗口右上角顯示芯片信息和版本信息點擊Download SoftICE選項，將MCU中的BOOT LOADER監(jiān)控程序替換為Soft ICE監(jiān)控程序選擇確認更換打開Keil C51程序，新建一個工程保存在自己新建的文件夾中點擊保存出現CPU選擇對話框，選擇SST系列的89X516RD2出現是否添加標準51初始代碼對話框，選“否”工程建立之后新建源程序文件，點擊”File”菜單下“New”選項保存在工程文件夾內，C程序文件后綴為“.C”，匯編程序文件后綴為“.ASM”在文本編輯區(qū)編寫源程序并保存；在Source Group上右擊選擇“Add Files To Group…”選項添加源文件至工程選擇編寫好的源程序文件，點擊Add添加所選文件點擊編譯按鈕，編譯工程進入目標板調試選項設置，點擊“Project”菜單下“Options for Target…”選項選擇為硬件仿真功能點擊Setting進入通訊參數設定菜單，去掉所有Cache選項。至此設置完畢，進入仿真調試階段點擊DEBUG下的“Start/Stop Debug Session”選項進入DEBUG界面進入后可以看到信息欄中由顯示連接成功信息。在此仿真界面可以進行單步、全速、斷點等調試方式由Soft ICE監(jiān)控程序轉換回SST BootStrap Loader監(jiān)控程序打開編輯器SUPERPRO程序進入SUPERPRO程序界面，單擊“選擇器件選項”進入器件選擇對話框，在器件類型處選擇“MCU/MPU”在查找處輸入要器件名稱，找到之后選擇“確定”單擊“裝入文件”選項進入下載文件選擇對話框，選擇要下載的Soft ICE監(jiān)控程序，文件格式一般為“.hex”或“.bin”格式因為SST單片機的監(jiān)控程序存儲在Block1中，Block1的地址為10000h，故數據緩沖區(qū)起始地址改為“10000”，下載一般執(zhí)行程序則直接默認具體步驟為：Erase=》Program=》Verify；打開SST BOOTSTRAP LOADER軟件工具，并按之前的步驟與單片機通訊連接成功。在界面的右下方IAP Function菜單中有下載選項，選擇“Download”選項下載程序進入了下載文件選擇界面在文件查找對話框中找到要下載的用戶