【正文】 武漢大學(xué)電子信息學(xué)院電子系統(tǒng)綜合設(shè)計課程論文基于51單片機(jī)的電子時鐘的設(shè)計與實現(xiàn)專 業(yè)： 年 級： 作 者：指導(dǎo)教師： 2012年 6月 26日38 / 41目 錄1 課題背景與立項緣由 12 實驗方案設(shè)計 2 2 2 33 軟件系統(tǒng)方案設(shè)計與選擇 4 4 6 74 硬件系統(tǒng)方案設(shè)計與選擇 7 7... 8... 105 系統(tǒng)測試 11 11 11... 126 實驗心得 12參考文獻(xiàn) 13附錄1 系統(tǒng)電路圖 13附錄2 系統(tǒng)軟件代碼 14附錄3 系統(tǒng)器件清單 381 課題背景及立項緣由所謂單片機(jī),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(jī)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(jī)。雖然單片機(jī)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(jī)系統(tǒng)的含義。中文“單片機(jī)”的稱呼由英文名稱“Single Chip Microputer”直接翻譯而來。單片機(jī)把微型計算機(jī)的各主要部分集成在一塊芯片上,大大縮短了系統(tǒng)內(nèi)信號傳送距離,從而提高了系統(tǒng)的可靠性及運行速度。因而在工業(yè)測控領(lǐng)域中,單片機(jī)系統(tǒng)是最理想的控制系統(tǒng)。所以,單片機(jī)是典型的嵌人式系統(tǒng),是嵌入式系統(tǒng)低端應(yīng)用的最佳選擇。單片機(jī)的發(fā)展經(jīng)歷了以下4個階段：芯片化探索階段20世紀(jì)70午代,美國的Fairchild(仙童)公司首先推出了第一款單片機(jī)F8,隨后Intel公司推出了影響面大、應(yīng)用更廣的MCS48單片機(jī)系列。MCS48單片機(jī)系列的推出標(biāo)志著在工業(yè)控制領(lǐng)域,進(jìn)入到智能化嵌入式應(yīng)用的芯片形態(tài)計算機(jī)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(yīng)用中的地位。結(jié)構(gòu)體系的完善階段在MCS48探索成功的基礎(chǔ)上很快推出了完善的、典型的單片機(jī)系列MCS5l。MCS51系列單片機(jī)的推出,標(biāo)著Single Chip Microputer體系結(jié)構(gòu)的完善。從SCMC向MCU化過渡階段Intel公司推出的MCS96單片機(jī),將一些用于測控系統(tǒng)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)、程序運行監(jiān)視器(WDT)、脈寬調(diào)制器(PWM)、高速I/O口納入片中,體現(xiàn)了單片機(jī)的微控制器特征。MCS51單片機(jī)系列向各大電氣商的廣泛擴(kuò)散,許多電氣商競相使用80C51為核,將許多測控系統(tǒng)中使用的電路技術(shù)、接口技術(shù)、可靠性技術(shù)應(yīng)用到單片機(jī)中；隨著單片機(jī)內(nèi)外圍功能電路的增強(qiáng),強(qiáng)化了智能控制器特征。微控制器(Microcontrollers)成為單片機(jī)較為準(zhǔn)確表達(dá)的名詞。MCU的百花齊放階段單片機(jī)發(fā)展到這一階段,表明單片機(jī)已成為工業(yè)控制領(lǐng)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(tǒng),遍及計量測試、工業(yè)過程控制、機(jī)械電子、金融電子、商用電子、辦公自動化、工業(yè)機(jī)器人、軍事和航空航天等領(lǐng)域。為滿足不同的要求,出現(xiàn)了高速、大尋址范圍、強(qiáng)運算能力和多機(jī)通信能力的8位、16位、32位通用型單片機(jī),小型廉價型、外圍系統(tǒng)集成的專用型單片機(jī),以及形形色色各具特色的現(xiàn)代單片機(jī)。可以說,單片機(jī)的發(fā)展進(jìn)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(shè)計和制作的，其定時準(zhǔn)確性和重復(fù)精度都不是很理想，現(xiàn)在基本上都是基于數(shù)字技術(shù)的新一代產(chǎn)品，隨著單片機(jī)性能價格比的不斷提高，新一代產(chǎn)品的應(yīng)用也越來越廣泛，大可構(gòu)成復(fù)雜的工業(yè)過程的控制系統(tǒng)，完成復(fù)雜的控制功能。小則用于家電控制，大則用于工業(yè)和科學(xué)研究中的精確時間定位，配以適當(dāng)?shù)慕涌谛酒?，可以?gòu)造各式各樣的微電子產(chǎn)品。我們專業(yè)在本學(xué)期的數(shù)字邏輯電路實驗中已經(jīng)能使用脈沖信號發(fā)生器、相關(guān)芯片、數(shù)碼管和導(dǎo)線在實驗箱上實現(xiàn)基于基本門電路的數(shù)字時鐘；在電子系統(tǒng)綜合設(shè)計（2）這門課上，我們學(xué)習(xí)了單片機(jī)的相關(guān)知識，了解了其低功耗、可靠性和穩(wěn)定性強(qiáng)、可以在內(nèi)部的EPROM上寫入和擦除程序的相對先進(jìn)的特點與功能。因此，我們希望在有單片機(jī)芯片的開發(fā)板上通過編程實現(xiàn)數(shù)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(shè)計 設(shè)計要求u 實現(xiàn)時、分、秒的計時功能u 實現(xiàn)年、月、日的日歷功能u 體現(xiàn)平閏年的區(qū)別，各時間單位之間進(jìn)制準(zhǔn)確u 實現(xiàn)鬧鐘報警功能 數(shù)字鐘的構(gòu)成數(shù)字鐘實際上是一個對標(biāo)準(zhǔn)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(shù)字鐘提供一個頻率穩(wěn)定準(zhǔn)確的12MHz的方波信號,。⑵時間計數(shù)器電路 時間計數(shù)電路由秒個位和秒十位計數(shù)器,分個位和分十位計數(shù)器電路構(gòu)成,秒個位和秒十位計數(shù)器,分個位和分十位計數(shù)器為60進(jìn)制計數(shù)器。⑶譯碼驅(qū)動電路 譯碼驅(qū)動電路將計數(shù)器輸出的8421BCD碼轉(zhuǎn)換為數(shù)碼管需要的邏輯狀態(tài),并且為保證數(shù)碼管正常工作提供足夠的工作電流。⑷數(shù)碼管 數(shù)碼管通常有發(fā)光二極管(LED)數(shù)碼管和液晶(LCD)數(shù)碼管,本設(shè)計提供的為LED數(shù)碼管。 系統(tǒng)總體框圖開始系統(tǒng)初始化顯示計時判斷按鍵是否有按下年、月、日調(diào)整時分秒調(diào)整定時調(diào)整星期3 軟件系統(tǒng)方案設(shè)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(xiàn)數(shù)字鐘，電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，鼓掌系數(shù)大，不易調(diào)試。方案二：單片機(jī)編程，用單片機(jī)設(shè)計電路，由于使用軟硬件結(jié)合的方式，所以電路結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)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(tǒng)方案設(shè)計與選擇 單片機(jī)的結(jié)構(gòu) 結(jié)構(gòu)框圖 開發(fā)板結(jié)構(gòu)與使用方法 通過SST51實現(xiàn)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(nèi)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(fù)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(rèn)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(xiàn)CPU選擇對話框，選擇SST系列的89X516RD2出現(xiàn)是否添加標(biāo)準(zhǔn)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(nèi)，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(jìn)入目標(biāo)板調(diào)試選項設(shè)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(jìn)入通訊參數(shù)設(shè)定菜單，去掉所有Cache選項。至此設(shè)置完畢，進(jìn)入仿真調(diào)試階段點擊DEBUG下的“Start/Stop Debug Session”選項進(jìn)入DEBUG界面進(jìn)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(jìn)行單步、全速、斷點等調(diào)試方式由Soft ICE監(jiān)控程序轉(zhuǎn)換回SST BootStrap Loader監(jiān)控程序打開編輯器SUPERPRO程序進(jìn)入SUPERPRO程序界面，單擊“選擇器件選項”進(jìn)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(jìn)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(jī)的監(jiān)控程序存儲在Block1中，Block1的地址為10000h，故數(shù)據(jù)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(rèn)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(jī)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(jìn)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程序，選擇好用戶