【文章內(nèi)容簡介】 過老式鐘表 ， 鐘表的數(shù)字化給人們生產(chǎn)生活帶來了極大的方便 ， 而且大大地?cái)U(kuò)展了鐘表原先的報(bào)時(shí)功能 。 諸如定時(shí)自動報(bào)警 、 按時(shí)自動打鈴 、 定時(shí)廣播、自動起閉路燈 、定時(shí)開關(guān)烘箱、通斷動力設(shè)備、甚至各種定時(shí)電氣的自動啟用等 ， 所有這些 ， 都是以鐘表數(shù)字化為基礎(chǔ)的。因此， 電子鐘的研究有著良好的發(fā)展前景和市場潛力 。 Protues 軟件是英國 Labcenter electronics 公司 出版的 EDA 工具軟件。它不僅具有其它 EDA 工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機(jī)及外圍器件。它是目前最好的仿真單片機(jī)及外圍器件的工具。它與其他軟件最大的不同及最大的優(yōu)點(diǎn)在于它能夠仿真大量的單片機(jī)芯片比如 MCS51 系列，以及單片機(jī)的外圍電路，比如鍵盤 、 LED 等。通過黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) protues 軟件的使用，我們能夠 輕易的獲得一個(gè)功能齊全、實(shí)用方便的一個(gè)單片機(jī)實(shí)驗(yàn)室。 本設(shè)計(jì)是 以 51系列單片機(jī)為核心的電子時(shí)鐘，通過數(shù)碼點(diǎn)陣顯示，能夠?qū)崿F(xiàn)基本時(shí)間和日歷的顯示并且可通過鍵盤對時(shí)間進(jìn)行調(diào)整。 應(yīng)用 protues軟件進(jìn)行單片機(jī)系統(tǒng)電子時(shí)鐘的設(shè)計(jì)與仿真的實(shí)現(xiàn)。該方法既能驗(yàn)證所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)是否滿足實(shí)際的技術(shù)要求，又能提高系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與質(zhì)量，降低開發(fā)成本，提高系統(tǒng)價(jià)值。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 2 章 整體設(shè)計(jì)方案 設(shè)計(jì)要求 基本要求： 多功能電子鐘系統(tǒng)； 、日期、星期的顯示； 時(shí)； ； 。 。 。 創(chuàng)新要求： 加入一個(gè)檢測溫度的系統(tǒng)并能在 LCD 上顯示 系統(tǒng)基本方案的選擇和論證 單片機(jī)芯片的選擇方案和論證： 方案一 : 采用傳統(tǒng)的 AT89C51 作為電機(jī)的控制核心。單片機(jī)算術(shù)運(yùn)算功能強(qiáng)，軟件編程靈活、自由度大，可用軟件編程實(shí)現(xiàn)各種算法和邏輯控制，并且由于其功耗低、體積小、技術(shù)成熟和成本低等優(yōu)點(diǎn)，使其在各個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。 采用 FTC10F04 單片機(jī)，還帶有非易失性 Flash 程序 存儲器。它是一種高性能、低功耗的 8 位 CMOS 微處理芯片，市場應(yīng)用最多。其主要特點(diǎn)如下： 8KB Flash ROM，可以擦除 1000 次以上，數(shù)據(jù)保存 10 年。 由于本系統(tǒng)對 CPU運(yùn)算速度要求很高，需要執(zhí)行很復(fù)雜的運(yùn)算，方案一成本比較低，適合做設(shè)計(jì)，方案二運(yùn)算速度高，性能好，所以兩種方案都有可取之處。選用方案一作為主方案，方案二作為備用方案。 ： 方案一： 采用 LED 液晶顯示屏 ,液晶顯示屏的顯示功能強(qiáng)大 ,可顯示大量文字 ,圖形 ,顯示多樣 ,清晰可見 ,但是價(jià)格昂貴 ,需要的接口線多 ,所以在此設(shè)計(jì)中不采用 LED 液晶顯黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 示屏。 方案二： 采用點(diǎn)陣式數(shù)碼管顯示，點(diǎn)陣式數(shù)碼管是由八行八列的發(fā)光二極管組成，對于顯示文字比較適合 ,如采用在顯示數(shù)字顯得太浪費(fèi) ,且價(jià)格也相對較高 ,所以也不用此種作為顯示。 方案三： 采用 LCD液晶顯示屏 ,液晶顯示屏的顯示功能強(qiáng)大 ,可顯示文字 ,圖形 ,顯示多樣 ,清晰可見 .而且體積較小，使用方便，更容易滿足工程上對于電路更加簡潔的要求，讓我們學(xué)習(xí)到更多的關(guān)于液晶顯示器的知識，所以選擇了液晶顯示器，根據(jù)本設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)顯示要求選擇 LCD1602液晶即可。 論證： 方案一： 直接采用單片機(jī)定時(shí)計(jì)數(shù)器提供秒信號，使用程序?qū)崿F(xiàn)年、月、日、星期、時(shí)、分、秒計(jì)數(shù)。采用此種方案雖然減少芯片的使用，節(jié)約成本，但是，實(shí)現(xiàn)的時(shí)間誤差較大。所以不采用此方案。 方案二： 采用 DS1302 時(shí)鐘芯片實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘， DS1302 芯片是一種高性能的時(shí)鐘芯片，可自動對秒、分、時(shí)、日、周、月、年以及閏年補(bǔ)償?shù)哪赀M(jìn)行計(jì)數(shù)，而且精度高 ,位的 RAM做為數(shù)據(jù)暫存區(qū)，工作電壓 ～ 范圍內(nèi)， 時(shí)耗電小于 300nA。 : 方案一： 使用熱敏電阻作為傳感器，用 熱敏電阻與一個(gè)相應(yīng)阻值電阻相串聯(lián)分壓，利用熱敏電阻阻值隨溫度變化而變化的特性，采集這兩個(gè)電阻變化的分壓值，并進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換。此設(shè)計(jì)方案需用 A/D 轉(zhuǎn)換電路，增加硬件成本而且熱敏電阻的感溫特性曲線并不是嚴(yán)格線性的，會產(chǎn)生較大的測量誤差。 方案二： 采用數(shù)字式溫度傳感器 DS18B20，此類傳感器為數(shù)字式傳感器而且僅需要一條數(shù)據(jù)線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，易于與單片機(jī)連接，可以去除 A/D模塊，降低硬件成本，簡化系統(tǒng)電路。另外，數(shù)字式溫度傳感器還具有測量精度高、測量范圍廣等優(yōu)點(diǎn)（測溫程序說明在附錄）。 系統(tǒng)總體方案 按 照系統(tǒng)設(shè)計(jì)功能的要求， 對此次作品的方案選定 : 采用 AT89S52 作為主控制系黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 統(tǒng) 。 DS1302 提供時(shí)鐘 。數(shù)字式溫度傳感器 。LCD 液晶顯示屏作為顯示單元；鍵盤。 電路系統(tǒng)構(gòu)成框圖如圖所示： D S 1 3 0 2 時(shí) 鐘模 塊1 8 B 2 0 溫 度 檢測A T 8 9 C 5 1主 控 模 塊鍵 盤 輸 入 模 塊顯 示 模 塊 圖 系統(tǒng)框圖 主控芯片使用 51 系列 AT89C51 單片機(jī)，時(shí)鐘芯片使用美國 DALLAS 公司推出的一種高性能、低功耗、帶 RAM的實(shí)時(shí)時(shí)鐘 DS1302。采用 DS1302 作為計(jì)時(shí)芯片，可以做到計(jì)時(shí)準(zhǔn)確。更重要的是， DS1302 可以在很小電流的后備電源（ ～ 電源，再 時(shí)耗電小于 300nA），而且 DS1302 可以編程選擇多種充電電流來隊(duì)后備電源進(jìn)圖 。 本章小結(jié) 本章首先介紹了計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的五種基本形式，經(jīng)查閱相關(guān)資料確定了本文所需要設(shè)計(jì)的單片機(jī)電子時(shí)鐘概念。根據(jù)實(shí)際情況與技術(shù)要求，畫出了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖，并擬定了系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案，包括傳感器單元、鍵盤單元、時(shí)鐘芯片及顯示單元系統(tǒng)各部分，并對每一部分都進(jìn)行了較詳細(xì)的敘述。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 3章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)概述 本電路是由 AT89C51單片機(jī)為控制核心，具有在線編程功能，低功耗，能在 3V超低壓工作；時(shí)鐘電路由 DS1302提供 ，它是一種高性能、低功耗、帶 RAM的實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路，它可以對年、月、日、周日、時(shí)、分、秒進(jìn)行計(jì)時(shí)，具有閏年補(bǔ)償功能，工作電壓為 ～ 。采用三線接口與 CPU進(jìn)行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個(gè)字節(jié)的時(shí)鐘信號或 RAM數(shù)據(jù)。 DS1302內(nèi)部有一個(gè) 31*8的 用于 臨時(shí)性存放數(shù)據(jù)的 RAM寄存器?？僧a(chǎn)生年、月、日、周日、時(shí)、分、秒，具有使用壽命長，精度高和低功耗等特點(diǎn)，同時(shí)具有掉電自動保存功能；溫度的采集由 DS18B20構(gòu)成；顯示部份由 LCD顯示。 單片機(jī)的選擇及分析 單片機(jī)的定義和特 點(diǎn) 所謂單片機(jī)就是把 CPU、寄存器、 RAM/ROM、 I/O 接口電路集成在一塊集成電路芯片上，構(gòu)成一個(gè)完整的微型計(jì)算機(jī)。單片機(jī)的主要特點(diǎn)有： 集成度高、功能強(qiáng)： 微型計(jì)算機(jī)通常由中央處理器 (CPU)、存儲器 (RAM, ROM)以及 I/O 接口組成，其各部分分別集成在不同的芯片上。例如，大家熟悉的 Z80 微型計(jì)算機(jī)就是由Z80CPU、存儲器 (RAM, ROM), PIO 等芯片組成的，單片機(jī)則不同，它把 CPU, RAM, ROM, I/O 接口，以及定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器都集成在一個(gè)芯片上。目前應(yīng)用得最多的是MCS51 系列單片機(jī)。 和微型計(jì)算機(jī)進(jìn)行比較，單片機(jī)不僅體積大大減小，而且功能大為增強(qiáng)。 MCS51系列單片機(jī)內(nèi)的定時(shí) /計(jì)數(shù)器為 16 位，而 Z80 微型計(jì)算機(jī)只有 8 位， MCS51 系列單片機(jī)中不但有 4 個(gè)并行 I/O 接口，而且還有串行接口，且時(shí)鐘頻率可達(dá) 12MHz。 結(jié)構(gòu)合理： 目前單片機(jī)大多采用 Harvard 結(jié)構(gòu)。這是數(shù)據(jù)存儲器與程序存儲器相互獨(dú)立的一種結(jié)構(gòu)。而在許多微型計(jì)算機(jī) (如 Z80, Inte18085, M6800 等 )中，大都采用兩類存儲器合二為一 (即統(tǒng)一編址 )的方式。單片機(jī)采用上述結(jié)構(gòu)主要有四點(diǎn)好 處 —— 存儲量大、速度快、抗干擾性、強(qiáng)指令豐富。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 單片機(jī)的發(fā)展概況 自從 1974 年 12 月美國仙童 (Fairchild )公司第一個(gè)推出 8 位單片機(jī) FS 以來，單片機(jī)以驚人的速度發(fā)展，從 4 位機(jī)、 8 位機(jī)發(fā)展到 16 位機(jī)、 32 位機(jī)，集成度越來越高，功能越來越強(qiáng)，應(yīng)用范圍越來越廣。到目前為止，單片機(jī)的發(fā)展主要可分為以下四個(gè)階段 : 第一階段 :4 位單片機(jī)。這種單片機(jī)的特點(diǎn)是價(jià)格便宜，控制功能強(qiáng)，片內(nèi)含有多種 I/O 接口，如并行 I/O 接口、串行 I/O 接口、定沖計(jì)數(shù)器接口、中斷功能接口等。根據(jù)不同用途，還配有許多專用接口 ，如打印機(jī)接口、鍵盤及顯示器接口， PLA(可編程邏輯陣列 )譯碼輸出接口，有些甚至還包括 A/D, D/A 轉(zhuǎn)換， PLL(鎖相環(huán) )，聲音合成等電路。豐富的 I/O 功能大大地增強(qiáng)了 4 位單片機(jī)的控制功能，從而使外部接口電路極為簡單。 第二階段 :低、中檔 8 位機(jī) (19741978 年 )。這種 8 位機(jī)一般不帶有 I/O 接口，尋址范圍通常為 4KB。它是 8 位機(jī)的早期產(chǎn)品，如 Mostek 公司的 3870, Intel 公司的 8048等單片機(jī)即屬此類。 第三階段 :高檔 8 位機(jī)階段 (19781982 年 )。這一類單片機(jī)常有串行 I/O 接口，有多級 中斷處理，定時(shí) /計(jì)數(shù)器為 16 位，片內(nèi)的 RAM 和 ROM 的容量相對增大，且尋址范圍可達(dá) 64KB，有的片內(nèi)還帶有 A/D 轉(zhuǎn)換接口。這類單片機(jī)有 Intel 公司的 MCS51，Motorola 公司的 6801 和 Ziiog 公司的 Z8 等。由于這類單片機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域較廣，其結(jié)構(gòu)和性能還在不斷地改進(jìn)和發(fā)展。 第四階段 :16 位單片機(jī)和超 8 位單片機(jī) (1982 年至今 )。此階段的主要特征是，一方面不斷完善高檔 8 位機(jī)，改善其結(jié)構(gòu)，以滿足不同用戶的需要；另一方面發(fā)展 16位單片機(jī)及專用單片機(jī)。 16 位單片機(jī)除了 CPU 為 16 位外，片內(nèi) RAM 和 ROM 的 容量也進(jìn)一步增大，片內(nèi) RAM 為 232 字節(jié)， ROM 為 8KB，片內(nèi)帶有高速輸入輸出部件，多通道 10 位 A/D 轉(zhuǎn)換部件，中斷處理為 8 級，其實(shí)時(shí)處理能力更強(qiáng)。近來， 32 位單片機(jī)己進(jìn)入實(shí)用階段，但還未引入國內(nèi)市場。 在今后單片機(jī)的發(fā)展趨勢將是 :向著大容量、高性能化，小容量、低價(jià)格化和外圍電路內(nèi)裝化等幾個(gè)方面發(fā)展。 AT89C51是美國 ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓，高性能 CMOS8位單片機(jī)，片內(nèi)含 4k bytes的反復(fù)擦寫的 Flash只讀程序存儲器和 128 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器（ RAM），器件采用 ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用 8位中央處理器（ CPU）和 Flash存儲單元可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。圖黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 。 主要特性 ： 與 MCS51 完全 兼容 4K 字節(jié)可編程 FLASH 存儲器 壽命： 1000 寫 /擦循環(huán) 數(shù)據(jù)保留時(shí) 間： 10 年 全靜態(tài)工作： 0Hz24MHz 三級程序存儲器鎖定 1288 位內(nèi)部 RAM 32 可編程 I/O 線 兩個(gè) 16 位 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 5 個(gè)中斷源 可編程串行通道 低功耗的閑置和掉電模式 片 內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路 功能性概述： AT89C51 提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 4k字節(jié) Flash 閃速存儲器， 128 字節(jié)內(nèi)部 RAM， 32個(gè) I/O 口線，兩個(gè) 16 位定時(shí) /計(jì)數(shù)器，一個(gè) 5 向量兩級中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路。 同時(shí)， AT89C51可下降至 0Hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式?？臻e方式停止 CPU的工作，但允許 RAM，定時(shí) /計(jì)數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存 RAM的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個(gè)硬件復(fù)位。 AT89C51的內(nèi)部 結(jié)構(gòu)介紹 單片機(jī)電路是系統(tǒng)控制的核心。單片機(jī)選用從 ATMEL 公司的低功耗、高性能的 8位 CMOS 芯片 AT89C51，其片內(nèi)帶有 4K 字節(jié)的閃速可編程及可擦除只讀存儲器（ EPROM）。引腳功能說明如下： VCC：電源電壓 GND：地 P0 口： P0 口是一組 8 位漏極開路型雙向 I/O 口，也即地址 /數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。作為輸出口用時(shí)，每位能吸收電流的力式驅(qū)動 8 個(gè) TTL 邏輯門電路，對端口寫 “ 1”可作為高阻抗輸入端用。在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器或程序存儲器時(shí)，這組口線分時(shí)黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 轉(zhuǎn)換地址（低 8 位）和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，在訪問期間激活內(nèi)部上拉 電阻。 在 Flash 編程時(shí)， P0 口接收指令字節(jié)，而在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)，校 圖 AT89C51 引腳圖 驗(yàn)時(shí)，要求外接上拉電阻。 Pl 口： P1