基于单片机的时钟系统设计(编辑修改稿)

基于单片机的时钟系统设计(编辑修改稿)内容摘要：

买所需要的元器件 (元器件应考虑裕量 )。 接着把元器件焊接到各个功能电路的模块上，并结合程序进行调试。 最后将各个功能 的电路程序组合起来，然后再进行总体调试直到成功。 本设计能达到以下结果： 1）显示年、月、日、星期等日历相关信息。 通过按键设置年月日和星期，还具有秒表的功能。 单 片 机 时钟日期 按键操作 输入输出 显示时间日期 退出模式 第二章 总体方案 5 2）掉电后时钟芯片正常运行，重新上电后不用校正时钟。 6 基于单片机的时钟系统设计 第三章 系统硬件设计 7 第三章 系统硬件设计 芯片的选择 本设计选用 AT89S52 芯片，它是一种低功耗、高性能 CMOS 8 位微控制器，具有 8K（ 0000H～ 1FFFH）在线系统可编程 Flash 存储器。 片上 Flash 允许程序存储器在线编程，也适于常规编程器。 在单芯片上，拥有灵巧的 8 位 CPU 和在线系统可编程 Flash，使得 AT89S52 为众多嵌入式控制应用系统提供灵活、高效的解决方案。 AT89S52 具有以下标准功能： 8K（ 0000H～ 1FFFH） Flash， 256 字节（ 00H～ FFH）数据存储器（ RAM）， 64K（ 0000H～ FFFFH）程序存储器（ ROM）， 32 位 I/O 口线，看门狗定时器， 2 个数据指针，三个 16 位定时器 /计数器，一个 6向量 2 级中断结构，全双工串行口内晶振及时钟电路。 其中，数据存储器（ RAM）用于存放各种运算的中间结果，作缓存和数据暂存，以及设置特征标志等。 AT89S52 的片内数据存储器用位寻址方式，最大寻址范围为256 字节（ 00H～ FFH）。 按使用情况不同可分成低 128 字节（ 00H～ 7FH）和高 128字节（ 80H～ FFH）。 其中低 128 字节为真正的 RAM 存储器，高 128 字节为特殊功能寄存器（ SFR）区，如累加器 ACC、程序状态字 PSW、数据指针 DPTR、程序计数器PC等。 整个片内 RAM 区分布如图 所示。 图 片内 RAM 区 8 基于单片机的时钟系统设计 单片机是指一个集成在一块芯片上的完整计算机系统。 尽管他的大部分功能集成在一块小芯片上，但是它具有一个完整计算机所需要的 大部分部件： CPU、内存、内部和外部总线系统，目前大部分还会具有外存。 同时集成诸如通讯接口、定时器，实时时钟等外围设备。 而现在最强大的单片机系统甚至可以将声音、图像、网络、复杂的输入输出系统集成在一块芯片上。 单片机也被称为微控制器（ Microcontroler），是因为它最早被用在工业控制领域。 单片机由芯片内仅有 CPU 的专用处理器发展而来。 最早的设计理念是通过将大量外围设备和 CPU 集成在一个芯片中，使计算机系统更小，更容易集成进复杂的而对提及要求严格的控制设备当中。 INTEL 的 Z80是最早按照这种思想设计 出的处理器，从此以后，单片机和专用处理器的发展便分道扬镳。 早期的单片机都是 8位或 4位的。 其中最成功的是 INTEL 的 8031，因为简单可靠而性能不错获得了很大的好评。 此后在 8031 上发展出了 MCS51 系列单片机系统。 基于这一系统的单片机系统直到现在还在广泛使用。 随着工业控制领域要求的提高，开始出现了 16位单片机，但因为性价比不理想并未得到很广泛的应用。 90 年代后随着消费电子产品大发展，单片机技术得到了巨大的提高。 随着 INTEL i960 系列特别是后来的 ARM 系列的广泛应用， 32位单片机迅速取代 16 位单片机的 高端地位，并且进入主流市场。 而传统的 8 位单片机的性能也得到了飞速提高，处理能力比起 80 年代提高了数百倍。 目前，高端的 32 位单片机主频已经超过300MHz，性能直追 90 年代中期的专用处理器，而普通的型号出厂价格跌落至 1 美元，最高端的型号也只有 10美元。 当代单片机系统已经不再只在裸机环境下开发和使用，大量专用的嵌入式操作系统被广泛应用在全系列的单片机上。 而在作为掌上电脑和手机核心处理的高端单片机甚至可以直接使用专用的 Windows和 Linux操作系统。 单片机比专用处理器更适合应用于嵌入式系统，因此它得到了最多的应用。 事实上单片机是世界上数量最多的计算机。 现代人类生活中所用的几乎每件电子和机械产品中都会集成有单片机。 手机、电话、计算器、家用电器、电子玩具、掌上电脑以及鼠标等电脑配件中都配有 12 部单片机。 而个人电脑中也会有为数不少的单片机在工作。 汽车上一般配备 40多部单片机，复杂的工业控制系统上甚至可能有数百台单片机在同时工作。 单片机的数量不仅远超过 PC机和其他计算的综合，甚至比人类的数量还要多。 单片机又称单片微控制器 ,它不是完成某一个逻辑功能的芯片 ,而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。 概括的讲：一块芯片就成了 一台计算机。 它的体积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。 同时，学习使用单片机是了解计算机原理与结构的最佳选择。 第三章 系统硬件设计 9 单片机内部也用和电脑功能类似的模块，比如 CPU，内存，并行总线，还有和硬盘作用相同的存储器件，不同的是它的这些部件性能都相对我们的家用电脑弱很多，不过价钱也是低的，一般不超过 10元即可 ......用它来做一些控制电器一类不是很复杂的工作足矣了。 我们现在用的全自动滚筒洗衣机、排烟罩、 VCD等等的家电里面都可以看到它的身影。 它主要是作为控制部分的核心部件。 时钟 电路工作原理： 电源经过二极管和电感进入分频器后，分频器开始工作，和晶体一起产生振荡，在晶体的两脚均可以看到波形。 晶体的两脚之间的阻值在 450700 欧之间。 在它的两脚各有 1V 左右的电压，由分频器提供。 晶体两脚常生的频率总和是。 总频（ OSC）在分频器出来后送到 PCI 槽的 B16 脚和 ISA 的 B30 脚。 这两脚叫OSC测试脚。 也有的还送到南桥，目的是使南桥的频率更加稳定。 在总频 OSC线上还电容。 总频线的对地阻值在 450700 欧之间，总频时钟波形幅度一定要大于2V电平。 如果开机数 码卡上的 OSC 灯不亮，先查晶体两脚的电压和波形；有电压有波形，在总频线路正常的情况下，为分频器坏；无电压无波形，在分频器电源正常情况下，为分频器坏；有电压无波形，为晶体坏。 没有总频，南、北桥、 CPU、 CACHE、 I/O、内存上就没有频率。 有了总频，也不一定有频率。 总频一定正常，可以说明晶体和分频器基本上正常，主要是晶体的振荡电路已经完全正常，反之就不正常。 当总频产生后，分频器开始分频， R2将分频器分过来的频率送到南桥，在南桥处理过后送到 PCI 槽 B8 和 ISA的 B20 脚，这两脚叫系统测试脚，这个测试 脚可以反映主板上所有的时钟是否正常。 系统时钟的波形幅度一定要大于 ，这两脚的阻值在 450700 欧之间，由南桥提供。 在主板上 RESET 和 CLK 者是南桥处理的，在总频正常下，如果 RESET 和 CLK都没有，在南桥电源正常情况下，为南桥坏。 主板不开机， RESET 不正常，先查总频。 在主板上，时钟线比 AD线要粗一些，并带有弯曲。 复位电路，就是 利用它把电路恢复到起始状态。 就像计算器的清零按钮的作用一样，当你进行完了一个题目的计算后肯定是要清零的是吧。 或者你输入错误，计算失误时 都 要进行清零操作。 以便回到原始状态，重新进行计算。 和计算器清零按钮有所不同的是，复位电路启动的手段有所不同。 一是在给电路通电时马上进行复位操作；二是在必要时可以由手动操作；三是根据程序或者电路运行的需要自动地进行。 篡位电路都 是比较简单的大都是只有电阻和电容组合就可以办到了。 再复杂点就有三极管等等配合程序来进行了。 为确保微机系统中电路稳定可靠工作，复位电路是必不可少的一部分，复位10 基于单片机的时钟系统设计 电路的第一功能是上电复位。 一般微机电路正常工作需要供电电源为 5V177。 5% ，即～。 由于微机电路是时序数字电路，它 需要稳定的时钟信号，因此在电源上电时，只有当 VCC 超过 低于 以及晶体振荡器稳定工作时，复位信号才被撤除，微机电路开始正常工作。 实验板电路原理图 实验板电路结构框图如图 图 实验板结构框图 功能电路分析 时钟电路 实验板的时钟振荡源电路如图。 其中 JT 为 的晶振，改变两电容 CB 的值即可对此晶振频率进行调节。 该电路提供单片机工作所需的振荡频率，计算定时器初值即需此晶振频率，在通信时也需知道晶振频率，以对波特率进 行计算。 图 时钟电路 第三章 系统硬件设计 11 复位电路 如图 所示为实验板的复位电路，当 RESET 信号为低电平时，实验板为工作状态，当 RESET 信号为高电平时，实验板为复位或下载程序状态。 由于 AT89S52具有 ISP 的功能，即可以通过并口线直接将程序下载到单片机内，因此， AT89S52 具有两种状态，下载程序状态和运行状态。 该复位电路能实现上电自动复位，也能手动复位，一般复位时 RESET 应保持 20毫秒以上高电平，此 复位时 间由接地电容控制。 图 复位电路 12 基于单片机的时钟系统设计 键盘电路 图 如图 所示为阵列按键电路，各设置及转换信号由此电路输入，实验板提供了 16 个按键，由 P1 口经 SN74F244（驱动芯片）输出扩展成 4 4的阵列按键，～ 为行线， ～ 为列线。 SN74F244 有一片选信号线 G ，当此口线为低电平时， A1～ A4 与 Y1～ Y4 接通，反之， A1～ A4与 Y1～ Y4断开。 此键盘用扫描工作方式，若有键按下，则相应位端口被拉低为低电平，由于本系统只用了 4 个按键，所以只需对 4个按键进行扫描。 扫描时，先置 口为高电平，向 P1 口送 0EFH（ MOV P1， 0EFH），再置 口为低电平，读 P1 口（ MOV A， P1），最后判断 P1 口低 4位哪位是低电平，若某位为低电平，则相应按键被按下，如 为低电平（ =0），则 K1 键被按下。 液晶显示屏 LCD1602 （一） LCD1602 特点说明 [12] [13] 液晶显示模块由于具有低功耗、寿命长、体积小、显示内容丰富、价格低、接口控制方便等优点，因此在各类电子产品中被极广泛地推广和应用。 字符型液晶显示模块是一类专门用于显示字母、数字 、符号等点阵式液晶显示模块。 本系统设计采用字符型液屏显示模块 LCD1602 作为显示器件，这样不仅简化了系统的硬件设计，而且极大地提高了系统的可靠性。 字符型液晶显示模块 LCD1602是单片 第三章 系统硬件设计 13 机应用设计中最常用的信息显示器件。 LCD1602 可以显示两行，每行 16 个字符，采用＋ 5V 电源供电，外围电路配置简单，价格便宜，具有很高的性价比 [14]。 （二） LCD1602 功能介绍 LCD1602 各引脚功能如表 所示。 表 LCD1602管脚功能表 （ 1）基本操作时序： LCD1602 读写操作 时序总体上来说是比较简单的，掌握其有两种方法：一种是直接看时序图，另外一种方法是直接记忆和总结读写时电平高低和变化。 很显然第二种更简单、直接，下面就列出典型读写的时序要求，以方便编写程序。 读状态 输入： RS=L， R/W=H， E=H 输出： D0D7=状态字 写指令 输入： RS=L， R/W=L， D0D7=指令码， E=高脉冲 输出：无 读数据 输入： RS=H， R/W=H， E=H 输出： D0D7=数据 写数据 输入： RS=H， R/W=L， D0D7=数据， E=高脉冲 输出：无 （ 2） 状态字说明： 表 状态字表 对控制器每次进行读写操作之前，都必须进行读写检测，确保 STA7为 0 （ 3） 指令说明： 14 基于单片机的时钟系统设计 表 显示模式设置表 表 显示开 /关及背光灯设置表 （ 4） 数据控制 控制器内部有一个数据地址指针，用户可通过它们来访问内部的全部 80字节 RAM （ 5） 数据指针设置 第三章 系统硬件设计 15 表 数据指针设置表 （ 6） 其他设置 表 其他设置指令表 （三） LCD1602 初始化过程 (1)延时 15ms (2)写指令 38H(不检测忙信号 ) (3)延时 5ms (4) 写指令 38H(不检测忙信号 ) (5)写指令 5ms (6) 写指令 38H(不检测忙信号 ) (7)之后每次写指令、读 /写数据操作之前均需检测忙信号 (8)写指令 38H：显示模式设置 (9)写指令 08H：显示关闭 (10) 写指令 01H：显示清屏幕 (11) 写指令 06H：显示光标移动设置 (12) 写指令 0CH：显示及光标设置 本章小节 本章主要对芯片作了介绍，对其内存单元作了详细说明 ，并对系统硬件（实验板）的结构框图和各功能电路。