基于单片机控制的时钟电路设计毕业论文

基于单片机控制的时钟电路设计毕业论文内容摘要：

特殊功能寄存器 实质上是一些具有特殊功能的片内 RAM 单元 ,字节地址范围为 21 个 ,离散的分布在该区域中 ,其中有些 SFR还可以进行位寻址。 并行 I/O 口 MCS51单片机共有 4个双向的 8 位并行 I/O 端口（ Port），分别记作 P0P3，共 32 根口线。 各口的每一位均由锁存器、输出驱动器和输入缓冲器 组成。 实际上 P0P3 已被归入特殊功能寄存器。 这四个口除了按字节寻址以外，亦可 按位寻址。 由于它们在结构上有一些差异，故各口的性质和功能有一些差异。 P0 口是双向 8 位三态 I/O 口，此口为地址总线（低 8位）及数据总线分时复用口，可驱动 8 个 LS 型 TTL 负载。 P1 口是 8 位准双向 I/O 口，可驱动 4 个LS 型负载。 P2 口是 8 位准双向 I/O口，与地址总线（高 8位 ）复用，可驱动 4个 LS 型 TTL 负载。 P3 口是 8 位准双向 I/O 口，是双功能复用口，可驱动 4 个LS型 TTL 负载。 P1 口、 P2口、 P3口各 I/O 口线片内均有固定的上拉电阻，当这 3 个准双向 I/O 口做输入口使用时，要向该口先写“ 1”，另外准双向 I/O 口无高阻的“浮空”状态，故称为双向三态 I/O 口。 时钟电路与时序 时钟电路用于产生 MCS51 单片机工作时所必需的时钟信号。 MCS51 单片机本身就是一个复杂的同步时序电路，为保证同步工作方式的实现， MCS51单片机应在唯一的时钟信号控制下，严格地按时序执行 进行工作，而时序所研究的是指令执行中各个信号的关系。 在执行指令时， CPU 首先要到程序存储器中取出需要执行的指令操作码，译码后 由时序电路产生一系列控制信号去完成指令所规定的操作。 CPU 发出的时序信号有两类，一类用于片内对各个功能部件的控制，另一类用于片外存储器或 I/O 端口的控制，这部分时序对于分析、设计硬件接口电路至关重要。 常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 毕业设计论文 4 第 3 章 电路的硬件设计 复位电路 MCS51单片机的复位是由外部的复位电路来实现的。 复位引脚 RST 通过一个斯密特触发器与复位电路相连，斯密特触发器用来抑制噪声。 在每 个机器周期的 S5P2，触发器输出电平由复位电路采样一次才能得内部复位操作所需 信号。 上电复位电路是 — 种简单的复位电路，只需 在 RST 复位引脚接一个电容到VCC，接一个电阻到地就可以。 上电复位是指在给系统上电时，复位电路通过电容加到 RST 复位引脚一个短暂的高电平信号，这个复位信号随着 VCC 对电容的充电过程而回落，所以 RST引脚复位的高电平维持时间取决于电容的充电时间。 为了保证系统安全可靠的复位， RST引脚的高电平信号必须维持足够长的时间。 上电自动复位是通过外部复位电路的电容充电来实现的。 只要 Vcc 的上升时间不超 过 1ms，就可以实现自动上电复位。 复位电路 如图 如下： 图 复位电路 时钟电路 时钟是单片机的心脏，单片机各功能部件的运行都是以时钟频率为基准进行 有条不紊的工作。 因此 时钟频率直接影响 单片机的速度，时钟电路的质量也直接影响单片机系统的稳定性。 常用时钟电路有两种方式：一 是内部时钟方式，另一种为外部时钟方式。 本文用的是内部时钟方式。 时钟 电路图 如图。 MCS51单片机内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器 ，该高增益反向放大器的输入端为芯片引脚 XTAL1，输出端为引脚 XTAL2。 这两个引脚跨接石英晶体振荡器和微调电容，就构成一个稳定的自激振荡器。 常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 毕业设计论文 5 图 时钟电路 主控 电路 图 主控 电路 常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 毕业设计论文 6 相关控制电路 蜂鸣 电路 图 声音 播放 电路 下载 电路 程序编写完毕后，则需烧写到芯片上，下载电路如图 所示： 图 下载 电路 常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 毕业设计论文 7 数码管显示电路 图 数码管显示 电路 数码管显示器成本低，配置灵活， 连接 单片机接口，广泛应用。 数码管的工作原理 ： 数码管是由 8 个发光二极管构成的显示器件。 在数码管中，若将二极管的阳极连在一起，称为共阳极数码管；若将二极管的阴极连在一起，称为共阴极数码管。 本文用到的 6 个数码管均是共阴极的。 当发光二极管导通时，它就会发光。 每个二极管就是一个笔划，若干个二极管发光时，就构成了一个显示字符。 将单片机的 I/O 口控制相应的芯片与数码管的 ag 相连，高电平的位对应的发光二极管亮，这样，由 I/O 口输出不同的代码，就可以控制数码管显示不同的字符。 本 文的 6 个数码管均采用动态显示方式，显示当前的时间。 整个显示电路应用了 2 个 164 芯片， 1 个 244 芯片。 第一个 164芯片把从单片机传出的串行数据转换成并行数据。 164 只能存储 8 位数据，因此，当单片机输出第 914位数据的时候，第一个 164 芯片中的 8 位数据就被传到第二个 164 芯片中，这 8 位数据就是段选信号，控制数码管将要显示的字符。 第 914 位数据输出后，控制 244 芯片的单片机的 口置为高电平， 244 芯片选通。 这六位数据经过 244 芯片以后是片选信号，即控制动态显示的是哪一位数码管。 在片选信号和段选信号的控制 下，数码管就正确的动态显示当前的时间。 常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 毕业设计论文 8 电源电路设计 电源电路包括变压器、桥式整流器、电容和稳压器。 通过变压器变压，使得 220V 电压变为 5 V，在通过桥式整流，电容的滤波作用，稳压器的稳压作用，可输出 5V 的稳定电压。 电源具体电路如图 所示。 图 电源原理图 数字钟的构成框图 图 数字钟的构成框图 常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 毕业设计论文 9 第 4 章 电路的软件设计 本设计的软件程序包括主程序、中断子程序、打铃子程序、时钟显示子程序、查询时间表切换程序和延时子程序等等。 另外由于电路中有四个按键，还另外设计了防抖动程序来防止干扰。 软件流程图 软件程序整个流程图如 图 所示 ： 图 总流程图 开始 初始化 是否按时间表切换键 切换时间表 查询功能移位键 调整时间 是否与时间表时间匹配 调用打铃子程序 是 否 是 否 常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 毕业设计论文 10 定时程序设计 单片机的定时功能可通过计数器的计数来实现 ，此 时的计数脉冲来自单片机的内部，即每个机器周期产生一个计数脉冲， 计数器加 1。 若 MCS51采用 12MHz晶体，则计数频率为 1MHz，即每过 1us 的时间计数器加 1。 这样可根据计数值计算出定时时间，也可 根据定时时间 计算计数器 初值。 MCS51单片机的定时器/计数器 有 4种工作方式，其控制字均在相应的特殊功能寄存器。 通过对特殊功能寄存器编程，可 方便的选择定时器 /计数器两种工作模式和 4种 工作方式。 定时器 /计数器工作在方式 0 时 为 13 位 计数器，由 TLX(X=0、 1)的低 5 位和 THX 的高 8 位 构成。 TLX低 5位溢出则向 THX 进位， THX 计数溢出则置位 TCON中的溢出标志位 TFX。 当定时器 /计数器工作于方式 1， 则 为 16位计数器。 实时时钟实现的基本方法 时钟的最小计时单位是秒，使用定时器 方式 1，最大的定时时间 只能达到131ms。 我们可设定 定时器的定时时间为 50ms，则 计数溢出 20次即可得到 时钟的最小计时单位 1 秒， 计数 20次可 用软件实现。 秒计时是 可 采用中断方式进行溢出次数的累积，计满 20 次，即得秒计时。 从秒到分，从分到时可通过软件累加并比较的方法来实现。 要求每满 1 秒，则“秒”单元 的内容加 1；“秒”单元满 60，则“分”单元 内容加 1；“分”单元满 60，则“时”单元 内容加 1；“时”单元满 24，则时、分、秒 内容全部清零。 实时时钟程序设计步骤 选择工作方式，计算初值；采用中断方式进行溢出次数累计； 从秒 — 分 —时的计时 通过累加和数值比较实现； 时钟时间在 数码管上进行显示，为此在内部 RAM 中要设置显示缓冲区，共 6 个地址单元， 显示缓冲区从左到右依次存放时、分、秒数值； 主程序 主要进行定时器 /计 数器的初始化编程，然后反复调用显示子程序的方法等待中断的到来 ； 中断服务程序：进行计时操作 ； 加 1 子程序： 用于完成对时、分、秒的加操作，中断服务程序在秒、分、时加 1 时共有三种条调用加 1子程序，包括三项内容：合字、加 1并进行十进制调整、分字。 常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 毕业设计论文 11 程序说明 在整个系统中，在单片机的 30H、 31H 和 32H 中存储当前时间的小时、分钟和秒。 由于要用数码管显示当前的时间，必须用到分字和合字，因此在 33H、34H、 35H、 36H、 37H 和 38H 中存储当前时间的时十位、时个位、分十位、分个位、秒十位和秒个位，方便显示。 本设计有由四个轻触按键组成的小键盘，这些按键可以任意改变当前的状态。 按功能移位键一次，表示当前要校对小时的十位；按第二次，表示当前校对的是小时的个位；按第三次，则表示校对的是分钟的十位；第四次，表示的校对的是分钟的个位。 按下数字“ +” 键和数字“ ”键可在当前校对的数字上相应加上 1或者减去 1。 本设计采用查表方式，在程序里预先存储两个表格，即日常作息时间表和考试时间表，可以通过手动按键来选择所要执行的时间表。 并且用红、绿发光二极管来区别当前所执行的时间表。 系统开机后，按功能移位键就可以调整当前的时间，整个系 统操作简单，功能明确。 显示数据时，先把要显示的数据送到数据缓冲区 SBUF 中，再从 SBUF 中显示。 串行口缓冲寄存器 SBUF 器是可直接寻址的专用寄存器。 在物理上，它对应着两个寄存器，一个发送寄存器，一个接收寄存器。 CPU 写 SBUF，就是修改发送寄存器；读 SBUF，就是读接收寄存器。 接收器是双缓冲的，以避免在接收下一帧数据之前， CPU 未能及时响应接收器的中断，没有把上一帧数据读走，而产生两帧数据重叠的问题。 对于发送器，为了保持最大的传输速率，一般不需要双缓冲，因为发送时 CPU 是主动的，不会产生写重叠的问题。 常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 毕业设计论文 12 第 5 章 Multisim2020 仿真 与 源程序 软件介绍 Multisim 是 Interactive Image Technologies 公司推出的以 Windows为基础的仿真工具，该软件提供了具有多种测试仪器、元器件品种齐全的虚拟电子工作平台，由此摆脱了实验室条件的限制。 通过计算机用该软件对学生进行有关虚。