《单片机原理及其接口技术》课程设计报告课题LEＤ显示的电子钟姓名学号院系自动控制与机械工程学院班级指导教师２０12 年６月目录一、课程设计目的 (3)二、课程设计要求 (3)三、设计内容 (4)四、硬件设计需求 (5)１、硬件系统各模块功能 (5)（1)、单片机最小系统——AT8９C51 …………………………………５(2）、LED数码管显示模块……………………………………………８(3）、晶振模块 (9)(4）、按键模块 (10)五、电路软件系统设计 (10)1、pｒotｕes软件简介…………………………………………………１02、仿真结果 (11)3、流程图………………………………………………………13六、误差分析………………………………………………………１５七、总结与心得体会………………………………………………………1５八、参考文献………………………………………………………16九、附录(程序）………………………………………………………１6一、课程设计目的单片机课程设计作为独立的教学环节，是自动化及相关专业集中实践性环节系列之一，是学习完《单片机原理及应用》课程后,并在进行相关课程设计基础上进行的一次综合练习。
单片机课程设计过程中，学生通过查阅资料,接口设计，程序设计,安装调试等环节，完成一个基于MCＳ-51系列单片机,涉及多种资源应用，并且有综合功能的小应用系统设计。
使学生不但能够将课堂上学到的理论知识与实际应用结合起来,而且能够对电子电路,电子元器件等方面的知识进一步加深认识,同时在软件编程，调试，相关仪器设备和相关软件的使用技能等方面得到较全面的锻炼和提高。
使学生增进对单片机的感性认识，加深对单片机理论方面的理解,加深单片机的内部功能模块的应用,如定时器/计数器,中断,片内外存储器,I／O接口,串行口等。
使学生了解和掌握单片机应用系统的软硬件设计过程,方法及实现,强化单片机应用电路的设计与分析能力。
提高学生在单片机应用方面的实践技能和科学作风，培育学生综合运用理论知识解决问题的能力。
二、课程设计要求课程设计应以学生认知为主体，充分调动学生的积极性和能动性,重视学生自学能力培养。
根据课程设计具体课题安排时间,确定课题的涉及，变成和调试内容,分团队开展课程设计活动，安排完成每部分工作。
课程设计集中在实验室进行。
在课程设计过程中，坚持独立完成，实现课题规定的各项指标，并写出设计报告。
要求学生自己调研，设计系统功能，划分软硬件功能,选择器件,用Ｐｒoteuｓ软件在PC机上完成硬件原理图设计。
然后使用使用Proｔｅus软件在ＰC机运行系统仿真,调试电路和修改调试程序。
对整个系统做试运行，有问题再进一步修改调试，直至达到设计的要求和取得满意的效果。
最后编写系统说明书,其内容主要包括系统功能介绍,使用范围,主要性能指标,使用方法,注意事项等。
三、设计内容：1、设计题目：LＥＤ显示的电子钟2、设计任务:基于AT8９C５１单片机,制作一个ＬED显示的智能电子钟。
3、设计要求及功能：(１）、用６个７段ＬＥD数码管作为显示设备，设计时钟功能。
(2）、显示格式,日期：YＹMＭDD，时间:HH ＭＭSS.(3)、可以分别设计年、月、日，时、分、秒。
在复位后的日期应该为：1２0１01,时间为：００00 ０0。
(4）、秒钟复位功能，当秒位键按下后，秒的那位回到０0 。
(5）、键盘按键个数应该万为己确定。
（６）、@时间、月、日自行交替显示,或者按键切换显示。
(7）、@12小时和２4小时切换功能。
(８)、@还要实现闹钟功能。
４、设计提示：１）、LED宜采用动态扫描显示；2）、采用定时器，也可以考虑外部扩展专用时钟芯片DS13０2.3)、参考Proｔuse仿真效果图。
5、设计要求：要求学生通过理论设计和实物制作解决相应的实际问题，巩固和运用在《单片机原理与接口技术》课程中所学的理论知识和实验技能,掌握单片机应用系统的一般设计方法,提高设计能力和实践动手能力，为以后从事电子电路设计、研发电子产品打下良好的基础。
基于AT89Ｃ51单片机,制作一个LEＤ显示的智能电子钟。
6、设计课题总体方案及工作原理说明设计中采用AT８9C51芯片及LED显示器，一些独立式按键构成一个简单的数字电子钟。
设计中是采用单片机的内部定时器进行定时,程序框图如图3.1所示整个电子钟的工作原理是:在正常的供电状态下，首先利用单片机定时,到了相应的时间由单片机将所需要显示的数据送到ＬED显示器的输入口,当有键按下时则进入相应的按键显示和调整状态,进行按键调整。
图3.１总的设计的框图四、硬件设计需求：硬件设计是指应用系统的电路设计，包括单片机芯片、控制电路、存储器、Ｉ／O接口等等。
硬件设计时，应考虑留有充分余量,电路设计力求无误,因为在系统调试中不易修改硬件结构。
如原理图所示，硬件系统主要由单片机最小应用系统、ＬED数码管显示模块、电源模块、晶振模块、按键模块等组成。
1、硬件系统各模块功能：(1)、单片机最小系统——AＴ８9Ｃ51:由AT８９Ｃ51单片机由时钟电路和复位电路构成。
AＴ8９Ｃ51是一种带８Ｋ字节闪烁可编程可擦除只读存储器(FＰERＯＭ—FalsｈＰｒoｇram ｍaｂle ａnd Ｅrasaｂle Rｅad Ｏnｌy Memoｒy)的低电压,高性能ＣMO Ｓ8位微处理器,俗称单片机。
时钟电路由一个12ＭHZ的石英晶体振荡器和两个22ｐF的的电容组成振荡电路和分频电路,为单片机提供内部时钟。
复位电路采用上电复位和按键复位结合的方式对电路进行复位，主要是通过RＳT 引脚送入单片机。
图４.1 ８９C５1单片机VCC:电源。
GNＤ：接地。
P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/Ｏ口,每脚可吸收8TＴＬ门电流。
当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。
P０能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。
在FIＡSH编程时，P０口作为原码输入口，当FIＡSＨ进行校验时,Ｐ0输出原码,此时P0外部必须被拉高。
Ｐ１口:P1口是一个内部提供上拉电阻的８位双向I/O口，Ｐ1口缓冲器能接收输出4TＴL门电流。
P1口管脚写入１后，被内部上拉为高，可用作输入,P1口被外部下拉为低电平时,将输出电流,这是由于内部上拉的缘故。
在ＦLAＳH编程和校验时,P1口作为第八位地址接收。
P2口:P2口为一个内部上拉电阻的８位双向I/Ｏ口,Ｐ2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“１”时，其管脚被内部上拉电阻拉高,且作为输入。
并因此作为输入时，P２口的管脚被外部拉低,将输出电流。
这是由于内部上拉的缘故。
P２口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。
在给出地址“1”时,它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时,P２口输出其特殊功能寄存器的内容。
P2口在FLＡSH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。
Ｐ3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I／O口，可接收输出4个TＴL门电流。
当P3口写入“1”后,它们被内部上拉为高电平，并用作输入。
作为输入,由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流(ILＬ)这是由于上拉的缘故。
P3口也可作为AT８９C5１的一些特殊功能口,如下表所示:口管脚备选功能P3.０ＲXD(串行输入口）Ｐ３.１ TXD(串行输出口）P3.2 /INＴ０（外部中断０)P3.3 /IＮT1(外部中断1)P３.４Ｔ0（记时器0外部输入）Ｐ3.5 T1（记时器1外部输入)P３．6 ／ＷR（外部数据存储器写选通）P３.７ /RＤ(外部数据存储器读选通)Ｐ3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。
RＳT:复位输入。
当振荡器复位器件时,要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。
ALE/PROG：当访问外部存储器时,地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。
在ＦLAＳH编程期间,此引脚用于输入编程脉冲。
在平时，ＡLE 端以不变的频率周期输出正脉冲信号,此频率为振荡器频率的1/6。
因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。
然而要注意的是:每当用作外部数据存储器时,将跳过一个ＡLE脉冲。
如想禁止AＬE的输出可在SFR8ＥH地址上置0。
此时, ALE只有在执行MＯVＸ，MOVC指令是ＡLE才起作用。
另外，该引脚被略微拉高。
如果微处理器在外部执行状态ＡLE禁止,置位无效。
PSEＮ：外部程序存储器的选通信号。
在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PＳEＮ有效。
但在访问外部数据存储器时，这两次有效的／PSEN信号将不出现。
EA/VＰP:当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储(0000Ｈ－FFFFH),不管是否有内部程序存储器。
注意加密方式１时, /EA将内部锁定为ＲESET;当/EＡ端保持高电平时，此间内部程序存储器。
在FLASＨ编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。
（2)、LED数码管显示模块LEＤ数码管是由发光二极管构成的，亦称半导体数码管。
将条状发光二极管按照共阴极(负极)或共阳极(正极)的方法连接,组成“８”字,再把发光二极管另一电极作笔段电极,就构成了ＬED数码管。
若按规定使某些笔段上的发光二极管发光,就能显示从0~9的…系列数字。
同荧光数码管(VFD）、辉光数码管(NRT)相比，它具有：体积小、功耗低、耐震动、寿命长、亮度高、单色性好、发光响应的时间短,能与TTL、CＭOＳ电路兼容等的数显器件。
+、-分别表示公共阳极和公共阴极。
a~g是7个笔段电极,DP为小数点。
另有一种字高为7．６mｍ的超小型LED数码管,管脚从左右两排引出，小数点则是独立的。
本系统利用６位ＬEＤ数码管显示时间，共阴极结构。
LED数码管由７段发光二极管组成,当要显示某个数字时只要将数字所对应的引脚送入低电平。
图4．2 ＬＥＤ数码管的数值表及其引脚图(3)、晶振模块:下图所示为时钟电路原理图,在AT89S5１芯片内部有一个高增益反相放大器，其输入端为芯片引脚XTAL1，输出端为引脚XTAL2。
而在芯片内部，XＴＡL1和XＴAL２之间跨接晶体振荡器和微调电容，从而构成一个稳定的自激振荡器。
时钟电路产生的振荡脉冲经过触发器进行二分频之后,才成为单片机的时钟脉冲信号。
图４.3 晶振电路ﻩ表二元件清单与封装元件名封装名型号CRYSTAL XＴAL-１VOLTREG TO－2２0 MC7805TＴＲANＳ4 FLＹ4 10ＴＯ1VSＩNＣＡP RB．2/.４ＣAPACITOR ＰOLＣAＰＲAD－０.1 ＣＡＰTRAＮSＩSTＯR TO18 PNPＴＲANSISＩTＯR TO９２A NPNSPEＡKER SIP-2LED DIODE-0.４ＳW－PBRES2 ＡXＩAL0.3-1.0DPＹ_7-SEＧ_ＤP ＤIＰ8单片机ＡT8９Ｓ52(４)、按键模块：本设计中主要有7 个控制按键，按键功能为：1）、P1.０键位为清零键，当使用时,使其所显示数据清零,复位；2）、P1.１键位口为时间加“1”;3)、P1．2键位口为分钟加“1”；4）、P1．3键位口为秒钟加“1”；5）、P1.4键位口为暂停键;６）、P１.5键位口为恢复端；7）、P1.6键位口为秒钟清零端。