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基于MCS-51的电子时钟设计

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(毕业设计 包括: 论文、开题报告、文献综述、英文翻译、程序、实物照片、元件选型表、电路原理图、PCB图、相关表格等 论文字数:17758 页数:44)

诚信申明
本人声明:所呈交的毕业论文是本人在指导教师指导下独立完成的。据我所知,除了文中特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的材料,也不包含为获得中国计量学院或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一起工作的同志对本文所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。
若经查实有抄袭行为,本人承担相应的责任,包括取消毕业设计成绩、直至取消毕业资格和学位授予资格的全部责任。

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摘 要
单片机,是集CPU ,RAM ,ROM ,计数和多种接口于一体的微控制器。自20世纪70年代问世以来,以其极高的性能价格比,受到人们的重视和关注。它体积小、重量轻、抗干扰能力强、环境要求不高、价格低廉、可靠性高、灵活性好、开发较为容易,广泛应用于智能生产和工业自动化上。
本课题通过MCS-51单片机来设计电子时钟,采用汇编语言进行编程,可以实现以下一些功能:小时,分,秒和年,月,日的显示、定时报警功能。本次设计的电子时钟系统由时钟电路,LCD显示电路,定时报警电路,按键调整电路四部分组成。51单片机通过软件编程,在LCD1602液晶屏上实现小时,分,秒和年,月,日的显示;利用时钟芯片DS1302来实现计时,定时功能;通过两个按键开关,一个用于时钟的调节,一个用于闹钟的调节,来实现参数设置和调节功能;到达设置的闹钟时间时,由蜂鸣器发声,起报警作用。本次设计的电子时钟,经过对比测试,发现实际计时的走时精度较高,可满足多种场合的应用需求。
本文详细介绍了AT89C51单片机的基本原理,分析了AT89C51各个管脚的功能及它在设计电路中的作用。本文论述了LCD1602液晶屏和时钟芯片DS1302的工作原理及其软件设计过程。
关键词:单片机;电子时钟;时钟芯片


Abstract
The single-chip microcomputer, collects CPU, RAM, ROM, the counting and many kinds of connections in a body. It has been published since the 70's of 20th century and has high performance, so it attracts lots of people’s attention.Its volume is small,the weight is light,the capacity of resisting disturbance is strong,the environmental challenge is not high,the price is not expensive and the development is easy,for that,it is widely used in the intelligent production and the industrial automation.
This topic designs the electronic clock through the MCS-51 single-chip microcomputer and the assembly language is adopted in this design. The electronic clock can achieve these functions: display the hour, the minute, the second and the year, the month, the date, alarm in the fixed time. The system of the electronic clock is composed of the LCD display circuit, the clock circuit,the parameter circuit and the timing warning circuit.In order to display the hour, the minute, the second and the year, the month, the date in the LCD1602, it use the software assembler;it makes use of the clock chip DS1302 to achieve the functions of accounting and timing;it has two keyswitches,one is used to control time parameter and the other is used to set up the alarm clock;when the time is reach the set-up time,the buzzer sends out the sound which can react the effect of alarm.The design of the electronic clock, which contrasts to the home-use clock,we can find that the time keeping performance is good.For that, the electronic clock is suitable for many occasions.
We can learn the basic principles of the AT89C51 from this text.It is good for us to realize the function of the base pins and the function in the circuit.This article also discourses the working principles of the LCD1602 and the clock chip DS1302,we can understand their software design procedure from this passage.
Key words:single-chip Microcomputer;electronical clock;Timepiece chip



目录
0.前言 (1)
0.1 文献综述............ ............(1)
0.2 研究思路 .........(3)
0.3 研究的意义 .......(4)
1. AT89C51单片机介绍 (5)
1.1 AT89C51内部结构图 ..............(5)
1.2 AT89C51的主要特性 (5)
1.3 AT89C51的管脚图 ..(6)
1.4 AT89C51的振荡器特性 .............(7)
1.5 AT89C51的芯片擦除功能 ...........(7)
2.硬件设计 ...........(8)
2.1电子时钟系统的结构 ..............(8)
2.2 硬件电路总体设计 .(8)
2.3时钟电路 .........(9)
2.4 LCD 液晶显示电路 (12)
2.5 报警电路 ........(14)
2.6 按键设置电路 ....(15)
3.软件设计 ..........(16)
3.1软件总体设计 ....(16)
3.2时钟子程序 ......(16)
3.3扫描显示子程序 ..(20)
3.4定时报警子程序 ..(22)
3.5参数调整子程序 ..(24)
4.调试及性能分析 ....(30)
4.1硬件调试 ........(30)
4.2软件调试 ........(30)
4.3性能分析 ........(32)
5.总结 ..............(33)
参考文献 ............(34)
致谢 .(35)
附录A 硬件电路原理图 ..............(36)
附录B PCB图 ........(37)
附录C 电子时钟源程序 ..............(38)
附录D 电子时钟实物 .(60)
附录E 元件选型表 ...(61)
附录F 英文文献1原文 (62)
附录G 英文文献1翻译 (69)
附录H 英文文献2原文 (74)
附录I 英文文献2翻译 (78)
附件1毕业设计任务书
附件2文献综述
附件3开题报告
附件4验收记录表
附件5答辩记录表
附件6评语表


0.前言
0.1 文献综述
单片机自20世纪70年代问世以来,以其极高的性能价格比,受到人们的重视和关注,应用很广、发展很快。单片机体积小、重量轻、抗干扰能力强、环境要求不高、价格低廉、可靠性高、灵活性好、开发较为容易。由于具有上述优点,单片机的使用领域已十分广泛,已经远远超出了计算机科学的领域,小到玩具,信用卡,大到航天器,机器人,从实现数据采集,过程控制,模糊控制等智能控制到人类的日常生活,可以说,在人们的生活生产中都离不开单片机,又如智能仪表、实时工控、通讯设备、导航系统、家用电器,电子万年历,到计时器,定时器,计数器,频率计,电子秤,电子血压表等。各种产品一旦用上了单片机,就能起到使产品升级换代的功效,常在产品名称前冠以形容词——“智能型”,“电脑型”,如智能型洗衣机,电脑温控冰箱等[1]。在我国,单片机已广泛地应用在工业自动化控制、自动检测、智能仪器仪表、家用电器、电力电子、机电一体化设备等各个方面。单片机的应用具有范围广的特点,对各个行业的技术改造和产品智能化的更新换代起着重要的推动作用[2]。
(1) 单片机在智能仪表中的应用
单片机广泛地应用于各种仪表仪器,使仪表仪器智能化,提高它们的测量速度精度,加强控制功能。
(2) 单片机在机电一体化中的应用
单片机的出现促进了机电一体化,它作为机电产品的控制器,充分地发挥了体积小,可靠性高,功能强,现场安装灵活方便等优点,大大强化了机器的功能,提高了机器的精度,自动化和智能化的水平[3]。
(3) 单片机在实时控制中的应用
对于过程控制中的各种物理参数:如转速。位移,流量,压力,温度,湿度,化学成分的测量和控制。将测量技术,自动控制技术和计算机技术相结合,充分发挥数据处理和实时控制功能,使系统工作在最佳状态。
(4) 单片机在分布式多机系统中的应用
单片机在这种多机系统中,往往作为一个终端机,安装在系统的某些节点上,对现场信息进行实时的测量和控制[4]。
当今的微处理器和微型计算机正向着功能更强,速度更快,价格更廉和网络化,智能化以及多图型,超媒体的方向发展。随着网络通信技术的和多媒体技术的发展,微机及其应用技术将以前所未有的速度,深度和广度向前发展。将迅速改变人们传统的生活方式,给未来的政治,经济发展带来日益深远的影响。而51单片机是各单片机中最具有代表性的一种[5]。
本次毕业设计是用51单片机来设计电子时钟。电子时钟是现代电子技术在时钟领域的具体实现方式[6]。时钟,自从它发明的那天起,就成为人类的朋友,但随着时间的推移,科学技术的不断发展,人们对时间计量的精度要求越来越高,应用越来越广。怎样让时钟更好的为人民服务,怎样让我们的老朋友焕发青春呢?这就要求人们不断设计出新型时钟。现今,高精度的计时工具大多数都使用了石英晶体振荡器,由于电子时钟采用了石英技术,因此走时精度高,稳定性好,使用方便,不需要经常调校,数字式电子时钟用集成电路计时时,译码代替机械式传动,用LED显示器代替显示器代替指针显示进而显示时间,减小了计时误差,这种表具有时,分,秒显示时间的功能,还可以进行时和分的校对,片选的灵活性好[7]。电子时钟广泛应用于个人家庭,车站,码头办公室等公共场所,成为人们日常生活中不可缺少的必需品[8]。电子时钟给人们的生活带来极大的方便,而且大大扩展了钟表原先的功能。诸如定时自动报警,定时开关,自动起闭电路等等。在一定程度上让单片机的涉及范围得以体现,从而扩大应用领域。因此研究电子时钟及扩大其应用,在一定程度上有很大的现实意义[9]。
随着科学技术的进步,单片机的功能也会日益增强,那么电子时钟这项技术也可以发展成一项新型技术[10]。电子时钟也可以由单一的定时,计数,报警等功能,开发成低成本、通用应用及高性能数据通信、光纤网络和存储系统应用的各类高级时钟[11]。
另外在单片机设计电子时钟方面,对于硬件和软件的设计问题,如何选择符合本设计要求的单片机型号是个比较重要的环节,如何更好的让电子时钟更多功能得以实现是个值得继续研究和开发的问题[12]。所以说还有很多关于单片机的开放性课题有待于研究,需要不断发展和完善单片机控制这一崭新的控制学科。
但是单片机技术在内部结构、功率消耗、外部电压等级以及制造工艺上需要有所提高[13]。目前,用户对单片机的需要越来越多,但是,要求也越来越高。所以单片机技术在目前情况之下,要发掘自身问题,让技术更加进步。把单片机嵌入式系统和Internet连接已是一种趋势。但是,Internet一向是一种采用肥服务器,瘦用户机的技术。这种技术在互联上存储及访问大量数据是合适的,但对于控制嵌入式器件就成了"杀鸡用牛刀"了。要实现嵌入式设备和Int ernet连接,就需要把传统的Internet理论和嵌入式设备的实践都颠倒过来[14]。为了使复杂的或简单的嵌入式设备,例如单片机控制的机床、单片机控制的门锁,能切实可行地和Internet连接,就要求专门为嵌入式微控制器设备设计网络服务器,使嵌入式设备可以和Internet相连,并通过标准网络浏览器进行过程控制。
所以,在运用单片机设计上,就要考虑到设计成本和系统功能等问题,要在发现现有时钟功能单一的基础上,去开发各类高性能的电子时钟,在单片机技术进步的同时,电子时钟也冲破了往日的弊端(传统时钟有较大的计时误差,不能满足人们对时间计量越来越高的精度要求;时钟电路的应用越来越广,传统时钟已经无法适应高科技领域的要求,比如说计算机系统),可以把更加先进的科学技术融入人们的生活之中[15]。我们可以看到,将现代单片机技术应用到电子时钟领域,这些制约条件也就不存在了。
本次毕业设计,通过对51单片机的学习、应用,通过学习与制作掌握单片机的应用,程序的编写,以及硬件电路的制作。运用学过的知识,以AT89C51芯片为核心,辅以必要的电路,设计可以实现的单片机电子时钟方案,通过数码管能够显示时间,调整时间,从而到达学习、设计、开发软、硬件的能力。
0.2 研究思路
电子时钟的理论基础主要涉及了51单片机应用中的数据转换显示,数码管显示原理。另外,也涉及到了单片机的动态扫描显示原理等一些内容。
单片机体积小、重量轻、可靠性高、灵活性好、开发较为容易。它功能强大,提供了相当多的相关功能模块,所以使用非常方便,用51单片机来设计电子时钟是完全可行的。
基于MCS-51的电子时钟设计,首先要有明确的设计目的和设计方案,要设计出硬件总体框架图,经过资料的查找,得到系统框架如图0.2.1所示。


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