1、现代电子技术综合实训 实训报告专业：年级/班级：姓名： 实训时间：实训地点：指导教师：一、 前言：1近些年，人们对数字钟的要求越来越高，传统的时钟已不能满足人们的需求。多功能数字钟不管在性能还是在样式上都发生了质的变化，如电子闹钟、数字闹钟等。单片机在多功能数字钟中的应用已是非常普遍，人们对数字钟的功能及工作顺序都非常熟悉，但是却很少知道它的内部结构及工作原理。由单片机作为数字钟的核心控制器，可以通过它的时钟信号进行计时，实现数字钟的各种功能，将其时间数据经单片机输出，利用显示器显示出来。通过键盘可以进行定时、校时。输出设备显示器可以为液晶显示器或数码管。本次设计以 AT89S52 芯片为核心
2、，辅以必要的外围电路，设计了一个简易的电子时钟，它由 5V 直流电源供电。在硬件方面，除了 CPU 外，使用 CD4511 驱动六个 7 段 LED 数码管来进行显示，LED 采用的是动态扫描显示，使用三极管 9015 进行驱动。通过LED 能够比较准确地显示时间。四个简单的按键实现对时间的调整。软件方面采用 C 语言编程。整个电子时钟系统计时比较准确并且方便实用。二、 需求分析单片机自 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，在
3、我国，单片机已广泛的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，而 51 单片机是各单片机中最为典型的和最有代表性的一种。这次设计通过对它的学习、应用，以 AT89S52 芯片为核心，加以辅助电路，设计了一个简易的电子时钟，它由直流电源供电，通过数码管能够准确显示时间。2.1 设计要求：1. 以 AT89S52 单片机为核心设计一个时钟控制器。2. 时钟控制器由+5V 直流电源供电。23. 通过六只 7 段数码管准确地显示时间。4. 通过 CD4511 驱动数码管显示。5. 通过按键能够方便的调节时间。2.2 方案比较2.2.1 定时方案一：硬件
4、方法，定时采用专用的时钟芯片如 DS12887，定时较准，但增加了设计成本。方案二：软件方法，利用单片机自身的定时计数功能，设计简单，容易实现并且比较稳定。本设计采用方案二。2.2.2 显示方案一：采用 7 段 LED 数码管。LED 数码管使用 LED 模组作为背光源，具有耗电低、配置灵活、线路简单、安装方便、耐转动、价格低廉且寿命长等优点。方案二：采用 LCD 数码管。LCD 数码管使用“CCFL（冷阴极荧光管） ”作为背光源， CCFL 灯管的发热量大，耗电高，老化较快，LCD 发光不稳定均匀、功耗大，含有害化学物质等但价格相对便宜。LED 在亮度、功耗、可视角度和刷新速率等方面，都更具
5、优势。LED 与 LCD 的功耗比大约为 1:10，而且更高的刷新速率使得 LED 在视频方面有更好的性能表现，可提供宽达 160的视角，故采用方案一。2.2.3 数码管驱动方案一：选用 CD4511 译码驱动芯片。CD4511 能够提供较大的上拉电流，可直接驱动数码管。方案二：利用单片机本身的上拉电阻，虽然外围电路简单，但灌电流和数码管驱动电流不可兼得，即流过数码管电流满足要求，则灌电流会超出单片机的承受极限；灌电流在单片机允许范围内，则流过数码管电流过小。故该方案驱动能力较弱。3为使数码管足够亮，选方案一。三、 器件工作原理3.1 AT89S52 主要的性能参数 8K 字节可擦写 1000
6、 次的在线可编程 ISP 闪存 4.0V 到 5.5V 的工作电源范围 全静态工作：0Hz 24MHz 3 级程序存储器加密 256 字节内部 RAM 32 条可编程 I/O 线 3 个 16 位定时器/计数器 8 个中断源 UART 串行通道 低功耗空闲方式和掉电方式 通过中断终止掉电方式 看门狗定时器 双数据指针 灵活的在线编程（字节和页模式）3.2 AT89S52 引脚说明51 系列单片机 89s52 采用 40Pin 封装的双列直接 DIP 结构。上图是它的引脚配置:40 个引脚中，正电源和地线两根，外置石4英振荡器的时钟线两根，4 组 8 位共 32 个 I/O 口，中断口线与P3
7、口线复用。3.3 引脚的功能：电源引脚：Vcc 40 脚 正电源脚，工作电压为 5V。GND 20 脚 接地端。外接晶体引脚:XTAL2 18 脚,XTAL1 19 脚。复位:RST 9 脚。 输入输出(I/O)引脚:39 脚-32 脚为 P0.0-P0.7 输入输出脚，称为 P0 口，是一个 8位漏极开路型双向 I/O 口。内部不带上拉电阻，当外接上拉电阻时，P0 口能以吸收电流的方式驱动八个 LSTTL 负载电路。通常在使用时外接上拉电阻，用来驱动多个数码管。 在访问外部程序和外部数据存储器时，P0 口是分时转换的地址(低 8 位)/数据总线，不需要外接上拉电阻。1 脚-8 脚为 P1.0
8、-P1.7 输入输出脚，称为 P1 口，是一个带内部上拉电阻的 8 位双向 I/0 口。P1 口能驱动 4 个 LSTTL 负载。 通常在使用时外不需要外接上拉电阻，就可以直接驱动发光二极管。端口置 1 时，内部上拉电阻将端口拉到高电平，作输入用。21 脚-28 脚为 P2.0-P2.7 输入输出脚，称为 P2 口，是一个带内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P2 口能驱动 4 个 LSTTL 负载。端口置 1 时，内部上拉电阻将端口拉到高电平，作输入用。对内部 Flash 程序存储器编程时，接收高 8 位地址和控制信息。在访5问外部程序和 16 位外部数据存储器时，P2 口送出高 8 位
9、地址。而在访问 8 位地址的外部数据存储器时其引脚上的内容在此期间不会改变。 10 脚-17 脚为 P3.0-P3.7 输入输出脚，称为 P3 口，是一个带内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P3 口能驱动 4 个 LSTTL 负载，这 8 个引脚还用于专门的第二功能。端口置 1 时，内部上拉电阻将端口拉到高电平，作输入用。对内部 Flash 程序存储器编程时，接控制信息。P13 端口在做输入使用时，因内部有上接电阻，被外部拉低的引脚会输出一定的电流。除此之外 P3 端口还用于一些专门功能，具体请看下表。P3 引脚兼用功能P3.0 串行通讯输入（RXD）P3.1 串行通讯输出（TXD）P3
10、.2 外部中断 0（ INT0）P3.3 外部中断 1（INT1）P3.4 定时器 0 输入(T0)P3.5 定时器 1 输入(T1)P3.6 外部数据存储器写选通 WRP3.7 外部数据存储器写选通 RD6其它的控制或复用引脚:ALE/PROG:30 脚 访问外部存储器时，ALE（地址锁存允许）的输出用于锁存地址的低位字节。即使不访问外部存储器，ALE 端仍以不变的频率输出脉冲信号(此频率是振荡器频率的 1/6)。在访问外部数据存储器时，出现一个 ALE 脉冲。对 Flash 存储器编程时，这个引脚用于输入编程脉冲 PROGPSEN: 29 脚 该引是外部程序存储器的选通信号输出端。当AT8
11、9C51 由外部程序存储器取指令或常数时，每个机器周期输出2 个脉冲即两次有效。但访问外部数据存储器时，将不会有脉冲输出。EA/Vpp: 31 脚 外部访问允许端。当该引脚访问外部程序存储器时，应输入低电平。要使 AT89S51 只访问外部程序存储器（地址为 0000H-FFFFH）,这时该引脚必须保持低电平。对 Flash 存储器编程时，用于施加 Vpp 编程电压。7四、 硬件设计时钟控制电路由四部分:复位电路、显示电路、晶振电路和控制电路组成如下图所示。4.1 总电路图：正 5V 电源直接接到 AT89S52 的 40 脚（VCC） ，20 脚（GND）接地。电路图如下所示。单片机复位电路
12、晶振电路显示电路按键电路84.2 复位电路该电路采用上电自动复位与手动复位结合接到 89S52 的 9 脚（RST ） 。 由一个 30uF 的电容、一个按键、一个 10K 的电阻和一个220 欧电阻构成。手动按 K5，无论电路处于何种状态，电路都会恢复到初始状态的显示。4.3 显示电路显示电路部分通过 CD4511 驱动七段数码管。CD4511 译码驱动芯片能够提供较高的上拉电流，可以直接驱动七段数码管。三极管可以较为方便的控制七段数码管。电路图如下图所示。94.3.1 CD4511（引脚图如下所示）BI：4 脚是消隐输入控制端，当 BI=0 时，不管其它输入端状态如何，七段数码管均处于熄灭
13、（消隐）状态，不显示数字。 LT：3 脚是测试输入端，当 BI=1，LT=0 时，译码输出全为 1，不管输入 DCBA 状态如何，七段均发亮，显示“8”。它主要用来检测数码管是否损坏。LE：锁定控制端，当 LE=0 时，允许译码输出。 LE=1 时译码器是锁定保持状态，译码器输出被保持在 LE=0 时的数值。D、C、B、A 为 8421BCD 码输入端。a、b、c、d、e、f、g：为译码输出端，输出为高电平 1 有效。8421 BCD 码对应的显示见下图：4.3.2 数码管101）.数码管引脚图2）.数码管使用方法LED 数码管分共阳型和共阴型两种，这里我们选择七段共阴型数码管。数码管的 a、
14、 b、c 、d、e、f 引脚分别接到 CD4511 译码驱动芯片对应的引脚。公共端 com 分别与连接在 P2 口的 NPN 的集电极相连接。NPN 的发射极并联接地。CD4511 对应的引脚 ABCD 分别连在 AT89S52 的 P0.0、P0.1 、P0.2、P0.3 引脚。当数码管选通时，通过控制 P0 口来实现七段数码管动态显示数据。4.3.3 三极管1）.三极管引脚图2）.三极管使用方法11单片机灌电流不易过大。对于数码管每个位选的灌电流约为10mA 左右，六个位选为 60mA，达到了单片机端口极限。可采用三极管，作为开关管，基极接单片机 P2 口，集电极接数码管，发射极并联接地，
15、三极管高电平时导通。导通后集电极电压为 0.3v。满足数码管共阴极接地的要求。4.4 晶振电路18 脚（XTAL1 ）和 19 脚（XTAL2 ）外接 12MHZ 的晶振和两个 30PF 的电容，震荡频率就是晶体的固有频率。4.5 控制电路本电子钟设计有四个轻触式按键，分别命名为：K1（设置按钮），K2（分钟加 1），K3（小时加 1），K4（确定按钮）。按键电路五、 软件设计121.软件设计总框图1）总框图（如图 5.1）2）程序代码详见附录 1。5.1 主程序流程图2.数码管控制：1）流程图（如图 5.2） 。2）程序代码详见附录 1。NNNNYYYY秒单元加 160s 了吗？秒单元清零，
16、分单元加 160 分了吗？分单元清零，时单元加 1到 24 小时了？时单元清零主程序入口到 1s 了吗？定时器初始化135.2 数码管控制流程图3.定时器中断的使用：1）流程图（如图 5.3） 。2）程序代码详见附录 1。5.3 定时器中断流程图六、 实习心得（设计实物照片）经过几周的努力，感触颇深。从开始的搜索整理资料到程序在电路板上边良好的运行，期间并非是一帆风顺的。但我们克服了重重障碍。终于完成了时钟控制器的制作，看着数码管上的时间一分一秒的跳动，那一刻激动地心情无法用语言来表达，只是感觉身上14的每一个细胞都充满了活力。对于电子信息工程专业即将毕业的我们，本次实训是我们走入职场之前比较
17、有意义的一次实训。实训开始时候漫无目的，不知道从何着手，但是随着资料的整理，之间不断地学习，渐渐地完成了电路板的焊接。本来以为将写好的程序烧到芯片里边，时钟就可以正常的运行了，但是当我在写程序的时候，才发现这部分对于电路的调试却是整个设计环节的重中之重。这里边不但涉及到硬件的调试，还有软件的调试。下面有我的调试记录：1.硬件电路按键部分不起作用由于按键一端接地，另一端接 AT89S52。按键电路接上拉电阻，接+5V。但是用万用表检查后发现按键的引脚接错了。当更改了按键的引脚连接后，问题解决。2.第四个数码管始终选通因为六只数码管中只有一只时钟选通，所以怀疑是位选环节的错误，经过检验，是三极管的
18、问题。更换了一个三极管，问题得到解决。3.放在定时器 T1 中的按键程序没有运行。放在定时器 T1 中的中断程序没有运行，通过检查，发现没有对定时器 T1 重新赋初值。对定时器 T1 赋初值 2ms 之后，按键程序得以运行。随着这次实训的结束，我们真正理解了理论联系实践的重要性。如果空有理论而没有实践，就像一件物品，知道了它的功能，但是不知道如何运用，这样便失去了它实用的价值。如果空有实践没有理论的支持，就像一辆汽车一直在行驶，却没有前进的方向，继续这样前进，那么前方将会是万丈深渊。21 世纪，是一个飞速发展的年代，需要的是复合型人才。这就要求我们既要掌握丰富的理论基础，还要懂得如何将它们灵活
19、的运用。实训虽然结束了，但是要想在本专业有更高更远的发展，那么对于我们的考验才刚刚开始。我们会不断扩展自己的知识面，努力15的进取，踏踏实实的走好今后的每一步。参考文献：1 刘建清.51 单片机 C 语言非常入门与视频演练.北京:电子工业出版社,2010(5).2 李朝青.单片机原理及接口技术.北京:北京航空航天大学出版社,2010(5).3张瑾,张伟,张立宝.Protel 99SE 入门与提高.北京:人民邮电出版社,2008(2).4孙江宏,李良玉.Protel 99 电路设计与应用.北京:机械工业出版社,2001(2).附件：附件 1：程序代码/*/File name ：基于单片机控制的时
20、钟电路/main department：数码管显示模块，按键模块，定时器中断模块/Descriptions ：定时器 T0 每 10ms 刷新一次 用于产生系统的时基信号外部中断 0，外部中断 1 和定时器 1 用于控制按键 K1，K2，K3，K4。K1 键按下，时钟走停。当时钟走停时，按 K2 键一次分加 1，按 K3 键一次秒加 1，按 K4 键时钟恢复走时复位按键对时钟进行初始化/Created By : /Created date : 2011-10-3016*/#include“reg52.h“#include“intrins.h“#define uchar unsigned cha
21、r /uchar 为无符号字符型数据uchar hour=0,minute=0,second=0; /时钟初始化uchar second_h=0,second_l=0; /秒的十位、个位uchar minute_h=0,minute_l=0; /分的十位、个位uchar hour_h=0,hour_l=0; /时的十位、个位uchar code led7=0x00,0x08,0x01,0x09,0x02,0x0a,0x03,0x0b,0x04,0x0c; / 19 的字形码uchar th= 0; /对定时器 0 计数uchar key=0;sbit K1=P32; /定义 K1 按键sbit
22、 K2=P33; /定义 K2 按键sbit K3=P34; /定义 K3 按键sbit K4=P35; /定义 K4 按键bit flag = 0; /当时间为 1 秒时 flag 置 1bit K_flag = 1; /按键标志位void delay(); /声明延时函数 /*外部中断 0如果 K1 键按下 时钟走停*/void int_w0() interrupt 0 EX0=0; if(K_flag=1)TR0=0; K_flag=0;else TR0=1;K_flag=1;EX0=1;/*外部中断 1当时钟走停时 有 K2 键按下 分钟加 1*/void int_w1() inter
23、rupt 2 /外部中断 1EX1=0;if(K_flag=0delay();if(K_flag=0minute+;if(minute=60)17minute=0;EX1=1;/*定时器 1 定时 2ms当时钟走停时 有 K3 键按下 小时加 1当时钟走停时 有 K4 键按下 时钟恢复走时*/void int1() interrupt 3 TR1=0; /关闭定时器 1TH1=0xf8; / 对定时器 1 重新赋值 定时 2msTL1=0x30;if(K_flag=0delay(); /去除按键抖动if(K_flag=0 /等待 K3 键释放if(hour以下是显示部分*/while(1)wh
24、ile(flag=1) /当时间为 1 秒时if(second定时器 0 用于产生整个时钟系统的时基信号 定时 10ms 计数 100 次 即为 1s*/ void int0() interrupt 1 TR0 = 0; /关闭定时器 0TH0 = 0xd8; /定时 10msTL0 = 0xf0;if(th以下是延时函数*/void delay()int i;for(i=10;i0;i-)_nop_();21附 2：产品使用说明1接通电源后 ，时钟控制器开始工作。2本电子钟设有四个轻触式按键，分别为 K1，K2，K3，K4。K1 为设置键，按下后可以停止时钟计时，从而进行时间设置。时钟只有按下 K1 键后才可以调节时间，否则按其他键不起作用。K2 键按下一次，分钟加 1，K3 键按下一次，小时加 1。调节时间完成后，按 K4 键，时钟恢复。3如果时钟出现故障，按下复位键，本产品恢复到出厂设置。附 3：元器件清单22元件名称 型号 数量/个单片机 AT89S52 1晶振 12 MHZ 1电容 30pF 2电解电容 10F/10V 1电阻 10k 1电阻 220 1电阻 5K 8电阻 4.7K 6CD4511 1三极管 9015 6按键 57 段数码管 6
