基于单片机的电子时钟设计和仿真.doc

PAGE PAGE 1 概述：加入世贸组织以后，中国会面临激烈的竞争。这种竞争将是一场科技实力、管理水平和人才素质的较量，风险和机遇共存。于是老师在单片机理论课程学习的基础上，为我们安排了一个涉及MCS—51单片机多种资源应用及具有综合功能的电子时钟设计。 关键字： 显示时间 定时 温度采集 系统仿真 1 引 言 《单片原理及应用》是一门技术性、应用性很强的学科，实践教学是它的一个极为重要的环节。不论是硬件扩展、接口应用还是编程方法、程序调试，都离不开实验教学。如果不在切实认真地抓好学生的实践技能的锻炼上下功夫，单凭课堂理论课学习，势必出现理论与实践脱节的局面。任随书本上把单片机技术介绍得多么重要、多么实用多么好用，同学们仍然会感到那只是空中楼阁，离自己十分遥远，或者会感到对它失去兴趣，或者会感到它高深莫测无从下手，这些情况都会令课堂教学的效果大打折扣。 本次仿真设计的目的就是让同学们在理论学习的基础上，通过完成一个涉及MCS—51单片机都种资源应用并具有综合功能的小系统目标板的设计与编程应用，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、印制电路板等方面的知识进一步加深认识，同时在软件编程、排版调试、焊接技术、相关仪器设备的使用技能等方面得到较全面的锻炼和提高，为今后能够独立进行某些单片机应用系统的开发设计工作打下一定的基础。 该电子时钟不但具有定时作用还有温度采集作用。定时部分可以显示时、分、秒，而且用按键还可以实现时间的调整和闹铃的设定。温度采集部分实现环境温度数据的采集。 在上一学期进行的EDA课程设计中，同学们完成了单片机数据采集与定时系统的硬件电路设计。本次综合实践是在此基础上，焊接制作电路板，完成该系统的软件设计与调试。待仿真成功后，再将程序烧写入单片机中。 2 系统结构 整个电子时钟系统电路可分为五大部分：中央处理单元（CPU）、电源电路部分、显示部分、键盘输入部分、温度采集部分。 1 中央处理单元 CPU选用AT89C—2051对整个系统进行控制： 1）它将定时数据输出到LED，实现时间的显示； 2）根据键盘输入调用相应键处理子程序，实现时间的调整和闹铃的设定； 3）接收温度传感器输入的温度数据，进行一定的转换，然后输出到2位的LED显示器显示出来。 2．2 电源电路部分 在各种电子设备中，直流稳压电源是必不可少的组成部分，它是电子设备唯一能量来源，它的设计思路是根据我们以前学过的模电电子技术，要想得到我们所要的+6V输出电压，就需将交流220V的电压经过变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路四个部分。 2．3 显示部分 显示部分是整个电子时钟最为重要的部分，它分为时间的显示和温度的显示两部分，共需要8位LED显示器。采用动态显示方式，所谓动态显示方式是时间（或温度）数字在LED上一个一个逐个显示，它是通过位选端控制在哪个LED上显示数字，由于这些LED数字显示之间的时间非常的短，使的人眼看来它们是一起显示时间数字的，并且动态显示方式所用的接口少，节省了CPU的管脚。由于端口的问题以及动态显示方式的优越性，在此设计的连接方式上采用共阴级接法。显示器LED有段选和位选两个端口，首先说段选端，它由LED八个端口构成，通过对这八个端口输入的不同的二进制数据使得它的时间（或温度）显示也不同，从而可以得到我们所要的时间显示和温度。但对于二十个管脚的AT89C2051来说，LED八个段选管脚太多，于是我选用74LS164芯片来扩展主芯片的管脚，74LS164是数据移位寄存器，还选用了74LS244作为数据缓存器。 2．4 键盘部分 它是整个系统中最简单的部分，根据功能要求，本系统共需四个按键：功能移位键、功能加键、功能减键、定闹键。并采用独立式按键。温度采集部分 此部分选用DS18B20传感器，主要由四部分组成：64位ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器。有三个管脚：DQ为数字信号输入/输出端；GND为电源地；VDD为外接供电电源输入端。电源有两种接法：1）远端因入；2）寄生电源方式。它是支持“一线总线”接口的温度传感器，测量温度范围为-55°C~+125°C，在-10~+85°C范围内，可编程为9位—12位A/D转换精度，工作电压在3V—5V之间。现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性。 何为“一线总线”：独特的电源和信号复合在一起；仅使用一条口线；每个芯片唯一编码，支持联网寻址；简单的网络化的温度感知；零功耗等待。 2．电路制作 根据电路图（如图示1）将元器件布置在电路板上： 如图（1） 根据元器件种类和体积以及技术要求将其布局在电路板上的适当位置。可以先从体积较大的器件