单片机原理与应用

项目式教程

设计题目：姓名：学号：班级：学院：指导老师：实训报告单片机硬件实训任务书

一、设计题目

数字时钟设计

二、设计内容及目标

目标：时钟计时器要求用6位LED数码管显示时、分、秒，以24小时计时方式运行。使用开关1控制开始计时，使用开关2控制暂停或继续。

1）查相关资料，系统硬件设计和系统软件设计。

2）用Protel绘制硬件电路原理图；画出程序流程图及写出程序清单。

3）对开发关键技术、主要芯片加以介绍。

4）按要求写硬件实习报告。

5）＊用Proteus实现电路软硬件仿真。

三、实训地点

地滋楼A415

四、设计时间：2014年06月22日到2014年06月27日

1前言1.1设计意义

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，而51单片机是各单片机中最为典型和最有代表性的一种。本次实习通过对它的学习、应用，以ATC51芯片为核心，辅以必要的电路，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钟数值。

数字时钟是现代社会应用广泛的计时工具，在航天、电子等科研单位，工厂、医院、学校等企事业单位，各种体育赛事及至我们每个人的日常生活中都发挥着重要的作用。本系统是基于ATC51单片机设计的一个具有六位LED 显示的数字时实时钟，该系统同时具有硬件设计简单、工作稳定性高、价格低廉等优点。

1.2系统功能

数字钟是一个将时分秒在数码管上显示的计时装置，计时方式为24H，另外还有启动、暂停功能。

1.3使用方法

程序运行后始终显示初始值00:00:00,当按下开始键后开始计时，按下暂停键后时钟暂停工作，数码管显示暂停时刻的计数数值。

2硬件电路设计及描述

2.1总体设计

电子钟电路由最小系统、74LS373地址控制电路、8255输入输出电路、译码电路、数码管显示电路组成（见图2-1）。

单片机烧入HEX 文件后开始工作，通过单片机P0口与8255数据总线相连传送数据，设定8255PB 口送段选码，PC 口送位选码，PC 口接3-8译码器，不停的扫描8个数码管实现数码管动态扫描功能，P1.0、P1.1接2个键盘实现P1.0启动时钟P1.1暂停时钟的功能。

数码管显示

段选

74LS373

选择地址8255输出段

选位选译码电路位选最小系统图2-1电路总体设计图

2.3.1ATC51单片机

8位程序存储器，128bytes的数据存储器，32条I/O口线，21个专用寄存器，2个可编程定时/计数器·5个中断源，2个优先级，一个全双工串行通信口，外部数据存储器寻址空间为kB，外部程序存储器寻址空间为kB，双列直插40PinDIP封装，单一+5V 电源供电。

2.3.274LS373

三态输出的八D透明锁存器，当三态允许控制端OE为低电平时，Q0～Q7为正常逻辑状态，可用来驱动负载或总线。当OE为高电平时，Q0～Q7呈高阻态，即不驱动总线，也不为总线的负载，但锁存器内部的逻辑操作不受影响。当锁存允许端LE为高电平时，Q随数据D而变。当LE为低电平时，D被锁存在已建立的数据电平。

2.3.38255A

具有24条输入/输出引脚、可编程的通用并行输入/输出接口电路。它是一片使用单一+5V电源的40脚双列直插式大规模集成电路。8255A的通用性强，使用灵活，通过它CPU可直接与外设相连接。

2.3.474LS138译码器

当一个选通端为高电平，另两个选通端为低电平时，可将地址端（A、B、C）的二进制编码在一个对应的输出端以低电平译出。

2.3.574LS07

单片机的应用系统中的逻辑门驱动芯片,缓冲功能，同时也可以提高电流的驱动能力,使流过二极管的电流增强，从而灯变的更亮。

2.4电路描述

2.4.1最小系统：系统运行的基本电路包括晶振电路和复位电路（见图2-2）。

图2-2最小系统

最小系统由晶振电路和复位电路构成是单片机运行的最基本的电路，复位电路是利用RC电路的放电原理，让RST端能保持一段时间的高电平，以完成复位。复位时，按键时间也应保持在两个机器周期以上。晶振电路由1个11.0592MHZ晶振和2个30PF瓷片电容构成，单片机晶振的作用是为系统提供基本的时钟信号，单片机晶振提供的时钟频率越高，那么单片机运行速度就越快，单片接的一切指令的执行都是建立在单片机晶振提供的时钟频率。

2.4.2启停电路：启动时钟和停止时钟（见图2-3）。

图2-3启停电路

P1.0，P1.1口分别接2个按键，当按键按下时检测为低电平则执行相应程序，规定P1.0对应键按下启动定时器，P1.1对应键按下暂停定时器。

2.4.38255输入输出模块：输出位选及段选（见图2-4）。

图2-48255电路

8255数据总线D与单片机P0口传送8位数据，PB口输出段选码，PC口PC0、PC1、PC2送3位2进制位选码选码输入3-8译码器，不断扫描8位数码管，实现8位数码管动态显示。

2.4.43-8译码器电路：将输入的段选码在Y0-Y7口以低电平译出（见图2-5）。

图2-53-8译码电路

3-8译码器的ABC口分别与8255的PC0、PC1、PC2相连，Y0-Y7分别与8位数码管选择端相连，3位二进制码段选码在ABC端输入在Y0-Y7口以低电平译出。

2.4.5数码管显示电路：将时钟计数数值通过8位共阴数码管动态显示出来（见图2-6）

图2-6数码管显示电路

8255PB口P0~P7通过7407逻辑门驱动芯片分别于共阴数码管A、B、C、D、E、F、G、DP相连，3-8译码器的Y0~Y7连两个数码管的位选端。

2.4.5仿真图

3软件设计流程及描述

3.1主程序流程图（见图3-1）启动定时

器是否停止是否启动送显示

Y 开始

程序初始化

关闭定时器

N

Y 图3-1主程序流程图

3.2数值转换流程图（见图3-2）开始

是否到24小时N

Y

时清零

定时器计数

是否到1秒

N

Y 秒加1

是否到60秒

N

Y 秒清零，分加1

是否到60分

N

Y 分清零，时加1

图3-2数值转换流程图

3.3数码管动态扫描流程图（见图3-3）

开始查表送段选

读显示缓存

8位数码管是

否全部扫描完选择数码管

N

R5+1

Y R7←8,R5←0

R5左移的到第

一个数码管地址

图3-3数码管动态显示流程图

在这次实习加深我对单片机的了解，在学习新知识的同时，把在课程中学到的理论知识运用到实际作品设计、操作中，更进一步地熟悉了单片机芯片的结构及掌握了其工作原理和具体的使用方法与相关元器件的参数计算方法、使用方法，了解了电路的开发和制作及课程设计报告的编写。加深了对相关理论知识及专业知识的掌握度，增强自身的动手能力，锻炼及提高了理解问题、分析问题、解决问题的能力，更深刻的体会到了理论联系实际的重要性，进一步掌握画图软件的使用和提高相应的画图操作水平及技巧。下载本文