电⼦科学与技术_毕业论⽂_3
(此⽂档为word格式，下载后您可任意编辑修改！) 西安电⼦科技⼤学长安学院毕业设计任务书专业电⼦科学与技术年级2006姓名郭慧
西电长安学院教务处编印毕业设计指导须知
⼀、毕业设计是⾼职教学过程中⼀个⼗分重要的环节。是锻炼学⽣运⽤所学知识正确分析和解决实际问题的⼀个重要⽅⾯，也是⾼职培养应⽤型专门⼈才的要求。
⼆、导教师应为具有讲师以上或相应职称的有关专业⼈员，且专业对⼝（指所指导专业应同所聘教师专业职称相⼀致）。经系、教务处审查同意后，才能指导学⽣的毕业设计。
三、学⽣应以严肃认真，实事求是的态度完成设计。要独⽴思考，⾃⼰动⼿，不得抄袭或找⼈代笔。
四、毕业设计选题要符合专业培养⽬标的要求。论⽂（任务书）写作要做到论点明确、论据充分，论理透彻，语⾔准确恰当，书⾯整洁、字迹⼯整，图纸应清晰、⼯整，符合设计要求，符合国家有关标准和部颁标准。字数、图纸数量符合有关要求。并在规定的时间内完成。
五、答辩过程中学⽣要严认真，⽂明礼貌，谦虚谨慎，认真回答答辩主持⼈，委员等提出的问题。六、填报有关表格时，应按项⽬要求逐项填实、填全、填清。
答辩情况记录
数字电⼦钟摘要
20世纪末，电⼦技术获得了飞速的发展，在其推动下，现代电⼦产品⼏乎渗透了社会的
各个领域，有⼒地推动了社会⽣产⼒的发展和社会信息化程度的提⾼，同时也使现代电⼦产品性能进⼀步提⾼，产品更新换代的节奏也越来越快。
现代⽣活的⼈们越来越重视起了时间观念，可以说是时间和⾦钱划上了等号。对于那些对时间把握⾮常严格和准确的⼈或事来说，时间的不准确会带来⾮常⼤的⿇烦，所以以数码管为显⽰器的时钟⽐指针式的时钟表现出了很⼤的优势。数码管显⽰的时间简单明了⽽且读数快、时间准确显⽰到秒。⽽机械式的依赖于晶体震荡器，可能会导致误差。
数字钟是采⽤数字电路实现对“时”、“分”、“秒”数字显⽰的计时装置。数字钟的精度、稳定度远远超过⽼式机械钟。在这次设计中，我们采⽤LED数码管显⽰时、分、秒，以24
⼩时计时⽅式，根据数码管动态显⽰原理来进⾏显⽰，⽤12MHz的晶振产⽣振荡脉冲，定
时器计数。在此次设计中，电路具有显⽰时间的其本功能，还可以实现对时间的调整。数字钟是其⼩巧，价格低廉，⾛时精度⾼，使⽤⽅便，功能多，便于集成化⽽受⼴⼤消费的喜爱，因此得到了⼴泛的使⽤。
关键字：单⽚机⽬录第⼀章绪论
1.1 单⽚机的背景 (1)1.2 单⽚机的意义 (1)1.3 单⽚机的应⽤ (1)第⼆章整体设计⽅案2.1 单⽚机的选择 (2)2.2 单⽚机的基本结构 (4)第三章数字钟的硬件设计3.1 最⼩系统设计 (9)3.2 LED显⽰电路 (12)3.3 键盘控制电路 (14)第四章数字钟的软件设计4.1 系统软件设计流程图 (16)4.2 数字电⼦钟的原理图 (20)4.3 主程序 (20)
4.4 时钟设置⼦程序 (21)4.5 定时器中断⼦程序 (21)4.6 LED显⽰⼦程序 (22)4.7 按键控制⼦程序 (24)第五章系统仿真
5.1 PROTUES软件介绍 (26)5.2 电⼦钟系统PROTUES仿真 (26)第六章调试与功能说明
6.2 系统性能测试与功能说明 (27)6.3 系统时钟误差分析 (27)6.1 硬盘调试 (27)
6.4 软件调试问题及解决 (27)结束语 (29)参考⽂献 (30)致谢 (31)第⼀章绪论
1.1数字电⼦钟的背景
20世纪末，电⼦技术获得了飞速的发展，在其推动下，现代电⼦产品⼏乎渗透了社会的各个领域，有⼒地推动了社会⽣产⼒的发展和社会信息化程度的提⾼，同时也使现代电⼦产品性能进⼀步提⾼，产品更新换代的节奏也越来越快。时间对⼈们来说
总是那么宝贵，⼯作的忙碌性和繁杂性容易使⼈忘记当前的时间。忘记了要做的事情，当事情不是很重要的时候，这种遗忘⽆伤⼤雅。但是，⼀旦重要事情，⼀时的耽误可能酿成⼤祸。
⽬前，单⽚机正朝着⾼性能和多品种⽅向发展趋势将是进⼀步向着CMOS化、低功耗、⼩体积、⼤容量、⾼性能、低价格和外围电路内装化等⼏个⽅⾯发展。下⾯是单⽚机的主要发展趋势。单⽚机应⽤的重要意义还在于，它从根本上改变了传统的控制系统设计思想和设计⽅法。从前必须由模拟电路或数字电路实现的⼤部分功能，现在已能⽤单⽚机通过软件⽅法来实现了。这种软件代替硬件的控制技术也称为微控制技术，是传统控制技术的⼀次⾰命。
单⽚机模块中最常见的是数字钟，数字钟是⼀种⽤数字电路技术实现时、分、秒计时的装置，与机械式时钟相⽐具有更⾼的准确性和直观性，且⽆机械装置，具有更更长的使⽤寿命，因此得到了⼴泛的使⽤。1.2数字电⼦钟的意义
数字钟是采⽤数字电路实现对.时,分,秒.数字显⽰的计时装置,⼴泛⽤于个⼈家庭,车站, 码头办公室等公共场所,成为⼈们⽇常⽣活中不可少的必需品,由于数字集成电路的发展和⽯英晶体振荡器的⼴泛应⽤,使得数字钟的精度,远远超过⽼式钟表, 钟表的数字化给⼈们⽣产⽣活带来了极⼤的⽅便，⽽且⼤⼤地扩展了钟表原先的报时功能。诸如定时⾃动报警、按时⾃动打铃、时间程序⾃动控制、定时⼴播、⾃动起闭路灯、定时开关烘箱、通断动⼒设备、甚⾄各种定时电⽓的⾃动启⽤等，所有这些，都是以钟表数字化为基础的。因此，研究数字钟及扩⼤其应⽤，有着⾮常现实的意义。1.3数字电⼦钟的应⽤
数字钟已成为⼈们⽇常⽣活中：必不可少的必需品，⼴泛⽤于个⼈家庭以及车站、码头、剧场、办公室等公共场所，给⼈们的⽣活、学习、⼯作、娱乐带来极⼤的⽅便。由于数字集成电路技术的发展和采⽤了先进的⽯英技术，使数字钟具有⾛时准确、性能稳定、携带⽅便等优点，它还⽤于计时、⾃动报时及⾃动控制等各个领域。第⼆章整体设计⽅案2.1 单⽚机的选择
单⽚机微型计算机是微型计算机的⼀个重要分⽀，也是颇具⽣命⼒的机种。单⽚机微型计算机简称单⽚机，特别适⽤于控制领域，故⼜称为微控制器。
通常，单⽚机由单块集成电路芯⽚构成，内部包含有计算机的基本功能部件：处理器、存储器和IO接⼝电路等。因此，单⽚机只需要和适当的软件及外部设备相结合，便可成为⼀个单⽚机控制系统。
单⽚机经过1、2、3、3代的发展，正朝着多功能、⾼性能、低电压、低功耗、低价格、⼤存储容量、强IO功能及较好的结构兼容性⽅向发展。其发展趋势不外乎以下⼏个⽅⾯：1、多功能
单⽚机中尽可能地把所需要的存储器和IO⼝都集成在⼀块芯⽚上，使得单⽚机可以实现更多的功能。⽐如AD、PWM、PCA（可编程计数器阵列）、WDT（监视定时器---看家狗）、⾼速IO⼝及计数器的捕获⽐较逻辑等。
有的单⽚机针对某⼀个应⽤领域，集成了相关的控制设备，以减少应⽤系统的芯⽚数量。例如，有的芯⽚以51内核为核⼼，集成了USB控制器、SMART CARD接⼝、MP3解码器、CAN 或者I*I*C总线控制器等，LED、LCD或VFD显⽰驱动器也开始集成在8位单⽚机中。2、⾼效率和⾼性能
为了提⾼执⾏速度和执⾏效率，单⽚机开始使⽤RISC、流⽔线和DSP的设计技术，使单⽚机的性能有了明显的提⾼，表现为：单⽚机的时钟频率得到提⾼；同样频率的单⽚机运⾏效率也有了很⼤的提升；由于集成度的提⾼，单⽚机的寻址能⼒、⽚内ROM（FLASH）和RAM 的容量都突破了以往的数量和。
由于系统资源和系统复杂程度的增加，开始使⽤⾼级语⾔（如C语⾔）来开发单⽚机的程序。使⽤⾼级语⾔可以降低开发难度，缩短开发周期，增强软件的可读性和可移植性，便于改进和扩充功能。3、低电压和低功耗
单⽚机的嵌⼊式应⽤决定了低电压和低功耗的特性⼗分重要。由于CMOS等⼯艺的⼤量采⽤，很多单⽚机可以在更低的电压下⼯作（1.2V或0.9V），功耗已经降低到uA级。这些特性使得单⽚机系统可以在更⼩电源的⽀持下⼯作更长的时间。4、低价格
单⽚机应⽤⾯⼴，使⽤数量⼤，带来的直接好处就是成本的降低。⽬前世界各⼤公司为了提⾼竞争⼒，在提⾼单⽚机性能的同时，⼗分注意降低其产品的价格。
下⾯⼤致介绍⼀下单⽚机的主要应⽤领域和特点。
（1）家⽤电器领域
⽤单⽚机控制系统取代传统的模拟和数字控制电路，使家⽤电器（如洗⾐机、空调、冰箱、微波炉、和电视机等）功能更完善，更加智能化和易于使⽤。（2）办公⾃动化领域
单⽚机作为嵌⼊式系统⼴泛应⽤于现代办公设备，如计算机的键盘、磁盘驱动、打印机、复印机、电话机和传真机等。（3）商业应⽤领域
商业应⽤系统部分与家⽤和办公应⽤系统相似，但更加注重设备的稳定性、可靠性和安全性。商⽤系统中⼴泛使⽤的电⼦计量仪器、收款机、条形码阅读器、安全监测系统、空⽓调节系统和冷冻保鲜系统等，都采⽤了单⽚机构成的专⽤系统。与通⽤计算机相⽐，这些系统由于⽐较封闭，可以更有效地防⽌病毒和电磁⼲扰等，可靠性更⾼。（4）⼯业⾃动化
在⼯业控制和机电⼀体化控制系统中，除了采⽤⼯控计算机外，很多都是以单⽚机为核⼼的单⽚机和多机系统。（5）智能仪表与集成智能传感器
⽬前在各种电⽓测量仪表中普遍采⽤了单⽚机应⽤系统来代替传统的测量系统，使得测量系统具有存储、数据处理、查询及联⽹等智能功能。将单⽚机和传感器相结合，可以构成新⼀代的智能传感器。它将传感器变换后的物理量作进⼀步的变化和处理，使其成为数字信号，可以远距离传输并与计算机接⼝。（6）现代交通与航空航天领域
通常应⽤于电⼦综合显⽰系统、动⼒监控系统、⾃动驾驶系统、通信系统以及运⾏监视系统等。这些领域对体积、功耗、稳定性和实时性的要求往往⽐商⽤系统还要⾼，因此采⽤单⽚机系统更加重要。
⽬前，我国⽣产很多型号的单⽚机，在此，我们采⽤型号为STCC52的单⽚机。因为：STCC52是⼀个低电压，⾼性能CMOS 8位单⽚机，⽚内含4k bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和128 bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采⽤ATMEL公司的⾼密度、⾮易失性存储技术⽣产，兼容标准MCS-52指令系统，⽚内置通⽤8位处理器和Flash存储单元，内置功能强⼤的微型计算机的ATC52提供了⾼性价⽐的解决⽅案。
STCC52是⼀个低功耗⾼性能单⽚机，40个引脚，32个外部双向输⼊输出（IO）端⼝，同时内含2个外中断⼝，2个16位可编程定时计数器,2个全双⼯串⾏通信⼝，STCC51可以按照常规⽅法进⾏编程，也可以在线编程。其将通⽤的微处理器和Flash存储器结合在
⼀起，特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本。2.2 单⽚机的基本结构MCS-52单⽚机内部结构
8052单⽚机包含处理器、程序存储器(ROM)、数据存储器(RAM)、定时计数器、并⾏接⼝、串⾏接⼝和中断系统等⼏⼤单元及数据总线、地址总线和控制总线等三⼤总线，现在我们分别加以说明：处理器：
处理器(CPU)是整个单⽚机的核⼼部件，是8位数据宽度的处理器，能处理8位⼆进制数据或代码，CPU负责控制、指挥和调度整个单元系统协调的⼯作，完成运算和控制输⼊输出功能等操作。数据存储器(RAM)
8052内部有128个8位⽤户数据存储单元和128个专⽤寄存器单元，它们是统⼀编址的，专⽤寄存器只能⽤于存放控制指令数据，⽤户只能访问，⽽不能⽤于存放⽤户数据，所以，⽤户能使⽤的RAM只有128个，可存放读写的数据，运算的中间结果或⽤户定义的字型表。
图2-1 单⽚机8052的内部结构程序存储器(ROM)：
8052共有4096个8位掩膜ROM，⽤于存放⽤户程序，原始数据或表格。定时计数器(ROM)：
8052有两个16位的可编程定时计数器，以实现定时或计数产⽣中断⽤于控制程序转向。并⾏输⼊输出(IO)⼝：
8052共有4组8位IO⼝(P0、 P1、P2或P3)，⽤于对外部数据的传输。全双⼯串⾏⼝：
8052内置⼀个全双⼯串⾏通信⼝，⽤于与其它设备间的串⾏数据传送，该串⾏⼝既可以⽤作异步通信收发器，也可以当同步移位器使⽤。中断系统：
8052具备较完善的中断功能，有两个外中断、两个定时计数器中断和⼀个串⾏中断，可满⾜不同的控制要求，并具有2级的优先级别选择。时钟电路：
8052内置最⾼频率达12MHz的时钟电路，⽤于产⽣整个单⽚机运⾏的脉冲时序，但8052单⽚机需外置振荡电容。
单⽚机的结构有两种类型，⼀种是程序存储器和数据存储器分开的形式，即哈佛(Harvard)结构，另⼀种是采⽤通⽤计算机⼴泛使⽤的程序存储器与数据存储器合⼆为⼀的结构，即普林斯顿(Princeton)结构。INTEL的MCS-52系列单⽚机采⽤的是哈佛结构的形式，⽽后续产品16位的MCS-96系列单⽚机则采⽤普林斯顿结构。下图是MCS-52系列单⽚机的内部结构⽰意图。
图2-2 MCS-52系列单⽚机的内部结构MCS-52的引脚说明：
MCS-52系列单⽚机中的8031、8051及8751均采⽤40Pin封装的双列直接DIP结构，右图是它们的引脚配置，40个引脚中，正电源和地线两根，外置⽯英振荡器的时钟线两根，4组8位共32个IO⼝，中断⼝线与P3⼝线复⽤。现在我们对这些引脚的功能加以说明：MCS-51的引脚说明：
MCS-52系列单⽚机中的8031、8051及8751均采⽤40Pin封装的双列直接DIP结构，右图是它们的引脚配置，40个引脚中，正电源和地线两根，外置⽯英振荡器的时钟线两根，4组8位共32个IO⼝，中断⼝线与P3⼝线复⽤。现在我们对这些引脚的功能加以说明：
图2-3 单⽚机的引脚图
复位信号复⽤脚，当8052通电，时钟电路开始⼯作，在RESET引脚上出Pin9:RESETVpd
现24个时钟周期以上的⾼电平，系统即初始复位。初始化后，程序计数器PC指向0000H，P0-P3输出⼝全部为⾼电平，堆栈指针写⼊07H，其它专⽤寄存器被清“0”。RESET由⾼电平下降为低电平后，系统即从0000H地址开始执⾏程序。然⽽，初始复位不改变RAM（包括⼯作寄存器R0-R7）的状态，8052的初始态。
还是8051的复位⽅式可以是⾃动复位，也可以是⼿动复位，见下图4。此外，RESETVpd
⼀复⽤脚，V
掉电其间，此脚可接上备⽤电源，以保证单⽚机内部RAM的数据不丢失。cc
图2-4 上电⾃动和⼿动复位电路图
图2-5 内部和外部时钟⽅式图
Pin30:ALE当访问外部程序器时，ALE(地址锁存)的输出⽤于锁存地址的低位字节。⽽访问内部程序存储器时，ALE端将有⼀个16时钟频率的正脉冲信号，这个信号可以⽤于识别
单⽚机是否⼯作，也可以当作⼀个时钟向外输出。更有⼀个特点，当访问外部程序存储器，ALE会跳过⼀个脉冲。如果单⽚机是EPROM，在编程其间，将⽤于输⼊编程脉冲。
Pin29:当访问外部程序存储器时，此脚输出负脉冲选通信号，PC的16位地址数据将出现在P0和P2⼝上，外部程序存储器则把指令数据放到P0⼝上，由CPU读⼊并执⾏。
程序存储器的内外部选通线，8051和8751单⽚机，内置有4kB的程序存储Pin31:EAVpp
器，当EA为⾼电平并且程序地址⼩于4kB时，读取内部程序存储器指令数据，⽽超过4kB 地址则读取外部指令数据。如EA为低电平，则不管地址⼤⼩，⼀律读取外部程序存储器指令。显然，对内部⽆程序存储器的8031,EA端必须接地。第三章数字钟的硬件设计3.1 最⼩系统设计
图3-1 单⽚机最⼩系统的结构图
单⽚机的最⼩系统是由电源、复位、晶振、EA=1组成，下⾯介绍⼀下每⼀个组成部分。1.电源引脚Vcc 40 电源端GND 20 接地端
⼯作电压为5V，另有ATLV51⼯作电压则是2.7-6V, 引脚功能⼀样。2.外接晶体引脚
图3-2 晶振连接的内部、外部⽅式图XTAL1 19XTAL2 18
XTAL1是⽚内振荡器的反相放⼤器输⼊端，XTAL2则是输出端，使⽤外部振荡器时，外部振荡信号应直接加到XTAL1，⽽XTAL2悬空。内部⽅式时，时钟发⽣器对振荡脉冲⼆分频，如晶振为12MHz，时钟频率就为6MHz。晶振的频率可以在1MHz-24MHz内选择。电容取30PF 左右。系统的时钟电路设计是采⽤的内部⽅式，即利⽤芯⽚内部的振荡电路。AT单⽚机内部有⼀个⽤于构成振荡器的⾼增益反相放⼤器。引脚XTAL1和XTAL2分别是此放⼤器的输⼊端和输出端。这个放⼤器与作为反馈元件的⽚外晶体谐振器⼀起构成⼀个⾃激振荡器。外接晶体谐振器以及电容C1和C2构成并联谐振电路，接在放⼤器的反馈回路中。对外接电容的值虽然没有严格的要求，但电容的⼤⼩会影响震荡器频率的⾼低、震荡器的稳定性、起振的快速性和温度的稳定性。因此，此系统电路的晶体振荡器的值为12MHz，电容应尽可能的选择陶瓷电容，电容值约为22µF。在焊接刷电路板时，晶体振荡器和电容应尽可能安装得与单⽚机芯⽚靠近，以减少寄⽣电容，更好地保证震荡器稳定和可靠地⼯作。3. 复位RST 9
在振荡器运⾏时，有两个机器周期（24个振荡周期）以上的⾼电平出现在此引腿时，将使单⽚机复位，只要这个脚保持⾼电平，51芯⽚便循环复位。复位后P0－P3⼝均置1引脚表现为⾼电平，程序计数器和特殊功能寄存器SFR全部清零。当复位脚由⾼电平变为低电平时，芯⽚为ROM的00H处开始运⾏程序。复位是由外部的复位电路来实现的。⽚内复位电路是复位引脚RST通过⼀个斯密特触发器与复位电路相连，斯密特触发器⽤来抑制噪声，它的输出在每个机器周期的S5P2，由复位电路采样⼀次。复位电路通常采⽤上电⾃动复位和按钮
复位两种⽅式，此电路系统采⽤的是上电与按钮复位电路。当时钟频率选⽤6MHz时，C取22µF，Rs约为200Ω，Rk约为1K。复位操作不会对内部RAM有所影响。常⽤的复位电路如下图所⽰：
图3-3 常⽤复位电路图4.输⼊输出引脚
(1) P0端⼝[P0.0-P0.7] P0是⼀个8位漏极开路型双向IO端⼝，端⼝置1（对端⼝写1）时作⾼阻抗输⼊端。作为输出⼝时能驱动8个TTL。
对内部Flash程序存储器编程时，接收指令字节;校验程序时输出指令字节，要求外接上拉电阻。
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，访问期间内部的上拉电阻起作⽤。(2) P1端⼝[P1.0－P1.7] P1是⼀个带有内部上拉电阻的8位双向I0端⼝。输出时可驱动4个TTL。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，接收低8位地址信息。
(3) P2端⼝[P2.0－P2.7] P2是⼀个带有内部上拉电阻的8位双向I0端⼝。输出时可驱动4个TTL。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。
在访问外部程序和16位外部数据存储器时，P2⼝送出⾼8位地址。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。
(4) P3端⼝[P3.0－P3.7] P2是⼀个带有内部上拉电阻的8位双向I0端⼝。输出时可驱动4个TTL。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。除此之外P3端⼝还⽤于⼀些专门功能，具体请看下表。
表3-1 P3端⼝引脚兼⽤功能表3.2 LED显⽰电路
显⽰器普遍地⽤于直观地显⽰数字系统的运⾏状态和⼯作数据，按照材料及产品⼯艺，单⽚机应⽤系统中常⽤的显⽰器有：发光⼆极管LED显⽰器、液晶LCD显⽰器、CRT显⽰器等。LED显⽰器是现在最常⽤的显⽰器之⼀，如下图所⽰。图3-4 LED显⽰器的符号图
发光⼆极管（LED）由特殊的半导体材料砷化镓、磷砷化镓等制成，可以单独使⽤，也可以组装成分段式或点阵式LED显⽰器件（半导体显⽰器）。分段式显⽰器（LED数码管）由7条线段围成8字型，每⼀段包含⼀个发光⼆极管。外加正向电压时⼆极管导通，发出清晰的光。只要按规律控制各发光段亮、灭，就可以显⽰各种字形或符号。LED数码管有共阳、共阴之分。图是共阳式、共阴式LED数码管的原理图和符号.