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ATC单片机多能数字钟.doc
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单片机技术
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1.引言
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, 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。
一、题目
基于AT89C51的新一代单片机多功能数字钟。
二、课程设计目的
(1)巩固、加深和扩大单片机应用的知识面,提高综合及灵活运用所学知识解决工业控制的
能力;
(2)培养针对课题需要,选择和查阅有关手册、图表及文献资料的自学能力,提高组成系统、
编程、调试的动手能力;
(3)过对课题设计方案的分析、选择、比较、熟悉单片机用系统开发、研制的过程,软硬件
设计的方法、内容及步骤。
(4)了解数字钟的组成及工作原理.
四、课程设计要求
(1)掌握AT89C51实验开发系统中的实验模块原理,画出电路原理图;
;
(2)综合运用实验模块,用C51开发设计具有一定功能的单片机控制系统,进行软、硬件设
计及调试;
(3)写出完整的设计任务书:课题的名称、系统的功能、硬件原理图、软件框图、程序清单、
参考资料;
(4)时间以60分为一个周期;电子钟的格式为:XX XX,由左向右分别为:分、秒。完成
显示由秒01一直加1至59,再恢复为00;分加1,由00至01,一直加1至59,再恢复00,有
上电自动复位功能
1.1 单片机发展历史:
单片机诞生于 20 世纪 70 年代末,经历了 SCM、MCU、SoC 三大阶
段。
1.SCM 即单片微型计算机(SingleChipMicrocomputer)阶段,
主要是寻求最佳的单片形态嵌入式系统的最佳体系结构。“创新模式”获
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得成功,奠定了 SCM 与通用计算机完全不同的发展道路。在开创嵌入
式系统独立发展道路上,Intel 公司功不可没。
2.MCU 即微控制器(MicroControllerUnit)阶段,主要的技术发展
方向是:不断扩展满足嵌入式应用时,对象系统要求的各种外围电路
与接口电路,突显其对象的智能化控制能力。它所涉及的领域都与对
象系统相关,因此,发展 MCU 的重任不可避免地落在电气、电子技术
厂家。从这一角度来看,Intel 逐渐淡出 MCU 的发展也有其客观因素。
在发展 MCU 方面,最著名的厂家当数 Philips 公司。
Philips 公司以其在嵌入式应用方面的巨大优势,将 MCS-51 从单片微
型计算机迅速发展到微控制器。因此,当我们回顾嵌入式系统发展道
路时,不要忘记 Intel 和 Philips 的历史功绩。
3.单片机是嵌入式系统的独立发展之路,向 MCU 阶段发展的重要因素,
就是寻求应用系统在芯片上的最大化解决;因此,专用单片机的发展
自然形成了 SoC 化趋势。随着微电子技术、IC 设计、EDA 工具的发
展,基于 SoC 的单片机应用系统设计会有较大的发展。因此,对单片
机的理解可以从单片微型计算机、单片微控制器延伸到单片应用系统
单片机的发展
单片机作为微型计算机的一个重要分支,应用面很广,发展很快。自
单片机诞生至今,已发展为上百种系列的近千个机种。
单片机发展简史
如果将 8 位单片机的推出作为起点,那么单片机的发展历史大致可分
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为以下几个阶段
(1)第一阶段(1976-1978):单片机的控索阶段。以 Intel 公司的
MCS–48 为代表。MCS–48 的推出是在工控领域的控索,参与这一
控索的公司还有 Motorola、Zilog 等,都取得了满意的效果。这就是
SCM 的诞生年代,“单机片”一词即由此而来。
(2)第二阶段(1978-1982)单片机的完善阶段。 Intel 公司在
MCS–48基础上推出了完善的、典型的单片机系列 MCS–51。它在
以下几个方面奠定了典型的通用总线型单片机体系结构。
① 完善的外部总线。MCS-51 设置了经典的 8 位单片机的总线结构,
包括 8 位数据总线、16 位地址总线、控制总线及具有很多机通信功能
的串行通信接口。
②CPU 外围功能单元的集中管理模式。
③ 体现工控特性的位地址空间及位操作方式。
④ 指令系统趋于丰富和完善,并且增加了许多突出控制功能的指令。
(3)第三阶段(1982-1990):8 位单片机的巩固发展及 16 位单片
机的推出阶段,也是单片机向微控制器发展的阶段。Intel 公司推出的
MCS–96 系列单片机,将一些用于测控系统的模数转换器、程序运
行监视器、脉宽调制器等纳入片中,体现了单片机的微控制器特征。
随着 MCS–51 系列的广应用,许多电气厂商竞相使用 80C51 为内核,
将许多测控系统中使用的电路技术、接口技术、多通道 A/D 转换部件、
可靠性技术等应用到单片机中,增强了外围电路路功能,强化了智能
控制的特征。
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(4)第四阶段(1990—):微控制器的全面发展阶段。随着单片机
在各个领域全面深入地发展和应用,出现了高速、大寻址范围、强运
算能力的 8 位/16 位/32 位通用型单片机,以及小型廉价的专用型单片
机。
1.2.2单片机的发展趋势
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。
CMOS 化 近年,由于 CHMOS 技术的进小,大大地促进了单片机的
CMOS 化。CMOS 芯片除了低功耗特性之外,还具有功耗的可控性,
使单片机可以工作在功耗精细管理状态。这也是今后以 80C51 取代
8051 为标准 MCU 芯片的原因。因为单片机芯片多数是采用 CMOS
(金属栅氧化物)半导体工艺生产。CMOS 电路的特点是低功耗、高
密度、低速度、低价格。采用双极型半导体工艺的 TTL 电路速度快,
但功耗和芯片面积较大。随着技术和工艺水平的提高,又出现了
HMOS ( 高 密 度 、 高 速 度 MOS ) 和 CHMOS 工 艺 。 CHMOS 和
HMOS 工艺的结合。目前生产的 CHMOS 电路已达到 LSTTL 的速度,
传输延迟时间小于 2ns,它的综合优势已在于 TTL 电路。因而,在单
片机领域 CMOS 正在逐渐取代 TTL 电路。
低功耗化 单片机的功耗已从 Ma 级,甚至 1uA 以下;使用电压在
3~6V 之间,完全适应电池工作。低功耗化的效应不仅是功耗低,而
且带来了产品的高可靠性、高抗干扰能力以及产品的便携化。
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低电压化 几乎所有的单片机都有 WAIT、STOP 等省电运行方式。允
许使用的电压范围越来越宽,一般在 3~6V 范围内工作。低电压供电
的单片机电源下限已可达 1~2V。目前 0.8V 供电的单片机已经问世。
低噪声与高可靠性 为提高单片机的抗电磁干扰能力,使产品能适应恶
劣的工作环境,满足电磁兼容性方面更高标准的要求,各单片厂家在
单片机内部电路中都采用了新的技术措施。
大容量化 以往单片机内的 ROM 为 1KB~4KB,RAM 为 64~128B。
但在需要复杂控制的场合,该存储容量是不够的,必须进行外接扩充
为了适应这种领域的要求,须运用新的工艺,使片内存储器大容量化
目前,单片机内 ROM 最大可达 64KB,RAM 最大为 2KB。
高性能化 主要是指进一步改进 CPU 的性能,加快指令运算的速度和提
高系统控制的可靠性。采用精简指令集(RISC)结构和流水线技术,
可以大幅度提高运行速度。现指令速度最高者已达 100MIPS(Million
InstructionPerSeconds,即兆指令每秒),并加强了位处理功能
中断和定时控制功能。这类单片机的运算速度比标准的单片机高出 10
倍以上。由于这类单片机有极高的指令速度,就可以用软件模拟其 I/O
功能,由此引入了虚拟外设的新概念。
小容量、低价格化 与上述相反,以 4 位、8 位机为中心的小容量、低
价格化也是发展动向之一。这类单片机的用途是把以往用数字逻辑集
成电路组成的控制电路单片化,可广泛用于家电产品。
外围电路内装化 这也是单片机发展的主要方向。随着集成度的不断提
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zhangao_fengg
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