单片机电脑数字钟毕业设计--毕业论文（设计）电大考试必备小抄.doc

毕业设计任务书设计课题：单片机电脑数字钟系部：电气工程系专业：机电一体化班级：09大专机电（9）班姓名：学号：54指导老师：时间：2011年9月目录第一章 绪 论1.1电脑时钟的背景1.2电脑时钟的意义1.3电脑时钟的应用第二章 整体设计方案2.1 单片机的发展历史与选择2.2 单片机的基本结构第三章 单片机音乐播放器的硬件设计3.1 系统设计3.2 led显示电路第四章 单片机音乐播放器的软件设计4.1 系统软件设计流程图4.2电脑时钟的原理图4.3 主程序第五章 系统仿真5.1protues软件介绍5.2 电脑时钟系统protues仿真第六章 调试与功能说明 6.1 硬件调试6.2 系统性能测试与功能说明6.3 系统错误分析6.4 软件调试问题及解决结束语致谢参考文献摘 要：近年来随着计算机在社会领域的渗透和大规模集成电路的发展，单片机的应用正在不断地走向深入，由于它具有功能强，体积小，功耗低，价格便宜，工作可靠，使用方便等特点，因此越来越广泛地应用各个领域. 本文的电脑时钟系统是以单片机（at89c51）为核心, lcd1602液晶显示器显示,使用ds1302实时时钟日历芯片完成时钟/日历的基本功能，同时利用ds18b20温度传感器测量环境温度能够实现日常的时钟显示，同时具有时钟/日期调整功能。具体介绍应用proteus的isis软件进行单片机系统的电脑时钟钟设计与仿真的实现方法。该方法既能准确验证所设计的系统是否满足技术要求,又能提高系统设计的效率和质量,降低开发成本,具有推广价值。关键词： at89c51；lcd1602；ds1302；ds18b20abstractin recent years, with computers in the infiltration and the development of large-scale integrated circuits. scm application is steadily deepening, as it has strong function, small size, low power dissipation, low prices, reliable, easy to use features, it isparticularly suited to and control of the system, increasingly widely used in various fields.this article describes an couputer bell system is single-chip microcomputer (at89c51) as the core, can realize daily clock display, lcd1602 lcd display, use ds1302 real-time clock calendar chips clock/calendar, at the same time use the basic function of the temperature sensor ds18b20 measuring environmental temperature ,but also has the clock adjustment/date.describes the application of proteuss isis software of the electronic single-chip system clock to achieve the design and simulation methods in details.the method can not only test the property of the system precisely,but also improve development efficiency and reduce development cost,which values in popularity.key words： at89c51; lcd1602；ds1302；ds18b20第一章 绪论1.1电脑时钟的背景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到了社会的各个领域，有力的推动和提高了社会生产力的发展与信息化程度，同时也使现代电子产品性能进一步提升，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容易使人忘记当前的时间。然而遇到重大事情的时候，一旦忘记时间，就会给自己或他人造成很大麻烦。平时我们要求上班准时，约会或召开会议必然要提及时间；火车要准点到达，航班要准点起飞；工业生产中，很多环节都需要用时间来确定工序替换时刻。所以说能随时准确的知道时间并利用时间，是我们生活和工作中必不可少的1。想知道时间，手表当然是一个很好的选择，但是，在忙碌当中，我们还需要一个“助理” 及时的给我们提醒时间。所以，计时器最好能够拥有一个定时系统，随时提醒容易忘记时间的人。 最早能够定时、报时的时钟属于机械式钟表，但这种时钟受到机械结构、动力和体积的限制，在功能、性能以及造价上都没办法与电子时钟相比。 1.2电脑时钟的意义电脑时钟是采用电子电路实现对时、分、秒进行数字显示的计时装置，广泛应用于个人家庭，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，使得电脑时钟的精度，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、0按时自动打铃、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电脑时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。电脑时钟主要是利用电子技术将时钟电子化、数字化，拥有时间精确、体积小、界面友好、可扩展性能强等特点，被广泛应用于生活和工作当中。当今市场上的电子时钟品类繁多，外形小巧别致。也有体型较大的，诸如公共场所的大型电子报时器等。电脑时钟首先是数字化了的时间显示或报时器，在此基础上，人们可以根据不同场合的要求，在时钟上加置其他功能，比如定时闹铃，万年历，环境温度、湿度检测，环境空气质量检测，usb扩展口功能等。本设计电脑时钟主要功能为：1、具有时间显示和手动校对功能，24小时制；2、具有年、月、日显示和手动校对功能；3、具有复位功能。4、具有环境温度采集和显示功能。第二章 整体设计方案2.1 单片机的发展历史与选择历史：（1）4位单片机1975年，美国德克萨斯仪器公司首次推出4位单片机tms-1000；此后，各个计算机公司竞相推出四位单片机。日本松下公司的mn1400系列，美国洛克威尔公司的pps/1系列等。四位单片机的主要应用领域有：pc机的输入装置，电池充电器，运动器材，带液晶显示的音/视频产品控制器，一般家用电器的控制及遥控器，电子玩具，钟表，计算器，多功能电话等。（2）8位单片机1972年，美国intel公司首先推出8位微处理器8008，并于1976年9月率先推出mcs-48系列单片机。在这以后，8位单片机纷纷面市。例如，莫斯特克和仙童公司合作生产的3870系列，摩托罗拉公司生产的6801系列等。随着集成电路工艺水平的提高，一些高性能的8位单片机相继问世。例如，1978年摩托罗拉公司的mc6801系列及齐洛格公司的z8系列，1979年nec公司的upd78xx系列。这类单片机的寻址能力达64kb，片内rom容量达4-8kb，片内除带有并行io口外，还有串行io口，甚至还有ad转化器功能。8位单片机由于功能强，被广泛用于自动化装置、智能仪器仪表、智能接口、过程控制、通信、家用电器等各个领域。（3）16位单片机1983年以后，集成电路的集成度可达几十万只管/片，各系列16位单片机纷纷面市。这一阶段的代表产品有1983年intel公司推出的mcs-96系列，1987年intel推出了80c96，美国国家半导体公司推出的hpc16040，nec公司推出的783xx系列等。16位单片机主要用于工业控制，智能仪器仪表，便携式设备等场合。（4）32位单片机随着高新技术只智能机器人，光盘驱动器，激光打印机，图像与数据实时处理，复杂实时控制，网络服务器等领域的应用与发展，20世纪80年代末推出了32位单片机，如motorlora公司的mc683xx系列，intel的80960系列，以及近年来流行的arm系列单片机。32位单片机是单片机的发展趋势，随着技术的发展及开发成本和产品价格的下降，将会与8位单片机并驾齐驱。（5）64位单片机近年来，64位单片机在引擎控制，智能机器人，磁盘控制，语音图像通信，算法密集的实时控制场合已有应用，如英国inmos公司的transputer t800是高性能的64位单片机。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：中央处理器、存储器和i/o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i/o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i/o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a/d、pwm、pca（可编程计数器阵列）、wdt（监视定时器-看家狗）、高速i/o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限制。 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。2.2 单片机的基本结构at89c51是一种带4k字节闪烁可编程可擦除只读存储器（fperomfalsh programmable and erasable read only memory）的低电压，高性能cmos8位微处理器，俗称单片机。at89c2051是一种带2k字节闪烁可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。该器件采用atmel高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的mcs-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位cpu和闪烁存储器组合在单个芯片中，atmel的at89c51是一种高效微控制器，at89c2051是它的一种精简版本。at89c单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。第三章 单片机电脑数字钟的硬件设计3.1 系统设计单片机最小系统的结构图晶振连接的内部、外部方式图常用复位电路图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）p3.2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rdp3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。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.共阳式、共阴式led数码管的原理图和数码管的符号图显示电路显示模块需要实时显示当前的时间,即时、分、秒，因此需要6个数码管，另需两个数码管来显示横。采用动态显示方式显示时间，硬件连接如下图所示，时的十位和个位分别显示在第一个和第二个数码管，分的十位和个位分别显示在第四个和第五个数码管，秒的十位和个位分别显示在第七个和第八个数码管，其余数码管显示横线。led显示器的显示控制方式按驱动方式可分成静态显示方式和动态显示方式两种。第四章 单片机电脑数字钟的软件设计4.1 系统软件设计流程图系统的软件设计也是工具系统功能的设计。单片机软件的设计主要包括执行软件（完成各种实质性功能）的设计和监控软件的设计。单片机的软件设计通常要考虑以下几个方面的问题：（1）根据软件功能要求，将系统软件划分为若干个相对独立的部分，设计出合理的总体结构，使软件开发清晰、简洁和流程合理；（2）培养良好的编程风格，如考虑结构化程序设计、实行模块化、子程序化。既便于调试、链接，又便于移植和修改；（3）建立正确的数学模型，通过仿真提高系统的性能，并选取合适的参数；（4）绘制程序流程图；（5）合理分配系统资源；（6）为程序加入注释，提高可读性，实施软件工程；（7）注意软件的抗干扰设计，提高系统的可靠性。 这次的数字电子钟设计用到很多子程序，它们的流程图如下所示。主程序是先开始，然后启动定时器，定时器启动后在进行按键检测，检测完后，就可以显示时间。按键处理是先检测秒按键是否按下，秒按键如果按下，秒就加1；如果没有按下，就检测分按键是否按下，分按键如果按下，分就加1；如果没有按下，就检测时按键是否按下，时按键如果按下，时就加1；如果没有按下，就把时间显示出来。定时器中断时是先检测1秒是否到，1秒如果到，秒单元就加1；如果没到，就检测1分钟是否到，1分钟如果到，分单元就加1；如果没到，就检测1小时是否到，1小时如果到，时单元就加1，如果没到，就显示时间。时间显示是先秒个位计算显示，然后是秒十位计算显示，再是分个位计算显示，再然后是分十位显示，再就是时个位计算显示，最后是时十位显示。开始启动定时器按键检测时间显示开始日历日期数据处理温度数据处理液晶显示按键扫描按键按下按键控制初始化n y 时间日期的修改nynyny时加1显示时间结束开始秒按键按下？秒加1分按键按下？分加1时按键按下？4.2电脑时钟的原理图数字钟的原理图4.3 主程序 s-1 equ 30h ;秒寄存器m-1 equ 31h ;分寄存器h-1 equ 32h ;时寄存器org 0000hljmp startorg 0003hreti org 000bhljmp timerorg 0013hretiorg 001bhretiorg 001bhretiorg 4000hstart: mov 30h,00h 时间寄存器清零 mov 31h,#00hmov 32h,#00hmov 33h,00hmov 20h,#10 ;1s中断次数寄存器mov 21h,#02mov sp,#40h ;堆栈设置mov ip,#00hmov ie,#82h ;开eaetomov tmod,#01h ;定时器模式1mov tho,#03ch ;50ms装初值mov tlo,#0b0hsetb tro ;启动troloop: acall dlsp jnb p3.4,mtjnb p3.5,htajmp loopmt: acall disp ;分调整jnb p3.4,mtinc m-1mov a,m-1cjne a,#60,loopmov m-1,#00hajmp loopht: acall disp ;时调整jnb p3.5,htinc h-1mov a,h-1cjme a,#24,loopmov h-1,#00hajmp loop*以下为显示子程序*disp: mov dptr,#numtab ;显示程序mov a,m-1mov b,#10div abadd a,r0movc a,a+dptrmov p1,aclr p3.2acall delaysetb p3.2mov a,badd a,r0movc a,a+dptrmov p1,aclr p3.3acall delaysetb p3.3mov a,h-1mov b,#10div abadd a,r0movc a,a=dptrmov p1.aclr p3.0acall delaysetb p3.0mov a,badd a,r0movc a,a+dptrmov p1,aclr p3.1acall delaysetb p3.1ret*以下为定时器中断服务器程序*timer: push acc ;定时器中断push pswmov tl0,#b4h ;50ms定时值调整mov th0,#03chdjnz 20h,reti-1mov 20h,#10cpl 25h.0 ;秒点闪烁处理jnb 25h.0,t-1mov ro,#0ajmp t-2t-1: mov r0,#10t-2: djnz 21h,reti-1mov 21h,#2inc s-1mov a,s-1cjne a,#60,reti-1mov s-1,#0inc m-1mov a,m-1cjne a,#60,reti-1mov m-1,#0inc h-1mov a,h-1cjne a,#24,reti-1mov h-1,#0reti-1: pop psw ;出栈pop accreti*以下为延时子程序* delay: mov r7,#2 延时 delay: mov r6,#250djnz r6,$djnz r7,delay1ret*以下为显示数码表*numtab: db 03h,95h,25h,0dh,99hdb 49h,41h,1fh,01h,09hdb 02h,94h,24h,0ch,98hdb 48h,40h,1eh,00h,08hend 第五章 系统仿真仿真分析：由于自己的水品有限，加之对protel、proteus等软件不太熟悉，所以自己做出来的原理图在仿真时出现太多错误，而由于种种原因导致时间紧迫，不能再重新设计电路图，或改正其中的错误，所以自己设计的原理图仿真失败，对此自己深表遗憾和惭愧。希望自己能利用假期的时间多去了解这些软件，为自己的毕业设计和今后的工作打好基础。相信“亡羊补牢，为时未晚”。 介于上面的原因，自己只有把老师给的电路图利用proteus软件简单的做了一下仿真。截图见后面的附录。 但是总的来说，proteus仿真的一般步骤如下：1. 放置元件l （1）新建一个原理图设计，选择component 模式按钮，再点击对象选择窗口上的p钮进入元件库中。l （2）在keyword 对话框中输入关键词，比如说输入traffic，在结果窗口就会显示查找的结果，双击查询结果，对应元件就会添加到对象选择列表当中。l （3）当把原理图所有的元件的都选择添加好以后，将元件摆放到原理图编辑窗口当中（选中元件，其呈高亮状态，在预览窗口将出现元件预览。）。2.元件调整（1）移动：将鼠标移到元件上，右键单击（元件呈高亮状态），按住鼠标左键并移动元件，松开左键，元件位置就确定下来。注意一点，这时元件还处于选取状态，再点击左键，元件再次放置。（2） 旋转：右键选中元件，元件呈高亮状态，再在旋转按钮框中点击一种旋转方式，元件就会以90 度进行旋转。3.缩放和捕捉(1)缩放：在view 菜单下含有四种缩放方式：u 按f6 或单击zoom in 按钮，鼠标所在周围放大。u 按f7 或单击zoom out 按钮，鼠标所在周围缩小。u 按f8 或单击zoom all 按钮，返回整张设计图。u 单击zoom to area，可以选择一部分进行放大。u 按住shift 键并用鼠标左键拖曳一个框，释放shift 键后就会放大到所选区域。(2)捕捉：isis 中有一个强大个功能是实时捕捉。当鼠标靠近引脚时，系统会自动进行捕捉。极大的方便原理图的绘制。该功能在tool manu 中，默认是打开的。4.连线导线绘制过程：（1）选中连线模式：导线模式或总线模式；（2）点击起点及终点，系统自动拉出导线。（3） 导线复制：单击起点，系统走出和上一条导线相同的轨迹。（4）对导线进行拖曳，调整导线位置。 5.编写程序 6.链接编译源程序 7.电路仿真点击仿真盘框中的运行按钮。电路进入仿真状态，即可观察电路运行效果。第五章 调试与功能说明6.1 硬件调试硬件调试比较困难。因为是调试所以不能对元件进行焊接，只能把各个元件用导线链接起来调整的整体过程是各个系统逐个调试，各部分调试成功后在进行组装后的整体调整。调试过程包括：1.显示部分的测试要考虑到干扰及环境的的制约。在调试过程中要考虑到多重因素，避免在调试过程中出现错误，而导致调试的不成功。例如：数码管的显示不稳定，不停的闪烁等。1.控制部分的调试：在控制部分的调试中我们要注意的是：不能出现短路，一但短路还可能烧坏元件和电路，还有要注意接线是或接触不良等，要考虑周到细心仔细，尽量不出现这等情况而导致的调试不成功例如：按下按键后数据有事正常有时不正常，数据的加减不稳定。这就是由于上面的因素造成的。6.2 系统性能测试与功能说明走时：默认为走时状态，按24小时制分别显示“时时-分分-秒秒”，有2个“-”动态显示，时间会按实际时间以秒为最少单位变化。走时调整：按ksec对秒进行调整，按一下加一秒；按kmin对分进行调整，按一下加一分；按khour对时进行调整，按一下加一小时，从而达到快速设定时间的目的。6.3 系统错误分析时间是一个基本物理量，具有连续、自动流逝、不重复等特性。我国时间基准来自国家授时中心，人们日常使用的时钟就是以一定的精度与该基准保持同步的。结合时间概念和误差理论，可以定义电子钟的走时误差s=s1-s2,s1表示程序实际运行计算所得的秒；s2表示客观时间的标准秒。s0时表示电子钟秒单元数值刷新滞后，即走时误差为“慢”；反之，s0表示秒单元数值的刷新超前，即走时误差为“快”。本次设计的单片机电子钟系统中，其误差主要来源包括晶体频率误差，定时器溢出误差，延迟误差。晶体频率产生震荡，容易产生走时误差；定时器溢出的时间误差，本应这一秒溢出，但却在下一秒溢出，造成走时误差；延迟时间过长或过短，都会造成与基准时间产生偏差，造成走时误差。6.4 软件调试问题及解决软件程序的调试一般可以将重点放在分模块调试上，统调是最后一环。软件调试可以采取离线调试和在线调试两种方式。前者不需要硬件仿真器，可借助于软件仿真器即可；后者一般需要仿真系统的支持。本次课题，keil软件来调试程序，通过各个模块程序的单步或跟踪调试，使程序逐渐趋于正确，最后统调程序。仿真部分采用protus 6 professional软件，此软件功能强大且操作较为简单，可以很容易的实现各种系统的仿真。首先打开protus 6 professional软件，在元件库中找到要选用的所有元件，然后进行原理图的绘制；绘制好后再选择wave6000