单片机的电子时钟毕业论文

1 单片机的电子时钟毕业论文 第一章 设计任务分析 题背景 单片机自 1976年由 今已有二十多年了。由于单片机集成度高、功能强、可靠性高、体积小、功耗低、使用方便、价格低廉等一系列优点，目前已经渗入到人们工作和生活的方方面面，单片机的应用领域已从面向工业控制、通讯、交通、智能仪表等迅速发展到家用消费产品、办公自动化、汽车电子、 单片机有两种基本结构：一种是在通用微型计算机中广泛采用的，程序存储器和数据存储器共用一个存储器空间的结构 ，称为“冯 诺依曼”结构。另一种是将程序存储器和数据存储器截然分开，分别寻址的结构，称为“哈佛”构，目前的单片机采用此种结构为多。 本文讨论的单片机多功能时钟系统的核心是目前应用极为广泛的 51 系列单片机，配置了外围设备，构成了一个可编程的计时定时系统，具有体积小，可靠性高，功能多等特点。不仅能满足所需要求而且还有很多功能可供扩展，有着广泛的应用领域。 计任务 题意义 在日常生活和工作中，我们常常用到定时控制，如扩印过程中的曝光定时等。早期常用的一些时间控制单元都使用模拟电路设计制作的， 其定时准确性和重复精度都不是很理想，现在基本上都是基于数字技术的新一代产品，随着单片机性 2 价比的不断提高，新一代产品的应用也越来越广泛。大则可以构成复杂的工业过程控制系统，完成复杂的控制功能；小则可以用于家电控制，甚至可以用于儿童电子玩具。它功能强大、体积小、质量轻、灵活好用，配以适当的接口芯片，可以构成各种各样、功能各异的微电子产品。 随着电子技术的飞速发展，家用电器和办公电子设备逐渐增多，不同的设备都有自己的控制器，使用起来很不方便。这些具有人们所需要的智能化特性的产品减轻了人的劳动，扩大了数字化的范围， 为家庭数字化提供了可能。 根据这种实际情况，设计了一个单片机多功能时钟系统，它有基本的时间功能，还有定时功能，既可作为闹铃，也可扩展为定时对家电等电气产品的自动控制，可以避免多种控制器的混淆，利用一个控制器对多路电器进行控制；可增加温度传感器，进行实时温度显示，进一步扩展为利用不同的温度某些电气产品进行自动控制；也可增加湿度传感器，进行实时湿度显示，以便对湿度进行控制，方便人们的生活。 章小节 本章主要介绍了课题背景、设计任务和课题意义，对单片机的优点及结构作了简要叙述，也对本系统的应用及概况进行 了说明。 泸州职业技术学院毕业论文 系统功能及操作 3 第二章 系统功能及操作 统功能的确定 本功能 系统具有时间、日期、三路定时功能，并可以对时间、日期、定时进行设定，有定时提示音。要求计时精度尽量提高。显示格式为： 时间：“时”（第 1、 2位）、“分”（第 3、 4位）、“秒”（第 5、 6位）； 日期：“年”（第 1、 2位，如 2007年显示为 07）、“月”（第 3、 4位）、“日” （第 5、 6位）； 定时：“时”（第 1、 2位）、“分”（第 3、 4位）、“状态标志”（第 5、 6位）。 键盘及数码管排列如图 2 展功能 该 系统可以增加温度传感器，实现温度测量，以实时显示温度，用 1、 2 位数码管显示；还可以增加湿度传感器，实现湿度测量，以实时显示湿度，用 5、6位数码管显示。 多路定时器功能也可扩展为对多种家电等电气产品的自动控制，比如电饭煲等；也可利用温度对某些电气产品进行自动控制，比如空调等；还可利用湿度传感器对湿度进行调节。如图 2 图 2统功能图 泸州职业技术学院毕业论文 系统功能及操作 4 统操作说明 （ 1）按 显示日期， 3 秒后自动返回时间显示， 3 秒内按 进入日期设置，此时年位闪烁，按 进行年位加 1 或连续加 1 调整。按 依次切换到月位、日位，分别按 进行月位、日位调整，日位设置好后，再按返回显示时间。 （ 2）按 大于 1 秒进入时间设置，此时小时位闪烁，秒位自动清零，按 进行小时调整，按 切换到分钟位，按 进行分钟调整，分位设置好后，再按 返回显示时间，按所设定的时间值进行计时。 （ 3）连续按 路定时及其开关状态，当显示某一路定时时， 3秒后自动返回时间显示， 3秒内按 置同日期（ 5、 6位显示00为当路定时关，显示 01为当路定时开）。当路定 时设置完后按 （ 4）按 5秒后自动返回时间显示。 章小节 本章主要对本系统的基本功能和扩展功能进行了说明，也对本系统的系统的显示情况及操作作了详细说明。泸州职业技术学院毕业论文 系统软件设计 5 3 系统硬件设计 实验板介绍 片的选择 本设计选用 是一种低功耗、高性能 位微控制器，具有 8K（ 0000H 1线系统可编程 储器。片上 许程序存储器在线编程，也适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的 8 位 在线系 统可编程 得 效的解决方案。 8K（ 0000H 1256字节（ 00H据存储器（ 64K（ 0000H 序存储器（ 32位 I/O 口线，看门狗定时器， 2 个数据指针，三个 16 位定时器 /计数器，一个 6向量 2级中断结构，全双工串行口内晶振及时钟电路。 其中，数据存储器（ 于存放各种运算的中间结果，作缓存和数据暂存，以及设置特征标志等。 储器用位寻址方式，最大寻址范围为 256字节（ 00H 按使用情况不同可分成低 128字节（ 00H 7高 128字节（ 80H 其中低 128字节为真正的 128字节为特殊功能寄存器（ ，如累加器 序状态字 据指针序计数器 个片内 图 3内 泸州职业技术学院毕业论文 系统软件设计 6 验板电路原理图 实验板电路结构框图如图 3理电路图（只有本设计所需部分）见附录 A。 图 3验板结构框图 能电 路分析 钟电路 实验板的时钟振荡源电路如图 3中 晶振，改变两电容 电路提供单片机工作所需的振荡频率，计算定时器初值即需此晶振频率，在通信时也需知道晶振频率，以对波特率进行计算。 图 3钟电路 位电路 如图 3 号为低电平时，实验板为工作状态，当 号为高电平时，实验板为复位或下载程序状态。由于有 功能，即可以通过并口线直接 将程序下载到单片机内，因此， 有两种状态，下载程序状态和运行状态。该复位电路能实现上电自动复位，也能手动复位，一般复位时 0毫秒以上高电平，此复位时间由接地电容控制。 泸州职业技术学院毕业论文 系统软件设计 7 图 3位电路 盘电路 如图 3设置及转换信号由此电路输入，实验板提供了 16 个按键，由 经 动芯片）输出扩展成 4 4 的阵列按键， 行线， 列线。 一片选信号线 G ，当此口线为低电平时， 1 之， 1 此键盘用扫描工作方式，若有键按下，则相应位端口被拉低为低电平，由于本系统只用了 4 个按键，所以只需对 4 个按键进行扫描。扫描时，先置 为高电平，向 送 0#0再置 为低电平，读A， 最后判断 位哪位是低电平，若某位为低电平，则相应按键被按下，如 ），则 图 3列按键 码显示电路 如图 3示为数码显示电路，实验板使用了 6 个共阳数码管， 为段码信号线， 向驱动芯片，即输入为高电平，则输出为低电平，反之则输出为高电平，该芯片也有一片选信号 C，当泸州职业技术学院毕业论文 系统软件设计 8 此信号为高电平时有效）反向得到，再由 制晶体管 达到控制每位数码管的目的。 系统采用动态显示，先向 给 时 1 毫秒使第一位数码管显示，又向 送第二位数码管需要显示的段码值， 时 1毫秒，使第二位数码管显示。依次递推，直到最后一位数码管，然后再循环。改变延时时长可以调节数码管显示的亮度，由于单片机执行速度很快（微秒级），所以看上去数码管一直亮着。 图 3码显示电路 鸣器电路 其硬件原理图如图 3示。此电路用于定时时发出提示音。 需控制 可以让蜂鸣器发出不同的声音。此电路用于产生定时器提示音 。 图 3鸣器电路 章小节 本章主要对芯片作了介绍，对其内存单元作了详细说明，并对系统硬件（实验板）的结构框图和各功能电路作了说明，以及这些电路在本设计中的用途。 泸州职业技术学院毕业论文 系统软件设计 9 4 系统软件设计 据单元分配 据存储单元分配 数据存储单元分配如下表所示： 项目 秒 分 时 日 月 年 存储单元 30H 31H 32H 33H 34H 35H 项目 定时 1：开关 定时 1：分 定时 1：时 定时 2：开关 定时 2：分 定时 2：时 存储单元 36H 37H 38H 39H 3目 定时 3：开关 定时 3：分 定时 3：时 存显示首地址 堆栈起始单元 存储单元 30H 志位单元分配 标志位单元（ 20H）分配如下表所示： 位单元 项目 位单元 项目 01H 1、 2位数码管闪烁标志位 08H 定时 1显示标志位 02H 09H 定时 2显示标志位 03H 3、 4位数码管闪烁标志位 0时 3显示标志位 04H 0时 1响铃标志位 05H 5、 6位数码管显示标志位 0时 2响铃标志位 06H 0时 3响铃标志位 07H 日期显示标志位 0响铃标志位 时时钟实现的基本方法 时钟的最小计时单位是秒，使用定时器的方式 1，最大的定时时间也只能达到 131毫秒。可把定时器的定时时间定为 50毫秒，这样，计数溢出 20次即可得到时钟的最小计时单位 秒。计数 20 次可以用软件实现，对定时器溢出次数进行计数，计满 20 次即为 1 秒。从秒到分，从分到时，以及日、月、年都是通过软件累加并进行比较的方法实现的。 泸州职业技术学院毕业论文 系统软件设计 10 现时钟程序设计步骤 系统采用模块化结构，主程序只需调用各个子程序模块即可实现相应功能。其模块结构图如图 4 图 4序各模块方框图 程序模块设计 整个程序进行模块化设计，主程序只需调用相应的程序即可。主程序流程如图 4 图 4程序流程图 泸州职业技术学院毕业论文 系统软件设计 11 时子程序模块的实现 当 行本程序，因 0毫秒中断，故中断 20次为 1秒。中断程序分别有 20次计数（ 1秒）， 60次计数（ 1分）， 60次计数（ 1小时）， 24次计数（ 1 天）， 28、 29、 30、 31 次计数（ 1 个月）， 12 次计数（ 1 年）。当前位到设定数值时写 0 或 1，下一位加 1。由于本世纪是 21 世纪，年位前两位是 4的倍数，故判断闰年时只需对年的后两位进行计算，能被 4整除为闰年，否则为平年，年位只进行加 1，大于 99时又重新开始。计时中断流程图如图 4 图 4时子程序流程图 图 4示子程序流程图 泸州职业技术学院毕业论文 系统软件设计 12 示子程序模块的实现 显示原理在 程图如图 4 钟设定子程序模块的实现 当设定时间时，断开 断，秒单元清 0，进入时、分单元设定。设定好后重装 程图如图 4 图 4钟设定子程流程图 期、定时设定子程序模块的实现 日期、定时的设定同时钟设定。定时设定时，把时钟的秒位换成定时标志位，“ 00”为当路定时关，“ 01”为当路定时开，流程图与时钟设定程序相似。 序说明 时器初值计算 因定时器工作于方式 1，需要 50以计数初值 : =216 - t 12=65536 - 50 10106 12=19456 表示成十六进制为 =4故 （ =4 =00H。 序初始化 程序初始化时 ， 清相应内存单元 （ 20H 4 48 个单元 ）， 送时间 （ 00时 00分 00秒 ） 、日期 （ 07年 10月 01日 ） 初值 ， 送定时器 0H， 特殊寄存器 （ 0H、 1H） 值等。 泸州职业技术学院毕业论文 系统软件设计 13 差分析及校正 当 重装定时初值，且要加上从断开 0中断共有 13个周期，以减小误差，故理论重装定时初值为（ =4 =13H。但该外接晶振电路的晶振频率可调，可能出现误差，所以实际不 是这个值。 经调试，当定时初值为（ =4 =0624小时约慢 2秒，所以每当计时 24 小时之后，给秒单元（ 30H）送 02H，使秒累加时从 2 加起，24小时就少加 2秒，即可使时间得到校正。 现闪动设定 闪动可选用段码送 00H 实现，也可禁止当前位显示，选通位送 0 实现。本设计选用后者实现闪动，用定时器 现连续加 1 先判断键是否松开，若松开，则只执行一次加 1程序段，进行单次加 1；若未松开则连续执行加 1程序段，实现连续加 1。每执行一次加 1程序段就调用显示子 程序进行延时，以对调节速度进行控制。本系统以 5，这样能快速对时间、日期、定时进行设定。 时音与显示相冲突问题及解决方案 由于蜂鸣器响时 的电平呈高频变化，频率 1K 2K，1毫秒，小于 6 毫秒，因显示时每个数码管显示 1毫秒，至少需要 6毫秒，故蜂鸣器响时无法进行显示。为解决此问题，可增加锁存器，采用静态显示；也可增加一语音芯片，既可解决此问题，也可把定时音换成音乐或语音提示，或增加其它功能，使系统功能更强。 章小节 本章主要对系统的软件设计进 行了详细说明，从数据单元及标志单元的分配，到各子程序模块的实现方法，以及对时钟的误差分析、校正，定时音与显示相冲突问题及解决方案。 泸州职业技术学院毕业论文 系统调试 14 5 系统调试 该时钟程序的功能模块先后实现的顺序为：主程序时间模块显示模块键盘模块时间设定及其显示模块日期及其显示模块日期设定及其显示模块定时及其显示模块定时设定及其显示模块定时提示音及与显示相冲突的协调模块。每完成一个模块就与前一个已完成的模块结合起来调试，直至实现相应功能，再编写下一模块程序。在与主程序衔接时，主程序和各子程序也需作相应的改动，以便与子 程序更好的衔接，特别是显示子程序需作较大改动，以便对不同内容进行显示。 程序用伟福软件进行汇编语言程序编写，该软件还可进行软件仿真。用汇编语言编好程序后，先编译，把汇编语言编译成二进制代码和十六进制代码。若编译无法进行，说明程序有语法错误，需进行修改。编译成功后则可进行软件仿真，仿真可单步运行，也可连续运行。仿真时应调出数据窗口，看各单元数据是否正确，这是软件仿真的目的。当然，有些错误软件仿真不容易发现，这就得把编译得到二进制代码或十六进制代码下载到实验板上运行（用 1实验板相配 的下载软件。下载时先擦再写，若不能能正常写入，则再擦，再写，直到写入芯片），看是否正常，若不正常，再根据出错的地方返回用软件仿真，查看相应的数据单元，再修改程序，这样反复调试，直至程序可用，在实验板上能正常运行。 待程序调试成功后即可烧写到实验板上，让其运行，至此，完成系统调试。泸州职业技术学院毕业论文 结束语 15 结束语 经过两个多月的工作，基于单片机的电子时钟系统的设计已经完成。经试验验证，满足设计要求。由于加入了计时修正，在精度方面已经相当准确了，不过还可以达到更高精度，需要精确计算定时器 予以修正；在软件的定时部分 可以进行改进，用循环程序实现，每次循环只需更改相应单元即可，这样使程序精简。由于时间原因，没能实现这两部分。该系统的扩展功能由于硬件原因不能实现，以后如硬件允许可以实现这部分功能，还可增加其它功能。 本次设计主要涉及了 单片机原理及接口技术 的相关知识 和汇编语言 编程的诸多要领。设计中涉及的许多问题，更是对以前所学的知识的回顾及在过去的三年中学到知识的系统总结，这次设计对我们将来的工作有 很大 的帮助。 在设计中，我积极查阅资料，细心钻研各个细节，完成了 多功能时钟的开发与调试 ，也让我们明白了在设计中考虑问题应该全面 。 在设计中既锻炼了我的动手能力，又学会查阅资料，提炼需要的信息。 由于本人水平有限，文中 难免出现错误与 不足 之处 ，恳请各位老师批评指正 。泸州职业技术学院毕业论文 致谢 16 致谢 首先要感谢我的家人，是他们让我能上大学；在大学里，先要学会学习才能学的更好，是老师教了我怎样学习，到现在能完成毕业设计，都少不了老师的功劳；在整个设计过程中，从硬件电路图到软件编程，应用了相当多的知识，包含了大学三年所学的知识，在此向各位任课老师表示感谢。 在设计 过程 中，指导老师 予了我很大帮助 ，李老师 对设计中出现的 问题作了及时讲解和耐心指导， 使 我的 设计得以 顺利完成。在此 ，特 向 表示感谢 ；同时，很多同学也给我提供了很多帮助，也向帮助我的同学表示感谢。 泸州职业技术学院毕业论文 附录 A：实验板原理图 17 附录 A：实验板原理图 泸州职业技术学院毕业论文 附录 B：程序清单 18 附录 B：程序清单 0000H 000 001 ;主程序 ; 0020H 20H ;清 208个单元 30H ;20H,21H 标志用 00H 50H 33H,#01H 34H,#0 35H,#07H 11H ;设 6位定时器 00H ;50 4 00H 4 州职业技术学院毕业论文 附录 B：程序清单 19 14H B +6 B +6 B +6 B +6 0+6 ;定时显示判断 ;计时程序 ; A,#06H ;06H,4 A, ;低 8位初值修正 ;重装初值（低 8位修正值） A,#4 A, ;高 8位初值修正 ;重装初值（高 8位修正值） $+5 ;1s 未到中断退出 $+6 14H 泸州职业技术学院毕业论文 附录 B：程序清单 20 30H A,30H A,#3+6 $+6 30H,#00H 31H ;调定时比较程序 A,31H A,#3+5 $+5 31H,#00H 32H A,32H A,#18H,$+6 $+6 32H,#00H 33H 30H， #02H ;时间修正 A,34H A,#02H,$+6 A,#04H,$+6 A,#06H,$+6 A,#09H,$+6 州职业技术学院毕业论文 附录 B：程序清单 21 A,#0+6 A,33H A,#20H,$+6 A,33H A,#1+6 A,35H B,#04H A,B A,33H A,#1+6 A,33H A,#1+6 33H,#01H 34H A,34H A,#0+6 $+6 34H,#01H 泸州职业技术学院毕业论文 附录 B：程序清单 22 35H A,35H A,#64H,$+6 $+6 35H,#00H ;定时比较程序 ; 0 A,31H A,37H, A,32H A,38H, 08H ;闹铃 1显示标志位置位 0 A,31H A,3 A,32H A,3 09H ;闹铃 2显示标志位置位 0 A,31H A,3 A,32H A,3州职业技术学院毕业论文 附录 B：程序清单 23 0 ;闹铃 3显示标志位置位 0;时钟调整程序 ; B +5 $+5 30H,#00H 05H 06H ;5、 6位闪烁标志位置位 06H ;等待键释放 ;等待键按下 +19 ;等待键释放 32H 泸州职业技术学院毕业论文 附录 B：程序清单 24 A,32H A,#18H,$+6 32H,#00H 05H 06H 05H 06H 32H A,32H A,#18H,$+6 32H,#00H 05H 06H 03H ;3、 4位闪烁标志位置位 04H ;等待键释放 ;等待键按下 +19 ;等待键释放 31H A,31H A,#3+6 泸州职业技术学院毕业论文 附录 B：程序清单 25 31H,#00H 03H 04H 03H 04H 31H A,31H A,#3+6 31H,#00H 03H 04H 14H ;等待键释放 ; 00H 4 06H 01H,$+7 泸州职业技术学院毕业论文 附录 B：程序清单 26 02H 03H,$+7 04H 05H,$+5 06H ;定时显示与设定 ; 08H ;等待键释放 40H,#0 ;显示时长 40H,$ 08H 08H 09H ;等待键释放 40H,#0 ;显示时长 州职业技术学院毕业论文 附录 B：程序清单 27 40H,$ 09H 09H 0 ;等待键释放 40H,#0 ;显示时长 +9 40H,$ 0 ;等待键释放 05H ;5、 6位闪烁标志位置位 06H 06H 州职业技术学院毕业论文 附录 B：程序清单 28 ;等待键释放 ;等待键按下 +19 ;等待键释