单片机课程动静态显示设计方案

1 单片机课程动静态显示设计方案 一、设计任务与要求 计背景 随着科学技术的发展和电子技术产业结构调整，单片机开始迅速发展，由于家用电器逐渐普及，市场对于智能时钟控制系统的需求也越来越大。单片机以其芯片集成度高、处理功能强、可靠性高等优点，成功应用于工业自动化、智能仪器仪表、家电产品等领域。 近些年，人们对数字钟的要求也越来越高，传统的时钟已不能满足人们的需求。多功能数字钟不管在性能还是在样式上都发生了质的变化，有电子闹钟、数字闹钟等等。单片机在多功能数字钟中的应用已是非常普遍的， 人们对数字钟的功能及工作顺序都非常熟悉。但是却很少知道它的内部结构以及工作原理。由单片机作为数字钟的核心控制器，可以通过它的时钟信号进行计时实现计时功能，将其时间数据经单片机输出，利用显示器显示出来。通过键盘可以进行定时、校时功能。输出设备显示器可以用液晶显示技术和数码管显示技术。 单片机系统作为一种典型的嵌入式系统，其系统设计包括硬件设计和软件编程设计两个方面，其调试过程一般分为软件调试、硬件测试、系统调试。 课程设计目的 通过 单片机原理与应用 课程设计，使学生掌握单片机及其扩展系 统设计的方法和设计原则及相应的硬件调试的方法。进一步加深单片机及其扩展系统设 2 计和应用的理解 计要求 1、主电路系统由秒信号发生器、 “ 时、分、秒 ” 计数器、译码器及显示器、校时电路、整点报时电路组成 2、秒信号产生器是整个系统的时基信号，它直接决定计时系统的精度，一般用石英晶体振荡器加分频器来实现。将标准秒信号送入 “ 秒计数器 ” ， “ 秒计数器 ” 采用 60 进制计数器，每累计 60 秒发出一个 “ 分脉冲 ” 信号，该信号将作为 “ 分计数器 ” 的时钟脉冲。 “ 分计数器 ” 也采用 60 进制计数器，每累计 60 分钟，发出一个 “ 时脉冲 ” 信号，该信号将被送到 “ 时计数器 ” 。 “ 时计数器 ” 采用 24 进制计时器，可实现对一天 24 小时的累计 3、译码显示电路将 “ 时 ” 、 “ 分 ” 、 “ 秒 ” 计数器的输出状态菁七段显示译码器译码，通过六位 段显示器显示出来 4、校时电路时用来对 “ 时 ” 、 “ 分 ” 、 “ 秒 ” 显示数字进行校对调整的 二、总体方案设计 路的总体原理框图 根据以上的电子时钟的设计要求可以分为以下的几个硬件电路模块：单片机模块、数码显示模块与按键模块，模块之间的关系图如下面得方框电路图 1 所示 单片机 数码管显示 晶振 3 图 1 硬件电路方框图 现时钟计时的基本方法 利用 列单片机的可编程定 时 /计数器、中断系统来实现时钟计数。 (1) 计数初值计算 : 把定时器设为工作方式 1，定时时间为 50计数溢出 20 次即得时钟计时最小单位秒，而 100 次计数可用软件方法实现。 假设使用 T/式 1， 50时， 2 则初值 X 满足（ 216 1/1212 s =50000 s X=15536 0011110010110000 32) 采用中断方式进行溢出次数累计 ,计满 20 次为秒计时（ 1 秒）； (3) 从秒到分和从分到时的计时是通过累加和数值比较实现。 子钟的时间显示 电子钟的时钟时间在六位数码管上进行显示，因此，在内部 设置显示缓冲区共8 个单元。 7H 36H 35H 34H 33H 32H 31H 30H 时十位 时个位 分隔 分十位 分个位 分隔 秒十位 秒个位 子钟的时间调整 电子钟设置 3 个按键通过程序控制来 完成电子钟的时间调整。 A 键按一次调整时，按第二次调整分钟，第三次推出时间调整； 时间调整器 4 B 键对小时或分钟进行加一； C 键对小时或分钟进行减一； 体方案介绍 时方案 利用 片机内部的定时 /计数器进行中断时，配合软件延时实现时、分、秒的计时。该方案节省硬件成本，且能使读者在定时 /计数器的使用、中断及程序设计方面得到锻炼与提高，对单片机的指令系统能有更深入的了解，从而对学好单片机技术这门课程起到一定的作用。 制方案 和 外接由八个 码管 (成的显示器，用作 段码输出口， 作八个 码管的位控输出线， 外接四个按键 A、B、 C 构成键盘电路。 一种低功耗，高性能的 位微型计算机。它带有 8K 编程和擦除的只读存储器（ 该器件采用 高密度非易失性存储器技术制造，与工业上标准的 80 80指令系统及引脚兼容，片内 成在一个芯片上，可用与解决复杂的问题，且成本较低。简易电子钟的功能不复杂，采用其现有的 I/O 便可完成 ，所以本设计中采用此的设计方案。 三、数字钟的硬件设计 5 小系统 片分析 片机引脚图如下： 图 3 脚图 片机是标准的 40 引脚双列直插式集成电路芯片，其各引脚功能如下： +5V 电源。 地。 位信号。当输入的复位信号延续两个机器周期以上的高电平时即为有效，用完成单片机的复位初始化操作。 接晶体引线端。当使用芯片内部时钟时，此二引线端用于外接石英晶体和微调电容；当使用外部时钟 时，用于接外部时钟脉冲信号。 ： 为一个 8 位漏极开路双向 I/O 口，当作输出口使用时，必须接上拉电阻才能有高电平输出；当作输入口使用时，必须先向电路中的锁存器写入 “ 1” ，使 止，以避免锁存器为 “ 0” 状态时对引脚读入的干扰。 6 ： 是一个内部提供上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，它不再需要多路转接电路此它作为输出口使用时，无需再外接上拉电阻，当作为输入口使用时，同样也需先向其锁存器写 “ 1” ，使输出驱动电路的 止。 ： 电路比 电路多了一个多路转接电路 又正 好与 一样。可以作为通用的 I/O 口使用，这时多路转接电路开关倒向锁丰存器 Q 端。 ： 特点在于，为适应引脚信号第二功能的需要，增加了第二功能控制逻辑。当作为 I/O 口使用时，第二功能信号引线应保持高电平，与非门开通，以维持从锁存器到输出端数据输出通路的畅通。当输出第二功能信号时，该位应应置 “ 1” ，使与非门对第二功能信号的输出是畅通的，从而实现第二功能信号的输出，具体第二功能如表 3示。 脚 兼用功能 行通讯输入（ 行通讯输出（ 部中断 0（ 部中断 1（ 时器 0 输入 (时器 1 输入 (部数据存储器写选通 部数据存储器写选通 33 端口引脚兼用功能表 振电路 右图所示为时钟电路原理图，在 片内部有一个高增益反相放大器，其输入端为芯片引脚 出端为引脚 在芯片内部， 间跨接晶体振荡器和微调电容，从而构成一个稳定的自激振荡器。时钟电路产生的振荡脉冲 经过触发器进行二分频之后，才成为单片机的时钟脉冲信号。 7 图 3振电路 码显示模块设计 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 示器、液晶 示器、 示器等。 示器是现在最常用的显示器之一，如下图所示。 图 3示器的符号图 发光二极管（ 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 示器件（半导体显示器）。分段式显示 器（ 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。 阴之分。图是共阳式、共阴式 码管的原理图和符号 。 8 图 3阳式、共阴式 码管的原理图和数码管的符号图 系统采用动态显示方式，用 来控制 码管的段控线，而用 来控制其位控线。动态显示通常都是采用动态扫描的方法进行显示，即循环点亮每一个数码管，这样虽然在任何时刻都只有一位数码管被点亮，但由于人眼存 在视觉残留效应，只要每位数码管间隔时间足够短，就可以给人以同时显示的感觉。 四、系统软件设计 件设计分析 在编程上，首先进行了初始化，定义程序的的入口地址以及中断的入口地址，在主程序开始定义了一组固定单元用来储存计数的时 秒，在显示初值之后，进入主循环。在主程序中，对不同的按键进行扫描，实现秒表，时间调整，复位清零等功能。 9 程序清单 30H 2 0000H ;程序开始 0003H ;关外中断 0 000 ;定时器 断程序入口 ;跳至 行 0013H ;关中断 1 001 ;定时器 断程序入口 ;跳至 行 0023H ;关串行中断 9H,92H,82H,00H,90H,08H,0共阳段码表 012 34567 89不亮 A- 9H,92H,82H,00H,90H,08H ; 显示数 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 不亮 C - A ; 内存数 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 000 ;，启动时显示 2013 年 06 月 07 日、 号）用 10 05H,01H,01H,00H,01H,00H,0B 07H,00H,06H,00H,03H,01H,00H,02H,0 14H ;1 毫秒延时 19H ;20 毫秒延时 20H ;8 毫秒 *32= 程序开始 ; ;整点报时用 A,#10H B,79H A,78H 08H 主程序开始 T ;上电显示年月日及班级学号 00H ;清 00存单元 80H ; 00H ; ; ; 20H,#00H ;清 20H（标志用） 70 ;放入 熄灭符 数据 11H ;设 16 位定时器 11 0 ;50时初值（ 时用） 3 ;50时初值 0 ;50时初值（ 烁定时用） 3 ;50时初值 ;总中断开放 ;允许 断 ;开启 时器 14H ;1 秒定时用计数值（ 5020） 70H ;显示单元为 70以下主程序循环 ;调用显示子程序 _ ;为 0 时转时间调整程序 ;秒表功能， 键调时时作减 1 加能 ;秒表 08H, ;为 1 时跳回 B ; ;等待键释放 05H, 50H 50H,#0 ;- - 51H,#0 ;黑 ;分加 1 ;分减 1 ;进入时调整 05H ;消抖 ;进入时调整 ;转到时 间调整程序 ;消抖 ;等键 释放 53H ; 12 A, ;分数据放入 A C ;清进位标志 A,#60H, ;小于 60 分时返回 ;大于或等于 60 分时分计时单元清 0 ;消抖 ;等键 释放 53H ; 以下秒表功能 /时钟转换程序 ;按下 进行功能转换 B _ 03H 03H, 60H ;显示秒表数据单元 60H,#00H 61H,#00H 62H,#00H 63H,#00H 64H,#00H 65H,#00H 0 ;10时初值（） 0 ;10时初值 _ 70H ;显示时钟数据单元 _ 以下秒表暂停 清零功能程序 ;按下 停或清 0,按下 出秒表回到时钟计时 B _ _ 13 _ B _ B _ _ 60H,#00H 61H,#00H 62H,#00H 63H,#00H 64H,#00H 65H,#00H B _ B _ _ 以下键等待释放时显示不 会熄灭用 _ _ _ _ 1 秒计时程序 ;断服务程序 ;累加器入栈保护 ;状态字入栈保护 ;关 断允许 ;关闭定时器 A,#0 ;中断响应时间同步修正 A, ;低 8 位初值修正 ;重装初值（低 8 位修正值） A,#3 ;高 8 位初值修 正 A, ;重装初值（高 8 位修正值） ;开启定时器 14 ;20 次中断未到中断退出 14H ;20 次中断到（ 1 秒）重赋初值 07H 71H ;指向秒计时单元（ 71 ;调用加 1 程序（加 1 秒操作） A, ;秒数据放入 A（ 2 位十进制数组合） C ;清进位标志 A,#60H, ;小于 60 秒时中断退出 ;大于或等于 60 秒时对秒计时单元清 0 77H ;指向分计时单元（ 76 ;分计时单元加 1 分钟 A, ;分数据放入 A C ;清进位标志 A,#60H, ; ;小于 60 分时中断退出 ;大于或等于 60 分时分计时单元清 0 ;正点报时 08H 79H ;指向小时计时单元（ 78 ;小时计时单元加 1 小时 A, ;时数据放入 A C ;清进位标志 A,#24H, ; ;小于 24 小时中断退出 ;大于 或等于 24 小时小时计时单元清 0 72H,76H ;中断退出时将分、时计时单元数据移 73H,77H ;入对应显示单元 74H,78H ; 75H,79H ; ;恢复状态字（出栈） ;恢复累加器 ;开放 断 ;中断返回 ;闪动调时程序 秒表功能程序 ;断服务程序，用作时间调整时调整单元闪烁指示或秒表计时 ;中断现场保护 03H, ;=1 时秒表 #0 ;装定时器 时初值 #3 _ ;未到退出中断（ 50断 6 次） 15 06H ;重装 定时用初值 02H ;定时到对闪烁标志取反 02H, ;02H 位为 1 时显示单元 熄灭 72H,76H ;02H 位为 0 时正常显示 73H,77H 74H,78H 75H,79H ;恢复现场 ;中断退出 01H, ;01H 位为 1 时，转小时熄灭控制 72H,7 ;01H 位为 0 时， 熄灭符 数据放入分 73H,7 ;显示单元（ 72 将不显示分数据 74H,78H 75H,79H ;转中断退出 72H,76H ;01H 位为 1 时， 熄灭符 数据放入小时 73H,77H ;显示单元（ 74小时将不显示 74H,7 75H,7 ;转中断退出 A,#0 ;中断响应时间同步修正 ,重装初值（ 10 A, ;低 8 位初值修正 ;重装初值（低 8 位修正值） A,#0 ;高 8 位初值修正 A, ;重装初值（高 8 位修正值） ;开启定时器 61H ;指向秒计时单元（ 71 ;调用加 1 程序（加 1 秒操作） C A, ;加 1 后为 00， C=0 ;加 1 后不为 00， C=1 ;大于或等于 60 秒时对秒计时单元清 0 63H ;指向分计时单元（ 76 ;分计时单元加 1 分钟 A, ;分数据放入 A C ;清进位标志 A,#60H, ;小于 60 分时中断退出 ;大于或等于 60 分时分计时单元清 0 65H ;指向小时计时单元（ 78 16 ;小时计时单元加 1 小时 ;恢复状态字（出栈） ;恢复累加器 ;中断返回 ; ; 加 1 子 程 序 A, ;取当前计时单元数据到 A ;指向前一地址 A ;A 中数据高四位与低四位交换 A, ;前一地址中数据放入 A 中低四位 A,#01H ;A 加 1 操作 A ;十进制调整 ;移入 存器 A,#0 ;高四位变 0 ;放回前一地址单元 A, ;取回 暂存数据 ;指向当前地址单元 A ;A 中数据高四位与低四位交换 A,#0 ;高四位变 0 ;数据放入当削地址单元中 ;子程序返回 ;分减 1 子 程 序 ; A, ;取当前计时单元数据到 A ;指向前一地址 A ;A 中数据高四位与低四位交换 A, ;前一地址中数据放入 A 中低四位 A ;A 减 1 操作 3,A ;移入 存器 A,#0 ;高四位变 0 C ;清进位标志 A,#0 09H ;大于等于 0 9 A, ;取回 暂存数据 ;指向当前地址单元 A ;A 中数据高四位与低四位交换 A,#0 ;高四位变 0 ;数据放入当削地址单元中 ;子程序返回 ; A,#59H A, ;移入 存器 17 A,#0 ;高四位变 0 时减 1 子 程 序 A, ;取当前计时单元数据到 A ;指向前一地址 A ;A 中数据高四位与低四 位交换 A, ;前一地址中数据放入 A 中低四位 ;00 减 1 为 23（小时） A ;A 减 1 操作 ;移入 存器 A,#0 ;高四位变 0 C ;清进位标志 A,#0 ;时个位大于 9 为 9 09H ;大于等于 0 9 A, ;取回 暂存数据 ;指向当前地址单元 A ;A 中数据高四位与低四位交换 A,#0 ;高四位变 0 ;时十位数数据放入 ;子程序返回 A,#23H A, ;时个位小于 0A 不处理 A,#0 ;高四位变 0 ;个位移入 清零程序 ;对计时单元复零用 A ;清累加器 ;清当前地址单元 ;指向前一地址 ;前一地址 单元清 0 ;子程序返回 ;时钟时间调整程序 ;当调时按键按下时进入此程序 ;关定时器 断 ;关闭定时器 ;调用 1 秒延时程序 ;消抖 ;键按下时间小于 1 秒，关闭显示（省电） 06H ;进入调时状态，赋闪烁定时初值 70H,#00H ;调时时秒单元为 00 秒 18 71H,#00H ;允许 断 ;开启定时器 ;为 0（键未释放），等待 00H ;键释放，分调整闪烁标志置 1 ;等待键按下 ;有键按下，延时 ;消抖 _ ;按下时间大于 转调小时状态 77H ;按下时间小于 加 1 分钟操作 ;调用加 1 子程序 A, ;取调整单元数据 C ;清进位标志 A,#60H, ;调整单元数据与 60 比较 ;调整单元数据小于 60 转 环 ;调整单元数据大于或等于 60 时清 0 C ;清进位标志 ;跳转到 环 ;省电（ 显示）状 态。开 断 ;开启 时器（开时钟） ;无按键按下，等待。 ;消抖 ;是干扰返回 待 ;等待键释放 ;返回主程序（ 据显示亮） 00H ;分闪烁标志清除（进入调小时状态） 01H ;小时调整标志置 1 ;等待键释放 ;等待按键按下 ;有键按下延时 ;消抖 ;按下 时间大于 退出时间调整 79H ;按下时间小于 加 1 小时操作 ;调加 1 子程序 A, C A,#24H, ;计时单元数据与 24 比较 ;小于 24 转 环 ;大于或等于 24 时清 0 操作