智能电子产品设计与制作-电子钟的设计与制作.doc

电气与电子信息工程学院智能电子产品设计与制作设计题目： 电子钟的设计与制作 专业班级： 电子信息工程2008级（2）班 学号： 姓 名： 指导教师： 设计时间： 2010/5/232011/6/10 设计地点： k2高频实验室 智能电子产品设计与制作课程设计成绩评定表姓 名学 号专业班级电子信息工程2008级（2）班课程设计题目：智能电子产品设计与制作课程设计答辩或质疑记录：1、2、成绩评定依据：实物制作（40）：课程设计考勤情况（20）：课程设计答辩情况（20）：完成设计任务及报告规范性（20）：最终评定成绩（以优、良、中、及格、不及格评定） 指导教师签字： 2011年 6 月 10 日 电子钟的设计与制作目录1设计任务及要求-12设计方案-13硬件设置-13.1 at89c51单片机简介-13.2单片机型号的选择-63.3数码管显示工作原理-64程序设计-6 4.1程序模块及介绍-65仿真调试-15 5.1 keil调试-15 5.2 protues仿真-15 5.3仿真结果分析-166小结-167参考书目-17附录-18181 设计任务与要求1. 设计一个电子时钟，并且能够实现日期，星期和时分秒的现实和调节。2. 设计出硬件电路。 3. 设计出软件编程方法，并写出源代码。4. 用proteus进行仿真。5用汇方式实现目的。6利用查表，中断等清楚，有序。7系统的各功能模块要编语言编实现程序设计。2 设计方案本设计主要设计了一个基于at89c51单片机的电子时钟。并在液晶屏上显示相应的时间，日期和星期。并通过一个控制键用来实现时间的调节。应用proteus的isis软件实现了单片机电子时钟系统的设计与仿真。该方法仿真效果真实、准确，节省了硬件资源。该设计的硬件部分主要包括89c51多功能接口芯片用于开发电子时钟芯片、液晶显示器用于显示时间。3 硬件设计3.1 at89c51单片机简介at89c51单片机是一种低功耗，高性能的片内含有4kb可编程/擦除只读存储器（fperomflash programmable and erasable read only memory）的8位coms微控制器，使用高密度，非易失存储技术制造，并且与at89c51引脚和指令系统完全兼容。芯片上的fperom允许在线编程或采用通用的非易失存储编程器对存储器重复编程。3.1.1 单片机的构成at89c51单片机是在一块芯片中集成了cpu、ram、rom、定时器/计数器和多种功能的i/o线等一台计算机所需要的基本功能部件，at89c51单片机单片机内包含下列几个部件：（1） 一个8位cpu；（2）一个片内振荡器及时钟电路；（3）4k字节rom程序存储器；（4）128字节ram数据存储器；（5）两个16位定时器/计数器；（6）可寻址64k外部数据存储器和64k外部程序存储器空间的控制电路；（7）32条可编程的i/o线（四个8位并行i/o端口）；（8）一个可编程全双工串行口；（9）具有五个中断源、两个优先级嵌套中断结构。其内部机构框图如图3.1所示： 图3.1 mcs-51单片机内部机构框图3.1.2 at89c51单片机性能及特点（1）与mcs-51微控制器产品系列兼容。（2）片内有4kb可在线重复编程的快闪擦写存储器（flash memory）。（3）存储器可循环写入/擦除1000次。（4）存储数据保存时间为10年。（5）工作电压范围：vcc可为2.7v6v。（6）全静态工作：可从0hz到16mhz。（7）程序存储器具有3级加密保护。（8）1288位内部ram。（9）32条可编程i/o线。（10）两个16位定时器/计数器。（11）中断结构具有5个中断源和2个优先级。（12）可编程全双工串行通道。（13）空闲状态维持低功耗和掉电状态保存存储内容。3.1.3 振荡器特性xtal1和xtal2分别为反向放大器的输入和输出，该反向放大器可以配置为片内振荡器。3.1.4 at89c51单片机的引脚说明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。图3.3 at89c51单片机引脚图at89c51单片机的内部硬件结构中除了程序存储器由fperom取代了87c51单片机的eprom外，其余部分完全相同，其管脚说明如下：（1）vcc：供电电压（2）gnd：接地（3）时钟电路 xtal1（19脚）芯片内部振荡电路（单级反相放大器）输入端。 xtal2（18脚）芯片内部振荡电路（单级反相放大器）输出端。 （4）控制信号rst（9脚）复位信号：时钟电路工作后，在此引脚上将出现两个机器周期的高电平，芯片内部进行初始复位，p0口p3口输出高电平，将初值07h写入堆栈指针。ale（30脚）地址锁存信号：当访问外部存储器时，p0口输出的低8位地址由ale输出的控制信号锁存到片外地址锁存器，p0口输出地址低8位后，又能与片外存储器之间传送信息。另外，ale可驱动4个ttl门。（29脚）片外程序存储器读选通：低电平有效，作为程序存储器的读信号，输出负脉冲，将相应的存储单元的指令读出并送到p0口，可驱动8个ttl门。/vpp(30脚）：当为高电平且pc值小于0fffh时，cpu执行内部程序存储器程序；当为低电平时，cpu仅执行外部程序存储器程序。（5）i/o接口p0口（p0.0p0.7，3932脚）三态双向口：p0口结构包括一个输出锁存器、两个三态缓冲器、一个输出驱动电路和一个输出控制端。p1口（p1.0p1.7，18脚）准双向口：p1口做通用i/o接口使用，p1口的每一位口线能独立地作用于输入线，p1口可驱动4个ttl门。p2口（p2.0p2.7，2128脚）通用i/o接口：它做通用i/o接口使用时，是一个准双向口，此时转换开关mux倒向左边，输出极与锁存器相连，引脚可作为用户i/o口线使用，输入/输出操作与p1口完全相同，p2口做地址总线使用。p3口（p3.0p3.7，1017脚）双功能口：p3口做通用i/o接口使用，输出功能控制线为高电平，与非门的输出取决于锁存器的状态，此时锁存器q端的状态与其引脚状态是一致的。p3口也可作为at89c51的一些特殊功能口使用如：p3.0 rxd（串行输入口）；p3.1 txd（串行输出口）；p3.2 /int0（外部中断0）；p3.3 /int1（外部中断1）；p3.4 t0（记时器0外部输入）；p3.5 t1（记时器1外部输入）；p3.6 /wr（外部数据存储器写选通）；p3.7 /rd（外部数据存储器读选通）；3.2 单片机型号的选择 通过对多种单片机性能的分析，最终认为89c51是最理想的电子时钟开发芯片。89c51是一种带4k字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压，高性能cmos8位微处理器，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89c51是一种高效微控制器，而且它与mcs-51兼容，且具有4k字节可编程闪烁存储器和1000写/擦循环，数据保留时间为10年等特点，是最好的选择。3.3 数码管显示工作原理数码管是一种把多个led显示段集成在一起的显示设备。有两种类型，一种是共阳型，一种是共阴型。共阳型就是把多个led显示段的阳极接在一起，又称为公共端。共阴型就是把多个led显示段的阴极接在一起，即为公共商。阳极即为二极管的正极，又称为正极，阴极即为二极管的负极，又称为负极。通常的数码管又分为8段，即8个led显示段，这是为工程应用方便如设计的，分别为a、b、c、d、e、f、g、dp，其中dp 是小数点位段。4 程序设计4.1 程序模块及介绍#include#define uchar unsigned char /宏定义#define uint unsigned int /宏定义sbit rs=p35; /液晶数据/指令选择端：1-数据,0-指令sbit lcden=p34; /液晶使能控制端:1-有效,0-无效sbit shift_key=p32;/位置移动键sbit up_key=p33;/增加键uchar temp=0;/定义定时器溢出计数变量，每隔50ms产生1次溢出，temp加1uint year=2011;/定义年变量并赋初值2011年uchar month=06,day=01,week;/定义月、日、星期变量，并赋初值5月23日uchar hour=23,minute=59,second=58;/定义时、分、秒变量，并赋初值12时00分00秒uchar code week_string74=mon,tue,wed,thu,fri,sat,sun;/定义星期英文缩写表uchar data month_day12=31,0,31,30,31,30,31,31,30,31,30,31;/定义每月天数表/*-定时计数器t0及中断初始化函数-*/ void init(void) tmod=0x01;/设置定时器0为工作方式1 th0=(65536-50000)/256;/16位计数初值除以256得到高8位初值 tl0=(65536-50000)%256;/16位计数初值除以256的余数得到低8位初值 ea=1;/开总中断 et0=1;/开启定时器0中断 ex0=1;/开启外部中断,外部中断用于调整时间 pt0=1;/将定时器0中断设置高优先级,调整时间期不停止计时 tr0=1;/启动定时器0/*-1ms延时函数-*/void delay(uint n) uint i,j; for(i=n;i0;i-) for(j=114;j0;j-);/*-lcd1602写指令函数-*/void lcd1602_write_com(uchar com) rs=0;/rs=0，置指令输入状态 p0=com;/输出指令码 delay(1);/延时1ms lcden=1;/lcden=1,使能端有效 delay(1);/延时1ms lcden=0;/lcden=0,使能端无效/*-lcd1602写数据函数-*/void lcd1602_write_dat(uchar dat) rs=1;/rs=1，置数据输入状态 p0=dat; /输出待显示字符的字符码(ascii码） delay(1);/延时1ms lcden=1;/lcden=1,使能端有效 delay(1);/延时1ms lcden=0;/lcden=0,使能端无效 /*公历平年的2月只有28天，公历闰年的2月有29天。判断公历闰年的算法：、普通年能被4整除且不能被100整除的为闰年。 如：2011年不是闰年,2012年是闰年.2100年也不是闰年。、世纪年能被400整除的是闰年。 如：2000年是闰年，1900年不是闰年。*/void leapyear() /判断某年是否闰年函数 if (0) month_day1=29;/闰年2月29天 else month_day1=28;/平年2月28天 /*由年、月、日计算星期的算法（基姆拉尔森计算公式）： w= (d+2*m+3*(m+1)/5+y+y/4-y/100+y/400) mod 7公式中d表示日期中的日数，m表示月份数，y表示年数。注意：计算时要将一月和二月看成是上一年的十三月和十四月。例：2012-1-10需要换算成2011-13-10来代入公式计算。*/uchar caculateweek(int y,char m, char d)/由年、月、日计算星期函数 uchar w; if(m=1)m=13;y=y-1; else if(m=2)m=14;y=y-1; w=(d+2*m+3*(m+1)/5+y+y/4-y/100+y/400)%7; return w;/*定时计数器中断程序，每当定时计数器溢出时触发中断，执行该程序*/void time0() interrupt 1 th0=(65536-50000)/256;/重装初值 tl0=(65536-50000)%256; if(temp=19)/为了加快仿真速度,将temp设为1，实际应为20 temp=0; if(second=59)/为了加快仿真速度,将second设为2，实际应为59 second=0; if(minute=59)/为了加快仿真速度,将minute设为2，实际应为59 minute=0; if(hour=23)/为了加快仿真速度,将hour设为2，实际应为23 hour=0; leapyear();/闰、平年计算 if(day=month_daymonth-1)/判断日期是否到了每月最后一天 day=1; if(month=12) month=1; year+; else month+; else day+; else hour+; else minute+; else second+; else temp+; week=caculateweek(year,month,day);/根据年月日计算星期void int0() interrupt 0/外部中断函数，当按下setup键时产生外部中断进入调整状态 bit flag; uchar setup_bit=0;/setup_bit用于计数移位次数 ex0=0;/关闭中断函数 do/循环 if(shift_key=0)/判断移位键是否按下 delay(1);/延时消抖 if(shift_key=0)/确认移位键是否按下 while(!shift_key);/等待移位键释放 if(setup_bit=10)/共12位 setup_bit=0; /移位计数值返回0 lcd1602_write_com(0x0c);/设置不显示光标模式 else setup_bit+;/移位计数值加1 lcd1602_write_com(0x0e);/设置显示光标模式 switch(setup_bit)/判断调整哪位,从而确定光标显示位置 case 1: lcd1602_write_com(0x80+0x44+4);/光标设置到分个位显示位置 break; case 2: lcd1602_write_com(0x80+0x44+3);/光标设置到分十位显示位置 break; case 3: lcd1602_write_com(0x80+0x44+1);/光标设置到时个位显示位置 break; case 4: lcd1602_write_com(0x80+0x44+0);/光标设置到时十位显示位置 break; case 5: lcd1602_write_com(0x80+0x01+9);/光标设置到日个位显示位置 break; case 6: lcd1602_write_com(0x80+0x01+8);/光标设置到日十位显示位置 break; case 7: lcd1602_write_com(0x80+0x01+6);/光标设置到月个位显示位置 break; case 8: lcd1602_write_com(0x80+0x01+5);/光标设置到月十位显示位置 break; case 9: lcd1602_write_com(0x80+0x01+3);/光标设置到年个位显示位置 break; case 10: lcd1602_write_com(0x80+0x01+2);/光标设置到年十位显示位置 break; case 11: lcd1602_write_com(0x80+0x01+1);/光标设置到年百位显示位置 break; case 12: lcd1602_write_com(0x80+0x01+0);/光标设置到年千位显示位置 break; default: break; if(up_key=0)/判断增加键是否按下 delay(1);/延时消抖 if(up_key=0)/确认增加键是否按下 while(!up_key);/等待增加键释放 flag=1;/增加键已按动 else flag=0;/增加键未按动 else flag=0;/增加键未按动 if(flag)/若增加键按动 switch(setup_bit)/判断是哪位,从而调整哪位 case 1: if(minute%10=9)/若分个位为9 minute=minute-9;/则分个位清零 else minute+;/否则分个位加1 /lcd1602_write_com(0x80+0x44+4);/分个位显示位置 lcd1602_write_dat(0x30+minute%10);/写入1602 break; case 2: if(minute/10=5)/若分十位为5 minute=minute-50;/则分十位清零 else minute=minute+10;/否则分十位加1 /lcd1602_write_com(0x80+0x44+3);/分十位显示位置 lcd1602_write_dat(0x30+minute/10);/写入1602 break; case 3: if(hour%10=9) hour=hour-9; else hour+; /lcd1602_write_com(0x80+0x44+1);/时个位显示位置 lcd1602_write_dat(0x30+hour%10);/写入1602 break; case 4: if(hour/10=2) hour=hour-20; else hour=hour+10; /lcd1602_write_com(0x80+0x44+0);/时十位显示位置 lcd1602_write_dat(0x30+hour/10);/写入1602 break; case 5: if(day%10=9) day=day-9; else day+; /lcd1602_write_com(0x80+0x01+9);/日个位显示位置 lcd1602_write_dat(0x30+day%10);/写入1602 break; case 6: if(day/10=3) day=day-30; else day=day+10; /lcd1602_write_com(0x80+0x01+8);/日十位显示位置 lcd1602_write_dat(0x30+day/10);/写入1602 break; case 7: if(month%10=9) month=month-9; else month+; /lcd1602_write_com(0x80+0x01+6);/月个位显示位置 lcd1602_write_dat(0x30+month%10);/写入1602 break; case 8: if(month/10=1) month=month-10; else month=month+10; /lcd1602_write_com(0x80+0x01+5);/月十位显示位置 lcd1602_write_dat(0x30+month/10);/写入1602 break; case 9: if(year%10=9) year=year-9; else year+; /lcd1602_write_com(0x80+0x01+3);/年个位显示位置 lcd1602_write_dat(0x30+year%10);/写入1602 break; case 10: if(year%100/10=9) year=year-90; else year=year+10; /lcd1602_write_com(0x80+0x01+2);/年十位显示位置 lcd1602_write_dat(0x30+year%100/10);/写入1602 break; default: break; while(setup_bit!=0);/若所有位未调整完则返回,否则退出调整模式 ex0=1;/重新打开外部中断/*-lcd1602初始化函数-*/void lcd1602_init() lcd1602_write_com(0x38); /设置液晶显示方式:16x2行，5x7点阵，8位数据总线 lcd1602_write_com(0x0c); /设置字符显示开关及光标显示模式:开启字符显示，不显示光标 lcd1602_write_com(0x06); /设置数据指针及显示屏移动模式：数据指针增(即光标右移），显示屏不移 lcd1602_write_com(0x01); /液晶屏幕清屏/*-主函数-*/void main() init();/定时计数器t0及中断初始化 lcd1602_init();/lcd1602初始化 while(1) uchar i; lcd1602_write_com(0x80+0x01); /设置第1行显示首地址01 lcd1602_write_dat(0x30+year/1000);/输出年千位的字符码 lcd1602_write_dat(0x30+(year%1000)/100);/输出年百位的字符码 lcd1602_write_dat(0x30+(year%100)/10);/输出年十位的字符码 lcd1602_write_dat(0x30+year%10);/输出年个位的字符码 lcd1602_write_dat(-);/输出-字符码 lcd1602_write_dat(0x30+month/10);/输出月十位的字符码 lcd1602_write_dat(0x30+month%10);/输出月个位的字符码 lcd1602_write_dat(-);/输出-字符码 lcd1602_write_dat(0x30+day/10);/输出日十位的字符码 lcd1602_write_dat(0x30+day%10);/输出日个位的字符码 lcd1602_write_dat();/输出(字符码 for (i=0;i3;i+) lcd1602_write_dat(week_stringweeki);/输出星期英文缩写字符码 lcd1602_write_dat();/输出)字符码 lcd1602_write_com(0x80+0x40+0x04); /设置第2行显示首地址04 lcd1602_write_dat(0x30+hour/10);/输出小时十位的字符码 lcd1602_write_dat(0x30+hour%10);/输出小时个位的字符码 lcd1602_write_dat(:);/输出:字符码 lcd1602_write_dat(0x30+minute/10);/输出分十位的字符码 lcd1602_write_dat(0x30+minute%10);/输出分个位的字符码 lcd1602_write_dat(:);/输出:字符码 lcd1602_write_dat(0x