课程设计（论文）-基于单片机的电子计时器设计.doc

课程设计(论文)题 目 名 称 基于单片机的电子计时器设计 课 程 名 称 单片机原理及其在电气测控学科中的应用 学 生 姓 名 学 号 0942130147 系 、专 业 机电工程系 09-3电气自动化 指 导 教 师 2012i摘 要单片机自20世纪70年代问世以来，以其极高的性能价格比，受到人们的重视和关注，应用很广、发展很快。单片机体积小、重量轻、抗干扰能力强、环境要求不高、价格低廉、可靠性高、灵活性好、开发较为容易。由于具有上述优点，在我国，单片机已广泛地应用在工业自动化控制、自动检测、智能仪器仪表、家用电器、电力电子、机电一体化设备等各个方面，而51单片机是各单片机中最为典型和最有代表性的一种。这次毕业设计通过对它的学习、应用，以at89c51芯片为核心，辅以必要的电路，设计了一个简易的电子时钟，它由4.5v直流电源供电，通过数码管能够准确显示时间，调整时间，从而到达学习、设计、开发软、硬件的能力。关键词：单片机；at89c51；电子时钟；数码管28目 录摘 要01 绪论12 系统概述及总体设计22.1系统概述22.2总体设计23 硬件设计33.1系统工作原理33.2 单片机的复位电路33.3单片机的晶振电路43.4按键电路43.5 时钟显示电路54 软件设计65 系统仿真调试说明116 仿真结果与分析12参考文献13致 谢14附录（电路原理图）15附录（程序清单）161 绪论电子计时器，自从它发明的那天起，就成为人类的朋友，但随着时间的推移，科学技术的不断发展，人们对时间计量的精度要求越来越高，应用越来越广。怎样让时钟更好的为人民服务，怎样让我们的老朋友焕发青春呢？这就要求人们不断设计出新型时钟。现今，高精度的计时工具大多数都使用了石英晶体振荡器，由于电子计时器，石英表，石英钟都采用了石英技术，因此走时精度高，稳定性好，使用方便，不需要经常调校，数字式电子钟用集成电路计时时，译码代替机械式传动，用led显示器代替显示器代替指针显示进而显示时间，减小了计时误差，这种表具有时，分，秒显示时间的功能，还可以进行时和分的校对，片选的灵活性好。电子计时器电路在计算机系统中起着非常重要的作用，是保证系统正常工作的基础。在一个单片机应用系统中，时钟有两方面的含义：一是指为保障系统正常工作的基准振荡定时信号，主要由晶振和外围电路组成，晶振频率的大小决定了单片机系统工作的快慢；二是指系统的标准定时时钟，即定时时间，它通常有两种实现方法：一是用软件实现，即用单片机内部的可编程定时/计数器来实现，但误差很大，主要用在对时间精度要求不高的场合；二是用专门的时钟芯片实现，在对时间精度要求很高的情况下，通常采用这种方法，典型的时钟芯片有：ds1302，ds12887，x1203等都可以满足高精度的要求。本文主要介绍用单片机内部的定时/计数器来实现电子计时器的方法，本设计由单片机at89c51芯片和led数码管为核心，辅以必要的电路，构成了一个单片机电子计时器。2 系统概述及总体设计2.1系统概述 单片机自20世纪70年代问世以来，以其极高的性能价格比，受到人们的重视和关注，应用很广、发展很快。单片机具有体积小、重量轻、抗干扰能力强、环境要求不高、价格低廉、可靠性高、灵活性好、开发较为容易。 目前单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。电子计时器是一种利用数字电路来显示秒、分、时的计时装置，与传统的机械钟相比，它具有走时准确、显示直观、无机械传动装置等优点，因而得到广泛应用。随着人们生活环境的不断改善和美化，在许多场合可以看到电子钟。在城市的主要营业场所、车站、码头等公共场所使用的电子计时器已经成为一种时尚。但目前市场上各式各样的电子钟大多数用全硬件电路实现，电路结构复杂，功率损耗大等缺点。因此有必要对数字电子钟进行改进。2.2总体设计 微处理器的设计选择89c51；显示电路的设计选用数码显示，将数码显示与驱动集成在一块芯片上；校时电路的设计，通过两个按钮来控制，一个使时钟加一，另一个使分钟加一；闹铃的设计，软件方面需通过不断比较当前时间与闹铃设定的时间来实现闹铃；硬件方面，同样需要用到一个按钮来设置闹铃时间以及停闹铃；秒表的设计，硬件通过一个按钮控制秒表的开、停，软件利用外部中断0来实现停秒表。还有一些其他控制电路如复位电路、时钟电路等。通过这些控制电路的连接构成了完整的电路。本系统是一个多功能电子计时器，数码管显示时间，具有通过多个按钮对对应的时、分进行加一调节，设闹钟，开、停秒表以及复位。3 硬件设计3.1系统工作原理 at89c518 位led显 示 器led显示器段码驱动5个独立式按钮按 钮led显示器位码驱动按键复位蜂鸣器图3.1 系统结构图对定时器t0设置一个50ms的脉冲，设定一计数功能的单元地址20h，其内容是20。通过当20h中值减为0时秒加一。当秒、分值为60时，该位清零，且高位加一。该系统是通过p2口控制时、分、秒的位的选择，通过p0口由74ls245锁存器实现时、分、秒具体的09的显示。分、时的调节是通过p1.1、p1.2口两个按钮，每一个按钮按下，对应端口由高电平变为低电平，程序进入一个相对应的加一程序。进入闹铃设置是通过 p3.3口按钮来控制的，闹铃的调整要调用闹铃的时间调整程序，闹铃响起后要停止闹铃，只要按下p3.3口的按钮则外部中断1来申请中断来实现停闹铃。按下p3.2口的按钮则开启秒表，再按一下按钮则由外部中断0申请中断来停止秒表。p1.0口接按钮实现清零功能。按下后，时钟从零时零分零秒显示。复位电路我们采用了上电复位和手动复位相结合的形式，设置了一个复位按钮。3.2 单片机的复位电路我们采用上电复位和手动复位相结合的方式。图3.2 复位电路3.3单片机的晶振电路在晶振两侧各接一个30pf的瓷片电容接地，用来削减偕波对电路的稳定性的影响。图3.3 单片机的晶振电路3.4按键电路按下键后对应的端口被拉成低电平以实相应的功能。其中的秒表按键以及闹钟按键功能比较强大，他们须分别实现秒表的开、停和设置闹钟时间的进入以及停止闹铃。图3.4 电子时钟的按键电路3.5 时钟显示电路我们选用了8个共阴极的数码管来显示时钟。因为段选端需要接一个锁存器以稳定显示，而p0口的驱动能力最大，所以我们选p0口为段选段。p2口为位选。不选p3口是因为我们要用外部中断0、1来实现停秒表和停闹铃的功能。图3.5 时钟显示电路4 软件设计程序流程yyn响闹铃ny闹铃比较，（18h）=1y设置各中断程序入口地址设置初始时钟，（19h）=1t0初始化开中断，启动t0显示时钟按键扫描有键按下否外部中断1是否响应停闹铃功能程序n开始 图4.1 主程序流程图程序开始后，设置各中断路口的首地址，然后开启中断，启动后将其与闹钟设定数值相比较，若没有达到闹钟设定数值则显示时钟然后再按键扫描，并执行相应的功能程序。若达到了闹钟设定数值，则向闹钟。当外部中断相应时，闹钟停止。开始显示时钟p1.1是否按下（调分）显示p1.2否按下（调时）显示闹铃比较处调时钟 y n 回到闹铃比较处图4.2 调时钟流程图当按下p1.1或p1.2时，分别对分和时加一，然后再显示，当所调时与闹钟时间比较没有达到时，则回到闹钟比较处。开始 设置闹钟时间 显示原闹钟时间显示，（19h）=0p1.1是否按下（调分）p1.2是否按下（调时）显示，（19h）=0是否退出？ 回 回到闹铃比较处闹铃比较处图4. 设闹钟流程图开始对闹钟时间进行调节，按p1.1和p1.2分别对分钟和时钟加一，查看显示值，查看（19h）中的值是否为零，再判断是否退出回到闹铃比较处。重置初值，启动下一个50ms(20h)=0?秒单元加1，（20h）=14h秒单元=60？分单元加1，秒单元清零分单元=60？时单元加1，分单元清零时单元=24？时、分、秒单元清零中断返回进入主时钟中断 开始n y n n y n y y 图4. 主时钟计时流程图本程序是主时钟中断程序，首先对其设定初值，查看（20h）中的值是否为零，为零时秒单位加一，当秒为60时，分加一。当分为60时，时加一。当时为24时，对秒分时都清零。然后返回中断。5 系统仿真调试说明在wave中编好一个功能程序，编译无误后，添加到proteus仿真软件中的at89c51芯片中，保存，运行，观察是否得到想要的结果，如果不是则回到wave中改进程序，再编译、仿真，直至所有功能均可实现。 显示时钟功能，要能显示时、分、秒，并能显示之间的分隔符。秒表功能，按下相应按钮开秒表，再次按下则停秒表。清零功能，按下清零键当前时间从零时零分零秒走起。设置闹铃时间功能，按下相应的键要进入调闹铃，此时只显示时、分以及其间的分隔符，按下调分键进行调分，按下调时则调时。闹铃功能，到了设定的时间后蜂鸣器发出有规则的断、续的声音，按下设置闹铃的键则停止鸣叫。 6 仿真结果与分析图6.1仿真结果图刚开始仿真是遇到了困难，数码管不显示，原来是程序出错，不能达到指定的功能经过反复修改程序，终于实现了其基本功能，按各个开关都能实现指定的功能，调时，调秒表，调闹钟等。仿真的成功，让我收获到成功的喜悦。让我懂得了硬件和软件的功能，使我受益匪浅。参考文献1李朝青.单片机原理及接口技术.(第三版)，北京航空航天大学出版社，1999：18-47页2朱清慧 张凤蕊 翟天嵩 王志奎.proteus 教程电子线路设计制版与仿真.m，清华大学出版社，2008:1-116页3李维祥.单片机原理与应用m.天津大学出版社，2001：1-96页4钱逸秋.单片机原理与应用m.电子工业出版社，2002:1-102页5华成英，童诗白.模拟电子技术基础(第四版).高等教育出版社，2006:39-222页致 谢首先要感谢辅导老师的细心教导，教会了我们如何写论文，后面我们终于搞出了像样的论文，对所学知识也有了更深入的了解，并且能够将所学知识融会贯通，这些都归功于指导老师孜孜不倦的教导。在整个设计过程中，我们充分发挥了人的主观能动性，自主学习，学到了许多课本上没法学到的知识，较好的完成了作品，达到了预期的目的，完成了最初的设想。通过这次设计，认识到对电路的设计、布局要先有一个好的构思，才显得电路板美观、大方。程序编写中，由于思路不清晰，开始时遇到了很多的问题，经过静下心来思考，查阅了很多资料，理清了思路，渐渐开始得心应手。在此次设计中，知道了无论做什么事要有一颗平常的心，不要想着走捷径，一步一个脚印才是硬道理。通过这次设计，会让我以后的学习和办事变得更加严谨、更加有耐心、更加有条理。最后，再次要感谢我们的老师，是他教给了我们全面的基础知识，如果没有精湛的基础知识作为后盾，一切都是不可能的附录（电路原理图） 电路原理图 电路原理图 附录（程序清单） org 0000h ljmp main org 0003h ljmp runhold ；停秒表中断 org 000bh ljmp run ；秒表计时中断 org 0013h ljmp stop ；停闹铃鸣叫 org 001bh ljmp timer ；主时钟计时中断 org 0100hmain：mov sp,#60h ；设置堆栈 setb rs0 ；设置当前工作组 clr rs1 clr it0 ；设置外部0中断方式 clr it1 ；设置外部1中断方式 mov tmod,#11h ；t0主时钟计时，t1秒表计时 mov 20h,#14h ；主时钟计时循环次数 clr a mov 30h,a ；主时钟计时数据存放单元，秒十六进制存储单元 mov 31h,a ；分十六进制存储单元 mov 32h,a ；时十六进制存储单元 mov 72h,#10h ；分秒分隔符 mov 75h,#10h ；时主时钟计时循环次数 mov 76h,a mov 77h,a mov 51h,a ；设置闹铃时间 mov 52h,a setb et1 ；开放t0中断 setb ea mov th1,#3ch mov tl1,#0b0h setb tr1 ；开t0 clr 19h ；设置调闹钟标志 * 闹钟比较 *alarmc：jb 19h,keyscan setb ex1 setb 18h ；设置停闹铃鸣叫标志 mov a,32h cjne a,52h,keyscan mov a,31h cjne a,51h,keyscan set3:jnb 18h,keyscan setb 19h clr p1.7 ；闹铃鸣叫 lcall led_bcd setb p1.7 lcall led_bcd ajmp set3 * 按钮扫描 * keyscan：clr ex1 lcall led_bcd jb p1.1,set5 madd1：lcall del05s ；调分 jnb p1.1,set4 clr et1 clr tr1 mov a,#1h add a,31h da a mov 31h,a cjne a,#60h,set5 mov 31h,#00h mov a,#1h add a,32h da a mov 32h,a ajmp set5 set4:jnb p1.1,$ set5：lcall led_bcd setb et1 setb tr1 jb p1.2,set9 hadd1：lcall del05s ；调时 jnb p1.2,set8 mov a,#1h add a,32h da a mov 32h,a cjne a,#24h,set9 mov 32h,#00h ajmp set9 set8：jnb p1.2,$ set9：lcall led_bcd setb et1 setb tr1 jb p3.2,clear lcall del05s jnb p3.2,set10 setb et0 ；进入秒表 set16：mov th0,#3ch mov tl0,#0b0h mov 21h,#02h mov 40h,#00h mov 41h,#00h mov 42h,#00h mov 43h,#00h mov 01h,#01h setb tr0 set11：lcall disprun setb ex0 jb 01h,set11 mov 75h,#10h lcall led_bcd lcall led_bcd lcall led_bcd ajmp clear set10：jnb p3.2,$ clear:：lcall led_bcd jb p1.0,ajustalarm ；清零 lcall del05s jnb p1.0,set15 ljmp set19 set15：jnb p1.0,$ ajmp ajustalarm set19：clr tr1 clr a mov 30h,a mov 31h,a mov 32h,a setb tr1 lcall led_bcd lcall alarmcajustalarm：jb p3.3,set31 ；调闹铃 lcall del05s jnb p3.3,set32 set33：lcall dispalarm jnb p1.1,set36 jb p1.2,set33 ljmp set37 set36：ljmp set34 set37：ljmp set35 set31：ljmp alarmc set32：jnb p3.3,$ ljmp alarmc stop：push psw ；停闹铃中断 push a setb p3.3 clr 18h clr ex1 clr p1.4 pop a pop psw reti runhold：push psw ；停秒表 push a clr et0 clr tr0 mov 00h,#150 set13：lcall disprun djnz 00h,set13 clr 01h clr ex0 pop a pop psw reti run：push psw ；秒表计时中断 push a mov th0,#3ch mov tl0,#0b0h djnz 21h,return mov 21h,#02h mov a,#1h add a,40h da a mov 40h,a cjne a,#10h,return mov 40h,#00h mov a,#1h add a,41h da a mov 41h,a cjne a,#10h,return mov 41h,#00h mov a,#01h add a,42h da a mov 42h,a cjne a,#10h,return mov 42h,#00h mov a,#01h add a,43h da a mov 43h,a cjne a,#10h,return mov 43h,#00h return：lcall disprun pop a pop psw reti disprun：push 08h ；秒表计时中断 push a mov r0,#42h mov 22h,#2h mov p2,#0feh mov a,40h mov dptr,#tab movc a,a+dptr mov p0,a lcall del10ms mov a,p2 rl a mov p2,a mov a,41h mov dptr,#tab1 movc a,a+dptr mov p0,a lcall del10ms mov a,p2 rl a mov p2,a next：mov a,r0 mov dptr,#tab movc a,a+dptr mov p0,a lcall del10ms mov a,p2 rl a mov p2,a inc r0 djnz 22h,next pop a pop 08h ret set34：lcall del05s ；开始调闹钟，调分 jnb p1.6,set25 mov a,#01h add a,51h da a mov 51h,a cjne a,#60h,set23 mov 51h,#00h ajmp set23 set25：lcall display jnb p1.1,$ ajmp set33 set35：lcall del05s ；调时 jnb p1.2,set27 mov a,#01h add a,52h da a mov 52h,a cjne a,#24h,set23 mov 52h,#00h ajmp set23 set27：lcall display jnb p1.2,$ ajmp set33 set23：mov 04h,#150 set24：lcall dispalarm jnb p1.1,set34 jnb p1.2,set35 djnz 04h,set24 clr 19h ljmp alarmcset28：lcall dispalarm ajmp set35 set29：mov 04h,#150 set30：lcall dispalarm jnb p1.1,set34 jnb p1.2,set35 djnz 04h,set30 clr 19h ljmp alarmcdispalarm：mov 70h,#00h ；闹铃显示 mov 71h,#00h mov a,51h anl a,#0fh mov 73h,a mov a,51h anl a,#0f0h swap a mov 74h,a mov a,52h anl a,#0fh mov 76h,a mov a,52h anl a,#0f0h swap a mov 77h,a lcall display1 rettimer：push psw ；主时钟计时中断 push a clr tr1 mov th1,#3ch mov tl1,#0b0h djnz 20h,retuntt mov 20h,#14h mov a,#01h add a,30h da a mov 30h,a cjne a,#60h,retuntt mov 30h,#00h mov a,#01h add a,31h da a mov 31h,a cjne a,#60h,retuntt mov 31h,#00h mov a,#01h add a,32h da a mov 32h,a cjne a,#24h,retuntt mov 32h,#00hretuntt：pop a pop psw setb tr1 reti led_bcd： mov 72h,#10