课程设计报告-51单片机数字时钟.doc

Harbin Institute of Technology课程设计说明书（论文）课程名称： 课程设计1 设计题目： 数字日历钟表的设计 院 系：电信学院通信工程专业 班 级： 设 计 者： 学 号： 指导教师： 任广辉 设计时间：2012.5.12至2012.6.10 哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学课程设计任务书 姓 名： 院 （系）：电信学院 专 业： 通信工程 班 号： 任务起至日期： 2012 年 5 月 12 日至 2012 年 6 月 10 日 课程设计题目： 数字日历钟的设计 已知技术参数和设计要求：1 数码管显示：秒、分、时（可同时显示，也可轮换显示）2 能够设置时间，“设置按键”数量不限，以简单合理易用为好。3 误差：1秒天（报告中要论述分析是否满足要求）扩展（优秀必作）1 设置校准键：当数字钟显示在“整点30秒”范围时，按动“校准键”，数字钟即刻被调整到整点，消除了30秒的误差。2 加上“星期”显示（可以预置），并可以对其进行设置。 其他要求：1 按动员老师的要求、课程设计报告规范进行设计2 不允许使用时数字钟表、日历专用IC电路。3 可以使用通用器件：模拟、数字、单片机、EPLD、模块电路等。4 设计方法不限。 工作量： 工作计划安排：1. 查阅资料： 2. 方案论证3. 设计、分析、计算、模拟调试、仿真、设计原理4. 撰写报告：课程设计要求、方案论证、原理论述（原理框图、原理图）、分析、计算、仿真，PCB图的设计，误差分析、总结，参考文献等5. 上交课程设计论文2012-6-11前 同组设计者及分工： 指导教师签字_ 年 月 日 教研室主任意见： 教研室主任签字_ 年 月 日*注：此任务书由课程设计指导教师填写哈尔滨工业大学课程设计说明书（论文）数字日历钟的设计1课程设计要求1. 数码管显示：秒、分、时（可同时显示，也可轮换显示）2. 能够设置时间，“设置按键”数量不限，以简单合理易用为好。3. 误差：1秒天（报告中要论述分析是否满足要求）4. 设置校准键：当数字钟显示在“整点30秒”范围时，按动“校准键”，数字钟即刻被调整到整点，消除了30秒的误差。5 加上“星期”显示（可以预置），并可以对其进行设置。2方案论证1. 通过单片机内部的计数/定时器，采用软件编程来实现时钟计数，一般称为软时钟，这种方法的硬件线路简单，系统的功能一般与软件设计相关，通常用在对时间精度要求不高的场合。2. 采用时钟芯片，它的功能强大，功能部件集成在芯片内部，具有自动产生时钟等相关功能，硬件成本相对较高；软件编程简单，通常用在对时钟精度要求较高的场合。3原理论述这里采用应用广泛的80C51单片机作为时钟控制芯片，利用单片机内部的定时/计数器T0 实现软时钟的目的。首先将T0设定工作于定时方式1，对机器周期计数形成基准时间（50ms），然后使用循环的程序结构使基准时间计数20次从而形成秒，秒计60次形成分，分计60形成小时，小时计到24形成一天，天计到7形成一星期，再重新循环。最后通过数码管把它们的内容在相应的位置显示出来，达到时、分、秒计时的功能。此外还要实现对时间的调整功能，80C51的P1.0、P1.1、P1.2、P1.3外接四个独立按键，当按下P1.0按键时，根据按此键次数的不同，系统分别进入调“星期”、“小时”、“分”状态的功能；当按下P1.1按键时，对显示的数码管进行加一的功能；当按下P1.2按键时，对显示的数码管进行减一的功能，达到调整星期的目的。当按下P1.3按键时，系统进入调整“秒”状态的功能，如果此时大于30秒则直接清零“秒”显示的数码管，同时对“分”显示的数码管加一；如果小于等于30秒则直接清零“秒”显示的数码管。同时设置了复位按键，当电路发生故障时，按下此键，可对所有的显示数码管进行清零，达到“复位”的目的。所设计方案的流程图如下4分析4.1 硬件部分采用7SEG-MPX8-CC 八个共阴二极管显示器来显示日期和时间。通过设置功能按键来实现调整日期和整点调时的功能。电路连接使用PCB，使电路连接简洁美观。4.2 软件部分（1） “时钟”基准时间由单片机内部的定时中断T0提供，考虑因素：定时时间是“秒”的整除数，且长短适宜。最长不能超过16位定时器的最长定时时间；最短不能少于中断服务程序的执行时间。基准时间越短，越有利于提高时钟的运行精确度。基准时间定为0.05秒。（2） 用一个计数器对定时中断的次数进行计数，由基准时间为0.05秒知计数值为20即可实现 “秒”定时，同理进行“分”“时”定时，以及“星期”定时。5计算该部分主要是对51单片机内部定时中断T0的计时初值进行计算。该单片机使用的晶振为内部晶振，因此晶振频率为fosc=12MHz，机器周期为Tj=12/fosc=12/12106=1us。由上面分析可知，定时时间T=50ms定时初值为X=216-T/Tj=65536-50000=15536=3CB0H6. 仿真 6.1 数码管显示器结构“星期”、“小时”、“分”、“秒”显示单元如上图所示，上图显示的时间为星期四的1点11分:43秒。对于“星期”显示，0代表星期天，1代表星期一，2代表星期二，3代表星期三，4代表星期四，5代表星期五，6代表星期六。6.2 各按键分布及功能介绍按键功能如下：1 按键1是用来选定“星期”、“小时”、“分”的调整。当不按或者按键次数是3的整数倍时，选定“星期”状态；当除以3余数为1次时，选定“小时”状态；当按除以3余数为2次时，选定“分”状态。2 按键2是对按键1选定的状态进行加一操作。3 按键3是对按键1选定的状态进行减一操作。4 按键4可以进行整点调时功能，当“秒”状态小于等于30秒时，直接对“秒”清零；当“秒”状态大于30秒时，对“秒”清零，同时“分”加一。5 按键5是用来复位的，当电路发生故障时，按下此键，可以使整个电路恢复初始设置。6.3 对“星期”的调整通过调整“星期”、“小时”和“分”的状态，得到如下仿真图6.4 整点调时在16s时按下按键4，在运行12s后可以得到如下结果在35s时按下按键4，“分”加一，“秒”清零，19s后得到如下结果：7PCB图的设计8误差分析使用keil软件进行误差分析，使用debug进行调试，在计时1s处设置断点，当计数初值为3CB0H时，计时1s和计时2s的调试结果如下：计时1s调试结果计时2s调试结果由上表可知，计时1s调试结果为t1=1.000357s，计时2s调试结果t2=2.000646，t2-t1=2.000646-1.000357=1.000289s，也就是1s会有T=289us的误差，可以通过调整计数初值来减小误差。单片机的机器周期Tj=1us，调整量，因而计数初值应改为3CBEH。这样，1s的误差就变为9us，一天的误差为，达到了要求。9. 总结由于大三逐渐接触专业课，但是仅仅停留在书本和考试上，而没有达到“知行合一”的地步。通过这次课程设计，使我体会到了数字电路和单片机这两门课程的重要性和实用性。而且我不仅了解了多种仿真软件以及他们的利弊，还对单片机的汇编语言程序进行了复习。 硬件部分，由于先前我们都没有操作过proteus之类的软件，所以一切从零开始，针对这次课程设计需要，查询了可以用于硬件仿真的软件，有Multisim和proteus。由于Multisim的仿真性能很差，无法仿真单片机，因而选择preteus。然后通过各种渠道学习了proteus软件的基本操作、原理图的绘制修改、原件的封装以及原件集成库的创建。流程很简洁，过程很纠结。我们一步一个脚印地制作着，生怕哪个步骤出错而导致前功尽废。软件部分，由于学习过单片机这门课程，对汇编语言还是比较熟悉，但是过去编辑的程序很短，属于功能比较单一的程序。而这次课程设计的程序相对比较庞大，是一个艰巨的挑战。通过回顾51单片机的中断和定时器/计数器部分，将程序写出来了。然后就是使用keil软件进行调试，修改。最终得到了正确的程序，本报告的程序绝对原创。感谢任老师的悉心指导，感谢学院给我们这次机会来做到“知行合一”。10参考文献1单片机原理与应用 宗成阁 编著2 单片机应用与仿真调试 严天峰 编著3模拟电子技术（第三版） 胡宴如 耿苏燕 编著4数字电子技术（第三版） 杨志忠 卫桦林 编著11. 程序ORG 0000HLJMP STARTORG 000BHLJMP INIT0START: MOV P0,#00HMOV P2,#0FFH MOV R0,#70H;主程序开始MOV R7,#0DHINIT:MOV R0,#00HINC R0DJNZ R7,INITMOV TMOD,#01H;选择定时器/计数器T0的方式1MOV TL0,#0B0H;对低位赋初值MOV TH0,#03CH;高位赋初值SETB EA;开中断SETB ET0SETB TR0;T0计时开始START1:LCALL SCANLCALL KEYSCANSJMP START1DL1MS:MOV R6,#64H;延时1子程序，延时0.5msDL1:MOV R7,#19HDL2:DJNZ R7,DL2DJNZ R6,DL1RETDL20MS:ACALL SCAN;延时20ms子程序ACALL SCANACALL SCANRET ;数码管显示程序开始 SCAN:MOV A,78HMOV B,#0AHDIV AB ;时间秒的十位送给A，时间秒的个位送BMOV 71H,A;时间秒要显示的十位MOV 70H,B;时间秒要显示的个位MOV A,79HMOV B,#0AHDIV AB;时间分的十位送给A，时间分的个位送BMOV 73H,A;时间分要显示的十位送地址MOV 72H,B;时间分要显示的个位送地址MOV A,7AHMOV B,#0AHDIV AB;时间时的十位送给A，时间时的个位送BMOV 75H,A;时间时显示的十位送地址MOV 74H,B;时间时要显示的个位送地址MOV A,7BHMOV B,#7HDIV AB;星期几传给BMOV 76H,#10;连字符显示MOV 77H,B;星期几显示MOV R1,#70HMOV R5,#80HMOV R3,#08HSCAN1:MOV A,R5;数码管的显示程序CPL AMOV P2,AMOV A,R1MOV DPTR,#TABMOVC A,A+DPTR;对字段表取值显示MOV P0,ALCALL DL1MS;延时程序INC R1MOV A,R5RR AMOV R5,ADJNZ R3,SCAN1MOV P2,#0FFHMOV P0,#00HRET ;09和-的字段表TAB:DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H,7FH,6FH,40H;定时/计数器T0中断程序INIT0:PUSH ACCPUSH PSWCLR ET0CLR TR0MOV TL0,#0B0HMOV TH0,#03CHSETB TR0INC 7CHMOV A,7CHCJNE A,#14H,OUTT0;50ms是否到20次，没有到就继续执行50ms的延时MOV 7CH,#00INC 78HMOV A,78HCJNE A,#3CH,OUTT0;一秒的延时是否计到60次，没有就继续执行 MOV 78H,#00INC 79HMOV A,79HCJNE A,#3CH,OUTT0;一分的延时是否计到60次，没有就继续执行 MOV 79H,#00INC 7AHMOV A,7AHCJNE A,#18H,OUTT0;60分钟的延时是否计到24次，没有就 MOV 7AH,#00INC 7BHMOV A,7BHCJNE A,#7H,OUTT0; 24小时的延时是否计到7次，没有就 MOV 7BH,#00HOUTT0:SETB ET0;启动定时器T0POP PSWPOP ACCRETI;按键处理程序KEYSCAN:CLR EAJNB P1.0,KEYSCAN0;P1.0有按键按下则跳转到子程序JNB P1.1,KEYSCAN1;P1.1有按键按下则跳转到子程序JNB P1.2,KEYSCAN2;P1.2有按键按下则跳转到子程序KEYOUT:SETB EARETKEYSCAN0:LCALL DL20MS;20ms的延时消抖JB P1.0,KEYOUTWAIT0:JNB P1.0,WAIT0;判断按键是否松手， 松手就往下执行程序INC 7DHMOV A,7DHMOV B,#3DIV AB MOV 38H,BSJMP KEYOUTKEYSCAN1:LCALL DL20MS;按键加一的程序JB P1.1,KEYOUTWAIT1:JNB P1.1,WAIT1MOV A,38HCJNE A,#00H,KSCAN11;如果功能键按下则对星期加一调整INC 7BH;MOV A,7BHCJNE A,#7H,KEYOUTMOV 7BH,#00SJMP KEYOUTMOV A,38HKSCAN11: CJNE A,#01H,KSCAN12;如果功能键按下则对时加一调整INC 7AH;MOV A,7AH