单片机技术数字钟电路的设计.doc

课题名称： 单片机技术数字钟电路的设计 目 录第一节 引言.4第二节 设计方案的选择与论证5第三节 系统原理设计6 3.1设计思想6 3.2系统框图.6第四节 硬件设计.7 4.1元器件清单.7 4.2电路设计及工作原理.10 4.2.1控制部分.10 4.2.2数码管显示部分.12第五节 软件设计 135.1程序原理概述135.2程序代码.14第六节 调试19 第七节 USB下载STC89C52RC单片机的使用说明.20第八节 总结24 单片机的多功能数字钟设计工职院电信09D1 朱华指导教师：刘训非 第1节 引 言 本系统采用单片机89SC52控制，以89SC52为核心，它完成整个系统的信息处理及协调功能，本次设计我们选用ATMEL公司的89SC52芯片，其功能强大，兼容性好，还支持软件选择的空间和掉电两种节电方式。本设计的软件，硬件都采用模块化的设计方法，提高了设计的效率。 本次设计通过对一个实现定时、时钟显示、报时、控制等功能的时间系统的设计，其中结合了数据转换显示、数码管显示、动态扫描、单片机定时中断等技术。系统由、LED数码管、按键、三极管、74LS244、电阻等组成。能实现时钟时、分、秒的显示。也具有时间设置。文章后附有电路图、程序清单。 第二节 设计方案的选择与论证 该课题主要有两种方案：一种是用数字电路通过硬件实现，另一种是用单片机通过软件编程实现。在以上两种方案中：第一种是直接采用的是数字电路，但是在外围电路和控制比较麻烦，需要比较多的器件来控制；第二种是采用软件来实现一些特定功能，硬件电路只需要一些显示部件和控制部件，其他的都是由软件来实现。第一种一切都由硬件实现，几乎没有软件编程，但电路复杂、芯片多、后续制板及硬件调试麻烦而且成本高；第二种虽电路简单、芯片少、成本低，但编写程序相当复杂。经过一番利弊的权衡及对今后电子业发展趋势的考量，最后敲定用单片机方案实现。另外用单片机实现本设计也有两种可选的子方案：第一种，用软件编程实现设计中的钟控功能；另一种则选用单片机加时钟芯片实现钟控功能。在本次主要的是时间的设计，因此对时间的精度要求是比较高的，竟量是误差减少到最小值，但是为了更好的练习复习自己在以前所学习的编程能力，所以不采用单片机加时钟芯片的方案，直接用软件编程实现钟控功能。总的来看，单片机已成为工控领域、尖端武器、日常生活中最广泛使用的计算机，且将进一步向着CMOS化、低功耗、小体积、大容量、高性能、低价格方向发展，因此敲定用单片机加软编程方案符合今后电子业发展趋势；另外运用此方案既能将自己以前学过的模拟电路、数字电路、单片机、汇编语言、Protel99 第三节 系统原理设计3.1 设计思想单片机控制系统是整个控制系统的核心，它完成整个系统的信息处理及协调功能。本次我们选用ATMEL公司的AT89C51芯片；其功能强大，兼容性好。AT89C51是与8051兼容的CHMOS微控制器。与CHMOS工艺的8051一样，支持软件选择的空闲和掉电两种节电方式。 在AT89C51的P2.0P2.3是数码管的段选；P2.4P2.6是数码管的位选。P1.0和P1.1是发光二极管。是显示制式切换后的工作制式.P1.2是蜂鸣器，作闹铃和准点报时用。P0.0P0.7是按键的判断输入口，是对时间调整闹铃时间设置,和其他功能的区分。3.2系统框图制式切换控 制按钮时间控 制触摸开 关单片机译码电 路制式切换和制式显示电路驱动电 路时显示分显示秒显示 第四节 硬件设计4.1 元器件清单在元器件分析表器件名规格型号实测值封装功能电阻2K1.99KAXIAL0.4分压偏置5.1K5.09KAXIAL0.4限制电流10099.2AXIAL0.4限制电流200207AXIAL0.4滤除纹波1K1.0007KAXIAL0.4高电平复位排阻10K9.9KSIP9保证高电平输出方键正常BNC调整时间二极管4148正常DIODE0.4整流稳压管100uF/10V正常DIODE0.4稳压单片机AT89C51正常DIP40输出低电平有效集成芯片MAX202CPE正常DIP16提供信号SN74LS244N正常DIP20提供数码管信号数码管LG5641BH正常DIP12显示时与分LG5621DH正常DIP10显示秒JP1正常DB-9F提供电源JP2正常SIP3提供电源JP3正常SIP3提供电源电容0.1uF正常RAD0.1保证温漂电解电容100uF 10V正常RB.2/.4复位三极管8550正常TO-92B放大晶振11.0592M正常XTL1提供时序频率图3-1品名封装规格数量器件号焊接注意电阻直插（RJ 1/4W）1006R1,R4，R7，R10，R14，1002001R131K1R202K6R2，R5，R8，R11，R15，2K5.1K6R3，R6，R9，R12，R16，5.1K排阻10K*81RN1注意方向电容直插(间距2.54)30pF2C9,C110.1F2C7, C105C1,C2,C3,C4,C5不需焊接电解超小型(间距2.54)100F/25v2C6,C8注意正负极二极管直插41481D2注意正负极稳压管5.1V/1W1D1注意正负极三极管85506Q1,Q2,Q3,Q4,Q5,Q6注意方向数码块共阳LG5641BH1U1（12P座）注意方向LG5621DH1U3（10P座）注意方向晶振11.0592M1X1小方键2S1,S2插件RS232-9卧、孔1JP1不需焊接电源座1JP2白色3芯座1JP3注意方向IC座DIP161U2：MAX202CPE不需焊接DIP201U4：HD74LS244P注意方向DIP401U5：P89C52X2BN注意方向4.2电路设计及其工作原理4.2.1控制部分:89SC5289SC52AT89C51单片机是国Atmel公司生产的采用高性能的静态89C2051设计，是一个低电压，高性能CHMOS 8位单片机，片内含4kbytes的可反复擦写的只读Flash程序存储器和128 bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元。 89SC52的单片机，但它只有40个引脚，32个双向输入/输出（I/O）端口，其中P1是一个完整的8位双向I/O口，两个外中断口，两个16位可编程定时计数器，两个全双向串行通信口，一个模拟比较放大器。此外，由于器件采用了动态设计，可提供很宽的操作频率范围(频率0HZ24MHZ)。即具备可用软件设置的睡眠省电功能，系统的唤醒方式有RAM、定时/计数器、串行口和外中断口，系统唤醒后即进入继续工作状态。省电模式中，片内RAM将被冻结，时钟停止振荡，所有功能停止工作，直至系统被硬件复位方可继续运行。图4-189SC52时钟电路在本设计中89SC52的时钟电路采用内部时钟方式，此方式是在XTAL1和XTAL2两端跨接晶体或陶瓷谐振器。在本设计中XTAL1和XTAL2两端跨接12MHz晶体振荡器，其发出的脉冲直接送入内部时钟电路。本设计采用按键手动复位的按键电平复位。图4-2 89SC52复位电路89SC52在本设计中的I/O口应用：89SC52的P2.0P2.3控制7448译码实现数码管段选；AT89C51的P2.4P2.6控制74LS138实现数码管位选；AT89C51的P1.1 P1.1控制AM PM显示；AT89C51的P1.2控制蜂鸣器实现闹钟的闹铃；AT89C51的P0连接按钮，用于输入校时、定时信号和停止信号。4.2.2数码管显示部分 本设计中所涉及数码管皆采用共阳数码管，显示电路为动态扫描式显示。4.2.2数码管显示部分本设计中所涉及数码管显示电路为动态扫描式显示。静态的实现有诸多缺点，电路设计复杂，实现的成本较高等。此图就是数码管的原理图如图：AT89C51译码器此图就是实现这个设计的pcb板第5节 软件设计 5.1程序原理概述 在程序设计这一环节，本次将其分为时钟中断程序、时钟显示程序、键盘程序、闹钟定时控制程序、闹钟响闹程序、音乐响闹程序、主程序、各程序衔接程序。在以下几节中将根据实际各个部分的编程及调试顺序，依次介绍各程序的设计思想和流程。5.2总的设计思想 在本次主要是使用的是数字闹钟,因此主要部分是数字钟的实现,因此要实现这样的功能必须要在硬件的电路上实现数字钟的实现,然后在此基础上逐步实现其他的功能, 数字电子钟的程序大概可以分为三个部分：时钟主程序、时钟显示程序、时钟中断程序。时钟主程就是对时钟的各个模块的实现。时钟显示程序是将秒显示用发光二极管显示,每一秒点亮一次；将分个位、分十位、时个位、时十位数据存储单元的计时数据通过设置段选和位选、由74LS47段选译码，最后显示在相应的数码管上。时钟中断程序则通过重设计时、1秒计时与时钟程序相结合实现秒个位、秒十位、分个位、分十位、时个位、时十位数据存储单元的数据按计时规则加1进位和清零，以配合时钟显示程序实现数字电子钟。在实现数字电子钟的基础上，逐一添加调试键盘程序、闹钟定时程序,闹钟音乐程序，最后实现设计目标。键盘程序就是通过软件扫描各按键状态来实现各按钮的功能。5.2程序代码DATA_SEGSEGMENTDATA;定义一个DATA段STACKSEGMENTIDATA;定义一个堆栈段BIT_SEGSEGMENTBIT;定义一个位段bKeyBITP1.0;IdleConstEQU50RSEG STACK DS10H ;16个字节的堆栈RSEGDATA_SEG;开始DATA_SEG段buffer:DS6;6个字节的显示缓冲区ms50:DS 1;50ms计数ms250:DS 1;250ms计数sec: DS 1 ;秒min: DS 1 ;分hour:DS 1;时ms50_1:DS1;存放多少个50ms,用于记录按键时间SetPos:DS1;设置位置SetPos1: DS1;需要屏蔽的数码管RSEG BIT_SEGbIdle:DBIT1;省电模式bTwinkle:DBIT1;当前设置位置闪烁CSEGAT0;相当于小汇编的ORGLJMPMAINCSEGAT000BH;定时器T0中断处理入口地址LJMPINT_Timer0CSEGAT001BH;定时器T1中断处理入口地址LJMPINT_Timer1CSEGAT0100HMAIN:MOVSP,#STACK-1;堆栈CLRbIdleCLRbTwinkleMOVms50,A;清零ms50MOVms250,AMOVhour,#12;设定初值: 12:59:50MOVmin,#59MOVsec,#50MOVTH0,#60;定时中断计数器初值MOVTL0,#176;定时50msMOVTMOD,#11H;定时器0,1：方式一MOVIE,#8AH;中断初始化，EA=1，ET0=1, ET1 = 1SETBTR0;开定时器T0MOVSetPos,#0FFH;MAIN1:ACALLAdjustBuffer;调整显示缓冲区MAIN2:ACALLKey;调用键扫描ACALLDisplayJNBF0,MAIN2CLRF0SJMPMAIN1;需要刷新显示时间;中断服务程序INT_Timer0:MOVTL0,#176+5MOVTH0,#60PUSH01HMOVR1,#ms50INCR1;50ms单元加1CJNER1,#5,ExitIntMOVR1,#0;恢复初值INCR1MOVA,SetPosCJNEA,#0FFH,INT_Timer0_1SJMPINT_Timer0_2INT_Timer0_1:CPLbTwinkleSJMPExitInt1INT_Timer0_2:INCR1CJNER1,#4,ExitIntMOVR1,#0;恢复初值INCR1INCR1;秒加1CJNER1,#60,ExitInt1MOVR1,#0INCR1INCR1;分加1CJNER1,#60,ExitInt1MOVR1,#0INCR1INCR1;时加1CJNER1,#24,ExitInt1MOVR1,#0ExitInt1:SETBF0ExitInt:POP01HRETI;中断服务程序INT_Timer1:MOVTL0,#176+5MOVTH0,#60INCms50_1RETIHexToBCD:MOVB,#10DIVABMOVR0,BINCR0MOVR0,AINCR0RETAdjustBuffer:MOVR0,#bufferMOVA,secACALLHexToBCDMOVA,minACALLHexToBCDMOVA,hourACALLHexToBCDRET;显示Display:JNBbIdle,Display3RET;省电模式Display3:PUSHBPUSHACCPUSHDPLPUSHDPHPUSH00HMOVR0,#bufferMOVB,#0FEHMOVDPTR,#SEG_TABDisplay1:MOVA,R0MOVCA,A+DPTR;取段码MOVP0,AMOVA,BJNBbTwinkle,Display4ORLA,SetPos1 Display4:MOVP2,A;选种数码管CALLDelay1msMOVA,BRLAJNBACC.6,Display2MOVB,AINCR0SJMPDisplay1Display2:POP00HPOPDPHPOPDPLPOPACCPOPBRETSEG_TAB:DB0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0F8H;段码DB080H,90H,88H,83H,0C6H,0A1H,86H,8EH DB0FFH,0BFH;延时1msDelay1ms:PUSHACCMOVA,#230DJNZACC,$MOVA,#230DJNZACC,$POPACCRET;设置功能SetFunTab:AJMPNoSet;不需要调整AJMPSetHour;调整小时AJMPSetMin;调整分钟AJMPSetSec;调整秒钟NoSet:CLRbTwinkleRET;不在设置状态SetHour:INChourMOVA,hourCJNEA,#24,SetHour1MOVhour,#0SetHour1:SJMPSetFun1SetMin:INCminMOVA,minCJNEA,#60,SetMin1MOVmin,#0SetMin1:SJMPSetFun1SetSec:INCsecMOVA,secCJNEA,#60,SetFun1MOVsec,#0SetFun1:SETBF0RET;调整闪烁位置SetPosTab:AJMPNoSetPosAJMPSetHourPosAJMPSetMinPosAJMPSetSecPosNoSetPos:MOVSetPos1,#0RETSetHourPos:MOVSetPos1,#30HRETSetMinPos:MOVSetPos1,#0CHRETSetSecPos:MOVSetPos1,#03HRETKey:ACALLDisplayJNBbKey,Key4JNBTR1,Key3CLRTR1SETBbKeyMOVA,ms50_1CJNEA,#10,$+3JNCKey1;调整时间SetFun:MOVA,SetPosINCARLAMOVDPTR,#SetFunTabJMPA+DPTRKey1:CJNEA,#IdleConst,$+3JNCKey2;进入设置状态SetPosFun:INCSetPosMOVA,SetPosCJNEA,#3,SetPosFun1MOVSetPos,#0FFH;退出设置状态SetPosFun1:MOVA,SetPosINCARLAMOVDPTR,#SetPosTabJMPA+DPTRKey2:SETBbIdle;进入省电模式MOVP2,#0FFHKey3:RETKey4:JNBTR1,Key5MOVA,ms50_1CJNEA,#IdleConst,$+3JNCKey2RETKey5:ACALLDisplayACALLDisplayACALLDisplayACALLDisplayJNBbKey,Key6SJMPKey3Key6:CLRbIdleMOVTH1,#60MOVTL1,#176SETBTR1MOVms50_1,#0RETEND第六节 调试在进行调试的时候，有可能出现很多的问题，比如说虚焊，漏焊，当然这都是由于人为的原因造成的，也有不是很明显的又像是pcb板的设计时候没有考虑周全的，走线是直角的，这样会有一定的干扰。都是走顿角的话这对设计的要求要更高。我们设计也只能尽力而为了。调试的时候万用表是很好的器材。当然如果能对电路很是熟悉，调试 会简单点。我在实践中就遇到过调试的问题，出现的情况是按键按了无效，第一感觉就是哪里漏焊，虚焊，亦或是原理图本身的问题，从而导致pcb板的出错，首先我是先从那按键周围的电路查找，所对应的管脚着手，原来是一个管脚没焊好，按照原理是应该连在一起的，于是就找来导线将其焊接好，继续进行调试，结果就顺利的解决了，起初是认为我的判断出错呢，还好后来想起了，最终解决了问题。 第七节 USB下载STC89C52RC单片机的使用说明将USB串口线的驱动安装请看“关于USB转串口线和编程器连接的问题.pdf”文件。会显示USB-SERIAL CH340（COM7），记住COM？的端口号，要在STC-I