课程设计电子时钟.doc

湖南工程学院湖南工程学院 课 程 设 计 课程名称课程名称 单片机原理与应用单片机原理与应用 课题名称课题名称 电子时钟电子时钟 专专 业业 电气工程及其自动化电气工程及其自动化 班班 级级 电气电气 0884 班班 学学 号号 200813010416 姓姓 名名 吕春叶吕春叶 指导教师指导教师 周炼周炼 2011 年年 5 月月 20 日日 1 湖南工程学院湖南工程学院 课课 程程 设设 计计 任任 务务 书书 课程名称 单片机原理与应用 课 题 电子时钟 专业班级 电气 0884 班 学生姓名 吕春叶 学 号 200813010416 指导老师 周炼 审 批 任务书下达日期 2011 年 5 月 9 日 任务完成日期 2011 年 5 月 20 日 2 设设计计内内容容与与设设计计要要求求 设计内容设计内容 本课题以单片机为核心 利用其定时器和 6 位数码管 设 计一个电子时钟 要求有以下功能 1 开机时 显示 00 00 00 的时间开始计时 2 要求有秒 分 时的调节 3 具有复位功能 设计要求设计要求 1 确定系统设计方案 2 进行系统的硬件设计 3 完成必要的参数计算与元器件选择 4 完成应用程序设计 5 进行单元电路及应用程序的调试 6 写出使用说明书 3 主主 要要 设设 计计 条条 件件 1 MCS 51 单片机实验操作台1 台 2 PC 机及单片机调试软件 3 单片机应用系统板1 套 4 制作工具1 套 5 系统设计所需的元器件 说说 明明 书书 格格 式式 1 封面 2 课程设计任务书 3 目录 4 系统总体方案选择与说明 5 系统结构框图与工作原理 6 各单元硬件设计说明及计算方法 7 软件设计与说明 包括流程图 8 调试结果与必要的调试说明 9 使用说明 10 程序清单 11 总结 12 参考文献 附录 附录 A 系统原理图 附录 B 程序清单 5 评分表 6 进进 度度 安安 排排 设计时间为两周 第一周 星期一 上午 布置课题任务 讲课及课题介绍 下午 借阅有关资料 总体方案讨论 星期二 确定总体设计方案 星期三 硬件模块方案设计 星期四 软件模块方案设计 星期五 各硬件模块设计 第二周 星期一 各硬件模块设计 星期二 各软件模块设计 星期三 各软件模块设计 星期四 写说明书 星期五 上午 写说明书 整理资料 下午 交设计资料 答辩 7 目目 录录 第第 1 章章 总总体体设设计计方方案案选选择择与与说说明明 1 1 1 1 1 设设计计方方案案 1 第第 2 2 章章 系系统统结结构构框框图图与与工工作作原原理理 2 2 1 1 系系统统结结构构框框图图 2 2 2 2 2 系系统统工工作作原原理理 2 第第 3 3 章章 硬硬件件电电路路设设计计及及说说明明 3 3 3 1 1 键键盘盘接接口口电电路路 3 3 3 2 2 显显示示电电路路 3 3 3 3 3 A A D D 转转换换电电路路 5 3 3 4 4 A AD DC C0 08 80 08 8 引引脚脚功功能能 6 第第 4 4 章章 软软件件设设计计与与说说明明 8 4 4 1 1 初初始始化化子子程程序序 8 4 4 2 2 系系统统程程序序流流程程图图 9 第第 5 5 章章 调调试试结结果果与与调调试试说说明明 10 总总 结结 11 参参考考文文献献 12 附附 录录 13 附附录录 A A 设设计计电电路路图图 13 附附录录 B B 源源程程序序清清单单 14 电气信息学院课程设计评分表电气信息学院课程设计评分表 20 8 第第 1 章章 总总体体设设 计计方方案案选选择择与与说说明明 1 1 1 1 设设计计方方案案 实现电压的测量有多种方案 其中两种比较简单的且精 度比较高的方法 分别采用并行ADC0808 芯片和和 TLC1543 TLC2543 芯片 方案一 用 ADC0808 芯片做模数转换采样芯片 占用 的单片机 I O 口线多 占用的板子面积较大 但是可以循 环采样 8 路模拟通道 编程相对简单 方案二 用 TLC1543 TLC2543 芯片做模数转换采样 芯片 占用的单片机I O 口线少 且占用电路面积小 但 是编程比较复杂 我采用方案一 因为方案一所用到的芯片我们都比较熟 悉 采用常用的 51 单片机作为控制芯片 ADC0808 芯片 的 CLOCK 脚 时钟脉冲输入端 接单片机的P2 4 脚 DATA OUT 接单片机的 P0 0 P0 7 脚 ADD A ADD C 脚 3 位地址输入线 接单片机的P1 0 P1 2 ALE 脚 地 址锁存允许信号 接单片机的P2 5 OE 脚 数据输出允许 信号 接单片机的P2 7 IN0 INT7 接输入电压 及测试 电压 ADC0808 通过采样进来的数据信号送给单片机 通 过计算再送入显示电路将其电压值显示出来 电压的范围是 0 5V 9 第第 2 2 章章 系系统统结结构构框框图图 与与工工作作原原理理 2 1 1 系系统统结结构构框框图图 图 2 1 系统结构框图 2 2 2 2 系系统统工工作作原原理理 数字电压表工作原理 这里主要是利用ADC0808 并 行接口芯片 ADC0808 芯片的基准电压脚外接电压为 5V 则最大可以测得的电压为5V ADC0808 芯片的模 拟输入脚通过电位器接 5V 电压 进行模拟采样 通过调 整电位器的值改变模拟量 输入的模拟量经ADC0808 芯片的内部 8 位开关电路逐次逼近A D 转换器 转换成 8 位二进制数 其最小的分辨率为 0 0196 VREF 0 0196V D 为转化的数字量 再通过 可以求得模拟电压 最后输入四位LED255 VV REFIN D 显示器就可将所测得电压显示出来 80C52 单片机 P0 P1 P3 P2 P1 ADC0808 LED 显示器 上电复位 键盘 10 第第 3 3 章章 硬硬件件电电路路设设计计 及及说说明明 3 3 1 1 键键盘盘接接口口电电路路 独立式键盘 独立式键盘中 每个按键占用一根 I O 口线 每个按键电路相对独立 I O 口通过按键与地相连 I O 口有上 拉电阻 无键按下时 引脚端为高电平 有键按下时 引脚电平 被拉低 I O 口内部有上拉电阻时 外部可不接上拉电阻 图 3 1 键盘接口电路图 3 3 2 2 显显示示电电路路 它的连接方式为7 段共阴 LED 显示器的公共端分别接 单片机的 P2 0 P2 1 P2 2 P2 3 相应的 P0 口接 LED 显示器的 a b c d e f g 和 dp 引脚 利用程 序进行动态的扫描实现显示功能 该显示电压值的计算由软 件进行实现 11 图 3 2 硬件显示电路图 LED 数码管的原理与接口 八段 LED 显示器与单片机的接口比较简单 只要将一个 8 位 并行口与显示器的引脚对应相接即可 由 8 位并行口输出不同的 字节数据 显示出不同的数字或字符 控制 LED 显示出不同的数字或字符的 8 位字节数据称为 段 选码 共阴极 LED 与共阳极 LED 的段选码互为补码 数码管的 接口有静态和动态接口两种 静态接口为固定显示方式 无闪烁 其电路可采用一个并行口接一个数码管 数码管的公共端按共阴 或共阳分别接地 动态接口采用各数码管循环轮流显示的方法 当循环显示的 频率教高时 利用人眼的暂留性 看不出闪烁显示现象 这种显 示与要一个接口完成字形码的输出 另一接口 完成各数码管的 轮流点亮 12 3 3 3 3 A A D D 转转换换电电路路 ADC0808 的 OUT1 OUT8 脚分别接单片机P0 口的 P0 0 P0 7 地址锁存 ALE 脚 当输入为高电平时 对地 址信号进行锁存 和转换启动信号START 接单片机的 P2 5 当输入一个 2uS 宽高电平脉冲时 就开始A D 转 换 时钟信号 CLOCK 由单片机的 P2 4 脚通过程序控制实 现 ADC0808 的 EOC 脚悬空不接 而是利用软件延时的方 法使模拟量转化完全为数字量 输出使能信号OE 接单片 机的 P2 7 脚 当 OE 脚为高电平时 A D 转换数据从该端 口输出 以此来实现数据的传送 图 3 3 A D 转换电路 13 3 3 4 4 A AD DC C0 08 80 08 8 引引脚脚功功能能 1 引脚 1 5 26 28 IN0 IN7 8 路模拟量输入端 2 引脚 8 14 15 17 21 8 位数字量输出端 3 引脚 22 ALE 地址锁存允许信号 输入 高电平 有效 4 引脚 6 START A D 转换启动脉冲输入端 输入一 个正脉冲 至少 100ns 宽 使其启动 脉冲上升沿使 0809 复 位 下降沿启动 A D 转换 5 引脚 7 EOC A D 转换结束信号 输出 当 A D 转换结束时 此端输出一个高电平 转换期间一直为低电平 6 引脚 9 OE 数据输出允许信号 输入 高电平有 效 当 A D 转换结束时 此端输入一个高电平 才能打开输出 三态门 输出数字量 7 引脚 10 CLK 时钟脉冲输入端 要求时钟频率不 高于 640KHZ 8 引脚 12 VREF 引脚 16 VREF 参考电 压输入端 9 引脚 11 Vcc 主电源输入端 13 GND 地 10 引脚 23 25 ADDA ADDB ADDC 3 位地址输入线 用于选通 8 路模拟输入中的一路 14 图 3 4 ADC0808 芯片图 多路模拟开关可选通 8 路模拟通道 允许 8 路模拟量分时输 入 并共用一个 A D 转换器进行转换 地址锁存与译码电路完成 对 A B C 三个地址位进行锁存与译码 15 第第 4 4 章章 软软件件设设计计与与说说 明明 4 4 1 1 初初始始化化子子程程序序 对所用到的存储单元和寄存器单元进行初始化 同时对 要使用到的定时器进行清零并赋初始值 初始化子程序 INIT MOV WIN1 00H 存储单元清零 MOV WIN2 00H MOV WIN3 00H MOV WIN4 00H CLR FLAG MOV TMOD 12H 定时器初始化 MOV TH0 245 MOV TL0 245 MOV TH1 9EH MOV TL1 58H MOV R1 80 MOV R0 0 MOV IE 8AH SETB TR0 1 4 4 2 2 系系统统程程序序流流程程图图 按下 P2 6 键 按 P3 0 键 按 P3 1 键 按 P3 7 键 8 路循环显示 8 路循环显 示 初始化 接受 A D 转 换信号 十进制数据处理 程序 显示相应通道的电压值 16 第第 5 5 章章 调调试试结结果果与与调调试试说说明明 通过 proteus 7 4 仿真 通过滑动变阻器可以改变电 阻值 进而电压表的示数也将改变 当滑动变阻器的阻值为最大值时 LED 显示器显示的 示数为 5V 理论值 5V 当滑动变阻器的255 VV REFin D 阻值为 0 时 LED 显示器显示的示数为0V 0V 由此两个极值已经满足 表明测量255 VV REFin D 精度相当之高 在调试的过程中 开机即为循环显示阶段 可循环观察 8 路电压的测量值 我们还可以采用单通道模式显示 即按 下模式切换键 切换到单通道模式下 通过改变滑动变阻器 的电阻值来获得不同的测量结果 再次按下模式切换键 系 统就自动转到了循环显示的模式下工作了 17 总总 结结 通过本次的单片机课程设计 我在电路调试经验等方面增加 了很多经验 这些都是在课本上无法学到得东西 在程序方面 在一些延时子程序等网络上有很多现成的资料 我们要充分的利 用资源 借鉴别人优秀的程序 做出来的程序更加优秀 程序方 面我觉得写程序注释写得越详细越好 不要怕麻烦 这样方便 自己读懂程序 也是有利于让别人能读懂你写的程序 在反复确 认自己的程序正确无误之后 接下来要做的就是模拟仿真了 我 们在书上 网上都查阅了相关芯片的功能 管脚等信息 仔细研 究芯片的主要功能及管脚接法 这也就为我们后面比较成功地仿 真出结果打好了基础 当仿真出错时我们反复检查线路连接是否 有误 仔细的观察相应管脚在运行时的电位的变化 我相信 不 管是什么电路 经过如此仔细的检查后 任何错误不会遗漏 当 然 这也是我们最终走向成功的原因 在林老师的辛勤的指导下 最后我们顺利地完成了这次的课 程设计 看见到课本所学知识得以应用 心中满是欢喜 满是激动 这次课程设计加强了我的实际操作能力 提高了我解决实际问题 的能力 并对本专业的课程充满了浓厚的兴趣 及对以后的学习充 满了信心 决定在以后的学习生活中加强练习 端正心态 迎接新 的挑战 18 参参考考文文献献 1 单片机 C 语言轻松入门 周坚 编 北京航空航天大 学出版社 2 单片机人机接口实例 公茂法编著 北京航空航天 大学出版社 3 51 系列单片机应用与实践教程 周向红编著 北京 航空航天大学出版社 4 单片机原理与应用 王迎旭编著 机械工业出版社 19 附附 录录 附附录录 A A 设设计计电电路路图图 20 附附录录 B B 源源程程序序清清单单 WIN1 EQU 30H WIN2 EQU 31H WIN3 EQU 32H WIN4 EQU 33H BBC EQU 35H ST BIT P2 5 OE BIT P2 7 CLOCK BIT P2 4 FLAG BIT 20H 0 ORG 0000H AJMP START ORG 000BH AJMP STT0 ORG 001BH AJMP STT1 ORG 0030H 初始化子程序 INIT MOV WIN1 00H 存储单元清零 MOV WIN2 00H MOV WIN3 00H MOV WIN4 00H CLR FLAG MOV TMOD 12H 定时器初始化 MOV TH0 245 MOV TL0 245 MOV TH1 9EH MOV TL1 58H MOV R1 80 21 MOV R0 0 MOV IE 8AH SETB TR0 RET 主程序 START LCALL INIT JIAN JB P2 6 TT1 JNB P2 6 键未松开 CPL FLAG TT1 JNB FLAG WAT LL0 CLR TR1 8 路循环显示 JB P3 0 LL1 MOV R0 0 SJMP WAIT LL1 JB P3 1 LL2 MOV R0 1 SJMP WAIT LL2 JB P3 2 LL3 MOV R0 2 SJMP WAIT LL3 JB P3 3 LL4 MOV R0 3 SJMP WAIT LL4 JB P3 4 LL5 MOV R0 4 SJMP WAIT LL5 JB P3 5 LL6 MOV R0 5 22 SJMP WAIT LL6 JB P3 6 LL7 MOV R0 6 SJMP WAIT LL7 JB P3 7 WAIT MOV R0 7 WAIT MOV P1 R0 SJMP WAIT1 WAT MOV P1 R0 SETB TR1 WAIT1 CLR ST 启动 AD 转换 SETB ST CLR ST MOV R7 60 延时等待转换结束 DJNZ R7 SETB OE MOV BBC P0 CLR OE ZH MOV A BBC 将转化结果变为可显示的BCD 码存 入相应的单元 MOV B 51 DIV AB MOV WIN3 A 个位存放在 32H MOV A B CLR F0 SUBB A 1AH MOV F0 C MOV A 10 23 MUL AB MOV B 51 DIV AB JB F0 L1 ADD A 5 L1 MOV WIN2 A 小数点后第一位存放在31H MOV A B CLR F0 SUBB A 1AH MOV F0 C MOV A 10 MUL AB MOV B 51 DIV AB JB F0 L2 ADD A 5 L2 MOV WIN1 A LCALL EXP0 小数点后第二位存放在30 LCALL EXP01 AJMP JIAN STT1 MOV TH1 9EH MOV TL1 58H DJNZ R1 SS MOV R1 80 INC R0 MOV A R0 CJNE A 8 LP1 MOV