电子表单片机设计.doc

学校 班级 学号 姓名_uuuuuuuuuuuuuuu装uuuuuuuuuuuuuuu订uuuuuuuuuuuuu线uuuuuuuuuuuuuuu淄博职业学院2009-2010学年第一学期 单片机原理与应用期末考核 考核注意事项（1）考核时间为两周。（2）考核方式为写单片机产品设计论文。（3）使用计算机答题。考核结束时需提交纸介质和电子稿。纸介质即为本试卷的打印稿，直接交给老师。电子稿通过“数字化综合教学服务平台”提交。一、任务设计一台电子表。结构如图所示。51核单片机LED显示器4X4键盘二、要求（1）单片机只要采用51核的即可。（2）自动计时，用6位LED显示器显示时、分、秒。（3）可以设定当前时间。（4）字数在1万字以上。（5）标题用3号黑体字，正文用小四号字体。（6）要有方案比较和论证。（7）要有单元设计。（8）要有硬件原理图、程序框图、源程序。（9）编程使用汇编语言，要有注释，书写要规范。（10）要有检测方法。 三 总体设计方案整体程序主要分为3个部分：主程序、显示子程序和定时器中断程序。 主程序主要是初始化部分和不断调用动态显示子程序部分。动态显示子程序完成6位LED的轮流位扫描，它被主程序不断调用，以保证稳定可靠的显示。 设计、调试大型程序时，需先跟据要求划分模块，优化结构；再根据各模块模块的特点确定主程序、子程序、中断服务程序以及相互间的调用关系，再根据各模块的性质和功能将各模块细化，设计出程序流程图；最后才根据各模块的流程图编制具体程序，调试时应先调试主程序，实现最基本、最主要的功能，在此基础上再将功能往主程序上堆砌，直至各模块联调、统调，实现全部功能。本次设计将整个程序划分为主程序，秒计时程序为定时器中断服务程序，键盘的扫描也用中断来实现。三个模块之间的关系是：系统上电后，不断运行动态显示子程序，显示初始时间0000；无按键按下时，一直显示初始值，有按键按下时，进入按键的中断服务程序；按键启动定时器后，开始计时，在定时器的中断服务程序中完成显示时间的刷新；回到主程序继续运行动态显示程序，显示内容不断更新。经过处理后，三个模块的运行协调一致，既保持了动态显示的稳定性，又保持了键盘的可靠性，还保持了秒计时的准确性较好的实现了全部功能。根据硬件设计，由单片机的P2口控制位码输出，P0口控制段码输出。动态显示程序中，在单片机内部RAM中设置待显示数据缓冲区，由查表程序完成显示译码，将缓冲区内带显示数据转换成相应的段码，再将段码通过8051的P0口输出；位码数据由累加器循环左移指令产生，再通过P2口输出。设计要求进行计时并在数码管上显示时间，为外部中断0的入口地址，并实现“开始”按键的功能；外部中断1的入口地址，实现“清零”按键的功能：数据信号DATA输入的入口地址；时钟信号CLK输入的入口地址。定时器T0作为每秒加一的定时器；定时器T1作为“快加”键的定时器。其中“开始”按键当开关由1拨向0（由上向下拨）时开始计时；“清零”按键当开关由1拨向0（由上向下拨）时数码管清零，此时若再拨“开始”按键则又可重新开始计时。下面为总体设计方案具体分划：1、 计时方案方案一：采用实时时钟芯片。 实时时钟芯片具备年、月、日、时、分、秒计时功能和多点定时功能，计时数据每秒自动更新一次，不需程序干预。计算机可通过中断或查询方式读取计时数据并进行显示，因此实现计时功能不占用CPU的时间，程序简单。此外，实时时钟芯片多数带有锂电池做后备电源，具备永不停止的计时功能。方案二：软件控制。利用MCS-51内部的定时/计数器进行中断定时，配合软件延时实现时、分、秒的计时。该方案节省硬件成本，且能够使我们在定时/计数器的使用、中断及程序设计方面得到锻炼与提高，因此本系统采用软件方法实现计时。2、键盘/显示方案方案一：串口扩展，LED静态显示。如图10.1(a)所示，该方案占用口资源少，利用串口扩展并口，实现静态显示，显示亮度有保证，但硬件开销大，电路复杂，信息刷新速度慢，比较适用于并行口资源较少的场合。方案二：直接接口，LED动态显示。如图10.1(b)所示，直接使用单片机的并行口作为显示接口，无需外扩接口芯片，但占用口资源较多，且动态扫描的显示方式需占用CPU较多的时间，在单片机没有太多外围接口及实时测控任务的情况下可以采用。在本系统中,单片机没有太多外围接口接实时测控任务,因此采用方案二。 四：硬件设计1、电路原理图电子表的硬件原理图如图（a）所示。电子表电路的核心是AT89S51单片机，其内部带有4KB的Flash ROM，无需外扩程序存储器；电子表没有大量的运算和暂存数据，现有的128B片内RAM已能满足要求，也不必外扩片外RAM。系统配备6位LED显示和4*3键盘，采用单片机的并行口作为键盘/显示器接口电路。利用P0口作为6位LED显示的位选口，其中，P0.0P0.5分别对应位LED0LED5,P1口则作为段选口，P2口的低3位为键盘输入口，对应02行，P0口同时用作键盘的扫描口。由于采用共阴极数码管，因此P0口输出低电平选中相应的位，而P1口输出高电平点亮相应的段。 2、系统工作流程本电子表具备以下功能：（1） 时钟显示：6位LED从左到右依次显示时、分、秒，采用24小时 计时。（2） 键盘功能：采用4*3键盘，包括：09：数字键，键号为00H09H。 C/R键： 时间设定/启动计时键，键号为0AH。 RET键： 复位键，键号为0BH。其工作流程如下：（1） 时间显示：上电后，系统自动进入时钟显示，从00：00：00开始计时，此时可以设定当前时间。（2） 时间调整：按下C/R键，系统停止计时，进入时间设定状态，系统保持原有显示设置值，直至6位设置完毕。系统将自动由设定后的时间开始计时显示。（3） 复位键：按下RET键，系统停止计时，数码管显示00：00：00。3、软件设计1、系统资源分配（1）、定时器：定时器0用作时钟定时，按方式1工作，每隔100ms溢出中断一次。（2）、片内RAM及标志位的分配与定义见下表。地址功能名称初始化值30H35H显示缓冲区，小时、分、秒（高位在前）DISP0DISP500H3CH3FH计时缓冲区，时、分、秒、100msHOUR,MIN,SEC,MSEC00H50H7FH堆栈区PSW.5计时显示允许位（1：禁止，0：允许）F002，软件流程根据上述工作流程，软件设计可分为以下几个功能模块：（1）、主程序：初始化与键盘监控。（2）、计时：为定时器0中断服务子程序，完成刷新计时缓冲区的功能。（3）、时间设置：由键盘输入设置当前时间。（4）、显示：完成6位动态显示。（5）、键盘扫描：判断是否有键按下，并求取键号。（6）、其他辅助功能子程序：如键盘设置、拆字、时间合法性检测等。下面分模块进行软件设计：（1）、主程序模块MAIN：流程图如图所示。NY开始定义堆栈区定时器0、数据缓冲区初始化调用键扫描子程序是C/R键？地址指针指向计时缓冲区调用时间设置程序（d）主程序流程图（2）、即使程序模块CLOCK：流程图如图所示。YYYYNNNN保护现场时间校正重装定时器0初值循环次数减1满10次秒单元加160s到秒单元清0分单元加160分到分单元清0小时单元加1返回24小时到恢复现场小时单元清0（e）计时程序流程图 如前所示，系统定时采用定时器与软件循环相结合的方法。定时器0每隔100ms溢出中断一次，则循环中断10次延时时间为1s，上述过程重复60次为1分，分计时60次为1小时，小时计时24次则时间成新回到00：00：00.设系统使用6MHz的晶振，定时器0工作方式1，则100ms定时对应的定时器初值可由下式计算得到： 定时时间=（216 -定时器0初值）*（12/fosc ）因此，定时器0初值=3CB0H，即TH0=3CH，TL0=0B0H 当系统使用其它频率的晶振时，可以由上式计算相应的定时器0初值，也可以该变定时时间。例如当系统晶振为12MHz时，同样的初值对应的定时时间为50ms，则循环中断次数为20次时，延时时间为1s。+( 3 )、时间设置程序模块MODIFY：流程图如图所示。保护现场调用键盘设置子程序ACALL KEYIN调用合字程序ACALL COMB恢复现场返回 （f）时间设置流程图 将键盘输入的6位时间值合并为3位压缩BCD码（时、分、秒）并送入计时缓冲区，作为当前即使起始时间。该模块的入口为计时缓冲区寄存区的首地址，将其置入R1中。程序调用一个键盘设置子程序KEYIN（其流程图如（e）所示）将键入的6位时间值送入键盘设置缓冲区，然后用合字子程序COMB将键盘设置缓冲区中的6位BCD码合并为3位压缩BCD码，并送如计时缓冲区。该程序同时作为时间值合法性检测程序，可完成检测功能；若键盘输入的小时值大于23，分和秒值大于59，则不合法，将取消本次设置，清0重新开始计时。（4）、键盘扫描程序模块KEYSCAN：流程图如图所示。NY保护现场显示缓冲区置首地址送R0键盘输入次数送R7调用键盘扫描程序ACALL KEYSCAN键号送R0返回显示缓冲区地址加1 INC R0恢复现场循环次数到循环次数减1（g）键盘设置子程序流程图 判断是否有键按下：无键按下则循环等待；有键按下则求取键号并将键号送A累加器返回。程序中的去斗延时和循环等待延时都用DISPLAY子程序来替代，从而保证随时刷新显示。（5）、显示程序模块DISPLAY：流程图如图所示。NY保护现场返回允许显示计时时间动态扫描显示调用拆字程序（m）显示流程图 将显示缓冲区的6位BCD码用动态扫描方式显示。为此，必须首先将3字节计时缓冲区中的时、分、秒压缩BCD码拆分为6字节（时、分、秒的十位、个位分别占用1字节）BCD码，这一功能由拆字子程序SEPA来实现。 当按下时间设置键后，在6位设置完成之前，应显示输入的数据么而不显示当前时间。为此，我们设置了一个计时显示允许标志位F0，在时间设置期间F0=1，不调用SEPA，即调用SEPA刷新显示缓冲区的前提条件是F0=0。（6）、拆字程序SEPA与合成程序COMB：如前所述，拆字程序的功能是将3字节计时缓冲区中的时、分、秒压缩BCD码才分位6字节（时、分、秒的十位、个位分别占用1字节）BCD码并刷新显示缓冲区；合字程序的功能是将键盘设置缓冲区的6位BCD码合并为3位压缩BCD码，送入计时缓冲区，同时检测时间值的合法性。 下面是个模块的源程序。*主程序MAIN* ORG 0000H AJMP MAINORG 000BHAJMP CLOCKORG 0030HDISP0 EQU 30HDISP1 EQU 31HDISP2 EQU 32HDISP3 EQU 33HDISP4 EQU 34HDISP5 EQU 35HHOUR EQU 3CHMIN EQU 3DHSEC EQU 3EHMSEC EQU 3FHMAIN: MOV SP, #50 ；设置堆栈区CLR F0 ；允许计时显示 MOV #10HMOV R0, #DISP0CLR ALOOP: MOV R0, A INC R0 DJNZ R7, LOOP ；设置初值 MOV TMOD, #01H MOV TL0, #0B0H MOV TH0, #3CH ；定时器0的初始化，定时时间100ms SETB TR0 ；启动定时器 SETB EA SETB ET0 ；开中断BEGIN: ACALL KEYSCAN ；调用键盘扫描 CJNE A , #0AH, NEXT1 ；是CLR/RET键否？ CLR TR0 ；是则暂时停止计时 MOV R1, #HOUR ；地址指针指向计时缓冲区首地址 *键盘扫描子程序*KEYSCAN: ACALL TEST ；调用判断按键是否按下子程序TESTJNZ REMOV ；有键按下则调消抖延时ACALL DISPLAYACALL ALARMAJMP KEYSCAN ；无键按下则继续判是否有；键按下REMOV: ACALL DISPLAY ；调用延时子程序消抖ACALL TEST ；再判是否有键按下JNZ LIST ；有键按下则转逐列扫描ACALL DISPLAYACALL ALARMAJMP KEYSCAN ；无键按下则继续判断是否有键按下LIST: MOV R2, #0FEH ；首列扫描字送R2 MOV R3, #00H ；首列键号送R3LINE0: MOV A, R2 ；首列扫描字送R2 MOV P2, A ；首列扫描字P2口MOV A, P0 ；读入P0口的行状态JB ACC.0 LINE1 ；第0行无键按下，转第1行MOV A, #00H ；第0行有键按下，行首键号；送AAJMP TRYK ；求键号LINE1:JB ACC.1, LINE2 ；第一行无键按键，转第2行 MOV A,#04H ；第一行有键按下，行首键号送A AJMP TRYK ;求键号LINE2: JB ACC.2,NEXT ; 第2行无键按键，转第3行 MOV A,#08H ; 第2行有键按下，行首键号送A AJMP TRYK ;求键号NEXT: INC R3 ;扫描下一列 MOV A,R2 ;列扫描送A JNB ACC.3,EXIT ;4列扫描完，重新进行下一轮扫描 RL A ; 4列未扫描完，扫描字左移扫描下一列 MOV R2,A ;扫描 字送A AJMP LINE0 ;转向扫描下一列EXIT: AJMP KEYSCAN ；等待下一次按键TRYK: ADD A,R3 ；按公式计算键码，求得键号 PUSH ACC ；键号如栈保护 LETK: ACALL TEST ；等待按键释放 JNZ LETK ；按键未释放，继续等待 POP ACC ；按键释放，键号出栈 RET ；键盘扫描结束，返回TEST: MOV A,# 00H MOVX P0,A ；全扫描字00H送P0口 MOVX A,P2 ；读入P2口行状态 CPL A ；A取反，以高电平表示有键按下 ANL A,#07H ；屏蔽高5位 RET*显示子程序DISPLAY*DISPLAY: JB F0,DISP ；允许时间显示标志F0=1转DISP ACALL SEPA ；否则调用SEPA刷新显示缓冲区DISP: PUSH PSW ；动态扫描显示子程序 PUSHACC SETB RS0 MOV A，#0FFH MOV P2，A ；关显示 MOV R0，#DISP0 MOV R7，#00H MOV R6，#06H MOV R5，#0FEHDIS1: MOV DPTR，#TAB MOV A，R0 ；取显示缓冲区数据 MOVC A，A+DPTR ；查表得字型码 MOV P1，A ；字型码送P1口 . MOV A，R5 MOVX P0，A ；位选码送P0口HERE: DJNZ R7，HERE ；延时 INC R0 ；更新显示缓冲区地址 MOV A，R5 RL A ；位码左移 MOV R5，A DJNZ R6，DIS1 ；判断6位显示完否 CLR RS0 POP ACC POP PSW RET TAB: DB 3FH，06H，5BH，4FH，66H，6DH，7DH，07H DB 7FH，6FH，77H，7CH，39H，5EH，79H，71H；共阴极字型码表*合字子程序COMB*COMB： MOVR0，#DISP1 ；R0指向显示缓冲区小时低位 ACALLCOMB1 ；合字 CJNEA，#24H，CHK ；小时大于24否？CHK：JNCEXIT1 ；大于24则取消本次设置，退出 MOVR1，A ；否则，小时送计时缓冲区/闹钟 ；值寄存区小时单元 INC R1 MOV R0，#DISP3 ；R0指向显示缓冲区分低位 ACALL COMB1 CJNE A，#60H，CHK1CHK1： JNC EXIT1 MOV R1，A INC R1MOV R0，#DISP5 ；R0指向显示缓冲区秒低位 ACALL COMB1 CJNE A，#60H，CHK2CHK2： JNC EXIT1 MOV R1，A RETEXIT1： AJMPMAIN ；输入不合法退出，重新清 ；0计时COMB1：MOVA，R0 ANLA，#0FH ；取出低位 MOV43H，A ；暂存于43H单元 DECR0 ；指向高位 MOVA，R0 ANLA，#0FHSWAPA ；高位送高4位 ORLA，43H ；高低位合并 RET；*拆字子程序SEPA*SEPA： PUSH PSW PUSH ACC SETB RS0 MOV R0，#DISP5 ；指向显示缓冲区秒低位 MOV A，SEC ACALLSEPA1 MOV A，MIN ACALLSEPA1 MOV A，HOUR ACALLSEPA1POP ACC POP PSW CLR RS0 RETSEPA1： MOV 44H，A ；暂存44H ANL A，#0FH ；取出低位 MOV R0，A ；送显示缓冲区低位 DEC R0 ；指向显示缓冲区高位 MOV A，44H ANL A，#0F0H ；取出高位 SWAP A ；高位送往低4位形成高位数据 MOV R0，A ；高位数据送显示缓冲区高位 RET*定时器0中断服务子程序CLOCK*CLOCK： MOV TL0，#0B7H MOV TH0，#3CH ；重装初值，时间校正 PUSH PSW PUSH ACC ；保护现场 INC MSEC MOVA，MSEC CJNEA，#0AH，DONE MOV MSEC，#00H MOVA，SEC INC A DA A ；二十进制转换 MOVSEC，ACJNEA，#60H，DONE MOVSEC，#00H MOVA，MIN INC A DA A MOVMIN，A CJNEA，#60H，DONE MOVMIN，#00H MOVA，HOUR INC A DA A MOV HOUR，A CJNEA，#24H，DONE MOVHOUR，#00HDONE： POP ACC POP PSW ；恢复现场 RETI五： 系统调试与脱机运行1. 硬件调试硬件调试的主要任务是排除硬件故障，其中包括设计错误和工艺性故障。(1) 脱机检查。用万用表逐步按照电路原理图检查印制电路板中所有器件的各引脚，尤其是电源的连接是否正确；检查数据总线、地址总线和控制总线是否有短路等故障，顺序是否正确；检查各开关按键是否能正常开关，是否连接正确；各限流电阻是否短路等。为了保护芯片，应先对各IC座(尤其是电源端)电位进行检查，确定其无误后再插入芯片检查。 (2) 联机调试。暂时拔掉AT89S51芯片，将仿真器的40芯仿真插头插入AT89S51的芯片插座进行调试，检验键盘/显示接口电路是否满足设计要求。可以通过一些简单的测试软件来查看接口工作是否正常。例如，我们可以设计一个软件，使P1、P2口输出55H或AAH，同时读P0口，运行后用万用表检查相应端口电平是否一高一低，在仿真器中检查读入的P0口低3位是否为1，如果正常则说明8155工作正常。还可设计一个使所有LED全显示“8.”的静态显示程序来检验LED的好坏。如果运行测试结果与预期不符，则很容易根据故障现象判断故障原因并采取针对性措施排除故障 2. 软件调试软件调试的任务是利用开发工具进行在线仿真调试，发现和纠正程序错误，同时也能发现硬件故障。程序的调试应一个模块一个模块地进行，首先单独调试各功能子程序，检验程序是否能够实现预期的功能，接口电路的控制是否正常等；最后逐步将各子程序连接起来总调。联调需要注意的是，各程序模块间能否正确传递参数，特别要注意各子程序的现场保护与恢复。调试的基本步骤如下： (1) 用仿真器修改显示缓冲区内容，屏蔽拆字程序，调试动态扫描显示功能。例如将DISP0DISP5单元置为“012345”，应能在LED上从左到右显示“012345”。若显示不正确，可在DISP子程序相应位置设置断点，调试检查。然后用仿真器修改计时缓冲区内容，调用