24小时电子时钟论文.doc

1 目目 录录 1 电子时钟 电子时钟 1 1 1 电子时钟简介 1 1 2 电子时钟的基本特点 1 1 3 电子时钟的原理 1 2 单片机识的相关知识单片机识的相关知识 1 2 1 单片机简介 1 2 2 80C51 单片机介绍 1 3 控制系统的硬件设计控制系统的硬件设计 3 3 1 单片机型号的选择 3 3 2 数码管显示工作原理 3 3 3 键盘电路设计 4 3 4 整个电路原理图 4 4 控制系统的软件设计控制系统的软件设计 5 4 1 程序设计 5 4 2 程序流程图 10 4 3 仿真结果 12 4 4 仿真结果分析 14 5 结束语结束语 14 1 1 电子时钟 1 1 电子时钟简介 1957 年 Ventura 发明了世界上第一个电子表 从而奠定了电子时钟的基础 电子时钟开始迅速发展起来 现代的电子时钟是基于单片机的一种计时工具 采用延时程序产生一定的时间中断 用于一秒的定义 通过计数方式进行满六 十秒分钟进一 满六十分小时进一 满二十四小时小时清零 从而达到计时的 功能 是人民日常生活补课缺少的工具 1 2 电子时钟的基本特点 现在高精度的计时工具大多数都使用了石英晶体振荡器 由于电子钟 石 英钟 石英表都采用了石英技术 因此走时精度高 稳定性好 使用方便 不 需要经常调试 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 1 3 电子时钟的原理 该电子时钟由 80C51 BUTTON 六段数码管等构成 采用晶振电路作为 驱动电路 由延时程序和循环程序产生的一秒定时 达到时分秒的计时 六十 秒为一分钟 六十分钟为一小时 满二十四小时为一天 而电路中唯一的一个 控制键却拥有多种不同的功能 按下又松开 可以实现屏蔽数码管显示的功能 达到省电的目的 直接按下不松开 则可以通过按键实现分钟的累加 每按一 次分钟加一 而连续两次按下按键不放松 则可实现小时的调节 同样每按一 次小时加一 2 单片机识的相关知识 2 1 单片机简介 单片机全称为单片机微型计算机 Single Chip Microsoftcomputer 从应用 领域来看 单片机主要用来控制 所以又称为微控制器 Microcontroller Unit 或嵌入式控制器 单片机是将计算机的基本部件微型化并集成在一块芯片上的 微型计算机 2 2 80C51 单片机介绍 VCC 电源 GND 接地 2 P0 口 P0 口为一个 8 位漏级开路双向 I O 口 每脚可吸收 8TTL 门电流 当 P1 口的管脚第一次写 1 时 被定义为高阻输入 P0 能够用于外部程 序数据 存储器 它可以被定义为数据 地址的第八位 在 FIASH 编程时 P0 口作为原 码输入口 当 FIASH 进行校验时 P0 输出原码 此时 P0 外部必须被拉高 P1 口 P1 口是一个内部提供上拉电阻的 8 位双向 I O 口 P1 口缓冲器能 接收输出 4TTL 门电流 P1 口管脚写入 1 后 被内部上拉为高 可用作 输入 P1 口被外部下拉为低电平时 将输出电流 这是由于内部上拉的缘故 在 FLASH 编程和校验时 P1 口作为第八位地址接收 P2 口 P2 口为一个内部上拉电阻的 8 位双向 I O 口 P2 口缓冲器可接收 输出 4 个 TTL 门电流 当 P2 口被写 1 时 其管脚被内部上拉电阻 拉高 且 作为输入 并因此作为输入时 P2 口的管脚被外部拉低 将输出电流 这是由 于内部上拉的缘故 P2 口当用于外部程序存储器或 16 位地址外部数据存 储器 进行存取时 P2 口输出地址的高八位 在给出地址 1 时 它利用内部上拉优 势 当对外部八位地址数据存储器进行读写时 P2 口输出其特殊功能寄存器 的内容 P2 口在 FLASH 编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号 P3 口 P3 口管脚是 8 个带内部上拉电阻的双向 I O 口 可接收输出 4 个 TTL 门电流 当 P3 口写入 1 后 它们被内部上拉为高电平 并用作输入 作 为输入 由于外部下拉为低电平 P3 口将输出电流 ILL 这是由于上拉的缘 故 P3 口也可作为 80C51 的一些特殊功能口 如下表所示 口管脚 备选功能 P3 0 RXD 串行输入口 P3 1 TXD 串行输出口 P3 2 INT0 外部中断 0 P3 3 INT1 外部中断 1 P3 4 T0 记时器 0 外部输入 P3 5 T1 记时器 1 外部输入 P3 6 WR 外部数据存储器写选通 P3 7 RD 外部数据存储器读选通 P3 口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号 RST 复位输入 当振荡器复位器件时 要保持 RST 脚两个机器周期的高 电平时间 ALE PROG 当访问外部存储器时 地址锁存允许的输出电平用于锁存地 址的地位字节 在 FLASH 编程期间 此引脚用于输入编程脉冲 在平时 ALE 端以不变的频率周期输出正脉冲信号 此频率为振荡器频率的 1 6 因此 3 它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的 然而要注意的是 每当用作外部 数据存储器 时 将跳过一个 ALE 脉冲 如想禁止 ALE 的输出可在 SFR8EH 地 址上置 0 此时 ALE 只有在执行 MOVX MOVC 指令是 ALE 才起作用 另 外 该引脚被略微拉高 如果微处理器在外部执行状态 ALE 禁止 置位无效 PSEN 外部程序存储器的选通信号 在由外部程序存储器取指期间 每个机器周期两次 PSEN 有效 但在访问外部数据存储器时 这两次有效的 PSEN 信号将不出现 EA VPP 当 EA 保持低电平时 则在此期间外部程序存储 0000H FFFFH 不管是否有内部程序存储器 注意加密方式 1 时 EA 将内部锁定 为 RESET 当 EA 端保持高电平时 此间内部程序存储器 在 FLASH 编程期 间 此引脚也用于施加 12V 编程电源 VPP 3 控制系统的硬件设计 3 1 单片机型号的选择 通过对多种单片机性能的分析 最终认为 80C51 是最理想的电子时钟开发 芯片 80C51 是一种带 4K 字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压 高性 能 CMOS8 位微处理器 器件采用 ATMEL 高密度非易失存储器制造技术制造 与工业标准的 MCS 51 指令集和输出管脚相兼容 由于将多功能 8 位 CPU 和闪 烁存储器组合在单个芯片中 ATMEL 的 80C51 是一种高效微控制器 而且它 与 MCS 51 兼容 且具有 4K 字节可编程闪烁存储器和 1000 写 擦循环 数据保 留时间为 10 年等特点 是最好的选择 3 2 数码管显示工作原理 数码管是一种把多个 LED 显示段集成在一起的显示设备 有两种类型 一 种是共阳型 一种是共阴型 共阳型就是把多个 LED 显示段的阳极接在一起 又称为公共端 共阴型就是把多个 LED 显示段的阴极接在一起 即为公共商 阳极即为二极管的正极 又称为正极 阴极即为二极管的负极 又称为负极 通常的数码管又分为 8 段 即 8 个 LED 显示段 这是为工程应用方便如设计的 分别为 A B C D E F G DP 其中 DP 是小数点位段 而多位数码管 除某一位的公共端会连接在一起 不同位的数码管的相同端也会连接在一起 即 所有的 A 段都会连在一起 其它的段也是如此 这是实际最常用的用法 数码管显示方法可分为静态显示和动态显示两种 静态显示就是数码管的 8 段 输入及其公共端电平一直有效 动态显示的原理是 各个数码管的相同段连接 在一起 共同占用 8 位段引管线 每位数码管的阳极连在一起组成公共端 利 用人眼的视觉暂留性 依次给出各个数码管公共端加有效信号 在此同时给出 4 该数码管加有效的数据信号 当全段扫描速度大于视觉暂留速度时 显示就会 清晰显示出来 图 3 1 共阴数码管 3 3 键盘电路设计 该设计只用了一个键盘 但实现的功能却是比较完善 减少了硬件资源的 损耗 该键盘可以实现小时和分钟的调节以及控制是否进入省电模式 当按键 按下又松开 可以实现屏蔽数码管显示的功能 达到省电的目的 直接按下不 松开 则可以通过按键实现分钟的累加 每按一次分钟加一 而连续两次按下 按键不放松 则可实现小时的调节 同样每按一次小时加一 达到时间调节的 目的 图 3 2 多功能控制键 3 4 整个电路原理图 5 图 3 3 系统电路原理图 4 控制系统的软件设计 4 1 程序设计 本系统的软件系统主要可分为主程序 定时计数中断程序 时间调整 程序 延时程序四大模块 在程序设计过程中 加强了部分软件抗干扰措施 下面对部分模块作介绍 定时计数中断程序 include unsigned char second 0 minute 0 hour 0 max 23 second 秒 minute 分 hour 时 max 时制 主函 Void main 6 unsigned char code table 0 xdd 0 x84 0 xe9 0 xec 0 xb4 0 x7c 0 x7d 0 xc4 0 xfd 0 xfc unsigned int i void good TMOD 0X11 T0 工作于定时模式 1 用于计时 T1 工作于定时 模式 1 用于扫描按键 IE 0X8a 开放 T0 T1 中断 IP 0X80 T1 优先级高于 T0 有按键停止计时 TH0 0X3c 设置 T0 初值 定时 5MS TL0 0Xb0 TH1 0 x3c 定时 250ms 扫描按键 TL1 0 xb0 TR1 1 启动 good while 1 扫描轮流显示 i minute 10 显示分十位 P0 5 0 P0 4 1 P0 6 1 P0 7 1 P2 table i for i 0 i 500 i i minute 10 显示分个位 P0 5 1 P0 4 0 P0 6 1 P0 7 1 P2 table i for i 0 i 500 i i hour 10 显示时个位 P0 5 1 P0 4 1 P0 6 0 P0 7 1 7 P2 table i for i 0 i 500 i i hour 10 显示时十位 P0 5 1 P0 4 1 P0 6 1 if i 0 P0 7 0 P2 table i for i 0 i 500 i 计时中断程序 void abc interrupt 1 t0 计时 中断子程序 static char a 0 TH0 0X3c 重赋初值 TL0 0Xb0 a if a 20 当 a 20 时一秒到了 a 0 P1 7 P1 7 二级管取反闪烁 second 秒增 1 if minute 0 if second 2 hour P1 4 P1 4 else P1 4 1 if second 60 second 0 minute 秒计到 60 秒清 0 分增一 if minute 60 minute 0 hour 分计到 60 分清 0 时增一 if hour max 1 hour 0 时计到最大值 清 0 按键中断处理程序 void key interrupt 3 char key 9 int i 8 static char b 0 TR1 0 停止计时 TH1 0 x3c 重赋初值 TL1 0 xb0 b 250ms 计数 if b 5 判断按键是哪一个 if P1 0 0 key 0 if P1 1 0 key 1 if P1 2 0 P3 2 0 key 2 if P1 3 0 key 3 b 0 switch key case 0 按下调时键调整时数 TR0 0 hour if hour max 1 hour 0 break case 2 按下调分键调整分数 TR0 0 minute if minute 60 minute 0 break case 1 TR0 1 break 按下重启键重新计时 case 3 Musicu 按下通讯键 功能待定 TR1 1 重启 T1 void good int i j 0 k 9 unsigned char a 0 x00 0 x00 0 x00 0 x84 0 x00 0 x19 0 x2d 0 x0d 0 x79 0 x00 0 xbc 0 x2d 0 x9d 放 置 0 9 while TR0 0j if j 13 j 0 显示 g P0 5 1 P0 4 1 P0 6 1 if a j 13 0 x00 P0 7 1 else P0 7 0 P2 a j 13 for i 0 i 500 i 显示分十位 if a j 1 13 0 x00 P0 6 1 else P0 6 0 P0 4 1 P0 5 1 P0 7 1 P2 a j 1 13 for i 0 i 500 i 显示时 O 位 P0 4 1 P0 6 1 if a j 2 13 0 x00 P0 5 1 else P0 5 0 P0 7 1 P2 a j 2 13 for i 0 i 500 i 显示分 0 位 P0 5 1 if a j 3 13 0 x00 P0 4 1 else P0 4 0 P0 6 1 P0 7 1 10 P2 a j 3 13 for i 0 i 500 i k 4 2 程序流程图 系统的流程图如图 4 1 和图 4 2 所示 11 图 4 1 主程序流程图 12 图 4 2 中断处理流程图 4 3 仿真结果 13 图 4 3 开始运行程序仿真图 14 图 4 4 运行一段时间后仿真图 4 4 仿真结果分析 功能太过单调 只能实现时分秒的显示 设计比较简单 电路图的设计过 于单调 用的器件太少 实现调节时间的按钮太少 不能很好的实现时间的调 节 在测试过程中 六位数码显示管只显示五位数字 有一位数字不亮 通过 多次的修改程序并在 PROTEUS 软件环境中进行仿真 最终解决了这个问题 同时也透露出本人在单片机电路设计和程序设计方面的不足 不过最后的仿真 效果非常好 实现了预期的效果 能过通过多功能控制键调节时间和是否进入 省电模式 是一个比较令人满意的设计 5 结束语 在李文楷老师耐心的指导下 我顺利完成了这次单片机课程设计课题中的 电子时钟设计 通过这次的设计使我认识到本人对单片机方面的知识知道的太 少了 对于书本上的很多知识还不能灵活运用 尤其是对程序设计语句的理解