电子时钟__单片机课程设计.doc

单片机课程设计摘 要近年来随着计算机在社会领域的渗透和大规模集成电路的发展，单片机的应用正在不断地走向深入，由于它具有功能强，功耗低，体积小，价格便宜，工作可靠，使用方便等特点，因此特别适合于与控制有关的系统，越来越广泛应用于各个领域，单片机往往是作为一个核心部件来使用，在根据具体硬件结构，以及针对具体应用对象特点的软件结合，以作完善。数字时钟实际上是一个对标准频率进行计数的计数电路。它的计时周期是24小时。采用LED数码显示管显示时、分、秒，以24小时计时方式，根据数码管动态显示原理进行显示。基于51单片的电子时钟，外围电路简单易于实现，性价比高，是实现电子时钟的不错选择。关键词： 单片机， 传感器， 数码管，中断AbstractIn recent years along with computer penetration in the social sphere and the large scale integrated circuit development, SCM applications are constantly deepening, because it has strong function, low power consumption, small size, cheap, reliable, use convenient wait for a characteristic, thus it is especially suitable for and control of relevant system, more and more widely used in various field, SCM is often used as a core component, in according to the specific hardware structure, as well as application specific features of the software objects, to make perfect.。Digital clock is actually a pair of standard frequency count of the counting circuit. Its time period is 24 hours。Using the LED digital tube display hours，minutes and seconds，in 24 hours time，according to the principle of dynamic display of digital tube display. Based on 51single-chip electronic clock, the peripheral circuit is simple, cost-effective, is a good choice to realize the electronic clock.Keywords：Single chip microcomputer， Sensor， Digital tube ，Interruptl第1章 绪论1.1课题研究的背景 20世纪末，电子技术获得了飞速的发展，在其推动下，现代电子产品几乎渗透了社会的各个领域，有力地推动了社会生产力的发展和社会信息化成程度的提高，同时也使现代电子产品性能进一步提高，产品更新换代的节奏也越来越快。时间对人们来说总是那么宝贵，工作的忙碌性和繁杂性容易使人们忘记当前时间。单片机模块中最常见的是数字钟，数字钟是一种用数字电路技术实现时、分、秒计时的装置，与机械式时钟相比具有更高的准确性和直观性，且无机械装置，具有更长的使用寿命，因此得到了广泛的使用。 数字钟是采用数字电路实现对时、分、秒数字显示的计时装置，广泛用于个人家庭，车站，码头，办公室等公共场所，成为人们日常生活中不可少的必需品。 基于51单片的电子时钟，外围电路简单易于实现，性价比高，是实现电子时钟的不错选择。研究数字钟及扩大其应用，有着非常现实的意义。 1.2 课题的主要内容课题的主要内容课题的主要内容 本次课程设计基于单片机内部资源设计出的一款性价比高的电子时钟系统，主要涉及到以下几个研究方向： (1) 熟悉MCS-51单片机内部定时器的工作方式； (2) 掌握单片机内部中断系统的工作模式； (3) 了解MCS-51单片机外部电路的一般设计方法； (4) 熟悉汇编语言的编写规则； 河南机电高等专科学校毕业论文 (5) 掌握单片机内部ram地址分配方法； (6) 掌握特殊功能寄存器的用法； (7) 熟悉Proteus ISIS软件的使用； (8) 掌握汇编语言的编译方法。 第2章电子时钟实现原理2.1设计方案： 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。2.2设计内容：这里采用应用广泛的AT89C51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，对机器周期计数形成基准时间（50ms），然后用另一个定时/计数器T1对基准时间计数形成秒，秒计60次形成分，分计60形成小时，小时计到12。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，89C51的P1.0、P1.1、P1.2外接三个独立按键，当按下P1.0按键时，系统进入调时间的状态或启动时间显示的功能；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，达到调整时间的目的。2.3 系统框图设计 根据电子时钟能够实现的功能，采用单片机内部资源，设计出了系统原理框图，如图2-1所示。图2-1在单片机内部构建三个模块：控制模块、译码模块、定时模块，用以实现自动计数、译码显示功能。单片机外部构建四个电路：时钟电路、复位电路、外部按钮电路、显示电路，用以实现对单片机内部计数控制以及译码输出的正确显示。该电子时钟是将秒、分、时显示在人的视觉器官面前的一种计时装置。故将计时周期设置为24小时，当显示满刻度是23时59分59秒时，数码管显示为0。为了确保时间正常校对，在系统中设有校对按钮，用以实现对数码管显示的正确调整。 2.4 系统电路原理设计 在本次的设计中对12MHZ的系统时钟进行定时计数，初值设为B03CH。形成定时时间为50ms。用片内RAM的7BH单元对50ms计数，计20次1秒钟到，然后对秒计数器78H单元加1，秒计数器加到60后就向分进位，则分计数器79H单元加1而秒计数器78H单元清零；分计数器加到60后又向时进位，则时计数器7AH单元加1而分计数器79H单元清零；时计数器加到24则时计数器清零。然后把秒、分、时计数器分成十位和个位放到8个数码管的显示缓冲区，通过数码管显示出来。显示格式为小时十位、小时个位-分十位、分个位-秒十位、秒个位。图2-2 根据电路原理框图设计出电路原理图如图2-2所示，由12MHz的晶振给单片机提供固定的时钟频率，通过k1、k2、k0可以对显示电路时间进行位设定。 在图2-2中，复位电路、时钟电路、控制电路加上单片机组成单片机最小应用系统，能够实现很多复杂的功能。系统由AT89C51、LED 数码管、按键、电容、电阻等部分构成，能实现时间的调整、输出、调时间等功能。系统中按钮k能对时间进行调整功能的按钮，采用单键控制调时功能，运用软件去判断按键的时间从而选择完成相对应的功能。当按下k0第一次时，对hour来调节小时的时间；当第二次按下k0时，对minute来调节分的时间；第三次按下是对scoend来调节秒时间。在设置秒位时间时，k1按下，秒就加1；如果k2按下，秒就减1。时、分调节与秒设定相同。 系统中的按键采用中断技术来检测，它在单片系统中有着十分重要的作用，它不仅可以提高单片机CPU的效率，也可以对突发事件处理。所谓中断就是当CPU正在执行程序A时，发生了另一个急需处理的事件B，这是CPU暂停当前执行的程序A，立即转去执行处理事件B的程序，处理完事件B后，再返回到程序A继续执行，这个过程被叫做中断。计数器采用软件编程来实现时钟，数码管显示采用动态显示。 第3章 系统各单元电路分析3.1 AT89C51 AT89C51是一种带4K字节FLASH存储器的低电压、高性能CMOS的8位微处理器，俗称单片机。AT89C51是一种带2K字节闪存可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1000次。该器件采用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AT89C51是一种高效微控制器。AT89C51单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的 图3-1由于电路原理中只用到单片机的p0、p1、p2口，所示下面对这三个端口进行详细介绍。 1）、P0口：P00P07统称为P0口，在不接片外存储器与不扩展I/O接口时，作为准双向输入/输出接口。在接有片外存储器或扩展I/O接口时,P0口分时复用为低8位地址总线和双向数据总线。P0口是一个三态双向口，由一个输出锁存器、两个三态缓冲器、输出驱动电路和输出控制电路组成。在输入数据时，应人为地先向P0口写“1”，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/地址的低八位。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。 2）、P1口：P10P17统称为P1口，可作为准双向I/O接口使用。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4LSTTL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。 3）、P2口：P20 P27口统称为P2口，一般可以作为准双向I/O接口使用，在接有片外存储器或扩展I/O接口且寻址范围超过256字节时，P2口用作高8位地址总线。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。 3.2 复位电路 计算机在启动运行时都需要复位，复位时使中央处理器CPU和内部其他部件处于一个确定的初始状态，从这个状态开始工作。 AT89C51单片机有一个复位引脚RST，高电平有效。在时钟电路工作以后，当外部电路使得RST端出现两个机器周期（24个时钟周期）以上的高电平，系统内部复位。复位有两种方式：上电复位和按钮复位。在此次的设计中，我采用按键复位，图3-2只要RST保持高电平，AT89C51单片机将循环复位。复位期间，ALE、PSEN输出高电平。RST从高电平变为低电平后，PC指针变为0000H，使单片机从程序存储器地址为0000H的单元开始执行程序。复位后，内容各寄存器的初始内容如表4-1所示，当单片机执行程序出错或进入死循环时，可按复位按钮重新启动。 3.3 时钟电路 在本次设计中，时钟电路设计就是采用内部方式，即利用芯片内部的振荡电路。AT89C51单片机内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器。引脚XTAL1和XTAL2是高增益反相放大器的输入端和输出端。这个高增益反相放大器将与作为反馈元件的片外晶体谐振器一起构成一个自激振荡器。外接晶体振荡器以及电容C1和C2构成并联谐振电路，接在放大器的反馈回路中，对外接电容的值虽然没有严格的要求，但是电容的大小会影响起振的快速和温度的稳定性、振荡器的稳定性、振荡器频率的高低。因此，此系统电路的晶体振荡器的值为12MHz,电容应尽可能的选择陶瓷电容，电容值约为22uF。在焊接刷电路板时，我们应注意晶体振荡器和电容尽可能安装的与单片机芯片靠近些，用以减少寄生电容，为了更好地保证振荡器可靠地工作和稳定行，其电路图如图3-3所示。图3-33.4 按键电路 独立式键盘是各按键相互独立，每个按键各接一根I/O接口线，每根I/O接口线的按键是不会影响其他的I/O接口线。在本次设计中，按键为K0、K1、K2，他们分别与单片机P10、P11、P12接口线相接。通过按键控制显示器的显示。其电路图图3-43.5 LED显示电路 在本次的设计中，采用的8位的数码管显示器。数码管如果按照段数分可为七段数码管和八段数码管，八段数码管比七段数码管多一个发光二极管单元，也就是多了一个小数点的显示；如果按能够显示多少个“8”分类的话，也可以可分为1位、2位、4位等数码管。 如果按照发光二极管单元的连接方式又可以分为共阳极数码管和共阴极数码管。共阳极的数码管是将所有发光二极管的阳极接到一起后就形成公共阳极（COM）的数码管，共阳极数码管在应用时要将公共极（COM）接到+5V，当某一字段发光二极管的阴极为低电平时，相应字段就点亮，当某一字段的阴极为高电平时，相应字段就不亮。共阴极数码管是将所有发光二极管的阴极接到一起形成公共阴极（COM）的数码管，共阴极数码管在应用时应将公共极（COM）接到地线GND上，当某一字段发光二极管的阳极为高电平时，相应字段就点亮，当某一字段的阳极为低电平时，相应字段就不亮。 图3-5第四章 系统软件程序设计4.1主程序 先对显示单元和定时器/计数器初始化，然后重复调用数码管显示模块和按键处理模块，当有按键按下时，则转入相应的功能程序。4.2数码管显示模块 本设计有8个数码管，从右到左为妙、横线、分、横线、时。在本系统中数码管显示采用软件译码动态显示。在存储器中首先建立一张显示信息的字段码表，显示时，先从显示缓冲区中取出显示的信息，然后通过查表程序在字段表中查出所显示的信息的断码，从P0端口输出，同时在P2端口进行数码管显示。4.3定时器/计数器T0中断服务程序 T0用于计时，选中方式一，重复定时，定时时间设为50ms，定时时间到则中断，在中断服务程序中用一个计数器对50ms计数，计20次则对秒单元加一。秒单元加到60则对分单元加一，同时秒单元清0；分单元加到60则对时单元加一，同时分单元清0；时单元加到24则对时单元清0，标志一天时间计满。在对各单元计数的同时，把他们的值放到存储器单元的指定位置。流程图如下：现场保护，重置初值，启动下一个50ms是开始显示单元清0零零0T0、T1设为16位计数模式允许T0中断调用显示子程序进入功能程序按下键否开始中断返回50ms计数器加一秒单元加一，50ms计数器清0分单元加一，秒单元清0时单元加一，分单元清0时单元清050ms计数器=20？秒单元=60?分单元=60？时单元=24？主程序流程图T0中断服务程序NONONONO4.4按键处理模块 按键设置为：如果没有按键，则时钟正常走时。当按下K0键时，进入调分状态，时钟停止走动；按K1和K2按键可以进行加一和减一操作；继续按K0键可以分别进行分和小时的调整；最后按K0键启动计时。第5章 仿真实现仿真实现 在本课题中，采用AT89C51单片机作为主控制器，12MHZ晶振作为振荡源，P0口作为输出字段码，P2口作为输出位选码，采用共阳的LED数码管，P1.0为调时位选择按键，P1.1为加1键，P1.2为减1键。片内RAM的70H到77H单元为LED数码管的显示缓冲区78H，79H，7AH分别为秒、分、小时计数单元。7BH为50ms计数器,7CH为调时按键计数器。具体的程序见附录。第6章 课程设计总结做了一周的数字钟课程设计，让我感受颇深，在本次电子技术课程设计过程中，得到了老师和同学的帮助，让我学到了很多东西。通过这次课程设计，在很高的程度上弥补了我们的理论的不足，通过设计进一步巩固了我们的理论知识，让我们学的更扎实。总之，这次课程设计带给我很大的收获，再一次感谢学校给了我们一个展现自己才能的机会，这对我们以后的工作和学习都有很好的作用。参考文献：1 林立.单片机原理与应用M.北京：电子工业出版社，2009 2 李守中.51单片机开发入门与经典实例M.北京：人民邮电出版社，20073丁元杰主编.单片微型计算机.北京：机械工业出版社.20034 胡汉才.单片机原理与接口技术M.北京：清华大学出版社，1996 5李广第主编.单片机基础.北京：北京航天工业出版社.20026 杨加国.单片机原理与应用及C51程序设计（第二版）M.北京：清华大学出版社，2009 附录： 汇编语言程序ORG 0000HLJMP STARTORG 000BHLJMP INIT0 START:MOV R0,#70H;主程序开始MOV R7,#0CH INIT: MOV R0,#00HINC R0DJN Z R7,INITMOV 72H,#10;对连字符进行装值MOV 75H,#10MOV 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 EASETB ET0SETB TR0 START1:LCALL SCANLCALL KEYSCANSJMP START1 DL1MS:MOV R6,#14H;延时1子程序 DL1:MOV R7,#19H DL2:DJNZ R7,DL2DJNZ R6,DL1RET DL20MS: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 74H,A;时间分要显示的十位送地址MOV 73H,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 77H,A;时间时显示的十位送地址MOV 76H,B;时间时要显示的个位送地址MOV R1,#70HMOV R5,#0FEHMOV R3,#08H SCAN1:MOV A,R5;数码管的显示程序MOV P2,AMOV A,R1MOV DPTR,#TABMOVC A,A+DPTR;对字段表取值显示MOV P0,AMOV A,R5LCALL DL1MSINC R1MOV A,R5RL AMOV R5,ADJNZ R3,SCAN1MOV P2,#0FFHMOV P0,#0FFHRET ;09和-的字段表TAB:DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0F8H,80H,90H,0BFH ;定时/计数器T0中断程序 INIT0:PUSH ACCPUSH PSWCLR ET0CLR TR0MOV TL0,#0B0HMOV TH0,#03CHSETB TR0INC 7BHMOV A,7BHCJNE A,#14H,OUTT0;50ms是否到20次，没有到就继续执行50ms的延时MOV 7BH,#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,OUTT0MOV 79H,#00INC 7AHMOV A,7AHCJNE A,#18H,OUTT0;60分钟的延时是否计到24次，没有就 继续执行程序MOV 7AH,#00 OUTT0: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 EARET KEYSCAN0:LCALL DL20MS;20ms的延时消抖JB P1.0,KEYOUT WAIT0:JNB P1.0,WAIT0;判断按键是否松手， 松手就往下执行程序INC 7CHMOV A,7CHCLR ET0CLR TR0CJNE A,#03H,KEYOUT;按下第一次和第二次对时、分选定MOV 7CH,#00;按下第三次时就启动计时SETB ET0SETB TR0SJMP KEYOUT KEYSCAN1:LCALL DL20MS;按键加一的程序JB P1.1,KEYOUT WAIT1:JNB P1.1,WAIT1MOV A,7CHCJNE A,#02H,KSCAN11;如果功能键按下则对时加一调整INC 79HCJNE A,#3CH,KEYOUT;如果加到60则清零MOV 79H,#00SJMP KEYOUT KSCAN11:INC 7AH;如果功能键是按下第二次则对分进行加一调整MOV A,7AHCJNE A,#18H,KEYOUTMOV 7AH,#00SJMP KEYOUT KEYSCAN2:LCALL DL20MS;延时消抖程序JB P1.2,KEYOUT WAIT2:JNB P1.2,WAIT2;判断是否放开按键MOV A,7CHCJNE A,#02H,KSCAN21;如果功能键是按下第一次对时进行减一DEC 79HMOV A,79HCJNE A,#0FFH,KEYOUTMOV 79H,#3BHSJMP KEYOUT KSCAN21:DEC 7AH;如果功能键是按下第二次则对分进行减一CJNE A,#0FFH,KEYOUTMOV 7AH,#17HSJMP KEYOUTENDORG 0000HLJMP STARTORG 000BHLJMP INIT0 START:MOV R0,#70H;主程序开始MOV R7,#0CH INIT: MOV R0,#00HINC R0DJN Z R7,INITMOV 72H,#10;对连字符进行装值MOV 75H,#10MOV 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 EASETB ET0SETB TR0 START1:LCALL SCANLCALL KEYSCANSJMP START1 DL1MS:MOV R6,#14H;延时1子程序 DL1:MOV R7,#19H DL2:DJNZ R7,DL2DJNZ R6,DL1RET DL20MS: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 74H,A;时间分要显示的十位送地址MOV 73H,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 77H,A;时间时显示的十位送地址MOV 76H,B;时间时要显示的个位送地址MOV R1,#70HMOV R5,#0FEHMOV R3,#08H SCAN1:MOV A,R5;数码管的显示程序MOV P2,AMOV A,R1MOV DPTR,#TABMOVC A,A+DPTR;对字段表取值显示MOV P0,AMOV A,R5LCALL DL1MSINC R1MOV A,R5RL AMOV R5,ADJNZ R3,SCAN1MOV P2,#0FFHMOV P0,#0FFHRET ;09和-的字段表TAB:DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0F8H,80H,90H,0BFH ;定时/计数器T0中断程序 INIT0:PUSH ACCPUSH PSWCLR ET0CLR TR0MOV TL0,#0B0HMOV TH0,#03CHSETB