计算机原理课设04上15.doc

课程设计说明书No.14电子钟设计1课程设计的目的1.1设计目的计算机控制系统课程设计是自动化专业的一个重要实践教学环节。在课程设计过程中，学生通过一个较完整的设计过程，可以加深对本门课程所学理论知识的理解与应用，提高学生对所学理论知识的综合运用能力，使学生对计算机控制系统有一个整体认识，掌握计算机控制系统的设计方法。通过课程设计，还可以培养学生独立工作能力，为将来毕业设计打好基础。1.2设计要求用学过的单片机知识设计电子钟，并使其拥有以下功能：开机时，电子钟从12：00：00开始自动计时，且拥有设置按键，可以对时、分、秒进行调整。2设计方案论证2.1设计思路本次设计采用以MCS-51系列芯片中80C51芯片为核心的时钟控制电路。对于显示部分,其输出可以采用动态显示和静态显示两种方式：采用动态显示方式的优点是使用硬件少，但是占用机时长；采用静态显示方式占用机时少，编程容易，但使用元件多，线路复杂。所要制作的电子钟的基本功能是计时与校时，由于电子钟的功能比较简单，因此，大部分功能可以由软件来实现。硬件部分仅需要具有程序存储器和时钟及复位电路的单片机系统以及共阴极显示器。故本次设计采用的是动态显示。同理，对于按键的去抖动问题，采用也是软件延时方法，由此可以省去不必要的硬件设备，使系统结构简单。对于电子钟所具有的任意时间可调的功能，可采用开关按键来实现。设计方案框图如下：图1设计方案框图如图所示，时钟控制电路应由以下几个部分组成：80C51单片机，连接显示设备的接口电路，晶体振荡电路，复位电路以及按键输入的电路。其中，单片机为核心部件。对于软件设计方面，其主要设计思路为：根据晶体振荡器的频率得到单片机内部的定时器初值，根据初值来设定“秒”信号，并将“秒”信号设定为整个系统的时基信号，每累加60秒，便产生一次 “分钟”信号，“分钟”信号经过累加器累加，每满60，则产生一次“小时”脉冲信号。“小时”脉冲信号以24小时为一周期循环。2.2设计原理2.2.1硬件设计80C51是MCS-51系列的单片机芯片，其硬件原理图如下：图2电子钟硬件原理图由于在设计时，大部分功能决定由软件完成，故，连接的芯片并不复杂。在晶体振荡器电路，选择6MHz的晶体振荡器，接入C51的XTAL1和XTAL2引脚。在复位电路中，将C51的RST接高电平。由于“上电时，考虑到震荡器有一定的起振时间，该引脚上高电平必须持续10ms以上才能保证有效复位”，故要在电路中加入电阻和电容，保证信号维持的时间，以满足复位信号的要求。本设计中，电阻选取1K，电容选取，可以满足需求。对于调整按键，本设计中选择了4组按键，分别为功能键，确认键，向上调整键(数字加一)以及向下调整键(数字减一)，按键通过P3口的低四位接人，当有键按下时输入端为低电平，无键按下时为高电平，上拉电阻取10K，确保进入单片机的电流不会很大。在显示方面，选用6位LED显示器，分别显示时、分、秒，采用动态显示方式，通过软件进行动态扫描刷新。设计中，将P0口作为段控制口的输出，位控制口选择P2口的低5位。由于是共阴极的显示器，故加入了反相器ULN2003A芯片来反相。同时，在P0口加入了上拉电阻，LED的段控端加入高电平。2.2.2软件设计软件主要包括以下几个部分：主程序、显示子程序、中断服务程序、按键判断与处理子程序。主程序首先执行的是初始化的部分，主要是计时单元清零、中断初始化、堆栈指针初始化、启动定时器工作。然后是调用显示子程序。接着是判断有无按键。无按键则回到调用显示子程序处；有按键。则执行按键处理子程序。执行完后回到调用显示子程序处，重复循环。主程序流程图如图3所示：图3系统主程序框图主程序编写如下：ORG0000HAJMPMAINORG000BHAJMPTIMEORG0300HMAIN: MOV20H,#00H;存放0.1秒信息单元MOV21H,#00H;存放秒信息单元MOV22H,#00H;存放分信息单元MOV23H,#12H;存放时信息单元MOVIP,#02H;IP,IE初始化MOVIE,#82HMOVTMOD,#01H;设定定时器工作方式?MOVTL0,#0B0HMOVTH0,#3CHSETBTR0;启动定时?MOVSP,#40H ;重设堆栈指针NEXT:LCALLDISP;调用显示子程序?LCALLKEY;调用按键检测子程序JZNEXTLCALLANKEY;调用按键处理子程序SJMPNEXT;重新循环NOPNOPNOP中断服务程序用于电子钟的计时。通过单片机内部的定时计数器T0定时100ms，即0.1s，10次中断即为1秒，60秒为1分，60分为1小时，24小时为1天，如此循环，从而实现计时功能。由于没有使用MC14558等译码驱动芯片，所以计时处理时采用的是十进制，因此时、分、秒单元加1后要进行十进制调整，即要执行DA A指令。程序流程图如图4所示：图4中断程序框图中断程序编写如下：TIME:PUSHACC;保护现场PUSHPSWMOVTL0,#0B4H;赋定时初值MOVTH0,#3CHINC20HMOVA,20HCJNEA,#20,RETI1MOV20H,#00H;一秒钟时间到MOVA,21HADDA,#01HDAAMOV21H,ACJNEA,#60H,RETI1MOV21H,#00H;一分钟时间到MOVA,22HADDA,#01HDAAMOV22H,ACJNEA,#60H,RETI1MOV22H,#00H;一小时时间到MOVA,23HADDA,#01HDAAMOV23H,ACJNEA,#24H,RETI1MOV23H,#00H;到时间达到24小时,清零RETI1:POPPSW;恢复现场POPACCRETI;中断返回?NOPNOP在显示程序中，由于选用的是共阴极的显示器，且在连接时选用了反相器，因而，显示字型的代码应该是共阳极的字型码。又由于采用的是动态显示方式，故每输出一位的段控和位控信号后需延时一定的时间，以确保显示器显示的字符是稳定的。在按键判断与处理程序中，由于需要按键消抖，故编程时加入延时语句。3设计结果与分析全部程序如下：;主程序：ORG0000HAJMPMAINORG000BHAJMPTIMEORG0300HMAIN: MOV20H,#00H;存放0.1秒信息单元MOV21H,#00H;存放秒信息单元MOV22H,#00H;存放分信息单元MOV23H,#12H;存放时信息单元MOVIP,#02H;IP,IE初始化MOVIE,#82HMOVTMOD,#01H;设定定时器工作方式?MOVTL0,#0B0HMOVTH0,#3CHSETBTR0;启动定时?MOVSP,#40H ;重设堆栈指针NEXT:LCALLDISP;调用显示子程序?LCALLKEY;调用按键检测子程序JZNEXTLCALLANKEY;调用按键处理子程序SJMPNEXT;重新循环NOPNOPNOP;定时中断处理程序：TIME:PUSHACC;保护现场PUSHPSWMOVTL0,#0B4H;赋定时初值MOVTH0,#3CHINC20HMOVA,20HCJNEA,#20,RETI1MOV20H,#00H;一秒钟时间到MOVA,21HADDA,#01HDAAMOV21H,ACJNEA,#60H,RETI1MOV21H,#00H;一分钟时间到MOVA,22HADDA,#01HDAAMOV22H,ACJNEA,#60H,RETI1MOV22H,#00H;一小时时间到MOVA,23HADDA,#01HDAAMOV23H,ACJNEA,#24H,RETI1MOV23H,#00H;到时间达到24小时,清零RETI1:POPPSW;恢复现场POPACCRETI;中断返回?NOPNOP;显示子程序DISP:ANL2FH,#10H;处理小数点MOVA,21H;处理秒21H-2DH,2EHANLA,#0FHORLA,2FHMOV2FH,AMOVA,21HANLA,#0F0HSWAPAMOV2EH,AANL2DH,#10HMOVA,22H;处理分钟22H-2CH,2DHANLA,#0FHORLA,2DHMOV2DH,AMOVA,22HANLA,#0F0HSWAPAMOV2CH,AANL2BH,#10HMOVA,23H;处理小时23H-2AH,2BHANLA,#0FHORLA,2BHMOV2BH,AMOVA,23HANLA,#0F0HSWAPAMOV2AH,AMOVR0,#2FH;显示偏移量MOVR3,#06HMOVDPTR,#TABLEMOVA,#0BFHLOOP1:MOVB,AMOVP2,AMOVA,R0MOVCA,A+DPTRMOVP0,a;送显示MOVR2,#80H;延时DJNZR2,$DECR0MOVA,BRRADJNZR3,LOOP1;循环显示RETTABLE: db 28h,7eh,0a2h,62h,74h,61h,21h;不带小数点DB 7ah,20h,60h,00,00,00,00,00,00DB 8H,5eH,82H,42H,54H,41H,1H,5aH;带小数点DB 00H,40H,00,00,00,00,00,00NOPNOP;按键判断程序KEY:MOVP3,#0FFHMOVA,P3CPLAANLA,#3CHJZRETX;无键按下则返回LCALLDISPLCALLDISPMOVA,P3CPLAANLA,#3CHJZRETX;键盘去抖动。MOVR6,A;将键值存入R6。LOOP2:LCALLDISPMOVA,P3 CPLA ANLA,#3CH JNZLOOP2;等待键释放MOVA,R6 RETX:RETNOPNOP;按键处理子程序ANKEY:CLREA;关中断LX:MOVA,R6JBACC.2,L1;是功能键转L1JBACC.3,L2;是确认键转L2JBACC.4,L3;是减1键转L3JNBACC.5,L12;不是增1键，转L12JB2BH.4,L6;判断使哪一位（时、分、秒）的值加1JB2DH.4,L8JB2FH.4,L9L12:LCALLDISPLCALLDISPLCALLKEY;判断有无键按下JZL12LJMPLXL2: MOV25H,#00H;确认键处理程序CLR2BH.4CLR2DH.4CLR2FH.4SETBEARETL3:JB2BH.4,L61;增一键处理程序JB2DH.4,L81JB2FH.4,L91AJMPL12L1:MOVA,25H ;功能键处理程序JZLB1JBACC.0,LB2JBACC.1,LB3JNBACC.2,L12LB1:MOV25H,#01H;25H单元是标志位，（25H）=01H调节时单元的值SETB2BH.4CLR2DH.4CLR2FH.4AJMPL12LB3:MOV25H,#04H;25H单元是标志位，（25H）=01H调节秒单元的值SETB2FH.4CLR2DH.4CLR2BH.4AJMPL12LB2:MOV25H,#02H;25H单元是标志位，（25H）=01H调节分单元的值SETB2DH.4CLR2BH.4CLR2FH.4AJMPL12L61:AJMPL611L81:AJMPL811L91:AJMPL911L6:MOVA,23H;时加一ADDA,#01HDAAMOV23H,ACJNEA,#24H,L15L15:JCL112MOV23H,#00HL112:AJMPL12L8:MOVA,22H;分加一ADDA,#01HDAAMOV22H,ACJNEA,#60H,L16L16:JCL112MOV22H,#00HAJMPL12L9:MOVA,21H;秒加一ADDA,#01HDAAMOV21H,ACJNEA,#60H,L17L17:JCL112MOV21H,#00HAJMPL12L611:MOVA,23H;时减一ADDA,#99HDAAMOV23H,ACJNEA,#99H,L112MOV23H,#23HAJMPL12L811:MOVA,22H;分减一ADDA,#99HDAAMOV22H,ACJNEA,#99H,L112MOV22H,#59HAJMPL12L911:MOVA,21H;秒减一ADDA,#99HDAAMOV21H,ACJNEA,#99H,L112MOV21H,#59HAJMPL12NOPNOPEND4设计体会本次设计以单片机80C51为控制核心，由时钟电路、按键电路、显示元件等部分组成。其中，80C51为核心部件，利用软件编程，通过按键控制和LED显示实现了电子时钟的功能，实现了本次设计的基本要求。此次设计最大的优点在于其对硬件设备的使用。由于自身知识水平的限制，所完成的电子钟系统不够全面，在程序设计以及如何方便使用等具体问题上仍有些缺陷。不过，在这短短的一周内，我收获了很多的东西，这些都是我在学校里的课本上找不到的。现在我们即将踏入社会，这些带有实战性质的知识与经验对我们来说是至关重要的，它缩短了我们所学的理论知识与实际应用间的距离，增加我们对现实事物的认识与了解，提高