大工15秋《单片机原理及应用》大作业题目及要求单片机电子时钟设计

网络教育学院 单片机原理及应用 大作业 题 目 ： 单片机电子时钟设计 学习中心： 层 次： 专科起点本科 专 业 ： 电气工程及其自动化 年 级： 学 号： 学生 姓名 ： 大工 15秋 单片机原理及应用 大作业 具体要求： 1 作业内容 从以下五个题目中任选其一作答。 2 正文格式 作业正文内容统一采用宋体，字号为小四， 字数在 2000字以上 。 3. 作业提交 学生需要 以附件形式上交离线作业（附件的大小限制在 10选择已完成的作业，点 “上交” 即可。如下图所示。 4. 截止时间 2016 年 3 月 9 日。 在此之前，学生可随时提交离线作业，如 需修改，可直接上传新文件，平台会自动覆盖原有文件。 5. 注意事项 请同学 独立完成作业，不准抄袭其他人或者请人代做，如有雷同作业，成绩以零分计！ 题目 一 ： 单片机电子时钟设计 准 则： 设计一个基 于 51单片 机 或 电子时钟，并且能够实现时分秒的显示和调节 撰写 要求： （ 1） 首先介绍课题背景， 并进行需求分析及可行性分析， 包括软硬件功能分配、核心器件的选型 等 ； （ 2） 对系统硬件进行设计，包括 硬件功能模块划分、电路原理图设计 等 ； （ 3） 对系统软件进行设计，选用汇编语言或 给出软件开发流程 ； （ 4）总结：需要说明的问题以及设计的心得体会。 单片机电子时钟设计 一、 引言 单片机技术在计算机中作为独立的分支，有着性价比高、集成度高、体积少、可靠 性高、控制功能强大、低功耗、低电压、便于生产、便于携带等特点，越来越广泛 的被应用于实际生活中。单片机全称，单片机微型计算机，从应用领域来看，单片 机主要用来控制系统运行，所以又称微控制器或嵌入式控制器，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。 二、时钟的基本原理分析 利用单片机定时器完成计时功能，定时器 0 0 计时中断程序每隔 断一次并当作 一个计数，设定定时 1 1 秒的中断计数初值为 100 ，每中断一次中断计数初值减 1 1 ，当 减到 0 0 时，则表示 1s 到了，秒变量加 1 1 ，同理再判断是否 1到了，再判断是否 1h 到了。 为了将时间在 码管上显示，可采用静态显示法和动态显示法，由于静态显示 法需要译码器，数据锁存器等较多硬件，可采用动态显示法实现 示，通过对 每位数码管的依次扫描，使对应数码管亮，同时向该数码管送对应的字码，使其显 示数字。由于数码 管扫描周期很短，由于人眼的视觉暂留效应，使数码管看起来总 是亮的，从而实现了各种显示。 三、时钟设计分析 针对要实现的功能，采用 片机进行设计， 片机是一款低功耗，高性能 单片机，片内含 4线可编程（ 的可 反复擦写 1000 次的 读程序存储器，器件采用高密度、非易失性存储技术制 造，兼容标准 1 指令系统及 80脚结构。这样，既能做到经济合理又能实现预期的功能。 在程序方面，采用分块设计的方法，这样既 减小了编程难度、使程序易于理解，又 能便于添加各项功能。程序可分为闹钟的声音程序、时间显示程序、日期显示程序 ，秒表显示程序，时间调整程序、闹钟调整程序、定时调整程序，延时程序等。运 用这种方法，关键在于各模块的兼容和配合，若各模块不匹配会出现意想不到的错误。 首先，在编程之前必须了解硬件结构尤其是各引脚的用法，以及内部寄存器、存储 单元的用法，否则，编程无从下手，电路也无法设计。这是前期准备工作。第二部 分是硬件部分：依据想要的功能分块设计设计，比如输入需要开关电路，输出需要 显示驱动电路和数码管电路等。 第三部分是软件部分：先学习理解汇编语言的编程 方法再根据设计的硬件电路进行分块的编程调试，最终完成程序设计。第四部分是 软件画图部分：设计好电路后进行画图，包括电路图和仿真图的绘制。第五部分是 软件仿真部分：软硬件设计好后将软件载入芯片中进行仿真，仿真无法完成时检查 软件程序和硬件电路并进行修改直到仿真成功。第六部分是硬件实现部分：连接电 路并导入程序检查电路，若与设计的完全一样一般能实现想要的功能。最后进行功 能扩展，在已经正确的设计基础上，添加额外的功能！ 四、时钟的实现 A. 电路设计 1. 整体设计 此次设计主要是应用单片机来设计电子时钟，硬件部分主要分以下电路模块：显示 电路用 8 8 个共阴数码管分别显示，星期（年份），小时、分钟（月份）和秒（日） ，通过动态扫描进行显示，从而避免了译码器的使用，同时节约了 I/0 端口，使电 路更加简单。单片机采用 列，这种单片机应用简单，适合电子钟设计。 电路的总体设计框架如下： 2. 分块设计 模块电路主要分为：输入部分、输出部分、复位和晶振电路。 入部分 输入信号主要是各种模式选择和调整信号，由按键开关提供。 以下为输入部分样例 ： 在本实验中主要用用 输入按键信号，还用到了特殊的 。对于 ，由于其 存在高阻状态，为了实现开关功能，给其添加上拉电阻，具体如下图所示： 出部分 本电路的输出信号为 7 7 段数码管的位选和段选信号，闹铃脉冲信号，提示灯信号。 本实验的数码管是共阴的，为了防止段选信号不能驱动数码管，故在 连接 上拉电阻后，再送段选信号，以提高驱动，位选信号直接从 接入，如下图： 闹铃由 输出，模块如下： 振与复位电路 本实验单片机时钟用内部时钟，模块如 下： 复位电路为手动复位构成，模块如下： 各模块拼接组合，电路总体设计图如下 : B. 程序设计 序总体设计 本实验用汇编程序完成 . . 程序总的流程图如下： 序主要模块 时模块 数码管显示动态扫描时，用到延时程序，这里使用延迟 1程序，此程序需反复 调 , , 除数码管动态扫描外，数码管的闪烁提示，以及音乐模块也用到了延时，只是 延时的长短不同罢了，在此不再赘述。 断服务程序 本实验中，计数器 1 中断都有运用，其中 断为时钟定时所用， 断用于 音乐播放。 定时长度为 工作于方式 1 1 ，计数 1 1 次，时长 1故计数器计 数 10000 次，进入中断，计数初值为 65536- 10000=55536=#0装满定时器需要 时间，从而 100 次中断为一秒，一秒 之后，判断是否到 60 秒，若不到则秒加一，然后返回，若到，则秒赋值为 0 0 ，分加 一，依次类推。包括日期显示的功能也是如此。另外，由于要实现倒计时功能，因 此在中断程序中还要加入减一的寄存器，需要时将其进行显示。基 于以上考虑，以 倒计时中的秒， 倒计时的分，当秒加 1 1 时 一，减到 0 0 之后，秒赋值为 59 ，分减一，直到分为 0 0 。 计数器 作于方式 1 1 ， 当调用响铃程序时，其计数功能开启，为音乐音调不同频率的方波的形成，提供延 时。其中断服务程序就是根据音调改变音乐方波输出口电平的高低，用语句 现。 中断服务程序中日历的实现较为复杂，要考虑平年，闰年，特殊的 2 2 月，每月的天 数的不尽相同。具体的逻辑判断方法为：首先，要考虑年份是不是闰年，闰年的判 断方法是：将年份除以 100 ，若能整除，则将年份除以 400 ，若还能整除，则为闰年 ，若不能，则为平年；若不能被 100 整除，则判断是否能被 4 4 整除，若能， 则为闰年，若不能则为平年。只有 2 2 月与平、闰年相关，因此在闰年和平年的子程 序中，要判断是不是 2 2 月，若是则在相应的年中进行日期的增加，若不是则转入平 时的月份。其中 1 1 、 3 3 、 5 5 、 7 7 、 8 8 、 10 、 12 月是每月 31 天， 4 4 、6 6 、 9 9 、 11 月为每月 30 天 。 日历进位判断流程图如 下： 本实验用 8 8 个数码管，刚好能显示年，月，日，扫描显示与时间的扫描显示类似。 年比较特殊，由两个寄存器存储，个位，十位为 0 0 时，表明年数能被 100 整除，若此 时千位，百位 组成两位数能被 4 4 整除，则年数被 400 整除，为闰年。若十位，个位组成两位数能被 4 整除，则年数能被 4 4 整除，为闰年。 程序主程序主要对按键进行扫描，以及判断定时和闹铃时间是否已到，若到则调用相关 程序。 示子程序 8 8 个数码管轮流进行显示，分别显示 1依赖人的视觉 暂留效 应，给人以数码管持续高亮的错觉。 日期的显示，秒表的显示，倒计时的显示，调闹铃，调定时的显示，闪烁的显示程 序与以上的的扫描相似，有的以子程序的方式出现，通过子程序调用语句 用；有点直接嵌套在相应的程序里面，顺序执行，或者用调转语句 用。 C C 程序调试及仿真 本程序通过 片机开发平台实现程序的编译，链接，生成 件。通过 硬件仿真平台 联合，可以将设计效果仿真出来，根据效果，有目的的 改变设计，优化程序。 利用 真实验过程截图： 普通时间显示模式仿真图，表示：星期一 9 9 点 10 分 38 秒 五，总结 本文先从整体论述了设计电子钟的大致思路，然后再采用划分模块的方 法，将硬件电路划分为开关电路，显示驱动电路，以及数码管电路等，而软件部分 ，则依据要实现的功能，划分为：闹钟的声音程序，时间显示程序，日期显示程序 ，秒表显示程序，时间调整程序、闹钟调整程序、定时调整程序，延时程序等。最 后将各模块集成为一个整体 , , 合成一个多功能的电子钟。 附录： 延时程序： 7,#2 2,#250 2,$ 7,程序： ;,38H; ,37H; ,#0 ;0, 0 1 ;1 ;4,#0 ;3,#30 按下 0 0 键，显示日期并可对日期进行调整 按下 1 1 键，显示时间，并可调时 按下 2 2 键，进行闹铃设置 按下 3 3 键，进行定时设置 闹铃测试 按下 6 6 键，进入秒表方式 调用时钟显示子程序 判断是否开启闹铃重响功能 判断是否开启闹铃功能，没开则去判断定时 判断定时值 3 是否到零、闹铃时刻是否已到判断小时数是否到闹铃所定时间， 若到，则对 分进行判断；若不到，则对定时进行判断 判断分是否到闹铃所定时间，若到，则对秒进 行判断；若不到，则对定时进行判断 判断秒是否到闹铃所定时间，若到，则时，分， 秒都到达闹铃时刻，进入响铃子程序；若不到则判断定时 闹铃重响判断程序 标志位 0 0 ，不进行闹铃重响设定 定时判断标志位赋 1 1 ， 定时判 断功能开启 闹铃重响间隔时间选取 闹铃重响间隔 30 秒 1: ; ; 闹铃重响间隔 60 秒 4,#1 3,#0 ; ; 判断是否应该进行定时判断 ,33引入的判断因子，当其为 0 0 时，不对定时 时间是否到 0 0 进行判断 ; 当 3是 0 0 时，跳转到定时判断程序 ,_,3;0 ;0 ; ; 显示子程序： ; ; 所存定时分数为 0, 则转而判断 存定时秒 数 所存参数减为 0 0 ， 定时长度已到 闹铃重响功能开启时，跳入响铃程序 不是闹铃重响定时，则定时时间到时，跳入提 示程序 调用响铃子程序 闹铃重响标志位设定 响铃 标志位复位 跳入闹铃调整程序 跳入定时调整程序 跳入日期调