基于单片机的简易电子时钟设计资料

第 1 页 共 20 页 基于单片机的简易电子时钟设计基于单片机的简易电子时钟设计 1 设计任务与要求设计任务与要求 1 1 设计背景设计背景 数字钟已成为人们日常生活中必不可少的必需品 广泛用于个人家庭以及办公 室等公共场所 给人们的生活 学习 工作 娱乐带来极大的方便 由于数字集成 电路技术的发展和采用了先进的石英技术 使数字钟具有走时准确 性能稳定 携 带方便等优点 它还用于计时 自动报时及自动控制等各个领域 尽管目前市场上 已有现成的数字钟集成电路芯片出售 价格便宜 使用也方便 但鉴于单片机的定 时器功能也可以完成数字钟电路的设计 因此进行数字钟的设计是必要的 在这里 我们将已学过的比较零散的数字电路的知识有机的 系统的联系起来用于实际 来 培养我们的综合分析和设计电路 写程序 调试电路的能力 单片根据以上的电子时钟的设计要求可以分为以下的几个硬件电路模块 单片机 模块 数码显示模块与按键模块 模块之间的关系图如下面得方框电路图 1 所示 机具有体积小 功能强可靠性高 价格低廉等一系列优点 不仅已成为工业测 控领域普遍采用的智能化控制工具 而且已渗入到人们工作和和生活的各个角落 有力地推动了各行业的技术改造和产品的更新换代 应用前景广阔 1 2 课程设计目的课程设计目的 1 巩固 加深和扩大单片机应用的知识面 提高综合及灵活运用所学知识解决 工业控制的能力 2 培养针对课题需要 选择和查阅有关手册 图表及文献资料的自学能力 提 高组成系统 编程 调试的动手能力 3 过对课题设计方案的分析 选择 比较 熟悉单片机用系统开发 研制的过 程 软硬件设计的方法 内容及步骤 第 2 页 共 20 页 1 3 设计要求设计要求 1 时制式为 24 小时制 2 采用 LED 数码管显示时 分 秒采用数字显示 3 具有方便的时间调校功能 4 计时稳定度高 可精确校正计时精度 2 总体方案设计总体方案设计 2 1 实现时钟计时的基本方法实现时钟计时的基本方法 利用 MCS 51 系列单片机的可编程定时 计数器 中断系统来实现时钟计数 1 计数初值计算 把定时器设为工作方式 1 定时时间为 50ms 则计数溢出 20 次即得时钟计时 最小单位秒 而 100 次计数可用软件方法实现 假设使用 T C0 方式 1 50ms 定时 fosc 12MHz 则初值 X 满足 216 X 1 12MHz 12 s 50000 s X 15536 10000 3CB0H 2 采用中断方式进行溢出次数累计 计满 20 次为秒计时 1 秒 3 从秒到分和从分到时的计时是通过累加和数值比较实现 2 2 电子钟的时间显示电子钟的时间显示 电子钟的时钟时间在六位数码管上进行显示 因此 在内部 RAM 中设置显示 缓冲区共 8 个单元 LED8 LED7 LED6 LED5 LED4 LED3 LED2 LED1 37H 36H 35H 34H 33H 32H 31H 30H 时十位 时个位 分隔 分十位 分个位 分隔 秒十位 秒个位 2 3 电子钟的时间调整电子钟的时间调整 电子钟设置 3 个按键通过程序控制来完成电子钟的时间调整 A 键调整时 第 3 页 共 20 页 B 键调整分 C 键复位 2 4 总体方案介绍总体方案介绍 2 4 1 计时方案计时方案 利用 AT89S51 单片机内部的定时 计数器进行中断时 配合软件延时实现时 分 秒的计时 该方案节省硬件成本 且能使读者在定时 计数器的使用 中断及程 序设计方面得到锻炼与提高 对单片机的指令系统能有更深入的了解 从而对学好 单片机技术这门课程起到一定的作用 2 4 2 控制方案控制方案 AT89S51 的 P0 口和 P2 口外接由八个 LED 数码管 LED8 LED1 构成的显示器 用 P0 口作 LED 的段码输出口 P2 口作八个 LED 数码管的位控输出线 P1 口外接 四个按键 A B C 构成键盘电路 AT89S51 是一种低功耗 高性能的 CMOS 8 位微型计算机 它带有 8K Flash 可编程和擦除的只读存储器 EPROM 该器件采用 ATMEL 的高密度非易失性存 储器技术制造 与工业上标准的 80C51 和 80C52 的指令系统及引脚兼容 片内 Flash 集成在一个芯片上 可用与解决复杂的问题 且成本较低 简易电子钟的功 能不复杂 采用其现有的 I O 便可完成 所以本设计中采用此的设计方案 3 系统硬件电路设计系统硬件电路设计 根据以上的电子时钟的设计要求可以分为以下的几个硬件电路模块 单片机模 块 数码显示模块与按键模块 模块之间的关系图如下面得方框电路图 1 所示 第 4 页 共 20 页 图 1 硬件电路方框图 3 1 单片机模块设计单片机模块设计 3 1 1 芯片分析芯片分析 AT89C51 单片机引脚图如下 图 2 AT89C51 引脚图 MCS 51 单片机是标准的 40 引脚双列直插式集成电路芯片 其各引脚功能如下 VCC 5V 电源 VSS 接地 第 5 页 共 20 页 RST 复位信号 当输入的复位信号延续两个机器周期以上的高电平时即为有 效 用完成单片机的复位初始化操作 XTAL1 和 XTAL2 外接晶体引线端 当使用芯片内部时钟时 此二引线端用 于外接石英晶体和微调电容 当使用外部时钟时 用于接外部时钟脉冲信号 P0 口 P0 口为一个 8 位漏极开路双向 I O 口 当作输出口使用时 必须接上拉 电阻才能有高电平输出 当作输入口使用时 必须先向电路中的锁存器写入 1 使 FET 截止 以避免锁存器为 0 状态时对引脚读入的干扰 P1 口 P1 口是一个内部提供上拉电阻的 8 位双向 I O 口 它不再需要多路转接 电路 MUX 因此它作为输出口使用时 无需再外接上拉电阻 当作为输入口使用时 同样也需先向其锁存器写 1 使输出驱动电路的 FET 截止 P2 口 P2 口电路比 P1 口电路多了一个多路转接电路 MUX 这又正好与 P0 口 一样 P2 口可以作为通用的 I O 口使用 这时多路转接电路开关倒向锁丰存器 Q 端 P3 口 P3 口特点在于 为适应引脚信号第二功能的需要 增加了第二功能控制 逻辑 当作为 I O 口使用时 第二功能信号引线应保持高电平 与非门开通 以维 持从锁存器到输出端数据输出通路的畅通 当输出第二功能信号时 该位应应置 1 使与非门对第二功能信号的输出是畅通的 从而实现第二功能信号的输出 具体第二功能如表 1 所示 3 1 2 晶振电路晶振电路 右图所示为时钟电路原理图 在 AT89S51 芯片内部有一个高增益反相放大器 其输入端为芯片引脚 XTAL1 输出端为引脚 XTAL2 而在芯片内部 XTAL1 和 XTAL2 之间跨接晶体振荡器和微调电容 从而构成一个稳定的自激振荡器 时钟电 路产生的振荡脉冲经过触发器进行二分频之后 才成为单片机的时钟脉冲信号 第 6 页 共 20 页 图 3 晶振电路 3 1 3 复位电路复位电路 单片机复位的条件是 必须使 RST VPD 或 RST 引 9 加上持续两个机器周 期 即 24 个振荡周期 的高电平 例如 若时钟频率为 12 MHz 每机器周期为 1 s 则只需 2 s 以上时间的高电平 在 RST 引脚出现高电平后的第二个机器周期 执行复位 单片机常见的复位如图所示 电路为上电复位电路 它是利用电容充电 来实现的 在接电瞬间 RESET 端的电位与 VCC 相同 随着充电电流的减少 RESET 的电位逐渐下降 只要保证 RESET 为高电平的时间大于两个机器周期 便 能正常复位 该电路除具有上电复位功能外 若要复位 只需按图中的 RESET 键 此时电源 VCC 经电阻 R1 R2 分压 在 RESET 端产生一个复位高电平 图 4 单片机复位电路 3 2 数码显示模块设计数码显示模块设计 系统采用动态显示方式 用 P0 口来控制 LED 数码管的段控线 而用 P2 口来控 制其位控线 动态显示通常都是采用动态扫描的方法进行显示 即循环点亮每一个 第 7 页 共 20 页 数码管 这样虽然在任何时刻都只有一位数码管被点亮 但由于人眼存在视觉残留 效应 只要每位数码管间隔时间足够短 就可以给人以同时显示的感觉 图 5 数码显示电路 3 3 按键模块按键模块 下图为按键模块电路原理图 A 为复位键 B 为时钟调控键 C 为分钟调控键 第 8 页 共 20 页 图 6 按键模块电路原理图 4 系统软件设计 系统软件设计 4 1 软件设计分析软件设计分析 在编程上 首先进行了初始化 定义程序的的入口地址以及中断的入口地址 在主程序开始定义了一组固定单元用来储存计数的时 分 秒 在显示初值之后 进入 主循环 在主程序中 对不同的按键进行扫描 实现秒表 时间调整 复位清零等 功能 系统总流程图如下图 7 图 7 系统总体流程图 4 2 源程序清单源程序清单 ORG 0000H 第 9 页 共 20 页 MOV 30H 1 设置时钟的起始时间 12 00 00 分配显示数 据内存 MOV 31H 2 MOV 32H 0 MOV 33H 0 MOV 34H 0 MOV 35H 0 MOV TMOD 01 启动计数器 XS0 SETB TR0 使 TRO 位置 1 MOV TH0 00H 计数器置零 MOV TL0 00H XS MOV 40H 0FEH 扫描控制字初值 MOV DPTR TAB 取段码表地址 MOV P2 40H 从 P2 口输出 MOV A 30H 取显示数据到 A MOVC A A DPTR 查显示数据对应段码 第 10 页 共 20 页 MOV P0 A 段码放入 P0 中 LCALL YS1MS 显示 1MS MOV P0 0FFH PO 端口清零 MOV A 40H 取扫描控制字放入 A 中 RL A A 中数据循环左移 MOV 40H A 放回 40H 地址段内 MOV P2 40H MOV A 31H ADD A 10 进位显示 MOVC A A DPTR MOV P0 A LCALL YS1MS MOV P0 0FFH MOV A 40H RL A MOV 40H A MOV P2 40H MOV A 32H 第 11 页 共 20 页 MOVC A A DPTR MOV P0 A LCALL YS1MS MOV P0 0FFH MOV A 40H RL A MOV 40H A MOV P2 40H MOV A 33H ADD A 10 MOVC A A DPTR MOV P0 A LCALL YS1MS MOV P0 0FFH MOV A 40H RL A MOV 40H A MOV P2 40H 第 12 页 共 20 页 MOV A 34H MOVC A A DPTR MOV P0 A LCALL YS1MS MOV P0 0FFH MOV A 40H RL A MOV 40H A MOV P2 40H MOV A 35H MOVC A A DPTR MOV P0 A LCALL YS1MS MOV P0 0FFH MOV A 40H RL A MOV 40H A JB TF0 JIA 如果 TF0 为 1 时 则执行 JIA 否则顺序执行 第 13 页 共 20 页 JNB P1 0 P100 为 0 则 转移到 P100 JNB P1 1 P1000 为 0 则 转移到 P1000 JNB P1 2 P10000 为 0 则 转移到 P10000 AJMP XS 跳转到 XS P100 MOV 30H 0 清零程序 MOV 31H 0 MOV 32H 0 MOV 33H 0 MOV 34H 0 MOV 35H 0 JIA CLR TF0 TF0 清零 MOV A 35H 秒单位数据到 A CJNE A 9 JIA1 与 9 进行比较 大于 9 就转移到 JIA1 MOV 35H 0 秒个位清零 MOV A 34H 秒十位数据到 A CJNE A 5 JIA10 与 5 进行比较 大于 5 就转移到 JIA10 MOV 34H 0 秒十位清零 P10000 JNB P1 2 P10000 为 0 则 转移到 P10000 第 14 页 共 20 页 MOV A 33H 取分的个位到 A CJNE A 9 JIA100 与 9 进行比较 大于 9 就转移到 JIA100 MOV 33H 0 分的个位清零 MOV A 32H 分十位数据到 A CJNE A 5 JIA1000 与 5 进行比较 大于 5 就转移到 JIA1000 MOV 32H 0 分的十位清零 P1000 JNB P1 1 P1000 为 0 则 转移到 P1000 MOV A 31H 时个位数据到 A CJNE A 9 JIA10000 与 9 进行比较 大于 9 就转移到 JIA10000 MOV 31H 0 时的个位清零 MOV A 30H 时十位数据到 A CJNE A 2 JIA 与 2 进行比较 大于 5 就转移到 JIA MOV 30H 0 时的十位清零 AJMP XS0 转移到 XSO JIA INC 30H 加 1 AJMP XS0 跳转到 XS0 第 15 页 共 20 页 JIA10000 CJNE A 3 JIAJIA 与 3 进行比较 大于则转移到 JIAJIA MOV A 30H 将时的十位放到 A CJNE A 02 JIAJIA 与 2 进行比较 大于则转移到 JIAJIA MOV 30H 0 时段清零 MOV 31H 0 AJMP XS0 跳转到 XSO JIAJIA INC 31H 加一 AJMP XS0 JIA1000 INC 32H AJMP XS0 JIA100 INC 33H AJMP XS0 JIA10 INC 34H AJMP XS0 JIA1 INC 35H AJMP XS0 第 16 页 共 20 页 RET 返回 YS1MS MOV R6 9H 延时程序 YL1 MOV R7 19H DJNZ R7 DJNZ R6 YL1 RET TAB DB 0C0H 0F9H 0A4H 0B0H 099H 092H 082H 0F8H 080H 090H 共阳段码表 DB 040H 079H 024H 030H 019H 012H 002H 078H 000H 010H END 5 系统仿真与实验测试系统仿真与实验测试 5 1 系统仿真系统仿真 运用 proteus 软件进行仿真现在 proteus 软件中建立一个新的文件 再根据自己 的要求选择所需的器件 把器件进行适当的排位后进行连接 连接后运行软件进行 仿真 5 2 实验测试实验测试 电子时钟主要的设计要求是能够实现时钟的一般功能 以及包括时间的调整功 能 这个基于单片机的电子时钟基本上实现了上述功能 能够通过时间调整电路对 时间进行调整以及复位 下述为 18 30 30 的仿真图 第 17 页 共 20 页 图 8 18 30 30 时刻的仿真效果图 6 心得体会心得体会 单片机作为我们主要的专业课程之一 我觉得单片机课程设计很有必要 而且 很有意义 但当拿到题目时 确实不知道怎么着手 有些迷茫 上网查资料 问老 师 在老师的帮助下 历时两个星期 解决一个又一个的困难 终于完成任务 在这次课程设计中 运用到了很多以前的专业知识 虽然过去从未独立应用过 它们 但在学习的过程中带着问题去学我发现效率很高 这是我做这次课程设计的 一大收获 另外 要做好一个课程设计 就必须做到 在设计程序之前 对所用单 片机的内部结构有一个系统的了解 知道该单片机内有哪些资源 要有一个清晰的 思路和一个完整的的软件流程图 在设计程序时 不能妄想一次就将整个程序设计 好 反复修改 不断改进是程序设计的必经之路 要养成注释程序的好习惯 一个 程序的完美与否不仅仅是实现功能 而应该让人一看就能明白你的思路 这样也为 资料的保存和交流提供了方便 在设计课程过程中遇到问题是很正常德 但我们应 该将每次遇到的问题记录下来 并分析清楚 以免下次再碰到同样的问题的课程设 计结束了 但是从中学到的知识会让我受益终身 发现 提出 分析 解决问题和 实践能力的提高都会受益于我在以后的学习 工作和生活中 设计过程 好比是我 第 18 页 共 20 页 们人类成长的历程 常有一些不如意 但毕竟这是第一次做 难免会遇到各种各样 的问题 在设计的过程中发现了自己的不足之处 对以前所学过的知识理解得不够 深刻 掌握得不够牢固 不能灵活运用 通过这次设计 我懂得了学习的重要性 了解到理论知识与实践相结合的重要 意义 学会了坚持 耐心和努力 这将为自己今后的学习和工作做出了最好的榜样 另外 要非常感谢我的指导老师 是她指引我克服一个由一个的困难 让我学会对 困难无所畏惧 以及对问题的一些很重要的思考方法 我学会对困难无所畏惧 以及对问题的一些很重要的思考方法 参考文献参考文献 1 郑君里 应启珩 杨为理 信号与系统 第二版 上册 M 高等教育出版 社 2000 2 郑君里 应启珩 杨为理 信号与系统 第二版 下册 M 高等教育出版 社 2000 3 谭浩强 C 程序设计 第二版 M 清华大学出版社 2003 4 W Richar