数字时钟 单片机课程设计报告

第 1 页 共 16 页 单片机课程设计报告单片机课程设计报告 系系 部 部 机电工程系机电工程系 班级组别 班级组别 二班四组二班四组 组组 长 长 邹建华邹建华 成成 员 员 邹建华邹建华 杨云冲杨云冲 王国庆王国庆 设计题目 设计题目 数数 字字 时时 钟钟 指导教师 指导教师 龙龙 芬芬 设计日期 设计日期 二零一二年十二月十日至十六日二零一二年十二月十日至十六日 机电一体化 单片机课程设计 一设计要求一设计要求 1 课程设计内容 综合运用 51 单片机知识设计一个具备校准功能的时钟 其中 用到定时器 中断 按键 数码管 液晶 时钟芯片 设计题目 1 数字钟的设计与制作 设计并制作出具有如下功能的数字钟 1 自动计时 由 4 位 LED 显示器显示时 分 第二个数码管 的小数点每隔 1s 闪烁一次 表示秒 2 具备校准功能 可以设置当前时间 二 系统方案选择二 系统方案选择 STC89C52 1 1 简简介介 STC89C52 是一种低功耗 高性能 CMOS8 位微控制器 具有 8K 在系统 STC89c5 2 时钟电路 复位电路 数码管显示 电源 键盘 机电一体化 单片机课程设计 可编程 Flash 存储器 在单芯片上 拥有灵巧的8 位 CPU 和在系统可编 程 Flash 使得 STC89C52 为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活 超有效 的解决方案 具有以下标准功能 8k 字节 Flash 512 字节 RAM 32 位 I O 口线 看门狗定时器 内置 4KB EEPROM MAX810 复位电路 2 个 16 位 定时器 计数器 一个 6 向量 2 级中断结构 全双工串行口 另外 STC89X52 可降至 0Hz 静态逻辑操作 支持 2 种软件可选择节电模式 空 闲模式下 CPU 停止工作 允许 RAM 定时器 计数器 串口 中断继续工 作 掉电保护方式下 RAM 内容被保存 振荡器被冻结 单片机一切工作 停止 直到下一个中断或硬件复位为止 最高运作频率35MHz 6T 12T 可 选 2 2 特特性性 STC89C52RC 单片机 8K 字节程序存储空间 512 字节数据存储空间 存储空间 内带 2K 字节 EEPROM 可直接使用串口下载 AT89S52 单片机 8K 字节程序存储空间 256 字节数据存储空间 没有内带 EEPROM 存储空间 3 3 编编辑辑本本段段参参数数 1 增强型 8051 单片机 6 时钟 机器周期和 12 时钟 机器周期可以 任意 选择 指令代码完全兼容传统 8051 1 2 工作电压 5 5V 3 3V 5V 单片机 3 8V 2 0V 3V 单片机 3 工作频率范围 0 40MHz 相当于普通 8051 的 0 80MHz 实际工 作 频率可达 48MHz 4 用户应用程序空间为 8K 字节 5 片上集成 512 字节 RAM 6 通用 I O 口 32 个 复位后为 P0 P1 P2 P3 是准双向口 弱 上拉 P0 口是漏极开路输出 作为总线扩展用时 不用加上拉电阻 作为 I O 口用时 需加上拉电阻 7 ISP 在系统可编程 IAP 在应用可编程 无需专用 编程器 无 需专用仿真器 可通过串口 RxD P3 0 TxD P3 1 直接下载用户程 序 数秒即可完成一片 8 具有 EEPROM 功能 机电一体化 单片机课程设计 9 具有看门狗功能 10 共 3 个 16 位定时器 计数器 即 定时器 T0 T1 T2 11 外部中断 4 路 下降沿中断或低电平触发电路 Power Down 模 式可 由外部中断低电平触发 中断方式唤醒 12 通用异步串行口 UART 还可用定时器 软件实现多个 UART 13 工作温度范围 40 85 工业级 0 75 商业级 14 PDIP 封装 4 时钟电路时钟电路 STC89C52 内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器 引脚 RXD 和 TXD 分别是此放大器的输入端和输出端 时钟可以由内部方式产生或外部方 式产生 内部方式的时钟电路如图 4 2 a 所示 在 RXD 和 TXD 引脚上外接 定时元件 内部振荡器就产生自激振荡 定时元件通常采用石英晶体和电容组 成的并联谐振回路 晶体振荡频率可以在 1 2 12MHz 之间选择 电容值在 5 30pF 之间选择 电容值的大小可对频率起微调的作用 外部方式的时钟电路如图 4 2 b 所示 RXD 接地 TXD 接外部振荡 器 对外部振荡信号无特殊要求 只要求保证脉冲宽度 一般采用频率低于 12MHz 的方波信号 片内时钟发生器把振荡频率两分频 产生一个两相时钟 P1 和 P2 供单片机使用 示 RXD 接地 TXD 接外部振荡器 对外部振荡信号无特殊要求 只要 求保证脉冲宽度 一般采用频率低于 12MHz 的方波信号 片内时钟发生器把 振荡频率两分频 产生一个两相时钟 P1 和 P2 供单片机使用 RXD 接地 TXD 接外部振荡器 对外部振荡信号无特殊要求 只要求保 证脉冲宽度 一般采用频率低于 12MHz 的方波信号 片内时钟发生器把振荡 频率两分频 产生一个两相时钟 P1 和 P2 供单片机使用 机电一体化 单片机课程设计 a 内部方式时钟电路 内部方式时钟电路 b 外部方式时钟电路 外部方式时钟电路 图图 4 2 时钟电路时钟电路 5 复位电路复位电路 1 复位操作 复位是单片机的初始化操作 其主要功能是把 PC 初始化为 0000H 使单 片机从 0000H 单元开始执行程序 除了进入系统的正常初始化之外 当由于 程序运行出错或操作错误使系统处于死锁状态时 为摆脱困境 也需按复位键 重新启动 除 PC 之外 复位操作还对其他一些寄存器有影响 它们的复位状态如表 一所示 表一一些寄存器的复位状态表一一些寄存器的复位状态 寄存器复位状态寄存器复位状态 PC0000HTCON00H ACC00HTL000H PSW00HTH000H SP07HTL100H DPTR0000HTH100H P0 P3FFHSCON00H IPXX000000BSBUF不定 IE0X000000BPCON0XXX0000B TMOD00H 2 复位信号及其产生 RST 引脚是复位信号的输入端 复位信号是高电平有效 其有效时间应持 机电一体化 单片机课程设计 续 24 个振荡周期 即二个机器周期 以上 若使用颇率为 6MHz 的晶振 则复 位信号持续时间应超过 4us 才能完成复位操作 产生复位信号的电路逻辑如图 4 3 所示 图图 4 3 复位信号的电路逻辑图复位信号的电路逻辑图 整个复位电路包括芯片内 外两部分 外部电路产生的复位信号 RST 送 至施密特触发器 再由片内复位电路在每个机器周期的 S5P2 时刻对施密特触 发器的输出进行采样 然后才得到内部复位操作所需要的信号 复位操作有上电自动复位相按键手动复位两种方式 上电自动复位是通过外部复位电路的电容充电来实现的 其电路如图 4 4 a 所示 这佯 只要电源 Vcc 的上升时间不超过 1ms 就可以实现自动 上电复位 即接通电源就成了系统的复位初始化 按键手动复位有电平方式和脉冲方式两种 其中 按键电平复位是通过使 复位端经电阻与 Vcc 电源接通而实现的 其电路如图 4 4 b 所示 而按键 脉冲复位则是利用 RC 微分电路产生的正脉冲来实现的 其电路如图 4 4 c 所示 机电一体化 单片机课程设计 a 上电复位 上电复位 b 按键电平复位 按键电平复位 c 按键脉冲复位 按键脉冲复位 图图 4 4 复位电路复位电路 上述电路图中的电阻 电容参数适用于 6MHz 晶振 能保证复位信号高电 平持续时间大于 2 个机器周期 本系统的复位电路采用图 4 4 b 上电复位方式 STC89C52 具体介绍如下 主电源引脚 2 根 VCC Pin40 电源输入 接 5V 电源 GND Pin20 接地线 外接晶振引脚 2 根 XTAL1 Pin19 片内振荡电路的输入端 XTAL2 Pin20 片内振荡电路的输出端 控制引脚 4 根 RST VPP Pin9 复位引脚 引脚上出现 2 个机器周期的高电平将使单片机 复位 ALE PROG Pin30 地址锁存允许信号 PSEN Pin29 外部存储器读选通信号 EA VPP Pin31 程序存储器的内外部选通 接低电平从外部程序存储器读 指令 如果接高电平则从内部程序存储器读指令 可编程输入 输出引脚 32 根 STC89C52 单片机有 4 组 8 位的可编程 I O 口 分别位 P0 P1 P2 P3 口 每个口有 8 位 8 根引脚 共 32 根 PO 口 Pin39 Pin32 8 位双向 I O 口线 名称为 P0 0 P0 7 P1 口 Pin1 Pin8 8 位准双向 I O 口线 名称为 P1 0 P1 7 P2 口 Pin21 Pin28 8 位准双向 I O 口线 名称为 P2 0 P2 7 P3 口 Pin10 Pin17 8 位准双向 I O 口线 名称为 P3 0 P3 7 机电一体化 单片机课程设计 STC89C52 主要功能如表二所示 表二 STC89C52 主要功能 主要功能特性 兼容 MCS51 指令系统8K 可反复擦写 Flash ROM 32 个双向 I O 口256x8bit 内部 RAM 3 个 16 位可编程定时 计数器中 断 时钟频率 0 24MHz 2 个串行中断可编程 UART 串行通道 2 个外部中断源共 6 个中断源 2 个读写中断口线3 级加密位 低功耗空闲和掉电模式软件设置睡眠和唤醒功能 6 动态驱动显示动态驱动显示 动态显示是指每隔一段时间循环点亮每个 LED 数码管 每次只有一个 LED 被点亮 根据 人眼的视觉暂留效应 当循环点亮的速度很快的时候 可以认为各个 LED 是稳定显示的 动态显示的硬件连接比较简单 这里使用了 4 个 LED 数码管 将所有 LED 的 8 段引脚并 联在一起 连接到 8 位的 I O 数据总线上 而各个 LED 的共阳极引脚或共阴极引脚分别由 另一组 I O 线控制 从图中可以看出 使用两个 8 位的 I O 端口便可以动态显示 8 位 LED 数码管 其中一个并口作为 LED 数码管的控制引脚 另一个并口作为公共的数据总线 程序中采用扫描显示的方式 即在同一时刻 只使用一个 LED 显示数据 通过为共阴极 L ED 或共阳极 LED 的公共引脚赋低电平 或高电平 从而选择某个 LED 显示 如此 循环 使每个 LED 显示该 LED 应显示的数据 并进行适当的延时 形成视觉暂留效果 这样便可以达到动态显示的目的 7 键盘功能定义键盘功能定义 键盘用来修改时间 分别与 P1 0 P1 1 P1 2 相连 按键功能 key 1 键为时钟参数修改功能键 1 按键按一次 修改时钟的分 2 按键按两次 修改时钟的时 Key 2 键为时钟增一功能键 Key 3 确认键 机电一体化 单片机课程设计 8 工作流程设计工作流程设计 1 主流程图 2 S1 按键流程图 开始 时钟单元标志位初始化 计时器中断 调用键盘子函数 调用显示子函数 开始 关定时器 修改进入加一标志位 按一下 按两下 分修改 时修改 机电一体化 单片机课程设计 三三 系统硬件设计系统硬件设计 仿真原理图仿真原理图 机电一体化 单片机课程设计 四系统软件设计四系统软件设计 参考程序 参考程序 include sbit P27 P2 7 分个位控制端 sbit P26 P2 6 分十位控制端 sbit P25 P2 5 时个位控制端 sbit P24 P2 4 时十位控制端 sbit key0 P2 0 模式设置 sbit key1 P2 1 加 1 sbit key2 P2 2 确认 unsigned char hour min sec T50ms unsigned char modstate 模式状态 bit flag unsigned char code table 0 xc0 0 xf9 0 xa4 0 xb0 0 x99 0 x92 0 x82 0 xf8 0 x80 0 x90 0 x7f 段码 void init 初始化子程序声明 void delay500us unsigned char X 延时子程序声明 void display 显示子程序声明 void display001 显示子程序声明 void display002 显示子程序声明 void keyscan 按键识别子程序声明 void main init while 1 keyscan void init 初始化子程序 TMOD 0 x01 TH0 65536 50000 256 TL0 65536 50000 256 ET0 1 EA 1 TR0 1 机电一体化 单片机课程设计 void delay500us unsigned char X unsigned char i j for i X i 0 i for j 248 j 0 j void timer0 interrupt 1 TMOD 0 x01 TH0 65536 50000 256 TL0 65536 50000 256 T50ms if T50ms 20 T50ms 0 flag flag sec if sec 60 sec 0 min if min 60 min 0 hour if hour 24 hour 0 void display P27 1 P26 1 P25 1 P24 1 P0 table hour 10 P27 0 机电一体化 单片机课程设计 delay500us 5 P27 1 P26 1 P25 1 P24 1 P0 table hour 10 P26 0 delay500us 5 if flag 1 P27 1 P26 1 P25 1 P24 1 P0 table 10 P26 0 delay500us 5 P27 1 P26 1 P25 1 P24 1 P0 table min 10 P25 0 delay500us 5 P27 1 P26 1 P25 1 P24 1 P0 table min 10 P24 0 delay500us 5 void display001 P27 1 P26 1 P25 1 P24 1 机电一体化 单片机课程设计 P0 table hour 10 P27 0 delay500us 10 P27 1 P26 1 P25 1 P24 1 P0 table hour 10 P26 0 delay500us 10 void display002 P27 1 P26 1 P25 1 P24 1 P0 table min 10 P25 0 delay500us 10 P27 1 P26 1 P25 1 P24 1 P0 table min 10 P24 0 delay500us 10 void keyscan 按键识别钟程序 while modstate 0 display if key0 0 display if key0 0 modstate while key0 0 display001 等待按键释放 机电一体化 单片机课程设计 while modstate 1 display001 if key0 0 display001 if key0 0 modstate 这两句加在一起为延时 10ms 软件防抖设计 while key0 0 display002 等待按键释放 if