数字时钟的实验报告

北方民族大学电气信息工程学院实训报告课程名称 电子作品制作与开发项目实践选修课系列题 目 数字时钟 院（部、中心） 电气信息工程学院 学 生 姓 名 何勇 专 业 测控技术与仪器 学 号 20080280 指导教师签名 毛建东 周春艳 报告提交时间 2010年12月25日 同 组 人 员 伏露 赵金鹏 杨强 杨窕 北方民族大学教务处制评语:成绩:答辩:（ %）报告:（ %）平时:（ %）总成绩: 指导教师:年 月 日目录一：数字时钟的要求与任务3二：数字时钟的原理41数字时钟结构4AT89S51介绍42 、数字钟的电路结构组成73、单元电路设计81）译码驱动及显示单元82）校时控制电路93）5V稳压直流电源电路94）晶振电路和复位电路10三、数字时钟的原理图11四、数字时钟Protel整体原理图及PCB板12五、数字时钟的程序141、流程图142、程序16六、元件清单20七、制作的心得21八、实物图22一：数字时钟的要求与任务要求：掌握单片机控制数码管显示系统的开发设计 任务：设计并制作一个数字钟。要求外接4个按键，分别为“设定”、“加1”、“减1”和“确定”键，用于调整时间；外接8个LED数码管，分别显示时、分、秒，以24小时制显示时间。 另外需要使用AC220V转AC（单）12V变压器、二极管IN4004、稳压块7905、7805等自制5v电源一套。建议单片机使用40脚双列直插AT89S51实现，LED显示使用74LS164串入并出芯片模拟串口实现。二：数字时钟的原理1数字时钟结构 该实训作品是利用AT89S51单片机结合数码管设计出的一个可调时的数字时钟，其主要利用单片机的输入/输出功能，定时/计数功能和中断功能。AT89S51介绍AT89S51是一个低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含4k Bytes ISP(In-system programmable)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元，功能强大的微型计算机的AT89S51可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。 AT89S51具有如下特点：40个引脚（引脚图如图1-2所示），4k Bytes Flash片内程序存储器，128 bytes的随机存取数据存储器（RAM），32个外部双向输入/输出（I/O）口，5个中断优先级2层中断嵌套中断，2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，看门狗（WDT）电路，片内时钟振荡器。 此外，AT89S51设计和配置了振荡频率可为0Hz并可通过软件设置省电模式。空闲模式下，CPU暂停工作，而RAM定时计数器，串行口，外中断系统可继续工作，掉电模式冻结振荡器而保存RAM的数据，停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。同时该芯片还具有PDIP、TQFP和PLCC等三种封装形式，以适应不同产品的需求。VCC：电源电压GND：地P0口：P0口是一组8位漏极开路型双向I0口，也即地址数据总线复用口。作为输出口用时，每位能驱动8个TTL逻辑门电路，对端口写“l”可作为高阻抗输入端用。在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址（低8位）和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。P1口：Pl 是一个带内部上拉电阻的8位双向IO口，Pl的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。对端口写“l”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流（IIL）。Flash编程和程序校验期间，Pl接收低8位地址。表1 具有第二功能的P1口引脚端口引脚第二功能：P1.5MOSI（用于ISP编程）P1.6MOSI（用于ISP编程）P1.7MOSI（用于ISP编程）P2 口：P2 是一个带有内部上拉电阻的8 位双向IO 口，P2 的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4 个TTL逻辑门电路。对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口，作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流（IIL）。在访问外部程序存储器或16位地址的外部数据存储器（例如执行MOVXDPTR指令）时，P2口送出高8位地址数据。在访问8 位地址的外部数据存储器（如执行MOVXRi 指令）时，P2 口线上的内容（也即特殊功能寄存器（SFR）区中P2寄存器的内容），在整个访问期间不改变。Flash编程或校验时，P2亦接收高位地址和其它控制信号。P3 口：P3 口是一组带有内部上拉电阻的8 位双向I0 口。P3 口输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4 个TTL逻辑门电路。对P3口写入“l”时，它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。作输入端时，被外部拉低的P3口将用上拉电阻输出电流（IIL）。P3口除了作为一般的I0口线外，更重要的用途是它的第二功能，如下表所示：表2 具有第二功能的P1口引脚端口引脚第二功能：P3.0RXD（串行输入口）P3.1TXD（串行输出口）P3.2/INT0（外中断0）P3.3/ INT1（外中断1）P3.4T0（定时计数器0外部输入）P3.5T1（定时计数器1外部输入）P3.6/ WR（外部数据存储器写选通）P3.7/ RD外部数据存储器读选通）P3口还接收一些用于Flash闪速存储器编程和程序校验的控制信号。RST：复位输入。当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平将使单片机复位。WDT 溢出将使该引脚输出高电平，设置SFR AUXR的DISRT0 位（地址8EH）可打开或关闭该功能。DISRT0位缺省为RESET输出高电平打开状态。ALE：当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。即使不访问外部存储器，ALE 仍以时钟振荡频率的16 输出固定的正脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。要注意的是：每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。对F1ash存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲（PROG）。如有必要，可通过对特殊功能寄存器（SFR）区中的8EH 单元的D0 位置位，可禁止ALE 操作。该位置位后，只有一条M0VX和M0VC指令ALE才会被激活。此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置ALE无效。程序储存允许（）输出是外部程序存储器的读选通信号，当AT89S51 由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次有效，即输出两个脉冲。当访问外部数据存储器，没有两次有效的信号。VPP：外部访问允许。欲使CPU仅访问外部程序存储器（地址为0000HFFFFH），EA端必须保持低电平（接地）。需注意的是：如果加密位LB1被编程，复位时内部会锁存EA端状态。如EA端为高电平（接VCC端），CPU则执行内部程序存储器中的指令。F1ash存储器编程时，该引脚加上+12V的编程电压Vpp。XTAL1：振荡器反相放大器及内部时钟发生器的输入端。 单片机时钟结构分硬件和软件两部分。硬件主要由单片机，LED数码管显示器和按键等组成。电路设计如图。 图2电路主体设计图2 、数字钟的电路结构组成：1）晶振电路和复位电路。2）驱动电路及显示单元。3）校时控制电路。4）5V稳压直流电源电路。3、单元电路设计：1）译码驱动及显示单元 图1 LED数码管显示 图2 输送段码电路当74LS373的LE=1,OE(非)=0时其输出口随输入口变化，即输出段码。再由P0选中相应位显示输出低电平，使三极管9015导通驱动共阳数码管。2）校时控制电路。程序设计时给P2口高电平，当有对应按键按下时由于另一端接地，所以对应口变成低电平，单片机根据各按键信号运行相应程序。K1为设定键，按下后进入调时状态，计时也瞬时停止。按一次进入调整小时的状态，在调时状态再按K1进入分调整状态，在分调整状态再按一次进入秒调整状态！进入相应状态后，利用K2,K3键进行调整，K2为加1，K3为减1。 K4键为确定键，当处在调时状态时，K4按下时跳出调时状态，进入计时状态。 3）5V稳压直流电源电路。 图3 电源电路 电源主要使用的是AC220V转AC12V变压器，二极管IN4004，稳压块7805等。220V交流电由变压器转为12V交流电，电路板外接12V交流电，经过IN4004整流及电容滤波，在通过稳压块7805得到5V左右的直流电，该电路接了电源指示灯D1，通电时变亮。4）晶振电路和复位电路。 图4晶振电路和复位电路三、数字时钟的原理图 四、数字时钟Protel整体原理图及PCB板五、数字时钟的程序1、流程图 2、程序/* 程序名; 时钟实验1* 功 能： 数码管通过动态扫描显示时间，时间可设定,调整时间时时钟不走.* 编程者： ZJP* 编程时间：2010/11/9*/#include#define uint unsigned int #define uchar unsigned char sbit _led=P27;sbit key1=P20;sbit key2=P21;sbit key3=P22;sbit key4=P23;uchar num=0,temp=0,count=0;uchar aa;uchar hour,min,sec;uchar code table=0x60,0xf3,0xa4,0xa1,0x33,0x29,0x28,0xe3,0x20,0x21;void delay(uint z);void display(uchar a,uchar b,uchar c,uchar d,uchar e,uchar f,uchar aa);void read_key();void led();void time_change();/* 主函数 */void main() P2=0xff;hour=12;min=0;sec=0;TMOD=0x11;TH0=(65536-50000)/256;TL0=(65536-50000)%256;TH1=(65536-50000)/256;TL1=(65536-50000)%256;EA=1;ET0=1;ET1=1;TR0=1;TR1=1;aa=0xff; while(1) time_change(); display(tablehour/10,tablehour%10,tablemin/10, tablemin%10,tablesec/10,tablesec%10,0xff); /* 显示函数 */void display(uchar a,uchar b,uchar c,uchar d,uchar e,uchar f,uchar aa) if(1) P0=0xfb&aa;P1=0xbf;delay(2); P0=0xdf&aa;P1=0xbf;delay(2); if(num=1) P0=0xfe&aa;P1=a;delay(2); else P0=0xfe;P1=a;delay(2); /hour if(num=1) P0=0xfd&aa;P1=b;delay(2); else P0=0xfd;P1=b;delay(2); /hour if(num=2) P0=0xf7&aa;P1=c;delay(2); else P0=0xf7;P1=c;delay(2); /min if(num=2) P0=0xef&aa;P1=d;delay(2); else P0=0xef;P1=d;delay(2); /min if(num=3) P0=0xbf&aa;P1=e;delay(2); else P0=0xbf;P1=e;delay(2); /sec if(num=3) P0=0x7f&aa;P1=e;delay(2); else P0=0x7f&aa;P1=f;delay(2); /sec/* 定时器0中断函数 */ void timer0() interrupt 1 TH0=(65536-50000)/256;TL0=(65536-50000)%256;temp+;/* 定时器1中断函数 */void timer1() interrupt 3 TH1=(65536-50000)/256;TL1=(65536-50000)%256;count+;if(count=20)count=0;/* 延时子函数 */void delay(uint z) uint j,k; for(j=z;j0;j-) for(k=120;k0;k-);/* 读按键函数 */void read_key() if(key1=0) _led=0; delay(100); if(key1=0) delay(100); _led=1;num+; if(num3)num=0; while(1) if(key1=0) _led=0; delay(10); if(key1=0) num+; if(num3)num=0;break; while(!key1);delay(10);while(!key1);_led=1; if(key2=0) _led=0; delay(80); if(key2=0) if(num=1)hour+;if(hour=24)hour=0; if(num=2)min+;if(min=60)min=0; if(num=3)sec+;if(sec=60)sec=0; while(!key1);delay(10);while(!key1);_led=1; if(key3=0) _led=0; delay(80); if(key3=0) if(num=1)hour-;if(hour=0)hour=23; if(num=2)min-;if(min=0)min=59; if(num=3)sec-;if(sec=0)sec=59; while(!key1);delay(10);while(!key1);_led=1; if(key4=0) _led=0; delay(80); if(key4=0) num=0;break; if(count15) display(tablehour/10,tablehour%10,tablemin/10, tablemin%10,tablesec/10,tablesec%10,0x00); while(!key1);delay(10);while(!key1);_led=1; /* 时间调整函数 */void time_change() read_key();if(temp=20) temp=0; sec+; if(sec=60) sec=0; min+; if(min=60) min=0; hour+; if(hour=24) hour=0; 六、元件清单序号元器件名称元件数目（个）140脚双列直插AT89S51单片机1240脚双列直插芯片底座1320脚74HC373锁存器1420脚双列直插芯片底座15稳压块780516极性电容50V220uF27极性电容50V22uF18电容16V1uF29瓷片电容30pF210按键51112MHz晶振1120.56寸共阳极7段数码管81310K 1/4W金属膜电阻1% 色环铜脚电阻19149015三极管815IN4004二极管416发光二极管1173脚 接插件（含簧片），脚距：2.5411