单片机电子时钟毕业设计

摘要单片机是一个由微处理器（CPU）、片内数据储存RAM与特殊功能寄存器SFR、片内程序存储器（ROM）、并行输入输出（I/O）、定时/计数器、串行通信口、总线控制器、中断控制系统、片内振荡器和内部总线组成的集成电路芯片。它体积小、重量轻、抗干扰能力强、环境要求不高、价格低廉、可靠性高、灵活性好、开发较为容易，广泛应用于智能生产和工业自动化上。本论文采用的MCS51单片机来实现电子时钟的设计，由C语言进行编程，由片内定时器与两位一体七段的LED显示时分秒，另外由DS1302温度集成块显示两位的温度。本论文通过电子时钟设计的实例，介绍了单片机系统总体方案的设计方法，软硬件的设计方法，并给出了与之对应的程序流程图。关键词单片机，电子时钟，定时器，数码管，DS1302目录摘要I绪论11单片机概述211单片机简述212单片机结构213单片机发展过程与趋势32电子时钟设计421设计思路422整体设计方案43硬件设计531电路原理532系统设计54软件设计741流程设计742主程序设计10结束语14参考文献15致谢16绪论近年来，随着高性能单片机技术的不断发展，单片机在微机领域中占据了不可替代的重要地位。经过几十年的发展，从性能、指令功能、运算速度、控制能力等方面都有很大提高。单片机体积小、重量轻、抗干扰能力强、环境要求不高、价格低廉、可靠性高、灵活性好、开发较为容易。目前MCS51兼容的产品多达百种，单片机的应用日益广泛，具有广泛的前景。单片机问世迄今的30多年间，单片机得到了迅速的发展，各种新型、高性能的单片机不断地推陈出新冲向市场，已成为计算机发展和应用的一个重要方面。单片机的应用重要意义还在于，它从根本上改变了传统控制系统的设计思想和设计方案。以前必须由模拟电路或数字电路实现的大部分功能，现已能用单片机通过软件方法来实现。这种软件代替硬件的控制技术也成微控制技术。1单片机概述11单片机简述单片机微型计算机简称单片机。单片机示微型计算机的一个重要分支，主要面向控制，因此又称为微控制器（MCU）。智能控制与自动控制的核心就是单片机。由于单片机具有体积小、功能强、价格低、电源单一、功耗低、运算速度快、控制功能强、可靠性高、抗干扰能力强、开发方便、研制周期短等特点，在我国，已广泛地应用在工业自动化控制、自动检测、智能仪器仪表、家用电器、电力电子、机电一体化设备等各个方面1。12单片机结构51系列单片机在结构上基本相同，只是个别模块和功能上有些区别。它包含了作为微型计算机所必须的基本功能部件，各功能部件通过片内总线连成一个整体，集成在一块芯片上。AT89C51单片机的内部结构方框图【3】如11所示图11单片机基本结构框图外部时钟源振荡器和时序OSI8051CPU中断控制内中断外中断片内程序存储器4KBROM片内程序存储器128RAM/SFR外部事件计数2个16位定时/计数器64KB总线扩展控制器控制可编程全双工串行口可编程I/O并行口串行通信13单片机发展过程与趋势单片机从诞生以来，发展十分迅速，其发展过程主要经历了如下3个主要阶段（1）8位单片机诞生和产品形成阶段（19761978）（2）8位单片机性能完善阶段（19781982）（3）单片机微控制化阶段（1982现在）目前，单片机正向着高性能和多品种方向发展，具体有如下主要发展趋势（1）高性能化采用精简指令集和流水线技术，增加数据总线的宽度，以大幅度提高CPU的运行速度。（2）片内存储大容量化以往单片机的片内RAM只有64128B，ROM只有14KB。而新型存储大容量化单片机的片内RAM可达4KB，ROM可达64KB。（3）程序储存器采用FLASH和系统调试技术FLASH型程序存储器可以方便地进行多次编程和修改，在系统开发阶段十分便利。此外，具有系统调试（ISD）功能的单片机，实现了PC通过单片机的JTAG接口或串行接口直接进行程序的仿真调试。（4）外围电路内装化随着集成电路集成度的不断提高，一些单片机将A/D转换器、D/A转换器、语音芯片、LCD驱动器等接口电路集成在单片机内，使得单片机应用系统的开发更方便，系统性能也得以提高。（5）外围接口串行化单片机一般通过三总线的结构来进行扩展，导致它的对外引脚过多，对外连接比较麻烦。而I、SPI串行总线的引入和一些并行外围器件的串行化，可以使得它的引脚减少，对外连接得到简化2。（6）低功耗化2电子时钟设计21设计思路电子时钟的理论基础主要涉及了51单片机应用中的数据转换显示，数码管显示原理。另外，也涉及到了单片机的动态扫描显示原理等一些内容。单片机体积小、重量轻、可靠性高、灵活性好、开发较为容易。它功能强大，提供了相当多的相关功能模块，所以使用非常方便，用51单片机来设计电子时钟是完全可行的。基于单片机应用系统的电子时钟设计，要有明确的设计目的和设计方案，要设计出硬件总体框架图，经过资料的查找，得到系统框架。设计一个能直接显示“时”、“分”、“秒”的数字时钟，以24时为计时周期。该设计还具有温度显示功能，通过DS18B20集成块实现。通过四个按键实现“时”、“分”“秒”的调整。22整体设计方案此次设计的实时电子时钟显示系统一AT89C51单片机为控制核心，实时显示时、分、秒通过DS1302、数码管完成，实时温度显示通过DS18B20集成块完成。完成这些功能的实现需要设计以下内容（1）时钟芯片电路此电路由专门的集成块组成，为系统提供实时的时钟信息。（2）温度控制电路此电路也由专门的集成块组成，为系统提供实时的温度信息。（3）数码管显示装置能够实时的显示时钟和温度信息。（4）51单片机的一些外围电路3硬件设计31电路原理采用单片机实现的电子时钟设计电路如图310所示【4】。GNDQVCX12VCI/OSKRT47K84747D30LS18B205107图310电子时钟原理图四个两位一体LED数码管显示可以采用P0、P2口实现。图310中P0口用于控制LED数码显示器的段选信号，P2口用于控制LED数码显示器的位选信号。利用P1口的P10P16处理各个所需的信号，利用按键实现时间的修改。P30和P31用于时间修改和工作状态标志指示。32系统设计系统时间显示说明电子时钟工作状态显示参数如图320所示，四个两位一体LED数码显示器每两位分别显示小时、分钟、秒。温度显示示意图如图321所示，一个两位一体LED数码显示器显示温度。分分分图320工作状态显示示意图分图321温度显示示意图系统按键说明。系统有4个键盘，其定义见表322表322系统按键说新键盘功能K1进入模式K2加K3减K4退出模式4软件设计41流程设计电子时钟的程序主要包括三个方面一是利用片内定时器完成时钟的定时周期，二是利用按键进行时间的调整及闹铃时间的设置，三是单片机控制LED数码管显示时间。系统主程序流程如图410【5】所示。主程序主要完成24H时钟的调整、闹铃时间的设置、闹铃时间比较与打铃处理、电子时钟的工作起/停控制、时间的数码管显示等。主程序的初始化程序主要包括以下几个方面。片内数据存储器初始化、显示缓存区初始化、定时计数器初始化、闹铃时间存储单元初始化等。始终定时初始化。时钟定时程序设计利用单片机片内定时器T0或T1作时钟源进行计时，定时的基本思路如下。定时器基本定时单位250S,工作方式选择方式二、允中断。在中断服务程序中，利用软件技术4000次，可实现定时1S。利用软件计数60次，可实现定时1MIN。每到1MIN，设置分钟标志，以便主程序与闹铃设置时间进行比较，查看是否要打铃。利用软件计数60次，可实现定时1H。定时中断服务子程序流程图如图411【6】所示。图410电子时钟主程序流程图开始系统初始化P显示A键是否按下进入自动计时状态检测到A键按下下进入时间设置状态检测到A键按下开始系统初始化显示键是否按下进入自动计时状态检测到键按下下进入时间设置状态检测到键按下YNN图411电子时钟中断服务程序流程图42主程序设计ORG0000HAJMPMAINORG000BHLJMPINTT0ORG0030HMAINMOVSP,60H确立堆栈区MOVPSW,00HMOVR0,20HRAM区首地址MOVR7,5FHRAM区单元个数QLMOVR0,00HRAM清零INCR0DJNZR7,QLMOVIP,02HIP初始化，优先定时器0MOVIE,82HIE初始化，MOVTMOD,01H定时器0方式1工作LCALLPP调P子程序NEXTLCALLKEY按键检测子程序JBACC0,RUNFA键按下运行LCALLDISP调用显示子程序SJMPNEXTRUNFLCALLOUTT调传送子程序LCALLTIME开电子钟JKLCALLDISP调用显示子程序开始250US计数到1S秒计数并修改显示到1MIN分钟计数并修改显示到1H小时计数并修改显示到24H修改小时单元为0返回NNNNLCALLKEY按键检测子程序JZJKLCALLANKEYLCALLDISP调用显示子程序SJMPJK键功能子程序ANKEYCLREA关中断CHECKJBTR0,YXZ判断是否运行K0CJNEA,01H,K1AJMPRUN转运行K1CJNEA,02H,K2AJMPKEY1转时调整K2CJNEA,04H,K3AJMPKEY2转分调整K3CJNEA,08H,OUTAJMPKEY3转秒调整YXZJBACC0,STOPAJMPOUTKEY1MOVR0,45H时调整LCALLADD1CLRCCJNEA,24H,OUTTACALLCLR0AJMPOUTTKEY2MOVR0,43H分调整LCALLADD1CLRCCJNEA,60H,OUTTACALLCLR0AJMPOUTTKEY3MOVR0,41H秒调整ACALLADD1CLRCCJNEA,60H,OUTTACALLCLR0传送显示数据OUTTMOV30H,40H秒显示单元41H42HMOV31H,41HMOV32H,11“MOV33H,42H分显示单元43H44HMOV34H,43HMOV35H,11“MOV36H,44H时显示单元4445HMOV37H,45HRETSTOPCLRTR0关电子钟并跳出RETRUNLCALLTIME运行电子钟OUTSETBEA无键按下或完成功能跳出RET运行电子钟TIMESETBEAMOVTL0,0B0HMOVTH0,3CHMOVR4,2050MS，20次循环SETBTR0启动定时器0RET显示子程序30HDISPMOVR1,30H显示缓冲存储单元首地址MOVR2,80H从右至左显示DISP1MOVP2,R2送位控MOVA,R1MOVDPTR,TABMOVCA,ADPTRMOVP0,A送段控ACALLDL延时MOVA,R2JBACC0,DISP2RRAINCR1MOVR2,AAJMPDISP1DISP2RETTABDB0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0F8H,80H,90H,0FFH,0BFH,0CHDLMOVR6,14H显示延时子程序DL1MOVR7,19HDL2DJNZR7,DL2DJNZR6,DL1RETEND结束语通过这次论文设计，发现自己的很多不足，自己知识的很多漏洞，看到了自己的实践经验还是比较缺乏，理论联系实际的能力还急需提高。从拿到题目到具体设计，从理论到实践，在一个多星期的日子里，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手