畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-基于AT89S51單片機(jī)的電子鐘的設(shè)計(jì)

畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 題 目： 基于 AT89S51 單片機(jī)的電子鐘的設(shè)計(jì) 系 部： 信息技術(shù)系 專 業(yè)： 電子信息工程技術(shù) 學(xué) 號(hào)： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師姓名： 指導(dǎo)教師職稱： 二一年五月八日 I II 摘要 隨著人類科技文明的發(fā)展，人們對(duì)于時(shí)鐘的要求在不斷地提高。時(shí)鐘已不僅僅被看成一種用來顯示時(shí)間的工具，在很多實(shí)際應(yīng)用中它還需要能夠?qū)崿F(xiàn)更多其它的功能。高精度、多功能、小體積、低功耗，是現(xiàn)代時(shí)鐘發(fā)展的趨勢(shì)。在這種趨勢(shì)下，時(shí)鐘的數(shù)字化、多功能化已經(jīng)成為現(xiàn)代時(shí)鐘生產(chǎn)研究的主導(dǎo)設(shè)計(jì)方向 9。本文正是基于這種設(shè)計(jì)方向，以單片機(jī)為控制核心，設(shè)計(jì)制作一個(gè)符合指標(biāo)要求的多功能數(shù)字時(shí)鐘。 本設(shè)計(jì)基于單片機(jī)技術(shù)原理，以單片機(jī)芯片 AT89S51 作為核心控制器，通過硬件電路的制作以及軟件程序的編制 ，設(shè)計(jì)制作出一個(gè)電子時(shí)鐘系統(tǒng)。該時(shí)鐘系統(tǒng)主要由時(shí)鐘電路模塊、復(fù)位電路模塊、 LED 數(shù)碼管顯示模塊、以及鍵盤控制模塊組成。系統(tǒng)具有簡單清晰的操作界面，能在 4V 7V 直流電源下正常工作。能夠準(zhǔn)確顯示時(shí)間（顯示格式為時(shí)時(shí)： 00.00.00，剛上電時(shí)為 12.00.00，當(dāng)顯示到 23.59.59，即有重新從 00.00.00 開始顯示），可隨時(shí)進(jìn)行時(shí)間調(diào)整。設(shè)計(jì)以硬件軟件化為指導(dǎo)思想，充分發(fā)揮單片機(jī)功能，大部分功能通過軟件編程來實(shí)現(xiàn)，電路簡單明了，系統(tǒng)穩(wěn)定性高。同時(shí)，該時(shí)鐘系統(tǒng)還具有功耗小、成本低的特點(diǎn)，具有很強(qiáng)的實(shí)用性。 關(guān)鍵詞 AT89S51 單片機(jī) 電子鐘 I III 目錄 第一章 緒論 1 1.1 單片機(jī)的特點(diǎn) . 1 1.2 單片機(jī)應(yīng)用簡述 . 1 1.3 電子時(shí)鐘簡介 . 2 1.4 電子時(shí)鐘的基本特點(diǎn) . 2 第二章 控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) . 3 2.1 芯片的選擇 . 3 2.1.1 AT89S51 的功能概述 . 3 2.1.2 AT89S51 引腳功能說明（附引腳圖） . 3 2.1.3 AT89S51 與 AT89C51 的比較 . 6 2.2 電子時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)框圖 . 7 2.2.1 按鍵電路 . 7 2.2.2 LED 數(shù)碼管顯示電路 . 8 第三章 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) . 12 3.1 主程序部分 . 12 3.2 顯示子程序 . 15 3.3 中斷服務(wù)子程序 . 19 第四章 電路測(cè)試 . 22 4.1 硬件測(cè)試 . 22 4.2 軟件測(cè)試 . 23 4.3 測(cè)試結(jié)果分析與結(jié)論 . 23 4.3.1 測(cè)試結(jié)果分析 . 23 4.3.2 測(cè)試結(jié)論 . 23 第五章 作品總結(jié)與感想 . 24 第六章 致謝 . 25 第七 章 參考文獻(xiàn) . 26 第八章 附錄 . 27 I IV 附錄一 程序清單 . 27 附錄二 電路原理圖 . 35 附錄三 PCB 圖 . 36 附錄四 3D 圖 . 36 附錄五 元件清單 . 37 附錄六 硬件實(shí)物圖 . 38 1 第一章 緒論 1.1 單片機(jī)的特點(diǎn) 20 世紀(jì)末，單片機(jī)技術(shù)獲得了飛速的發(fā)展，在其在推動(dòng)下，現(xiàn)代電子產(chǎn)品幾乎滲透了社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域，有力地推動(dòng)了社會(huì)生產(chǎn)力的發(fā)展和社會(huì)信息化程度的提高，同時(shí)也使得現(xiàn)代電子產(chǎn)品性能進(jìn)一步提高 1。單片機(jī)有以下特點(diǎn)： 1. 單片機(jī)的存儲(chǔ)器 ROM 和 RAM 是嚴(yán)格區(qū)分的。 ROM 稱為程序存儲(chǔ)器，只存放程序、固定常數(shù)及數(shù)據(jù)表格。 RAM 則為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，用作工作區(qū)及存放用戶數(shù)據(jù) 1 2. 采用 面向控制的指令系統(tǒng)。為滿足控制需要，單片機(jī)有更強(qiáng)的邏輯控制能力，特別是單片機(jī)具有很強(qiáng)的位處理能力 1； 3. 單片機(jī)的 I/O 口通常是多功能的。由于單片機(jī)芯片上引腳數(shù)目有限，為了解決實(shí)際引腳數(shù)和需要的信號(hào)線的矛盾，采用了引腳功能復(fù)用的方法，引腳處于何種功能，可由指令來設(shè)置或機(jī)器狀態(tài)來區(qū)分 1； 4. 單片機(jī)的外部擴(kuò)展能力很強(qiáng)。在內(nèi)部的各種功能部件不能滿足應(yīng)用的需求時(shí)，均可在外部進(jìn)行擴(kuò)展，與許多通用的微機(jī)接口芯片兼容，給應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)帶來了很大的方便 1。 1.2 單片機(jī)應(yīng)用簡述 目前，單片機(jī)正朝著高性能和多品種方向發(fā) 展趨勢(shì)是進(jìn)一步向著 CMOS 化、低功耗、小體積，大容量、高性能、低價(jià)格和外圍電路內(nèi)裝化等幾個(gè)方面發(fā)展。 單片機(jī)應(yīng)用的重要意義還在于，它從根本上改變了傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)方法。在以前，是必須由模擬或是數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)的大部分功能的，而現(xiàn)在已經(jīng)能用單片機(jī)通過軟件的方法來實(shí)現(xiàn)了。這種軟件代替硬件的控制技術(shù)也稱為微控制技術(shù)，是傳統(tǒng)控制技術(shù)的一次革命 2。 2 1.3 電子時(shí)鐘簡介 時(shí)間對(duì)于人們來說總是那么寶貴，工作的忙碌性和繁雜性容易是人忘記當(dāng)前時(shí)間。忘記了要做的事情，當(dāng)事情不是很重要的時(shí)候這種遺忘無傷大雅。但是， 一旦是重要的事情，一時(shí)的耽誤可能釀成大禍 3。 1957 年， Ventura 發(fā)明了世界上第一只電子表，從而奠定了電子時(shí)鐘的基礎(chǔ)，電子時(shí)鐘也飛速的發(fā)展起來 4?，F(xiàn)代的電子時(shí)鐘的基于單片機(jī)的一種計(jì)時(shí)工具采用延時(shí)程序產(chǎn)生一定的時(shí)間中斷，用于一秒定義，通過計(jì)數(shù)方式進(jìn)行六十秒分鐘進(jìn)一，滿六十分小時(shí)進(jìn)一，滿二十四小時(shí)清零，從而達(dá)到計(jì)時(shí)的功能，是人們?nèi)粘Ｉ畈豢扇鄙俚墓ぞ摺?1.4 電子時(shí)鐘的基本特點(diǎn) 現(xiàn)在高精度的計(jì)時(shí)工具大多數(shù)采用了石英晶體振蕩器，由于電子鐘、石英鐘、石英表都采用了石英技術(shù)，因此，走時(shí)精度高，穩(wěn)定性好， 使用方便，不需要經(jīng)常調(diào)試，數(shù)字式電子鐘用集成電路計(jì)時(shí)時(shí)，譯碼代替機(jī)械式傳動(dòng)，用 LCD 顯示器或數(shù)碼管代替指針顯示進(jìn)而顯示時(shí)間，減小了計(jì)時(shí)誤差，這種表具有時(shí)、分、秒顯示時(shí)間的功能，還可以進(jìn)行時(shí)和分的校對(duì)，片選的靈活性好 3。 3 第二章 控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 2.1芯片的選擇 經(jīng)過多種單片機(jī)性能的分析及現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)設(shè)備的限制，在本設(shè)計(jì)中單片機(jī)芯片采用了AT89S51 單片機(jī)芯片。 AT89S51 是美國 ATMEL 公司生產(chǎn)的低功耗，高性能 CMOS8 位單片機(jī)片內(nèi)含 4k bytes 的可系統(tǒng)編程的 Flash 只讀程序存儲(chǔ)器，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn) 8051 指令系統(tǒng)及引腳。它集 Flash 程序存儲(chǔ)器既可在線編程（ ISP）也可用傳統(tǒng)方法進(jìn)行編程既通用 8 位微處理器于單片機(jī)芯片中， ATMEL 公司的功能強(qiáng)大，低價(jià)位 AT89S51 單片機(jī)可為您提供許多高性價(jià)比的應(yīng)用場(chǎng)合，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域 5。 2.1.1 AT89S51 的功能概述 AT89S51 提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 4K 字節(jié) Flash 閃速存儲(chǔ)器， 128 字節(jié)內(nèi)部 RAM， 32個(gè) I/O 口線，看門狗（ WDT），兩個(gè)數(shù)據(jù)指針，兩個(gè) 16 位定時(shí)、計(jì)數(shù)器，一個(gè) 5 向量兩級(jí)中 斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工通信口，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路。同時(shí)， AT89S51 可降至 0Hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種可選的節(jié)電工作模式。空閑方式停止 CPU 的工作，但允許 RAM，定時(shí)、計(jì)數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式 RAM 中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其他所有部件工作直到下一個(gè)硬件復(fù)位 5。 2.1.2 AT89S51 引腳功能說明（附引腳圖） Vcc： 電源電壓 GND： 接地 P0 口 ： P0 口是一組 8 位漏極開路型雙向 I/O 口，即地址 /數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。作為輸出口用時(shí)，每位能驅(qū)動(dòng) 8 個(gè) TTL 邏輯門電路，對(duì)端 口寫 “1”可作為高阻抗輸入端用。在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或程序存儲(chǔ)器時(shí)，這組口線分時(shí)轉(zhuǎn)換地址（低 8 位）和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，在訪問期間激活內(nèi)部上拉電阻。在 Flash 編程時(shí)， P0 口接收指令字節(jié)，而在程序校 4 驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)，校驗(yàn)時(shí)，要求外接上拉電阻。 5 圖 2- 1 AT89S51 引腳圖 P1 口 ： P1 口是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流） 4 個(gè) TTL 邏輯門電路。對(duì)端口寫 “1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端 口拉到高電平，此時(shí)可作為輸入口。作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流。 Flash 編程和程序校驗(yàn)期間， P1 接收低 8 地址 5。 P2 口 ： P2 口是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流） 4 個(gè) TTL 邏輯門電路。對(duì)端口寫 “1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作為輸入口。作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流。在訪問外部程序存儲(chǔ)器或 16 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（例如執(zhí)行 MOVX DPTR 指令）時(shí)， P2 口送出高 8 位地址數(shù)據(jù)。在訪問 8 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（例如執(zhí)行 MOVX Ri 指令）時(shí)， P2 口線上的內(nèi)容（即特殊功能寄存器（ SFR）區(qū)中 P2 寄存器的內(nèi)容），在整個(gè)訪問期間不改變。 Flash 編程和程序校驗(yàn)期間， P2 亦接收高位地址和其他控制信號(hào) 5。 P3 口 ： P3 口是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流） 4 個(gè) TTL 邏輯門電路。對(duì) P3 口寫入 “1”，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。作輸入端時(shí)，被外部拉低的 P3 口將用上拉電阻輸出電流。 P3 口除了作為一 般的 I/O 口線外，更重要的用途是它的第二功能 5。 P3 口還接收一些用于 Flash 閃速存儲(chǔ)器編程和程序校驗(yàn)的控制信號(hào)。 5 表 2- 1 P3 口第二功能 端口引腳 第二功能 信號(hào)名稱 P3.0 RXD 串行數(shù)據(jù)接收 P3.1 TXD 串行數(shù)據(jù)發(fā)送 P3.2 /INT0 外部中斷 0 請(qǐng)求 P3.3 /INT1 外部中斷 1 請(qǐng)求 P3.4 T0 定時(shí) /計(jì)數(shù)器 0 的外部輸入 P3.5 T1 定時(shí) /計(jì)數(shù)器 1 的外部輸入 P3.6 /WR 外部 RAM 寫選 通 P3.7 /RD 外部 RAM 讀選通 RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時(shí)， RST 引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平將使單片機(jī)復(fù)位。 WDT 溢出將使該引腳輸出高電平，設(shè)置 SFR AUXR 的 DISRT0 位（地址 8EH）可打開或關(guān)閉該功能。 DIRT0 位缺省為 RESET 輸出高電平打開狀態(tài) 5。 ALE/PROG：當(dāng)訪問外部程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低 8 位字節(jié)。即使不訪問外部存儲(chǔ)器， ALE 仍以時(shí)鐘振蕩頻率的1/6 輸出固定的正脈沖信號(hào)，因此可對(duì)外輸出時(shí)鐘或用以定時(shí)目的。要注 意的是：每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)將跳過一個(gè) ALE 脈沖。對(duì) Flash 存儲(chǔ)器編程期間，該引腳還用于出入編程脈沖（ PROG）。如有必要，可通過對(duì)特殊功能寄存器（ SFR）區(qū)中的 8EH 單元的 D0 位置位，單片機(jī)執(zhí)行外部程序時(shí)，應(yīng)設(shè)置 ALE 無效 5。 /PSEN：程序儲(chǔ)存允許（ /PSEN）輸出是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)，當(dāng) AT89S51由外部程序存儲(chǔ)器取指令（或數(shù)據(jù)）使，每個(gè)機(jī)器周期兩次 /PSEN 有效，即輸出兩個(gè)脈沖。當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。沒有兩次有效的 /PSEN 信號(hào) 5。 EA/VPP ：外部 訪問允 許。欲 使 CPU 僅 訪問 外部程 序存儲(chǔ) 器（ 地址為0000HFFFFH）， EA 端必須保持低電平（接地）。需注意的是：如果加密位 LB1 被編程，復(fù)位時(shí)內(nèi)部會(huì)鎖存 EA 端狀態(tài)。如 EA 端為高電平（接 VCC 端）， CPU 則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器中的指令。 Flash 存儲(chǔ)器編程時(shí)，該引腳加上 +12V 的編程電壓 VPP5。 6 XTAL1：振蕩器反相放大器及內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。 XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。 2.1.3 AT89S51 與 AT89C51 的比較 AT89S51 相對(duì)于 AT89C51 新增加了很多功能，性能有了較大的提升，價(jià)格基本上不 變，甚至比 89C51 更低！ 3 AT89S51 具有 ISP 在線編程 功 能，這個(gè)功能的優(yōu)勢(shì)在于改寫單片機(jī)存儲(chǔ)器內(nèi)的程序不需要 芯片從工作環(huán)境上拔出，可以在線燒寫。 AT89S51 的最高工作頻率為 33MHz， 89C51 的極限工作頻率是 24M，就是說 89S51具有更改的工作頻率，從而有了更快的計(jì)算速度。 AT89S51 具有雙工 UART 串行通道。 AT89S51 內(nèi)部集成看門狗計(jì)時(shí)器，不再需要像 89C51 那樣外接看門狗計(jì)時(shí)器單元電路。 AT89S51 具有雙數(shù)據(jù)指示器。 AT89S51 具有電源關(guān)閉標(biāo)識(shí)。 AT89S51 具有 全新的加密算法，這使得對(duì)于 89S51 的解密變?yōu)椴豢赡?，程序的保密性大大加?qiáng)，這樣就可以有效保護(hù)知識(shí)產(chǎn)權(quán)不被侵犯 10。 在兼容性方面， AT89S51 向下完全兼容 51 全部字系列產(chǎn)品。比如 8051、 89C51 等產(chǎn)品。也就是說不論教科書上采用的單片機(jī)是 8051 還是 89C51 還是 MCS-51 的等等，在 89S51 上一樣可以照常運(yùn)行，這就是所謂的向下兼容。 3 總之，無論是比其他品牌同類產(chǎn)品相比，還是與同品牌產(chǎn)品相比都顯示了 AT89S51優(yōu)良的性能，更高的性價(jià)比。所以 AT89S51 芯片成為了本系統(tǒng)的首選。 7 2.2 電子時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)框圖 電路設(shè)計(jì)框圖 圖 2-2 2.2.1 按鍵電路 設(shè)計(jì)用了 4 個(gè)按鍵 K1/K2/K3/S1，分別用于調(diào)時(shí)、調(diào)分、調(diào)秒及用作復(fù)位按鈕，達(dá)到了時(shí)間調(diào)節(jié)的目的 。 C3C4Y1P 1 .01P 1 .12P 1 .23P 1 .34P 1 .45P 1 .56P 1 .67P 1 .78P 3 .3 /IN T 113P 3 .2 IN T 012P 3 .4 /T 014P 3 .5 /T 115E A /V P31X218X119R E S E T9P 3 .7 /R D17P 3 .6 /W R16P 0 .732P 0 .633P 0 .534P 0 .435P 0 .336P 0 .237P 0 .138P 0 .039P 2 .021P 2 .122P 2 .223P 2 .324P 2 .425P 2 .526P 2 .627P 2 .728P 3 .0 /R X D10P 3 .1 /T X D1180 51V C C40V S S20u1S1C5R 12+ 5 V+ 5 VR91KR 101KR 111KK1 S W -P BK2S W -P BK3S W -P B+ 5 V按鍵電路 圖 2-3 晶振電路模塊 復(fù)位電路模塊 LED 顯示電路 AT89S51 主控制模塊 按鍵電路 8 2.2.2 LED 數(shù)碼管顯示電路 數(shù)碼管是一種把多個(gè) LED 顯示段集成在一起的顯示設(shè)備。有兩種類型，一種是共陽極，一種是共陰極。共陽極就是把多個(gè) LED 顯示段的陽極接在一起，又稱為公共端。共陰型就是把多個(gè) LED 顯示段的陰極連接在一起，即為公共商。陽極即 為二極管的正極，又稱為正極，陰極即為二極管的負(fù)極，又稱為負(fù)極。多位數(shù)碼管，除某一位的公共端會(huì)連接在一起，不同位的數(shù)碼管的相同端也會(huì)連接在一起。數(shù)碼管的顯示方法可分為靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)顯示，在本設(shè)計(jì)中采用的是動(dòng)態(tài)顯示，其原理：各個(gè)數(shù)碼管的相同端連接在一起，共同占用 8 位段引管線：每位數(shù)碼管的陽極連接在一起組成公共端。利用人眼的視覺暫留性，依次給出各個(gè)數(shù)碼管公共端加有效信號(hào)，在此同時(shí)給出該數(shù)碼管加有效的數(shù)據(jù)信號(hào)，當(dāng)全段掃描速度大于視覺暫留速度時(shí)，顯示就會(huì)清晰顯示出來 6。 本設(shè)計(jì)由兩個(gè) LED 四位一體陰極數(shù)碼管、 8 個(gè) 9012（ PNP）三極管、 8 個(gè) 510 歐上拉電阻等組成，由于 LED 數(shù)碼管的位電流較大，故采用三極管來驅(qū)動(dòng)。 8 個(gè)電阻一端接到單片機(jī)的 P1 口，另一端分別接到三極管的基極，發(fā)射極接地，集電極與所述數(shù)碼管芯片的位控制端相連。此驅(qū)動(dòng)電路采用主芯片的通用口并配合三極管來實(shí)現(xiàn)四位數(shù)碼管的動(dòng)態(tài)掃描和顯示驅(qū)動(dòng)，具有電路結(jié)構(gòu)簡單、占用電路板空間小、驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)、成本低等優(yōu)點(diǎn)，其缺點(diǎn)是共陰極的數(shù)碼管采用 PNP 三極管驅(qū)動(dòng)，這樣三極管的損耗比較大。位碼由 P1 口輸出，段碼由 P3 口輸出， P1 口線與 LED 之間 5.1K 的限流電阻和 PNP三極 管，顯示的方式為動(dòng)態(tài)顯示方式。 表 2-2 字型與字段關(guān)系 顯示字符 g f e d c b a 字型碼 共陰極 共陽極 0 0 1 1 1 1 1 1 3FH C0H 1 0 0 0 0 1 1 0 06H F9H 2 1 0 1 1 0 1 1 5BH A4H 3 1 0 0 1 1 1 1 4FH B0H 4 1 1 0 0 1 1 0 66H 99H 5 1 1 0 1 1 0 1 6DH 92H 9 6 1 1 1 1 1 0 1 7DH 82H 7 0 0 0 0 1 1 1 07H F8H 8 1 1 1 1 1 1 1 7FH 80H 9 1 1 0 1 1 1 1 6FH 90H A 1 1 1 0 1 1 1 77H 88H B 1 1 1 1 1 0 0 7CH 83H C 0 1 1 1 0 0 1 39H C6H D 1 0 1 1 1 1 0 5EH A1H E 1 1 1 1 0 0 1 79H 86H F 1 1 1 0 0 0 1 71H 8EH 數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)的意義： 第一：假如不驅(qū)動(dòng)的話，單片機(jī)的高低電平仍然可以控制數(shù)碼管的亮度 ，形在動(dòng)態(tài)顯示，但這時(shí)細(xì)心的你會(huì)發(fā)現(xiàn)這時(shí)的數(shù)碼的亮度會(huì)比較暗，并且掃描頻率很高，仍然有微小的閃動(dòng)現(xiàn)象，因?yàn)閱纹瑱C(jī)的輸出的電流本身就很弱； 第二：三極管的作用是： 1、起到開關(guān)的作用，即某一時(shí)刻打開或關(guān)閉數(shù)碼管，形成動(dòng)態(tài)顯示； 2、驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管，靜態(tài)顯示可以不明顯，動(dòng)態(tài)顯示的時(shí)候，效果就出來了。 10 具體電路圖如下： P 1 .01P 1 .12P 1 .23P 1 .34P 1 .45P 1 .56P 1 .67P 1 .78P 3 .3 /IN T 113P 3 .2 IN T 012P 3 .4 /T 014P 3 .5 /T 115E A /V P31X218X119R E S E T9P 3 .7 /R D17P 3 .6 /W R16P 0 .732P 0 .633P 0 .534P 0 .435P 0 .336P 0 .237P 0 .138P 0 .039P 2 .021P 2 .122P 2 .223P 2 .324P 2 .425P 2 .526P 2 .627P 2 .728P 3 .0 /R X D10P 3 .1 /T X D1180 51V C C40V S S20u1R 145. 1KR 155. 1KR 165. 1KR 175. 1KR 135. 1KR 185. 1KQ290 12Q390 12Q490 12Q590 12Q690 12Q790 12R1R2R3R4R5R6R7R8dp8a1b2c3d4e5f6g7abfcgdedpabfcgdedpabfcgdedpabfcgdedpbit19bit210bit311bit412A1S M Gdp8a1b2c3d4e5f6g7abfcgdedpabfcgdedpabfcgdedpabfcgdedpbit19bit210bit311bit412A2S M GV C CR 195. 1KR 205. 1KQ890 12Q990 12圖 2-4 數(shù)碼管顯示電路 11 整體電路圖如下： C3C4Y1P 1 .01P 1 .12P 1 .23P 1 .34P 1 .45P 1 .56P 1 .67P 1 .78P 3 .3 /IN T 113P 3 .2 IN T 012P 3 .4 /T 014P 3 .5 /T 115E A /V P31X218X119R E S E T9P 3 .7 /R D17P 3 .6 /W R16P 0 .732P 0 .633P 0 .534P 0 .435P 0 .336P 0 .237P 0 .138P 0 .039P 2 .021P 2 .122P 2 .223P 2 .324P 2 .425P 2 .526P 2 .627P 2 .728P 3 .0 /R X D10P 3 .1 /T X D1180 51V C C40V S S20u1S1C5R 12+ 5 V+ 5 VR 145. 1KR 155. 1KR 165. 1KR 175. 1KR 135. 1KR 185. 1KQ290 12Q390 12Q490 12Q590 12Q690 12Q790 12R1R2R3R4R5R6R7R8dp8a1b2c3d4e5f6g7abfcgdedpabfcgdedpabfcgdedpabfcgdedpbit19bit210bit311bit412A1S M Gdp8a1b2c3d4e5f6g7abfcgdedpabfcgdedpabfcgdedpabfcgdedpbit19bit210bit311bit412A2S M GV C CR 195. 1KR 205. 1KQ890 12Q990 12R91KR 101KR 111KK1 S W - P BK2S W - P BK3S W - P B+ 5 V圖 2-5 電子鐘硬件電路圖 12 第三章 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 軟件系統(tǒng)主要分為以下幾個(gè)部分：主程序、顯示子程序及中斷服務(wù)子程序。 以動(dòng)態(tài)顯示作為主程序，主要是初始化部分和不斷調(diào)用動(dòng)態(tài)顯示子程序。動(dòng)態(tài)顯示子程序，它被主程序不斷調(diào)用，以保證穩(wěn)定可靠的顯示；按鍵查詢采用中斷方式；秒定時(shí)采用定時(shí)器 T0 中斷方式進(jìn)行，定時(shí)時(shí)間為 50MS，每 50MS 溢出一次，中斷兩次達(dá) 100MS。然后通過顯示子程序?qū)卧锩娴氖M(jìn)制數(shù)拆開為 BCD 碼，送到顯示緩沖區(qū)。 3.1 主程序部分 a）程序的起始地址： MCS-51 單片機(jī)復(fù)位后，（ PC） =0000H，而 0003H-002BH 分別是各中斷源的入口地址。所以，編程時(shí)應(yīng)在 0000H 處寫一條跳轉(zhuǎn)指令。 b）主程序的初 始化：將要用到的 MCS-51 系列單片機(jī)內(nèi)部部件或擴(kuò)展芯片進(jìn)行初始工作設(shè)定。流程圖如下： 13 圖 3-1 主程序流程圖 程序如下： SECOND EQU 30H ；秒單元 MINITE EQU 31H ；分單元 HOUR EQU 32H ；時(shí)單元 HOURK BIT P2.0 ；時(shí)按鍵 MINITEK BIT P2.1 ；分按鍵 SECONDK BIT P2.2 ；秒按鍵 DISPBUF EQU 40H ；顯示緩沖區(qū) DISPBIT EQU 48H T2SCNTA EQU 49H T2SCNTB EQU 4AH 開始 單元初始化 顯示緩沖區(qū)初始化 置定時(shí)器模式及工作方式 設(shè)置初始常數(shù) 啟動(dòng)定時(shí)器 14 TEMP EQU 4BH ORG 0000H LJMP START ORG 000BH ；定時(shí)器 T0 中斷入口地址 LJMP INT_T0 ；主程序 START: MOV SECOND,#00H ；秒單元清 0 MOV MINITE,#00H ；分單元清 0 MOV HOUR,#12 ；上電時(shí)單元顯示 12 MOV DISPBIT,#00H MOV T2SCNTA,#00H MOV T2SCNTB,#00H MOV TEMP,#0FEH LCALL DISP ；調(diào)用顯示子程序 MOV TMOD,#01H ；設(shè)定時(shí)器 T0 工作方式為方式 1 MOV TH0,#3CH ；T0 置初值 MOV TL0,#0B0H SETB TR0 ；啟動(dòng)定時(shí)器 T0 15 SETB ET0 ；啟動(dòng)定時(shí)器 T0 中斷允許 SETB EA ；總中斷允許 3.2 顯示子程序 功能：掃描 8 個(gè)數(shù)碼管，數(shù)值。 流 程圖如下 調(diào)用延時(shí)程序 秒單元加 1 60S 到？ N 秒單元清 0 分單元加 1 60M 到？ N Y Y 分單元清 0 小時(shí)單元加 1 24H 到？ N Y 小時(shí)單元清 0 返回 16 圖 3-2 顯示程序流程圖 顯示程序如下： ；顯示子程序 WT:JB SECONDK,NK1 ；位轉(zhuǎn)移 LCALL DELY10MS ；延時(shí) 1s JB SECONDK,NK1 INC SECOND ；s+1 MOV A,SECOND CJNE A,#60,NS60 ；判斷是否到 60m？判斷是否到 60s？若未到，則返回；到了則跳轉(zhuǎn) NM60 MOV SECOND,#00H NS60: LCALL DISP JNB SECONDK,$ NK1: JB MINITEK,NK2 LCALL DELY10MS JB MINITEK,NK2 INC MINITE ；m+1 MOV A,MINITE CJNE A,#60,NM60 ；判斷是否到 60m？判斷是否到 60s？若未 17 到，則返回；到了則跳轉(zhuǎn) NM60 MOV MINITE,#00H ；60 分到，則分單元清 0 NM60: LCALL DISP JNB MINITEK,$ NK2: JB HOURK,NK3 LCALL DELY10MS JB HOURK,NK3 INC HOUR ；h+1 MOV A,HOUR CJNE A,#24,NH24 ；判斷是否到 60m？判斷是否到 60s？若未到，則返回；到了則跳轉(zhuǎn) NM60 MOV HOUR,#00H NH24: LCALL DISP JNB HOURK,$ NK3: LJMP WT DISP: MOV A,#DISPBUF ；顯示小時(shí)十位值 ADD A,#8 18 DEC A MOV R1,A MOV A,HOUR MOV B,#10 DIV AB ；除以 10.，得到時(shí)間值的各位和十位 MOV R1,A ；十位送相應(yīng)的顯示緩沖區(qū) DEC R1 ；指向顯示緩沖區(qū)的個(gè)位 MOV A,B ；各位給 ACC MOV R1,A ；個(gè)位置送緩沖區(qū)的相應(yīng)位置 DEC R1 MOV A,#10 MOVR1,A DEC R1 MOV A,MINITE ；顯示分鐘十位值 MOV B,#10 DIV AB MOV R1,A DEC R1 MOV A,B ；顯示分鐘個(gè)位值 19 MOV R1,A DEC R1 MOV A,#10 MOVR1,A DEC R1 MOV A,SECOND MOV B,#10 ；顯示秒十位值 DIV AB MOV R1,A DEC R1 MOV A,B MOV R1,A DEC R1 RET 3.3 中斷服務(wù)子程序 每個(gè)機(jī)器周期的長度是 12 個(gè)振蕩器周期。因?yàn)閷?shí)驗(yàn)系統(tǒng)的晶振是 11.0592MHz，所以定時(shí)常數(shù)的設(shè) 置可按以下方法計(jì)算： 機(jī)器周期 =1211.0592MHz 1.0857S 程序中，定時(shí)器 T0 采用方式 1=65536，因要求每 50MS 溢出一次，計(jì)數(shù)值 =（ 501000） 1=5000 ，所以計(jì)數(shù)器的初值為 X=65536-50000=15536=3CB0H 20 初值寄存器的初值 TH0=3CH， TL0=B0H 置 T0 方式 1 定時(shí)，所以 TMOD=01H 功能： 50MS 執(zhí)行一次完成顯示數(shù)據(jù)的刷新并拆開放到顯示緩沖區(qū) .程序如下： ；中斷服務(wù)子程序 INT_T0: MOV TH0,#3CH MOV TL0,#0B0H MOV A,#DISPBUF ADD A,DISPBIT MOV R0,A MOV A,R0 MOV DPTR,#TABLE ；查表 MOVC A,A+DPTR MOV P3,A ；段碼送 P3 口 MOV A,DISPBIT MOV DPTR,#TAB MOVC A,A+DPTR MOV P1,A ；位碼送 P1 口 INC DISPBIT 21 MOV A,DISPBIT CJNE A,#08H,KNA MOV DISPBIT,#00H 22 第四章 電路測(cè)試 4.1 硬件測(cè)試 由于在硬件電路是用通用板做的，所以在電路焊接方面是不可忽視的，只要有一處的錯(cuò)誤，則會(huì)對(duì)檢測(cè)造成很大的不便，而且電路的交線很多，對(duì)于各種鋒利的引腳要注意處理，否則刺破帶有封皮的導(dǎo)線，使得電路造成短路現(xiàn)象。另外還要對(duì)元器件先進(jìn)行檢測(cè)，如果有壞的器件要進(jìn)行更換，還有就是要注意元器件的正確放置與安裝以及布線的合理，便于成品電路的檢測(cè)和維護(hù) 7。 在本設(shè)計(jì)中的調(diào)試過程遇到了很多的問題，回想這些問題，其實(shí)只要認(rèn)真點(diǎn)、仔細(xì)點(diǎn)、思考多一點(diǎn)大部分是可以避免的，以下 為主要問題：電路做成后，數(shù)碼管的正常顯示應(yīng)為 12-00-00，卻顯示成了 00-00-12，就是前四位和后四位調(diào)換了。解決：查出 P1口的 8 個(gè)電阻低 4 位和高 4 位接反了，拆了重新接之后，顯示卻變?yōu)檎ｏ@示數(shù)值12-00-00 的反面，就像一張紙的正面和反面反了下，后來想到從硬件中修改的話，改動(dòng)的比較大也比較麻煩，后來決定從軟件中修改，把共陰極后面代碼改了，問題就得到了解決。 23 4.2 軟件測(cè)試 該電子鐘的功能雖少，但是程序也比較為復(fù)雜，所以在編寫程序和調(diào)試程序時(shí)出現(xiàn)了相對(duì)較多的問題。最后，鑒于以前學(xué)過的單片機(jī)知識(shí) ，一步一步的完成各個(gè)子程序，終于得到了最后的程序。解決了軟件問題。在寫中斷程序和顯示程序時(shí)遇到了很多的問題，如調(diào)試時(shí)顯示亂碼等等。但是經(jīng)過努力，程序還是成功了。 4.3 測(cè)試結(jié)果分析與結(jié)論 4.3.1 測(cè)試結(jié)果分析 1.在測(cè)試中遇到 LED 數(shù)碼管為不顯示時(shí)，首先要仔細(xì)觀察電路板是否存在漏焊、虛焊、或者元件損壞。 2.LED 數(shù)碼管顯示不正常，還有亮度不夠，要注意觀察電路是否存在短路現(xiàn)象。若硬件無誤后，再查看燒寫的程序是否正確，并對(duì)程序進(jìn)行認(rèn)真修改。 4.3.2 測(cè)試結(jié)論 經(jīng)過了多次的反復(fù)測(cè)試與分析，可以對(duì)電路原 理及功能更加熟悉，同時(shí)提高了設(shè)計(jì)能力以及對(duì)電路的分析能力，同時(shí)在軟件的編程方面得到更高的提高，對(duì)編程能 力 也得到了加強(qiáng)，同時(shí)對(duì)所學(xué)的只是得到了很到的提高與鞏固 7。 對(duì)于初學(xué)者來說，更是有更大的益處，能理論聯(lián)系實(shí)際運(yùn)用，學(xué)到更多的知識(shí)，真正將這門課程所包含的知識(shí)用于實(shí)際生活中的具體創(chuàng)造和設(shè)計(jì)中。 24 第五章 作品總結(jié)與感想 通過這次單片機(jī)課程設(shè)計(jì)，發(fā)現(xiàn)了自身所學(xué)知識(shí)存在許多的不足和問題，同時(shí)也學(xué)到了不少東西，提高了動(dòng)手能力。 在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中，從設(shè)計(jì)方案的確定，到具體電路的設(shè)計(jì)，最后到總體電路的聯(lián)接構(gòu)建以及程 序的編寫燒寫，整個(gè)設(shè)計(jì)工程量的比較大的，單靠個(gè)人能力，很多方面考慮不周，有的地方甚至毫無頭緒，想不出具體方案，因此，絕對(duì)不能心急，不明白的地方和其他的同學(xué)討教，畢竟群策力辦法要多些，讓自己也多個(gè)機(jī)會(huì)，碰上是在不能解決的問題，就去找輔導(dǎo)老師，用過老師的指點(diǎn)，把問題徹底搞清楚并加以掌握。另外，在這次的設(shè)計(jì)過程中，我還查閱了很多相關(guān)設(shè)計(jì)的資料，通過參考和研究別人的一些設(shè)計(jì)，使得自己的設(shè)計(jì)思路更加清晰和周密，從而使設(shè)計(jì)出來的產(chǎn)品也更加完善和高質(zhì)量。 盡管這次設(shè)計(jì)中遇到了很多問題，但是也都一一得以 解決 ，比如軟件設(shè)計(jì)時(shí) ，遇到了很多問題，但是經(jīng)過向同學(xué)討教及想老師詢