《單片機原理及接口》課程設(shè)計報告時鐘系統(tǒng)設(shè)計

1、單片機原理及接口課程設(shè)計報告題 目： 時鐘系統(tǒng)設(shè)計 專業(yè)名稱： xxx 班 級： 莆田學(xué)院 學(xué) 號： xxxx 姓 名： xxxx 2012年 1月 時鐘系統(tǒng)設(shè)計一設(shè)計說明1.1 設(shè)計目的：（1）掌握c51單片機的結(jié)構(gòu)及其內(nèi)部的定時/計數(shù)器、中斷系統(tǒng)、以及外圍的行列式按鍵和led數(shù)碼管等部件（2）掌握定時/計數(shù)器的結(jié)構(gòu)和原理、中斷處理系統(tǒng)的工作原理及中斷方式處理定時/計數(shù)的工作過程，數(shù)碼管顯示原理（3）設(shè)計時鐘系統(tǒng)通過數(shù)碼管顯示及按鍵設(shè)置實現(xiàn)時間的準(zhǔn)確顯示、鬧鈴和修改（4）學(xué)會運用軟件和硬件相結(jié)合來實現(xiàn)設(shè)計的需要1.2 設(shè)計要求：設(shè)計一時鐘系統(tǒng)，系統(tǒng)具有時鐘功能，能準(zhǔn)確顯示時、分、秒。1.3

2、電子數(shù)字鐘實現(xiàn)的主要功能1、 實現(xiàn)正常走時2、 能夠設(shè)置時間且待設(shè)置位會閃爍顯示3、 具有鬧鈴及設(shè)定鬧鈴時間功能4、 具有倒計時功能1.4設(shè)計環(huán)境（1） 硬件：計算機一臺（2） windowns操作系統(tǒng) 、 keilc51單片機仿真軟件 、 proteus單片機系統(tǒng)仿真軟件。二、整體設(shè)計方案1.硬件電路設(shè)計 時鐘的設(shè)計，主要采用了at89s52、74hc573、74ls138、晶振、8只共陰led數(shù)碼管，包括顯示模塊，按鍵模塊和揚聲器模塊以及單片機的基礎(chǔ)電路。 1.1方案設(shè)計所應(yīng)用知識 1.1.1.c51單片機介紹（如圖1-1） 89c51單片機有四組8位并行i/o口，記作p0、p1、p2和p

3、3。每組i/o口內(nèi)部都有8位數(shù)據(jù)輸入緩沖器、8位數(shù)據(jù)輸出鎖存器及數(shù)據(jù)輸出驅(qū)動等電路。四組并行i/o端口即可以按字節(jié)操作，又可以按位操作。當(dāng)系統(tǒng)沒有擴展外部器件時，i/o端口用作雙向輸入輸出口；當(dāng)系統(tǒng)作外部擴展時，使用p0口作系統(tǒng)地址的低8位、p2口作系統(tǒng)地址的高8位；p0口還可作數(shù)據(jù)時分復(fù)用線，p3口有第二功能（如圖1-2），大多與其內(nèi)部功能部件有關(guān)，其中rd、wr是外部數(shù)據(jù)存儲器的寫、讀控制信號。 應(yīng)注意：當(dāng)四個并行口在作輸入口使用時，均應(yīng)先對其寫“1”，以避免誤讀。 圖1-1 89c51 單片機相關(guān)引腳 圖1-2 p3口每一位的第二功能1.1.2定時/計數(shù)器8051型單片機有兩個十六位定時

4、/計數(shù)器t0、t1，有四種工作方式，跟定時/計數(shù)器相關(guān)的特殊功能寄存器有這樣幾個：表一：方式控制寄存器tmod d7d6d5d4d3d2d1d0gatec/t m1 m0gatec/tm1m0加法計數(shù)寄存器th0、th1 （高八位）tl0、tl1（低八位）；定時/計數(shù)到標(biāo)志tf0、tf1（中斷控制寄存器tcon）；定時/計數(shù)器啟?？刂莆籺r0、tr1（tcon）；定時/計數(shù)器中斷允許位et0、et1（中斷允許寄存ie）；定時/計數(shù)器中斷優(yōu)先級控制位pt0、pt1（中斷優(yōu)ip）。tmod的低四位為t0的方式字，高四位為t1的方式字。tmod不能位尋址，必須整體賦值。（1）工作方式選擇位m1、m0

5、 表二：m1、m0的狀態(tài)決定定時器的工作方式m1m0 功 能 說 明 00110101方式0，為13位的定時計數(shù)器方式1，為16位的定時計數(shù)器方式2，為常數(shù)自動重裝入的8位定時計數(shù)器方式3，t0分為兩個8位定時計數(shù)器，t1在該方式時停止 （2）定時和外部事件計數(shù)方式選擇位c/tc/t0為定時器方式；c/t1為外部事件計數(shù)器方式（3）門控位gategate = 0時，且受定時器運行控制位（tr0、tr1）的控制時為軟件啟動。gate = 1時，除受tr0、tr1控制外，還受外部引腳（int0、 int1）輸入電平的控制（為高）為硬啟動。（4）初值的確定：a = tfosc/12 （注意單位）；t

6、hx = a / 256；tlx = a % 256；根據(jù)確定初值的公式，三種工作方式下可得以下結(jié)論：a.同種方式下，頻率越大，所定的最大時間越來越短；b.同種頻率下，方式1所定的時間最長；c.晶振為6mhz時能定的最大時間100ms,晶振為12mhz時能定的最大時間為50ms1.1.3中斷所謂中斷是指，單片機內(nèi)部有一個中斷管理系統(tǒng)，它對內(nèi)部的定時器事件、串行通信的發(fā)送和接收事件及外部事件（如鍵盤按鍵動作）等進行自動的檢測判斷，當(dāng)有某個事件產(chǎn)生時，中斷管理系統(tǒng)會置位相應(yīng)標(biāo)志通知cpu，請求cpu迅速去處理。cpu檢測到某個標(biāo)志時，會停止當(dāng)前正在處理的程序流程，轉(zhuǎn)去處理所發(fā)生的事件（針對發(fā)生的事

7、件，調(diào)用某一特定的函數(shù)，稱為該事件的中斷服務(wù)函數(shù)），處理完以后，再回到原來被中斷的地方，繼續(xù)執(zhí)行原來的程序。1.1.4數(shù)碼管顯示原理數(shù)碼管是一種把多個led顯示段集成在一起的顯示設(shè)備，有兩種類型：共陰和共陽如圖1-3（a）和（b）。共陽極的就是把多個led顯示段的陽極接在一起，又稱為公共端；共陰極的就是把多個led顯示段的陰極接在一起，稱為公共端。通常數(shù)碼管又分為8段，即8個led顯示段，分別為adp，其中dp是小數(shù)點位段。n位led顯示器有n根位選線和8n根段選線。根據(jù)顯方式不同，位選線與段選線的連接方法不同。段選線控制字符選擇，位選線控制顯示位的亮、滅。數(shù)碼管有兩種顯示方式：靜態(tài)顯示與動態(tài)

8、顯示靜態(tài)顯示方式：各位led的位選線連在一起接地或接+5v；每位led的段選線（adp）各與一個八位并行口相連。動態(tài)顯示方式：將所有l(wèi)ed的段選線并聯(lián)在一起，由一個八位io口控制，而位選線分別由相應(yīng)的io口線控制（如圖1-4）本設(shè)計用的是數(shù)碼管動態(tài)顯示原理，利用人眼的視覺暫留性，依次給出各個數(shù)碼管公共端加有效信號，在此同時給出數(shù)碼管加有效地數(shù)據(jù)信號，當(dāng)全段掃面速度大于視覺暫留速度時，顯示就會清晰顯示出來。根據(jù)圖1-3(a)和（c）可推導(dǎo)出顯示09的共陰代碼（包括顯示小數(shù)點）即為0時相應(yīng)的顯示段亮 圖1-3 led顯示器1.2控制器部分方案論證 方案一：時鐘模塊采用ds1302 芯片，功耗實時時

9、鐘電路結(jié)構(gòu)、工作原理及其在實時顯示時間中的應(yīng)用。它可以對年、月、日、周、日、時、分、秒進行計時。方案二：采用51單片機，用51單片機加以一定的硬件電路，由于使用軟硬件結(jié)合的方式，所以電路結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)試也相對方便。1.3顯示部分的方案論證方案一：采用8段數(shù)碼管led有兩種顯示方式：動態(tài)顯示和靜態(tài)顯示。靜態(tài)顯示式是簡單的將數(shù)碼管的段選與io口相連，另一端接vcc或gnd，動態(tài)顯示則是將多個數(shù)碼管的段選接至同一個io口，位選接入相應(yīng)的io口，在編程時，分別點亮每一個數(shù)碼管，利用人眼的暫留效果即感覺到數(shù)碼管是一直顯示的。方案二：液晶顯示方式。液晶顯示效果出眾，可以運用菜單項來方便操作但是價格相對比較貴

10、，而且驅(qū)動程序相對于led也比較復(fù)雜。 圖-2 數(shù)碼管顯示電路1.4最終方案控制器部分選擇at89s52作為始終電路的核心，顯示部分選擇8位8段數(shù)碼管，揚聲器部分由io連接至三極管作為驅(qū)動。由此結(jié)合單片機課程學(xué)習(xí)中對實驗面板的了解，做出如下電路： 圖-3 proteus仿真電路如圖，晶振頻率12mhz,p0口接一個上拉排阻，輸出作為控制數(shù)碼管的段控信號，經(jīng)74ls573即8位數(shù)據(jù)鎖存器接到數(shù)碼管中；p2.0-p2.2經(jīng)74hc138連接到數(shù)碼管位選，p27為74hc138的片選信號；p3.7經(jīng)三極管與蜂鳴器相連；四個按鈕分別與p3.0-p3.3相連。2.系統(tǒng)軟件總流程設(shè)計流程圖如左圖所示。主程

11、序是先開始，然后啟動定時器，定時器啟動后在進行按鍵檢測，檢測完后，就可以顯示時間，之后再檢測是否響鈴。 圖-4 程序總流圖按鍵處理是先檢測切換功能位是否被按下，如果沒有則顯示保留當(dāng)前狀態(tài)，若按下，則顯示下一個功能（順序為時鐘鬧鐘倒計時循環(huán)）；判斷以為案件是否按下，如果按下，被設(shè)置位就相應(yīng)的改變（順序為秒分時循環(huán)）；判斷“+”按鍵是否按下，“+”按鍵如果按下，相對應(yīng)的被設(shè)置位就加1；如果沒有按下，原數(shù)字不變。秒計時是采用中斷方式進行溢出次數(shù)的累積，計滿20次，即得到秒計時。從秒到分，從分到時是通過軟件累加并進行比較的方法來實現(xiàn)的。要求每滿1秒，則“秒”單元中的內(nèi)容加1；“秒”單元滿60，則“分”

12、單元中的內(nèi)容加1；“分”單元滿60，則“時”單元中的內(nèi)容加1；“時”單元滿24，則將時、分、秒的內(nèi)容全部清零。3.實時時鐘程序設(shè)計步驟：（1)計算初值；（2）采用中斷方式進行溢出次數(shù)累計；（3）時鐘顯示：時鐘時間在方位數(shù)碼管上進行顯示，直接通過顯示子函數(shù)完成； （4）響鈴程序：在一定的條件下是蜂鳴器播放聲音；（5）時鐘設(shè)置：對相應(yīng)的設(shè)置為堿性加或減操作；（6）中斷服務(wù)程序：進行計時操作，并完成對時、分、秒的加或減操作。三程序調(diào)試過程：3.1顯示模塊電子時鐘顯示采用數(shù)碼管，顯示模塊采用動態(tài)顯示的方式，即將所有l(wèi)ed的段選線并聯(lián)在一起接至p0，而位選線由74hc138的輸出控制。一次可以推算出顯示

13、的位碼為smg_wei=0xf7,0xf6,0xf5,0xf4,0xf3,0xf2,0xf1,0xf0。正常顯示狀態(tài)：默認(rèn)為走時狀態(tài)，按24小時制分別顯示“時時-分分-秒秒”，設(shè)置時間狀態(tài)：數(shù)碼管時間暫停，同時對應(yīng)的待設(shè)置位會閃爍顯示。判斷當(dāng)前的顯示狀態(tài)，既flag_into標(biāo)志位。三個flag_int0分別對應(yīng)時鐘、鬧鐘、倒計時。如下圖所示：圖-6 設(shè)置時間時的顯示3.2 走時、倒計時功能走時程序有內(nèi)部中斷t0完成，把定時器的定時時間定為50ms。這樣，計數(shù)溢出20次即可得到1秒。而計數(shù)20次可以用軟件實現(xiàn)。然后完成通過程序?qū)r、分、秒的加操作。同理，倒計時程序由內(nèi)部中斷t1完成，硬件定時5

14、0ms，軟件循環(huán)20次得到1秒，通過相應(yīng)的程序完成時分秒的減操作。并在數(shù)碼管上動態(tài)顯示。綜上所述在設(shè)置t0、t1定時器是即將tmod=0x11（0001 0001），thx=-50000/256，tlx=-50000%256，然后將相應(yīng)的中斷打開即可。走時截圖如下: 3.3 時間設(shè)置模塊由于時鐘有三個功能，而這三個功能對應(yīng)時間內(nèi)容都是暫時存放在三個對應(yīng)的數(shù)組（time、alarm、timer）內(nèi)，所以設(shè)置時間時要將待設(shè)置的時間裝入一個臨時數(shù)組（time_tmp）內(nèi)。由于正常顯示時間時，數(shù)碼管是顯示實時時間，而設(shè)置時間時，數(shù)碼管則應(yīng)該暫停顯示，所以在調(diào)試時，在設(shè)置時間模塊里加了一個讀標(biāo)志（rea

15、d_flag）,當(dāng)read_flag為1時，本模塊可以讀取相應(yīng)數(shù)組的時間；反之則不能讀取，如果不能讀取時間則相當(dāng)于時間一直停止在當(dāng)前狀態(tài)不變。對于倒計時功能則處理相對簡單，每當(dāng)進入設(shè)置狀態(tài)時，直接置tr1=0，暫停計時。在分別設(shè)置過秒、分、時之后，將time_tmp數(shù)組的時間寫入相應(yīng)的待設(shè)置數(shù)組，并且置tr1=1，read_flag=1。進入正常走勢狀態(tài)。3.4 響鈴模塊圖-7 蜂鳴器電路響鈴的原理主要是單片機的某個引腳產(chǎn)生一定頻率的方波，通過驅(qū)動電路接入揚聲器，從而產(chǎn)生某一特定頻率的聲音，程序和響鈴有關(guān)的有整點報時、鬧鐘和倒計時三個部分，其中鬧鐘和倒計時的響鈴程序除了條件不一樣以外，其他都差

16、不多。只是在響鈴時由于蜂鳴器占用了cpu導(dǎo)致了現(xiàn)實程序無法正常運行。整點時，則是把它設(shè)置成56s和58s兩聲約1s低音，進入整點時，一聲高音， 3.5仿真調(diào)試 軟件調(diào)試部分主要是使用protus 7 professional軟件配合keil進行在線仿真，通過設(shè)置斷點來判斷程序有不合實際的地方，并且修改，在最終完成程序以后，將keil生成的hex文件下載到51單片機的學(xué)習(xí)板上進行硬件仿真，取得了預(yù)期的效果。仿真效果如下：圖-8 最終調(diào)試結(jié)果 四 心得體會 通過了解89c51單片機結(jié)構(gòu)及工作原理和硬件電路定時/計數(shù)器、中斷、行列式鍵盤、數(shù)碼管顯示的工作原理，從而通過keil軟件編寫程序和仿真器結(jié)合

17、控制時鐘系統(tǒng)實現(xiàn)基本的準(zhǔn)確顯示時間和鬧。通過這次課程設(shè)計進一步數(shù)碼管動態(tài)顯示及定時/計數(shù)器的工作原理，掌握keil軟件與仿真器的結(jié)合使用。經(jīng)過這次的設(shè)計讓自己學(xué)會軟件與硬件相結(jié)合使用，同時也認(rèn)識到理論與實際相結(jié)合的重要性，只有理論知識是不夠的，只有把理論知識與實踐相結(jié)合，多動手多思考，從而提高自己的實踐能力。在設(shè)計過程中也發(fā)現(xiàn)自己有很多不足之處，對所學(xué)過的知識理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固，也不太懂與實際相運用，但是經(jīng)過一周的實訓(xùn)，還有通過網(wǎng)上查找資料，在老師和同學(xué)們的幫助下，不僅鞏固了課堂所學(xué)的知識，而且加深了解了89c51單片機中的使用及工作原理。在設(shè)計過程中，經(jīng)過老師的指導(dǎo)，學(xué)會了獨立畫

18、流程圖來分析程序，只有這樣，才比較清楚地知道自己每一步要做什么，每一步要完成什么任務(wù)，而且在程序調(diào)試的過程中也容易查錯。 6、附錄：/*主要功能：正常走時、鬧鐘、秒表倒計時、正點報時、設(shè)置時間*/#include #define uchar unsigned char#define uint unsigned intuchar s,flag_t1,flag_t0,flag_int0,flag_int1,flag_alarm,flag_read,flag_timer;sbit beep=p37; /蜂鳴器sbit p30=p30; /時間+sbit p31=p31;/時間-uint time=0

19、,5,10,9,5,10,0,1;uint alarm=0,2,10,0,0,10,0,1;uint timer=0,1,10,0,0,10,0,0;uint time_tmp=1,1,10,3,3,10,3,3;unsigned char smg_du=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x40;/ 顯示段碼值0123456789-unsigned char smg_wei=0xf7,0xf6,0xf5,0xf4,0xf3,0xf2,0xf1,0xf0;/0,1,2,3,4,5,6,7;/分別對應(yīng)相應(yīng)的數(shù)碼管點亮,即位碼voi

20、d delay1ms(uchar x);/大約1ms，軟件延時void smg_dis();/數(shù)碼管顯示函數(shù)void timeset() ;/時間設(shè)置函數(shù)void beep_alarm();/蜂鳴器部分void delay1ms(uchar x)uchar i,j; for (i=0; ix; i+)for (j=0; j120; j+)void to(void) interrupt 1/50ms*20次 一秒 用于時鐘th0=-50000/256;tl0=-50000%256;if(flag_t0!=20) flag_t0+;else if (flag_t0=20)flag_t0=0;s+;

21、time0=s;if(s=10)s=0;if(time0=10)time0=0; time1+; /時分秒進位if(time1=6)time1=0; time3+;if(time3=10)time3=0; time4+;if(time4=6)time4=0; time6+;if(time6=4)time6=0; time7+; if(time7=2)time7=0; void t1(void) interrupt 3/50ms*20次 一秒用于倒計時uchar t1_count=0;th0=-50000/256;tl0=-50000%256;if(flag_t0!=20) flag_t1+;e

22、lse if (flag_t0=20)flag_t1=0;timer0-;if(timer0=-1)timer0=9; timer1-; /時分秒退位if(timer1=-1)timer1=5; timer3-;if(timer3=-1)timer3=9; timer4-;if(timer4=-1)timer4=5; timer6-;if(timer6=-1)timer6=0; timer6-;if(timer7=-1)timer7=2;timer7=3; void setint0(void) interrupt 0 /外部中斷 用于設(shè)置數(shù)碼管切換顯示時鐘、鬧鐘、倒計時 flag_int0+;

23、delay1ms(2);flag_int1=0;if(flag_int0=3) flag_int0=0; void setint1(void) interrupt 2 /設(shè)置時分秒位 flag_int1+;delay1ms(2); void smg_dis() /數(shù)碼管顯示uchar i;for(i=0;i8;i+) p2=smg_weii;if(flag_int0=0)p0=smg_dutimei; /顯示時鐘if(flag_int0=1)p0=smg_dutime_tmpi; /顯示鬧鐘if(flag_int0=2)p0=smg_dutimeri; /顯示倒計時 delay1ms(2);i

24、f(flag_int1=1)if(i!=0&i!=1)delay1ms(10);/設(shè)置為閃爍 if(flag_int1=2if(i!=3&i!=4)delay1ms(10); if(flag_int1=3)if(i!=6&i!=7)delay1ms(10);void timeset()/設(shè)置時間uchar i;for(i=0;i8;i+) if(flag_read=1&flag_int0=0)time_tmpi=timei; /時鐘時間放入timetmpif(flag_int0=1)time_tmpi=alarmi; /鬧鐘時間放入timetmpif(flag_int0=2)time_tmpi

25、=timeri; /定時時間放入timetmp if(flag_int0=2&flag_int1!=0)tr1=0; /設(shè)置倒計時時，t1停止計時if(flag_int1=1) / 設(shè)置時間 秒 flag_read=0;if(p30=0)/ /按鍵+按下 時間+time_tmp0+; delay1ms(255);if(time_tmp0=10)time_tmp0=0; time_tmp1+; if(time_tmp1=6)time_tmp1=0; ; if(p31=0) /按鍵+按下 時間-time_tmp0-;delay1ms(255);if(time_tmp0=0)time_tmp0=9;

26、 time_tmp1-; if(time_tmp1=-1)time_tmp1=5; ; if(flag_int1=2) / 設(shè)置時間 分 flag_read=0;if(p30=0) time_tmp3+;delay1ms(255);if(time_tmp3=10)time_tmp3=0; time_tmp4+; if(time_tmp4=6)time_tmp4=0; ;if(p31=0)time_tmp3-;delay1ms(255);if(time_tmp3=0)time_tmp3=9; time_tmp4-;/時分秒進位if(time_tmp4=-1)time_tmp4=5; ; if(f

27、lag_int1=3) / 設(shè)置時間 時 flag_read=0;if(p30=0) /按鍵+按下 時間+time_tmp6+;delay1ms(255);if(time_tmp6=10)time_tmp6=0; time_tmp7+; if(time_tmp7=2&time_tmp6=4)time_tmp7=0;time_tmp6=0; ;if(p31=0)time_tmp6-;delay1ms(255);if(time_tmp6=-1&time_tmp7=0)time_tmp6=3; time_tmp7- ;if(time_tmp6=-1&time_tmp7=1)time_tmp6=9;

28、time_tmp7- ;if(time_tmp6=-1&time_tmp7=2)time_tmp6=9; time_tmp7- ;if(time_tmp7=-1)time_tmp7=2; for(i=0;i8;i+)if(flag_int0=2)timeri=time_tmpi;if(flag_int0=1)alarmi=time_tmpi;if(flag_int0=0)timei=time_tmpi; if(flag_int1=4) flag_int1=0;flag_read=1; tr0=1; tr1=1; void beep_alarm()/蜂鳴器部分uint i,x;beep=1;if(alarm0=time0&alarm1=time1&alarm3=time3&alarm4=time4&alarm6=time6&alarm7=time7)flag_alarm=1; /flag_alarm為1時是 鬧鐘if(tr1=1&timer0=0&timer1=0&timer3=0&timer4=0&timer6=0&timer7=