單片機(jī)數(shù)字時(shí)鐘設(shè)計(jì)報(bào)告書(shū)

1、存檔資料 成績(jī)： 華東交通大學(xué)理工學(xué)院課 程 設(shè) 計(jì) 報(bào) 告 書(shū)所屬課程名稱(chēng) 單片機(jī)原理及應(yīng)用 題 目 單片機(jī)數(shù)字時(shí)鐘 分 院 電 信 分 院 專(zhuān)業(yè)班級(jí) 學(xué)生姓名 學(xué)生學(xué)號(hào) 指導(dǎo)教師 2013年6月1日 序號(hào)項(xiàng) 目等級(jí)優(yōu)秀良好中等及格不及格1課程設(shè)計(jì)態(tài)度評(píng)價(jià)2出勤情況評(píng)價(jià)3任務(wù)難度評(píng)價(jià)4工作量飽滿(mǎn)評(píng)價(jià)5任務(wù)難度評(píng)價(jià)6設(shè)計(jì)中創(chuàng)新性評(píng)價(jià)7論文書(shū)寫(xiě)規(guī)范化評(píng)價(jià)8綜合應(yīng)用能力評(píng)價(jià)綜合評(píng)定等級(jí)課程設(shè)計(jì)（論文）評(píng)閱意見(jiàn)評(píng)閱人 陳芳 職稱(chēng) 首席教授 2013年6月6日 目錄第一章 課程設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求41.1設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求4第二章 硬件電路設(shè)計(jì)52.1單片機(jī)數(shù)字時(shí)鐘proteus原理圖52.2 at89c205

2、1芯片52.2.1 at89c2051芯片介紹引腳功能介紹62.3 系統(tǒng)時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì)72.3.1 晶振的作用與原理82.3.2晶振與芯片實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘功能原理92.4 系統(tǒng)復(fù)位電路的設(shè)計(jì)92.4.1 復(fù)位電路與芯片實(shí)現(xiàn)復(fù)位功能原理102.5 數(shù)字鐘的顯示電路設(shè)計(jì)102.5.1數(shù)碼管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)112.5.2 pnp型三極管的結(jié)構(gòu)及工作原理11第三章 軟件設(shè)計(jì)133.1keil工程的建立133.2數(shù)字電子鐘的程序流程圖：193.3數(shù)字電子鐘程序：21第四章 系統(tǒng)調(diào)試32第五章 課程設(shè)計(jì)心得34第六章 參考文獻(xiàn)35第七章 致謝36第一章 課程設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求1.1設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求設(shè)計(jì)內(nèi)容：利用定時(shí)器設(shè)計(jì)一個(gè)

3、數(shù)字時(shí)鐘，并設(shè)置一個(gè)啟動(dòng)鍵，當(dāng)按下該鍵時(shí)，數(shù)字時(shí)鐘從當(dāng)前設(shè)定值開(kāi)始走時(shí)，按秒刷新，要求在led屏上顯示。設(shè)計(jì)要求：要求學(xué)生掌握單片機(jī)i/o口和中斷等資源的使用；要求學(xué)生用所提供的元件來(lái)完成對(duì)數(shù)字時(shí)鐘的硬件設(shè)計(jì)；要求學(xué)生用所學(xué)語(yǔ)言（匯編語(yǔ)言或c語(yǔ)言）來(lái)完成數(shù)字時(shí)鐘的軟件設(shè)計(jì)；要求學(xué)生掌握電路調(diào)試的方法，培養(yǎng)解決實(shí)際問(wèn)題的能力。第二章 硬件電路設(shè)計(jì)2.1單片機(jī)數(shù)字時(shí)鐘proteus原理圖 圖2.1數(shù)字時(shí)鐘proteus原理圖2.2 at89c2051芯片 圖2.2 at89c2051封裝形式 2.2.1 at89c2051芯片介紹引腳功能介紹1、vcc：電源電壓。2、gnd：地。3、p1口：p1口

4、是一個(gè)8位雙向i/o口。口引腳p1.2p1.7提供內(nèi)部上拉電阻，p1.0和p1.1要求外部上拉電阻。p1.0和p1.1還分別作為片內(nèi)精密模擬比較器的同相輸入(ani0)和反相輸入(ain1)。p1口輸出緩沖器可吸收20ma電流并能直接驅(qū)動(dòng)led顯示。當(dāng)p1口引腳寫(xiě)入“1”時(shí)，其可用作輸入端，當(dāng)引腳p1.2p1.7用作輸入并被外部拉低時(shí)，它們將因內(nèi)部的寫(xiě)入“1”時(shí)，其可用作輸入端。當(dāng)引腳p1.2p1.7用作輸入并被外部拉低時(shí)，它們將因內(nèi)部的上拉電阻而流出電流。4、p3口：p3口的p3.0p3.5、p3.7是帶有內(nèi)部上拉電阻 的七個(gè)雙向i/o口引腳。p3.6用于固定輸入片內(nèi)比較器的輸出信號(hào)并且它作

5、為一通用i/o引腳而不可訪問(wèn)。p3口緩沖器可吸收20ma電流。當(dāng)p3口寫(xiě)入“1”時(shí)，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可用作輸入端。用作輸入時(shí)，被外部拉低的p3口腳將用上拉電阻而流出電流。p3口還用于實(shí)現(xiàn)at89c2051的各種第二功能，如下表所列：引腳口功 能p3.0rxd串行輸入端口p3.1txd串行輸出端口p3.2int0外中斷0p3.3int1外中斷1p3.4t0定時(shí)器0外部輸入p3.5t1定時(shí)器1外部輸入p3口還接收一些用于閃速存儲(chǔ)器編程和程序校驗(yàn)的控制信號(hào)。5、rst：復(fù)位輸入。rst一旦變成高電平所有的i/o引腳就復(fù)位到“1”。當(dāng)振蕩器正在運(yùn)行時(shí)，持續(xù)給出rst引腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平便可

6、完成復(fù)位。每一個(gè)機(jī)器周期需12個(gè)振蕩器或時(shí)鐘周期。6、xtal1：作為振蕩器反相器的輸入和內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入。7、xtal2：作為振蕩器反相放大器的輸出。2.3 系統(tǒng)時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì) x1，c1，c2組成震蕩電路，和內(nèi)部的振蕩電路共同構(gòu)成單片機(jī)的工作基準(zhǔn)-時(shí)鐘電路。它含有單片機(jī)數(shù)字電路系統(tǒng)的工作基準(zhǔn)，為數(shù)字電路提供穩(wěn)定的時(shí)鐘信號(hào)。x1為晶體，它的標(biāo)稱(chēng)頻率越高，數(shù)字電路系統(tǒng)的工作頻率也就越高。本課設(shè)的系統(tǒng)時(shí)鐘電路如下圖所示： 圖2.3 系統(tǒng)時(shí)鐘電路2.3.1 晶振的作用與原理 晶振是石英振蕩器的簡(jiǎn)稱(chēng)，英文名為crystal，它是時(shí)鐘電路中最重要的部件，它的主要作用是向顯卡、網(wǎng)卡、主板等配件的各部

7、分提供基準(zhǔn)頻率，它就像個(gè)標(biāo)尺，工作頻率不穩(wěn)定會(huì)造成相關(guān)設(shè)備工作頻率不穩(wěn)定，自然容易出現(xiàn)問(wèn)題。晶振還有個(gè)作用是在電路產(chǎn)生震蕩電流,發(fā)出時(shí)鐘信號(hào). 晶振用一種能把電能和機(jī)械能相互轉(zhuǎn)化的晶體在共振的狀態(tài)下工作，以提供穩(wěn)定，精確的單頻振蕩 ，晶振的作用是為系統(tǒng)提供基本的時(shí)鐘信號(hào)。通常一個(gè)系統(tǒng)共用一個(gè)晶振，便于各部分保持同步。晶振，在電氣上它可以等效成一個(gè)電容和一個(gè)電阻并聯(lián)再串聯(lián)一個(gè)電容的二端網(wǎng) 絡(luò)， 晶振等效為一個(gè)電感，所以只要晶 振的兩端并聯(lián)上合適的電容它就會(huì)組成并聯(lián)諧振電路 ，晶振有一個(gè)重要的參數(shù)，那就是負(fù)載電容值，選擇與負(fù)載電容值相等的并聯(lián)電容，就可以得到晶振標(biāo)稱(chēng)的諧振頻率。 一般的晶振振蕩電路

8、都是在一個(gè)反相放大器（注意是放大器不是反相器）的兩端接入晶振，再有兩個(gè)電容分別接到晶振的兩端，每個(gè)電容的另一端再接到地，這兩個(gè)電容串聯(lián)的容量值就應(yīng)該等于負(fù)載電容，請(qǐng)注意一般ic的引腳都有等效輸入電容，這個(gè)不能忽略。一般的晶振的負(fù)載電容為15p或12.5p ，如果再考慮元件引腳的等效輸入電容，則兩個(gè)22p的電容構(gòu)成晶振的振蕩電路就是比較好的選擇。2.3.2晶振與芯片實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘功能原理 使用at98c2051芯片內(nèi)部時(shí)鐘時(shí)，xtal1，xtal2這兩個(gè)引腳上外接石英晶體和微調(diào)電容，當(dāng)使用外部時(shí)鐘時(shí)，用于接外部時(shí)鐘脈沖信號(hào)，本課設(shè)由給出的元器件c1，c2，x1我們使用芯片內(nèi)部時(shí)鐘。 內(nèi)部時(shí)鐘方式：利用

9、其內(nèi)部的振蕩電路在xtal1和xtal2引線上外接定時(shí)元件，內(nèi)部振蕩電路便產(chǎn)生自激振蕩，用示波器可以觀察到xtal2輸出的時(shí)鐘信號(hào)。最常用的是在xtal1和xtal2之間連接晶體振蕩器與電容構(gòu)成穩(wěn)定的自激震蕩器，如圖3-1所示。 晶體可在1.212mhz之間選擇。mcs-51單片機(jī)在通常應(yīng)用情況下，使用振蕩頻率為6mhz的石英晶體，而12hz頻率的晶體主要是在高速串行通信情況下才使用。c1和c2可在20100pf之間取值，一般取30pf左右。2.4 系統(tǒng)復(fù)位電路的設(shè)計(jì) 電路中c4，r1，復(fù)位ret組成復(fù)位電路，該電路采用的是上電復(fù)位，即整個(gè)系統(tǒng)從開(kāi)始工作。復(fù)位電路有很多種，分別可由不同的原件組

10、成，可靠性也各有不同，本課設(shè)采用簡(jiǎn)單的上電復(fù)位。如下圖所示： 圖2.4 系統(tǒng)復(fù)位電路 2.4.1 復(fù)位電路與芯片實(shí)現(xiàn)復(fù)位功能原理 mcs-51單片機(jī)的復(fù)位是靠外部電路實(shí)現(xiàn)的，外部電路由復(fù)位開(kāi)關(guān)，極性電容和電阻組成，接芯片rst引腳。rst為復(fù)位信號(hào)輸入端。mcs-51單片機(jī)工作后，只要在它的rst引線保持兩個(gè)機(jī)器周期單片機(jī)就能夠?qū)崿F(xiàn)有效地復(fù)位。2.5 數(shù)字鐘的顯示電路設(shè)計(jì) 驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管采用動(dòng)態(tài)顯示。動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)是將所有的數(shù)碼管的8個(gè)顯示筆畫(huà)“a,b,c,d,e,f,g”同名端連在一起，另外每個(gè)數(shù)碼管中的公共極com增加位選通控制電路，位選通由各自獨(dú)立的i/o線控制，通過(guò)分別輪流控制各個(gè)數(shù)碼管的com

11、端，就使每個(gè)數(shù)碼管輪流受控制顯示。 r1-r7是p1口的上拉電阻，p端口必須外接上拉電阻才能正常輸出“0”，“1”電平，保證p1端口所接的led數(shù)碼管能夠正常顯示數(shù)字和軟件相配合來(lái)驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示時(shí)，分，秒。 2.5.1數(shù)碼管的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 圖2.5.1 數(shù)碼管內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳圖 led數(shù)碼管是由發(fā)光二極管構(gòu)成的,亦稱(chēng)半導(dǎo)體數(shù)碼管.將條狀發(fā)光二極管按照共陰極(負(fù)極)或共陽(yáng)極(正極)的方法連接,組成8字,再把發(fā)光二極管另一電極作筆段電極,就構(gòu)成了led數(shù)碼管.若按規(guī)定使某些筆段上的發(fā)光二極管就能顯示從09的系列數(shù)字。 這次課設(shè)的數(shù)碼管是共陽(yáng)極，接芯片的p1口，則p1口接低電平該段亮2.5.2 pnp型三

12、極管的結(jié)構(gòu)及工作原理 圖2.5.2 pnp三極管符號(hào)圖 pnp型三極管和npn型三極管在結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工作原理方面基本上是相同的。只是由于它的三個(gè)區(qū)摻雜情況與npn管不同,所以在外加電壓、電流方向等方面存在著差別。因?yàn)閜np型鍺三極管較多,所以這里以鍺管為例介紹pnp型三極管的特點(diǎn)。pnp三極管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外加電壓為了保證三極管工作在放大狀態(tài),要求發(fā)射結(jié)正向偏置,集電結(jié)反向偏置。第三章 軟件設(shè)計(jì)3.1keil工程的建立進(jìn)入keil后，屏幕如圖所示3.1.1，緊接著出現(xiàn)編輯界面，如圖3.1.2所示。 圖3.1.1進(jìn)入keil后，屏幕 圖3.1.2編輯界面 建立一個(gè)新工程，單擊project菜單中的n

13、ew project選項(xiàng)，如圖3.1.3所示 圖3.1.3選擇保存路徑，例如 danpianji，然后單擊保存按鈕。如圖3.1.4所示 圖3.1.4 這時(shí)會(huì)彈出這樣對(duì)話框，如圖3.1.5所示。我們現(xiàn)在atmel的at89c2051，然后單擊確定按鈕。 圖3.1.5完成上個(gè)步驟后，窗口界面如圖3.1.6所示。 圖3.1.6 到此為止，我們還沒(méi)有建立好一個(gè)完整的工程，雖然工程名有了，但工程當(dāng)中還沒(méi)有任何文件及代碼，接下來(lái)我們添加文件及代碼如圖3.1.7所示，單擊file菜單中的new菜單項(xiàng)，然后單擊保存 圖3.1.7 回到編輯界面，單擊taarget前面的+號(hào)，然后在source group1選項(xiàng)

14、中單擊右鍵，然后選擇add file to group source group1菜單項(xiàng)。單擊add按鈕，再單擊close按鈕，就完成了工程的建立，如圖3.1.8所示 圖3.1.83.2數(shù)字電子鐘的程序流程圖： 本課設(shè)中采用定時(shí)器t0中斷完成，其余狀態(tài)調(diào)用顯示子程序，當(dāng)芯片燒入程序，轉(zhuǎn)入調(diào)試功能程序。其主程序執(zhí)行流程圖如圖3.2.1所示；子程序流程圖如圖3.2.2所示；顯示子程序流程圖如圖3.2.3所示。 開(kāi)始t0中斷 保護(hù)現(xiàn)場(chǎng) 顯示單元清零1秒到？設(shè)置外部中斷為定時(shí)器0方式1模式，裝入初值，中斷為50ms 阿ny秒單位加1 允許t0中斷=60s? 調(diào)用顯示子程序ny秒單位清零，分加1圖3.2

15、.1主程序流程圖=60分？ n分清零，時(shí)加1y=24時(shí)？n 時(shí)單元清零y 恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)，中斷返回 圖3.2.2中斷服務(wù)程序 子程序開(kāi)始 選通第1,2,3,4,5,6第一個(gè)數(shù)碼管顯示第1,2,3,4,5,6個(gè)數(shù)碼管的值調(diào)用延時(shí)子程序，延時(shí)5ms 圖3.2.3顯示子程序3.3數(shù)字電子鐘程序：;中斷入口程序;org0000hljmpstartorg0003hretiorg000bhljmpintt0org0013hretiorg001bhljmpintt1org0023hreti;主程序start:movr0,#70hmovr7,#0bhcleardisp:movr0,#00hincr0djnzr7,c

16、leardispmov20h,#00hmov7ah,#0ahmovtmod,#11hmovtl0,#0b0hmovth0,#3chmovtl1,#0b0hmovth1,#3chsetbeasetbet0setbtr0movr4,#14hstart1:lcalldisplayjnbp3.7,setmm1sjmpstart1setmm1:ljmpsetmm;1s計(jì)時(shí)程序;t0 中斷服務(wù)程序intt0:pushaccpushpswclret0clrtr0mova,#0b7hadda,tl0movtl0,amova,#3chaddca,th0movth0,asetbtr0djnzr4,outt0add

17、ss:movr4,#14hmovr0,#71hacalladd1mova,r3clrccjnea,#60h,addmmaddmm:jcoutt0acallclr0movr0,#77hacalladd1mova,r3clrccjnea,#60h,addhhaddhh:jcoutt0acallclr0movr0,#79hacalladd1mova,r3clrccjnea,#24h,hourhour:jcoutt0acallclr0outt0:mov72h,76hmov73h,77hmov74h,78hmov75h,79hpoppswpopaccsetbet0reti;閃動(dòng)調(diào)時(shí)程序intt1:pus

18、haccpushpswmovtl1,#0b0hmovth1,#3chdjnzr2,intt1outmovr2,#06hcpl02hjb02h,flash1mov72h,76hmov73h,77hmov74h,78hmov75h,79hintt1out:poppswpopaccretiflash1:jb01h,flash2mov72h,7ahmov73h,7ahmov74h,78hmov75h,79hajmpintt1outflash2:mov72h,76hmov73h,77hmov74h,7ahmov75h,7ahajmpintt1out;加1子程序add1:mova,r0decr0swapa

19、orla,r0adda,#01hdaamovr3,aanla,#0fhmovr0,amova,r3incr0swapaanla,#0fhmovr0,aret;清零程序;對(duì)計(jì)時(shí)單元復(fù)零用clr0:clramovr0,adecr0movr0,aret;時(shí)鐘調(diào)整程序setmm:clret0clrtr0lcalldl1sjbp3.7,closedismovr2,#06hsetbet1setbtr1set2:jnbp3.7,set1setb00hset4:jbp3.7,sethhmovr0,#77hlcalladd1mova,r3clrccjnea,#60h,hhhhhh:jcset4lcallclr0

20、clrcajmpset4closedis:setbet0setbtr0close:jbp3.7,closelcalldisplayjbp3.7,closewaith:jnbp3.7,waithljmpstart1sethh:clr00hsethh1:jnbp3.7,set5setb01hset6:jbp3.7,set7lcalldl05sjnbp3.7,setoutmovr0,#79hlcalladd1mova,r3clrccjnea,#24h,houuhouu:jcset6lcallclr0ajmpset6setout:jnbp3.7,setout1lcalldisplayjnbp3.7,s

21、etoutclr01hclr00hclr02hclrtr1clret1setbtr0setbet0ljmpstart1set1:lcalldisplayajmpset2set3:lcalldisplayajmpset4set5:lcalldisplayajmpsethh1set7:lcalldisplayajmpset6setout1:lcalldisplayajmpsetout;顯示程序;顯示數(shù)據(jù)在70h75h單元內(nèi)，用6位led（共陽(yáng)）數(shù)碼管顯示，p1口輸出數(shù)碼管數(shù)據(jù)，p3口作;掃描控制，每個(gè)led數(shù)碼管亮1ms再逐位循環(huán)display:movr1,#70hmovr5,#0fehplay:

22、mova,r5movp3,amova,r1movdptr,#tabmovca,a+dptrmovp1,alcalldl1msincr1mova,r5jnbacc.5,endoutrlamovr5,aajmpplayendout:setbp3.5movp1,#0ffhrettab:db0c0h,0f9h,0a4h,0b0h,99h,92h,82h,0f8h,80h,90h,0ffh;延時(shí)程序;1ms延時(shí)程序，led顯示程序用dl1ms:movr6,#14hdl1:movr7,#19hdl2:djnzr7,dl2djnzr6,dl1ret;20ms延時(shí)程序，采用調(diào)用顯示子程序以改善led的顯示閃爍

23、現(xiàn)象ds20ms:acalldisplayacalldisplayacalldisplayret;延時(shí)程序，通過(guò)按鍵時(shí)間的長(zhǎng)短判斷dl1s:lcalldl05slcalldl05sretdl05s:movr3,#20hdl05s1:lcalldisplaydjnzr3,dl05s1retend 第四章 系統(tǒng)調(diào)試 圖4.1焊的板子的正反面 程序燒進(jìn)仿真圖可以實(shí)現(xiàn)功能，焊板子也是按照仿真圖焊接，板子功能完全與proteus仿真一致，實(shí)現(xiàn)數(shù)字電子鐘的計(jì)數(shù)功能。但是對(duì)于p3.7口連接的按鍵調(diào)時(shí)功能只能實(shí)現(xiàn)一部分，原因是編程的不完善，此方面還有很大提高。 第五章 課程設(shè)計(jì)心得 經(jīng)過(guò)兩三天的努力，在指導(dǎo)老師的幫助下，終于完成了該單片機(jī)數(shù)字時(shí)鐘的課程設(shè)計(jì)，在此次的時(shí)鐘的設(shè)計(jì)過(guò)程中，更進(jìn)一步地熟悉了單片機(jī)