簡易時鐘課程設計報告

1、目錄目錄一、一、系統(tǒng)總體方案選擇與說明系統(tǒng)總體方案選擇與說明 .1二、二、設計框圖與工作原理設計框圖與工作原理 .22.1 設計框圖設計框圖 .22.2 工作原理工作原理 .3三、三、各單元硬件設計說明及計算方法各單元硬件設計說明及計算方法 .4四、四、軟件設計與說明軟件設計與說明 .54.1 程序設計流程圖程序設計流程圖 .54.2 程序設計步驟程序設計步驟 .74.2.1 延時程序延時程序 .74.2.2 主程序的設計主程序的設計 .74.2.3 中斷服務程序的設計中斷服務程序的設計 .84.2.4 顯示控制子程序的設計顯示控制子程序的設計 .84.2.5 按鍵控制程序的設計按鍵控制程序的

2、設計 .8五、五、調(diào)試結(jié)果及說明調(diào)試結(jié)果及說明 .85.1 軟件調(diào)試軟件調(diào)試 .85.2 硬件調(diào)試硬件調(diào)試 .9六、六、各元件的使用說明各元件的使用說明 .106.1AT89C51 芯片芯片.106.2 數(shù)碼管數(shù)碼管 .116.3 按鍵按鍵 .11七、七、總結(jié)總結(jié) .11八、八、參考文獻參考文獻 .12九、九、附錄附錄 .13附錄附錄 A A .13附錄附錄 B.141系統(tǒng)總體方案選擇與說明系統(tǒng)總體方案選擇與說明單片機系統(tǒng)作為一種典型的嵌入式系統(tǒng)，其系統(tǒng)設計包括硬件電路設計和軟件編程設計兩個方面， 其調(diào)試過程一般分為軟件調(diào)試、硬件測試、系統(tǒng)調(diào)試 3 個過程。如果采用單片機系統(tǒng)的虛擬仿真軟件Pr

3、oteus，則不用制作具體的電路板也能夠完成以上工作。基于單片機設計的數(shù)字鐘精確度較高， 因為在程序的執(zhí)行過程中， 任何指令都不影響定時器的正常計數(shù)，即便程序很長也不會影響中斷的時間。從而，使數(shù)字鐘的精度僅僅取決于單片機的產(chǎn)生機器周期電路和定時器硬件電路的精確度。另外，程序較為簡潔，具有可靠性和較好的可讀性。針對要實現(xiàn)的功能，擬采用 AT89C51 單片機進行設計，AT89C51 單片機是一款低功耗，高性能 CMOS8 位單片機，片內(nèi)含 4KB 在線可編程（ISP）的可反復擦寫 1000 次的 Flash 只讀程序存儲器，器件采用高密度、非易失性存儲技術制造，兼容標準 MCS- 51 指令系統(tǒng)

4、及 80C51 引腳結(jié)構7。這樣，既能做到經(jīng)濟合理又能實現(xiàn)預期的功能。在程序方面，采用分塊設計的方法，這樣既減小了編程難度、使程序易于理解，又能便于添加各項功能。程序可分為顯示程序、調(diào)時顯示運用、時鐘和跑表切換程序這種方法，關鍵在于各模塊的兼容和配合，若各模塊不匹配會出現(xiàn)意想不到的錯誤。首先，在編程之前必須了解硬件結(jié)構尤其是各引腳的用法，以及內(nèi)部寄存器、存儲單元的用法，否則，編程無從下手，電路也無法設計。這是前期準備工作。本設計中我們采用的硬件是自己焊的單片機開發(fā)板，首先要先確認該板能夠完成下載功能在開始編程；第二部分是硬件部分：依據(jù)想要的功能分塊設計設計，比如輸入需要開關電路，輸出需要顯示驅(qū)

5、動電路和段選電路等。第三部分是軟件部分：先學習理解匯編語言的編程方法再根據(jù)設計的硬件電路進行分塊的編程調(diào)試，最終完成程序設計。第四部分是軟件畫圖部分：設計好電路后進行畫圖，包括電路圖和仿真圖的繪制。第五部分是軟件仿真部分：軟硬件設計好后將軟件載入芯片中進行仿真，仿真無法完成時檢查軟件程序和硬件電路并進行修改直到仿真成功。第六部分是硬件實現(xiàn)部分：連接電路并導入程序檢查電路，若與設計的完全一樣一般能實現(xiàn)想要的功能。在下載到硬件中時確認程序的關鍵管腳與硬件電路一致。2設計框圖與工作原理設計框圖與工作原理1、設計框圖（如圖一）、設計框圖（如圖一）：熟悉硬件了解各引腳功能分塊設計各部分電路將分塊的電路組

6、合認真學習單片機匯編語言完成整體電路圖確定編程結(jié)構和思路綜合各程序完成整體程序編輯各個程序模塊用 Proteus 畫出電路圖調(diào)試程序，進行修改對仿真中出現(xiàn)的問題進行改正畫出仿真圖進行仿真焊接單片機開發(fā)板仿真成功軟硬件結(jié)合，完成任務書要求驗證硬件電路成功對設計進行總結(jié)和分析圖一工作原理工作原理：在整個系統(tǒng)中首先要做的是將要實現(xiàn)功能的軟件程序編寫好，在程序編寫好以后對其進行仿真調(diào)試，直到仿真結(jié)果和所需結(jié)果一致；其次要做的就是焊接出硬件即單片機開發(fā)板，在焊接好的開發(fā)板中對開發(fā)板進行檢3測看其是否能工作；在開發(fā)板能工作后，將軟件程序下載到硬件開發(fā)板的芯片中，進行調(diào)試直到硬件中所示的結(jié)果和自己設計所需的

7、結(jié)果一致。各單元硬件設計說明及計算方法各單元硬件設計說明及計算方法這部分介紹各模塊電路的硬件設計方法和成果，主要分為：輸入部分、輸出部分、復位。對于輸入部分有時鐘和跑表功能切換鍵，有對時鐘的時、分、秒進行調(diào)整的按鍵；而輸出部分則是電路的顯示部分，將 AT89C51的輸出與數(shù)碼管連接起來就構成了該硬件電路的顯示部分。對于硬件個元件的來源，我們先把單片機開發(fā)板焊接好，在焊接的過程中初步的了解一下開發(fā)板的內(nèi)部結(jié)構以及各元件之間的關系，以便于在后續(xù)的下載連線工作中能夠正確的、快速的連接好線，以便下載，焊接好開發(fā)板后，接下來就是測試開發(fā)的好壞，好的話就完成了硬件的設計，壞的話就將其原因查出重新焊接直到開

8、發(fā)板能夠下載程序，為后續(xù)的下載做好準備。下面分別來介紹一下各個部分。輸入部分：在電子鐘的輸入部分，設置相應的置數(shù)功能，通過外部設備的輸入，如按鍵，實現(xiàn)時間的修改。在選用輸入端口時，將 P1 引腳與按鍵相連進行輸入。設計的輸入部分如圖二：圖二4輸出部分：在電子鐘的輸出部分，與數(shù)碼管相連顯示出時、分、秒，在顯示中其數(shù)字的輸出在 P0 口，數(shù)碼管有共陽和共陰之分，根據(jù)自己的軟件程序的編寫來選擇不同的數(shù)碼管和數(shù)碼管的個數(shù)，以及正確的連接數(shù)碼管的驅(qū)動電路。設計的輸出部分如圖三：圖三 硬件的計算是簡單的計算，其要計算需要多少個數(shù)碼管來顯示，以及多少個開關來控制該電路，本硬件電路需要五個按鍵來控制對于時、分

9、、秒的調(diào)整以及時鐘和跑表的切換功能和復位鍵，對于數(shù)碼管則只需要六個來分別顯示時時：分分：秒秒或分分：秒秒：毫秒毫秒。5軟件設計與說明軟件設計與說明程序設計流程圖（如圖四）程序設計流程圖（如圖四）： 初始化判斷按鍵顯示調(diào)時調(diào)分調(diào)秒顯示所調(diào)時間顯示所調(diào)時間顯示所調(diào)時間調(diào)整時限到或其他輸入跑表顯示分顯示秒顯示毫秒結(jié)束按鍵2按鍵1按鍵3無按鍵圖四6結(jié)合電路，程序的總體思路分析：1、點復位鍵（即單片機的系統(tǒng)復位鍵）后，進行時鐘時間顯示，從 0 時0 分 0 秒開始。2、按下 SECOND 鍵時進行校時，當 SECOND 鍵按下 1 次對秒位進行調(diào)時，此時按下 1 次對秒位加 1；3、當 MINUTE 鍵

10、按下 1 次時對分位進行調(diào)整,此時按下 1 次對分位加 1；4、當 HOUR 鍵按下 1 次時對時進行調(diào)整,此時按下 1 次久對時位加 1；5、當 xuanze 鍵按下時，系統(tǒng)將切換到跑表功能，數(shù)碼管顯示分分：秒秒：毫秒毫秒。在程序設計時，盡量改進算法，算法的改進可以使相對誤差減小，或者可以使占用空間減小。另外，分塊的設計思想要貫穿始終，整個程序較為繁雜，某些程序段會反復用到，因此采取的方法是寫出多個程序段，通過跳轉(zhuǎn)指令進行調(diào)用。程序設計步驟：程序設計步驟：在程序設計過程中，我遇到了很多困難，這部分也是讓我學到很多東西的地方。首先，我學習了定時器的相關知識，計數(shù)器的使用是很重要的組成部分，在這

11、個設計中選擇計數(shù)器 T0。T0 的工作方式有：方式 1：16 位計數(shù)器，常用方式 2：自動重裝初值的 8 位定時/計數(shù)器方式 3：T0 相當于兩個獨立的 8 位定時/計數(shù)器此程序采用方式 1，方式 1 的定時時間 t 為 t=(216-M)*12/fosc。其中M 為定時器初值，fosc 為 12MHz，若 M 為 0 則t=65536*12/2*106=65.536ms。因此可取 10ms 為計時單位，初值 M 應為（216-M）*2*10-6=10*10-3。M=55536=1101100011110000B=0D8F0H。即定時器初值為 TH0=0D8H，TL0=0F0H。定時器中斷 1

12、00 次為一秒，這部分在中斷程序中用到。其次，我參看了文獻中的設計思路，做到胸有成竹后再進行具體的程序書寫工作。認真學習了教科書中關于匯編語言編程的問題，熟悉了匯編語言的編程方法和語法習慣。第三步就是進行具體的程序編寫工作。1、延時程序、延時程序在動態(tài)掃描時，必然用到延遲程序，這里使用延遲 1ms 的程序，用它來消除抖動，在判斷按鍵是否按下是也用到延時程序，來消除抖動，因此這個延時程序是來優(yōu)化該程序的。72、主程序的設計、主程序的設計主程序的主要功能是進行定時器 T0的初始化，并啟動 T0，然后通過反復調(diào)用顯示子程序，等待 10ms 定時中斷的到來，器流程圖如圖五所示：主程序中是用來控制全局的

13、，當有中斷時則轉(zhuǎn)向中斷服務程序，中斷服務程序執(zhí)行完后又回到主程序中，等待下一次的中斷來臨，這樣就形成了一個循環(huán)，知道系統(tǒng)暫停和復位。3、中斷服務程序的設計、中斷服務程序的設計中斷服務程序中，總體思路是：由于初值是 D8F0H，所以裝滿定時器需要 10ms 的時間，從而 100 次中斷為一秒，一秒之后，判斷是否到 60 秒，若不到則秒加一，然后返回，若到，則秒賦值為 0，分加一，依次類推。4、顯示控制子程序的設計、顯示控制子程序的設計在顯示子程序中所要顯示的是當為時鐘時顯示時、分、秒，當為跑表時顯示分、秒、毫秒，所以在顯示模塊中需要一條轉(zhuǎn)至語句，通過按鍵來分別選擇所需顯示的方向。 圖五5、按鍵控

14、制程序的設計、按鍵控制程序的設計在按鍵控制程序中，首先要判斷按鍵是否按下，若按下則執(zhí)行按鍵按下所要執(zhí)行的語句，若沒按下則繼續(xù)判斷按鍵是否按下，對于按鍵還得需要消抖程序，使得按鍵更準確。設置 T0 為方式1設中斷次數(shù)為 100清計時單元開中斷啟動 T0調(diào)用顯示子程序8調(diào)試結(jié)果及說明調(diào)試結(jié)果及說明軟件調(diào)試：軟件調(diào)試：程序編寫完成后需要對程序進行編譯和調(diào)試，在編譯過程中剛開始很大可能都有錯誤，因為這么多的程序很有可能自己的粗心而導致語句有錯誤，經(jīng)過反復的編譯和調(diào)試，程序才真正的正確，在程序調(diào)試完成后，需生成后綴名為.HEX 文件，該文件是用來仿真加載到 AT89C51 芯片上的，在仿真過程中也遇到了

15、很多的問題，比如說仿真結(jié)果和所需的不一致，這就得改程序，還有仿真時數(shù)碼管沒有顯示，這又可能是仿真電路有問題，總之在軟件調(diào)試過程中問題是很多的，我們得一一的解決。仿真結(jié)果如圖六所示：A7A7A6A6A5A5A4A4A3A3A2A2A1A1A0A0XTAL218XTAL119ALE30EA31PSEN29RST9P0.0/AD039P0.1/AD138P0.2/AD237P0.3/AD336P0.4/AD435P0.5/AD534P0.6/AD633P0.7/AD732P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78P3.0/RXD10P3.1/TXD11P3.2/

16、INT012P3.3/INT113P3.4/T014P3.7/RD17P3.6/WR16P3.5/T115P2.7/A1528P2.0/A821P2.1/A922P2.2/A1023P2.3/A1124P2.4/A1225P2.5/A1326P2.6/A1427U1AT89C51SECONDMINUTEHOURA02B018A13B117A24B216A35B315A46B414A57B513A68B612A79B711CE19AB/BA1U274LS245SW1SW-SPSTR110kR210kR310kR410kC11nFC21nFX1CRYSTALR510kR610k圖六結(jié)果說明：圖中所

17、示從左至右數(shù)碼管顯示的是時、分、秒，圖中左下角有四個按鍵，分別用來調(diào)整時、分、秒和時鐘和跑表的選擇。74LS245是數(shù)碼管顯示的驅(qū)動芯片。9硬件調(diào)試：硬件調(diào)試：對硬件調(diào)試，首先是對已經(jīng)焊接好的單片機開發(fā)板進行測試，使其能正常工作，在測試中首先檢測知道上電后 LED 燈不亮，原因是開關接反了，其次是下不進程序，原因是 LED 燈接反了，經(jīng)過反復的檢測和改進，終于使得開發(fā)板能夠正常工作；其次是將自己所編寫好的程序下載到單片機板上，按照程序來正確的連接端口的連線，在我們自己焊接的開發(fā)板中只有四個數(shù)碼管，個數(shù)不夠，所以還得借上一個顯示模塊來補足這數(shù)碼管的個數(shù)，將程序下載后進行調(diào)試，如果結(jié)果不對那么就根

18、據(jù)程序和硬件的連線來修改錯誤，直到結(jié)果正確。硬件調(diào)試結(jié)果如圖七所示：圖七結(jié)果說明：圖中所示從左至右數(shù)碼管顯示的是時、分、秒，圖中左下角有四個按鍵，分別用來調(diào)整時、分、秒和時鐘和跑表的選擇。10各元件的使用說明各元件的使用說明1、AT89C51 芯片芯片該單片機功能強大，不僅能滿足設計的需要，也可以在設計要求的基礎上進行一些擴展。在使用時 VCC 接電源電壓，GND 接地。P0，P1，P2，P3 可作為輸入或輸出端口，RST是復位輸入，接復位電路。XTAL1 和 XTAL2接振蕩電路。這些可以在硬件設計部分體現(xiàn)出來。在本設計中我們將 AT89C51 芯片的 P1 都作為按鍵的輸入，P0 口作為段

19、顯示的輸出，而在仿真是 P3 口作為片選的輸出，下載到硬件是把 P3口作為片選的輸出，其引腳圖如圖八所示： 圖八2、數(shù)碼管、數(shù)碼管該數(shù)碼管是七段數(shù)碼管，其中用 A、B、C、D、E、F、G 的顯示來顯示數(shù)字和字符，比如要顯示 0 的話，如果該數(shù)碼管是共陰極的，則 ABCDEFG分別為 0111111，若是共陽的話則為 1000000，其圖如圖九所示：圖九3、按鍵、按鍵本設計中用了兩種按鍵，其實脈沖式的按鈕按下后立即抬起，另一種是開關是的，有閉合和斷開兩個狀態(tài)；用開關式的來作為時鐘和跑表的切換功能，用按鈕來對時、分、秒的調(diào)整，其圖如圖十所示：11 圖十總結(jié)總結(jié)通過這次對簡易時鐘的設計，讓我了解了電

20、路設計的基本步驟，也讓我了解了關于時鐘的原理與設計理念，要設計一個電路先進行軟件模擬仿真再進行實際的電路制作。但是最后的成品卻不一定與仿真時完全一樣，因為，再實際接線中有著各種各樣的條件制約著。而且，在仿真中無法成功的電路接法，在實際中因為芯片本身的特性而能夠成功。所以，在設計時應考慮兩者的差異，從中找出最適合的設計方法。通過這次學習，讓我對各種電路都有了大概的了解，所以說，坐而言不如立而行，對于這些電路還是應該自己動手實際。特別是在焊接單片機開發(fā)板的時候，結(jié)果自己親自的焊接對該開發(fā)板的內(nèi)部結(jié)果以及怎樣連接和各個模塊的功能有了了解，通過對單片機的檢測也學到了對器件和電路的檢測方法，學到了設計的

21、思維方法，這對我是有很到好處的，起初對于這板子一點都不怎么的了解，但經(jīng)過自己的焊接以后對于其作用和功能有了很大的了解，如果不焊接直接買塊單片機的話就可能對其內(nèi)部連接和功能了解的就沒這么的深刻。通過時鐘的設計和制作，加深了對單片機的理解，能夠更熟練地應用單片機實現(xiàn)預期的功能，對今后的工作有很大的幫助。時鐘各項功能的實現(xiàn)，為以后的更深一步的學習單片機打下了理論基礎，獲得了實現(xiàn)方法。整個的課程設計過程中是非常的辛苦，比如在焊接板子的時候為了快而好的焊接好板子，我是從早一直焊接到晚上，一天沒吃飯沒喝過水，有比如在做程序設計的時候，有時一個功能沒實現(xiàn)自己反復的在思索如何來實現(xiàn)，有時弄到凌晨幾點才睡。雖然

22、在此過程中我吃了不少的苦，但是我學到了很多的東西，找到了自信。在今后的其他工作中，也可以把這次設計中的收獲運用進去，這是我此次課程設計得到的最大財富。課程設計是大學生活中重要階段的工作，是真正考驗我們能力的一項教學內(nèi)容，在這個過程中我認真思考，不斷嘗試，收獲了很多在平時的課堂上收獲不到的東西。課程設計即將結(jié)束，我會吸取課程設計中的經(jīng)驗和教訓，在今后的工作中少走彎路。在此設計中老師給了我很大的幫助，在我不能解決的問題中給了我思考的方向使得我能夠?qū)栴}解決，在此感謝指導老師的幫助。12參考文獻參考文獻1、李建忠 編 單片機原理及應用 西安電子科技大學出版社2、高峰 編 單片微型計算機原理與接口技術

23、 電子工業(yè)出版社3、鄒逢興 編 單片機應用新技術教程 高等教育出版社4、朱宇光 編 16 位微型計算機原理接口及其應用 電子工業(yè)出版社5、吳秀清 編 微型計算機原理與接口技術 中國科學技術出版社6、鄧亞平 編 微型計算機接口技術 清華大學出版社7、王迎旭 編 單片機原理及及應用 機械工業(yè)出版社8、張毅剛 編 單片機原理及應用 高等教育出版社13附錄附錄附錄附錄 A A：系統(tǒng)原理圖（如圖十一）:A7A7A6A6A5A5A4A4A3A3A2A2A1A1A0A0XTAL218XTAL119ALE30EA31PSEN29RST9P0.0/AD039P0.1/AD138P0.2/AD237P0.3/AD

24、336P0.4/AD435P0.5/AD534P0.6/AD633P0.7/AD732P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78P3.0/RXD10P3.1/TXD11P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/T014P3.7/RD17P3.6/WR16P3.5/T115P2.7/A1528P2.0/A821P2.1/A922P2.2/A1023P2.3/A1124P2.4/A1225P2.5/A1326P2.6/A1427U1AT89C51SECONDMINUTEHOURA02B018A13B117A24B216A35B315A46B414A

25、57B513A68B612A79B711CE19AB/BA1U274LS245SW1SW-SPSTR110kR210kR310kR410kC11nFC21nFX1CRYSTALR510kR610k圖十一14附錄附錄 B：程序清單：S_SET BITP1.0;數(shù)字鐘秒控制位M_SET BITP1.1;分鐘控制位H_SET BITP1.2;小時控制位X_SET BITP1.3;時鐘跑表控制位Z_SET BIT P1.4MSECOND EQU30HSECONDEQU31HMINUTEEQU32HHOUR EQU33HTCNTEQU35HORG00HSJMPSTARTORG0BHLJMPINT_T0S

26、TART:MOVDPTR,#TABLEMOVHOUR,#0;初始化MOVMINUTE,#0MOVSECOND,#0MOVMSECOND,#0MOVTCNT,#0MOVTMOD,#01HMOVTH0,#0D8H ;定時 10 毫秒MOVTL0,#0F0HMOVIE,#82HSETBTR0;*;判斷是否有控制鍵按下,是哪一個鍵按下A1:LCALL DISPLAYJNBS_SET,S1JNBM_SET,S2JNBH_SET,S3LJMP A1S1: LCALL DELAY ;去抖動15JBS_SET,A1INCSECOND ;秒值加 1MOVA,SECONDCJNEA,#60,J0 ;判斷是否加到

27、60 秒MOVSECOND,#0LJMPK1S2: LCALL DELAYJBM_SET,A1K1: INCMINUTE ;分鐘值加 1MOVA,MINUTECJNEA,#60,J1 ;判斷是否加到 60 分MOVMINUTE,#0LJMPK2S3: LCALL DELAYJBH_SET,A1K2: INCHOUR ;小時值加 1MOVA,HOURCJNEA,#24,J2 ;判斷是否加到 24 小時MOVHOUR,#0MOVMINUTE,#0MOVSECOND,#0LJMPA1;*;等待按鍵抬起J0:JBS_SET,A1LCALL DISPLAYSJMPJ0J1:JBM_SET,A1LCALL

28、 DISPLAYSJMPJ1J2:JBH_SET,A1LCALL DISPLAYSJMPJ2;*;定時器中斷服務程序,對毫秒.秒.分鐘和小時的計數(shù)INT_T0:MOVTH0,#0D8HMOVTL0,#0F0HINCTCNT16MOVA,TCNTINCMSECOND ;計時毫秒CJNE A, #100,RETUNEINCSECOND ;計時 1 秒MOV TCNT,#0MOVMSECOND,#0MOVA,SECONDCJNEA,#60,RETUNEINCMINUTEMOVSECOND,#0MOVA,MINUTECJNEA,#60,RETUNEINCHOURMOVMINUTE,#0MOVA,HOURCJNEA,#24,RETUNEMOVHOUR,#0MOVMINUTE,#0MOVSECOND,#0MOVTCNT,#0RETUNE:RETI;*;顯示控制子程序DISPLAY:JNB X_SET,PB SZ: MOVA,SECOND ;顯示秒MOVB,#10DIVABCLRP3.6MOVC A,A+DPTRMOVP0,ALCALL DELAYSETBP3.6MOVA,BCLRP3.7MOVC A,A+DPTRMOV