基于STC89C52的電子時鐘設計說明

1、目目 錄錄1.1.前言前言1 12.2.整體設計整體設計方方案案2 23.3.硬件設硬件設計計方案方案2 23.13.1 復位電路復位電路23.23.2 晶振電路晶振電路33.33.3 LEDLED 顯示電路顯示電路43.43.4 按鍵輸入電路按鍵輸入電路43.53.5 蜂鳴器電路蜂鳴器電路54.4.軟件設計方案軟件設計方案6 64.14.1 軟件設計方法軟件設計方法64.24.2 系統(tǒng)軟件設計思想系統(tǒng)軟件設計思想64.34.3 系統(tǒng)主程序系統(tǒng)主程序74.44.4 中斷子程序中斷子程序74.4.14.4.1 定時定時器器 T0T0 的中斷程序設計的中斷程序設計84.4.24.4.2 定時器定時

2、器 T1T1 的中斷程序設計的中斷程序設計84.54.5 按鍵掃描子程序按鍵掃描子程序104.64.6 調(diào)時、分、秒子程序調(diào)時、分、秒子程序104.74.7 調(diào)節(jié)鬧鐘子程序調(diào)節(jié)鬧鐘子程序115.5.調(diào)試與功能說明調(diào)試與功能說明12125.15.1 硬盤調(diào)試硬盤調(diào)試135.25.2 系統(tǒng)性能測試與功能說明系統(tǒng)性能測試與功能說明135.35.3 系統(tǒng)時鐘誤差分析系統(tǒng)時鐘誤差分析135.45.4 軟件調(diào)試問題與解決軟件調(diào)試問題與解決136.6.設計總結(jié)設計總結(jié)1313參考文獻參考文獻1414附錄附錄 1 1：多功能電子時鐘原理圖：多功能電子時鐘原理圖1515附錄附錄 2 2：C C 語言源程序語言源

3、程序16161.1.前言前言20 世紀末，電子技術(shù)獲得了飛速的發(fā)展，在其推動下，現(xiàn)代電子產(chǎn)品幾乎滲透了社會的各個領域，有力地推動了社會生產(chǎn)力的發(fā)展和社會信息化程度的提高，同時也使現(xiàn)代電子產(chǎn)品性能進一步提高，產(chǎn)品更新?lián)Q代的節(jié)奏也越來越快。 時間對人們來說總是那么寶貴，工作的忙碌性和繁雜性容易使人忘記當前的時間。忘記了要做的事情，當事情不是很重要的時候，這種遺忘無傷大雅。但是，一旦重要事情，一時的耽誤可能釀成大禍。目前，單片機正朝著高性能和多品種方向發(fā)展趨勢將是進一步向著 CMOS 化、低功耗、小體積、大容量、高性能、低價格和外圍電路裝化等幾個方面發(fā)展。下面是單片機的主要發(fā)展趨勢。單片機應用的重要

4、意義還在于，它從根本上改變了傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)設計思想和設計方法。從前必須由模擬電路或數(shù)字電路實現(xiàn)的大部分功能，現(xiàn)在已能用單片機通過軟件方法來實現(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。單片機模塊中最常見的是數(shù)字鐘，數(shù)字鐘是一種用數(shù)字電路技術(shù)實現(xiàn)時、分、秒計時的裝置，與機械式時鐘相比具有更高的準確性和直觀性，且無機械裝置，具有更更長的使用壽命，因此得到了廣泛的使用。數(shù)字鐘是采用數(shù)字電路實現(xiàn)對.時,分,秒.數(shù)字顯示的計時裝置,廣泛用于個人家庭,車站, 碼頭辦公室等公共場所,成為人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢缮俚谋匦杵?由于數(shù)字集成電路的發(fā)展和石英晶體振蕩器的廣泛應用,使得數(shù)字鐘

5、的精度,遠遠超過老式鐘表, 鐘表的數(shù)字化給人們生產(chǎn)生活帶來了極大的方便，而且大擴展了鐘表原先的報時功能。諸如定時自動報警、按時自動打鈴、時間程序自動控制、定時廣播、自動起閉路燈、定時開關烘箱、通斷動力設備、甚至各種定時電氣的自動啟用等，所有這些，都是以鐘表數(shù)字化為基礎的。因此，研究數(shù)字鐘與擴大其應用，有著非?，F(xiàn)實的意義。數(shù)字鐘已成為人們?nèi)粘Ｉ钪校罕夭豢缮俚谋匦杵?，廣泛用于個人家庭以與車站、碼頭、劇場、辦公室等公共場所，給人們的生活、學習、工作、娛樂帶來極大的方便。由于數(shù)字集成電路技術(shù)的發(fā)展和采用了先進的石英技術(shù)，使數(shù)字鐘具有走時準確、性能穩(wěn)定、攜帶方便等優(yōu)點，它還用于計時、自動報時與自動控制

6、等各個領域。2.2.整體設計方案整體設計方案2 / 22多功能電子時鐘的功能的電路具有實現(xiàn)顯示時、分、秒，以（24 小時）計時方式的功能；具有快速校準時、分、秒的其本功能；秒表/時鐘功能的轉(zhuǎn)換；具有整點報時的功能；還可以實現(xiàn)對時間的調(diào)整。由單片機、復位、時鐘電路、晶振、LED 數(shù)碼管、按鍵、蜂鳴器組成。復位電路時鐘電路電源電路AT89C51LED 數(shù)碼管顯示電路按鍵輸入電路蜂鳴器電路圖 1 時鐘電路框圖3.3.硬件設計方案硬件設計方案3.1 復位電路單片機復位電路就好比電腦的重啟部分，當電腦在使用中出現(xiàn)死機，按下重啟按鈕電腦部的程序從頭開始執(zhí)行。單片機也一樣，當單片機系統(tǒng)在運行中，受到環(huán)境干擾

7、出現(xiàn)程序跑飛的時候，按下復位按鈕部的程序自動從頭開始執(zhí)行。 單片機在啟動時都需要復位，以使 CPU 與系統(tǒng)各部件處于確定的初始狀態(tài)，并從初態(tài)開始工作。89 系列單片機的復位信號是從 RST 引腳輸入到芯片的施密特觸發(fā)器中的。當系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)時，且振蕩器穩(wěn)定后，如果 RST 引腳上有一個高電平并維持 2 個機器周期(24 個振蕩周期)以上，則 CPU 就可以響應并將系統(tǒng)復位。單片機系統(tǒng)的復位方式有：手動按鈕復位和上電復位。本課程設計采用手動按鍵復位。手動按鈕復位需要人為在復位輸入端 RST 上加入高電平（圖(3)） 。一般采用的辦法是在 RST 端和正電源 Vcc 之間接一個按鈕。當人為按

8、下按鈕時，則 Vcc 的+5V 電平就會直接加到 RST 端。手動按鈕復位的電路如圖所示。由于人的動作再快也會使按鈕保持接通達數(shù)十毫秒，所以，完全能夠滿足復位的時間要求。3 / 22圖 2 復位電路3.2 晶振電路51 單片機最小系統(tǒng)晶振 Y1 也可以采用 6MHz 或者 11.0592MHz，在正常工作的情況下可以采用更高頻率的晶振，51 單片機最小系統(tǒng)晶振的振蕩頻率直接影響單片機的處理速度，頻率越大處理速度越快。單片機系統(tǒng)里都有晶振，在單片機系統(tǒng)里晶振作用非常大，全程叫晶體振蕩器，他結(jié)合單片機部電路產(chǎn)生單片機所需的時鐘頻率，單片機晶振提供的時鐘頻率越高，那么單片機運行速度就越快，單片接的一

9、切指令的執(zhí)行都是建立在單片機晶振提供的時鐘頻率。 單片機晶振的作用是為系統(tǒng)提供基本的時鐘信號。通常一個系統(tǒng)共用一個晶振，便于各部分保持同步。有些通訊系統(tǒng)的基頻和射頻使用不同的晶振，而通過電子調(diào)整頻率的方法保持同步。圖 3 晶振電路3.3 LED 顯示電路LED 顯示器工作方式有兩種：靜態(tài)顯示方式和動態(tài)顯示方式。靜態(tài)顯示的特點是每4 / 22個數(shù)碼管的段選必須接一個 8 位數(shù)據(jù)線來保持顯示的字形碼。當送入一次字形碼后，顯示字形可一直保持，直到送入新字形碼為止。這種方法的優(yōu)點是占用 CPU 時間少，顯示便于監(jiān)測和控制。缺點是硬件電路比較復雜，成本較高。動態(tài)顯示的特點是將所有位數(shù)碼管的段選線并聯(lián)在一

10、起，由位選線控制是哪一位數(shù)碼管有效。選亮數(shù)碼管采用動態(tài)掃描顯示。所謂動態(tài)掃描顯示即輪流向各位數(shù)碼管送出字形碼和相應的位選，利用發(fā)光管的余輝和人眼視覺暫留作用，使人的感覺好像各位數(shù)碼管同時都在顯示。動態(tài)顯示的亮度比靜態(tài)顯示要差一些，所以在選擇限流電阻時應略小于靜態(tài)顯示電路中的。一個八段數(shù)碼管稱為一位，多個數(shù)碼管并列在一起可構(gòu)成多位數(shù)碼管，它們的段選線連在一起，而各自的公共端稱為位選線。顯示時，都從段選線送入字符編碼，而選中哪個位選線，那個數(shù)碼管便會被點亮。圖 4 LED 顯示電路3.4 按鍵輸入電路獨立式按鍵采用每個按鍵單獨占有一個 I/O 口的結(jié)構(gòu)，這是最簡單的鍵盤輸入設計。當按下和釋放按鍵時

11、，輸入到 I/O 口端的電平是不一樣的，單片機程序根據(jù)不同端口的電平變化判斷是否有鍵按下以與是哪一個鍵被按下。獨立式鍵盤的原理簡單，5 / 22每個按鍵的電路是獨立的，占用一條數(shù)據(jù)線。這種接法占用硬盤資源大，適合該課程設計的電子時鐘電路。圖 5 獨立按鍵3.5 蜂鳴器電路蜂鳴器是一種一體化結(jié)構(gòu)的電子訊響器，采用直流電壓供電，廣泛應用于計算機、打印機、復印機、報警器、電子玩具、汽車電子設備、機、定時器等電子產(chǎn)品中作發(fā)聲器件。蜂鳴器主要分為壓電式蜂鳴器和電磁式蜂鳴器兩種類型。壓電式蜂鳴器 壓電式蜂鳴器主要由多諧振蕩器、壓電蜂鳴片、阻抗匹配器與共鳴箱、外殼等組成。有的壓電式蜂鳴器外殼上還裝有發(fā)光二極

12、管。多諧振蕩器由晶體管或集成電路構(gòu)成。當接通電源后（1.515V 直流工作電壓）,多諧振蕩器起振,輸出1.52.5kHZ 的音頻信號，阻抗匹配器推動壓電蜂鳴片發(fā)聲。壓電蜂鳴片由鋯鈦酸鉛或鈮鎂酸鉛壓電瓷材料制成。在瓷片的兩面鍍上銀電極，經(jīng)極化和老化處理后，再與黃銅片或不銹鋼片粘在一起。電磁式蜂鳴器由振蕩器、電磁線圈、磁鐵、振動膜片與外殼等組成。接通電源后，振蕩器產(chǎn)生的音頻信號電流通過電磁線圈，使電磁線圈產(chǎn)生磁場。振動膜片在電磁線圈和磁鐵的相互作用下，周期性地振動發(fā)聲。6 / 22圖 6 蜂鳴器電路4.4.軟件設計方案軟件設計方案4.1 軟件設計方法系統(tǒng)的軟件設計也是工具系統(tǒng)功能的設計。單片機軟件

13、的設計主要包括執(zhí)行軟件的設計和監(jiān)控軟件的設計。單片機的軟件設計通常要考慮以下幾個方面的問題：根據(jù)軟件功能要求，將系統(tǒng)軟件劃分為若干個相對獨立的部分，設計出合理的總體結(jié)構(gòu)，使軟件開發(fā)清晰、簡潔和流程合理；培養(yǎng)良好的編程風格，如考慮結(jié)構(gòu)化程序設計、實行模塊化、子程序化。既便于調(diào)試、 ，又便于移植和修改；建立正確的數(shù)學模型，通過仿真提高系統(tǒng)的性能，并選取合適的參數(shù)；繪制程序流程圖；合理分配系統(tǒng)資源；為程序加入注釋，提高可讀性，實施軟件工程；注意軟件的抗干擾設計，提高系統(tǒng)的可靠性。4.2 系統(tǒng)軟件設計思想本系軟件設計中，利用單片機定時器設計時間計時處理，采用單片機部的 T0 定時器溢出中斷來實現(xiàn)，工作

14、在 T0 方式下，定時 250 微妙，則連續(xù)中斷 4000 次即為一秒，得到了我們所需時間的最小單位該設計用 C51 編寫程序，由于匯編語言的移植性比較差，而 C 語言則比較靈活。許多子函數(shù)都可以直接移植過去。在程序中除了有主函數(shù)外還包含許多子函數(shù)，如延時函數(shù)、按鍵掃描函數(shù)、初始化函數(shù)、時間顯示函數(shù)、設定鬧鐘顯示函數(shù)、調(diào)時、分、秒函數(shù)、功能切換函數(shù)、秒表功能函數(shù)。4.3 系統(tǒng)主程序7 / 22在主控程序循環(huán)中主要工作為掃描是否有按鍵，若有按健則做相應的功能處理，同時也掃描顯示器顯示時間數(shù)據(jù)，并檢查所設置的時間是否到了。時間計時處理程序是等過了 1s 后，則更新時間數(shù)據(jù)，將最新的時、分、秒的數(shù)據(jù)

15、轉(zhuǎn)換為數(shù)字數(shù)據(jù)并顯示在八段數(shù)碼管上。開始蜂鳴器初始化數(shù)碼管顯示初始化按鍵輸入初始化定時器 T0、T1 初始化開中斷開關，允許 T0、T1 中斷調(diào)用時鐘顯示程序調(diào)用按鍵掃描程序等待中斷啟動 T0、T1定義計數(shù)變量和狀態(tài)變量圖 7 系統(tǒng)主程序流程圖4.4 中斷子程序中斷子程序的主要功能：提供時間基準和快速按鍵調(diào)時功能。4.4.1 定時器 T0 的中斷程序設計定時器 T0 中斷提供時間基準。當 T0 連續(xù)中斷 4000 次時，即為一秒，此時秒加一；8 / 22當秒值為 60 時，分鐘加一，同時秒清零;當分鐘值為 60 時，小時加一，同時分鐘值清零；當小時為 24 時，小時清零。計數(shù)變量清零秒加 1分

16、加 1秒清零小時加 1 且分清零小時清零計數(shù)到 4000 否?秒 =60 否?分 =60 否?小時=24 否?開始YNYYYNNN返回計數(shù)變量加 1圖 8 T0 中斷程序流程圖4.4.2 定時器 T1 的中斷程序設計當 T1 中斷 500 次時，檢測一次選擇按鍵 S3，如果按鍵按下，檢測時間加減按鍵，對應按鍵按下則執(zhí)行對應的操作，選擇按鍵可選擇調(diào)時、調(diào)分、調(diào)秒以與讓時間加減按鍵失效這四種功能，這樣可以達到迅速校準時間的作用。9 / 22計數(shù)變量 1 加 1延時去抖動狀態(tài)變量 m 加 1m=1m=2m=3m=4調(diào)秒程序調(diào)分程序調(diào)時程序變量清零計數(shù)變量 1 清零按鍵 S3 按下否?按鍵 S3 按下

17、否?計數(shù)到 500 否?NNNYYY計數(shù)變量 2 加 1秒表低位加 1，計數(shù)變量 2 清零秒表高位加 1低位清零秒表高位清零計數(shù)到 400 否?低位=9999 否?高位=9999 否?NNNYYY開始Yflag = 1 否?中斷返回N圖 9 T1 中斷程序流程圖4.5 按鍵掃描子程序按鍵掃描子程序是程序計中相當重要的一部分。按鍵掃描子程序的功能是：掃描10 / 22S4 鍵是否按下，若 S4 鍵按下，則執(zhí)行相應功能。標志變量 flag 的初值設為 1，當按下 S4 鍵時，標志變量 flag 值加 1，對應切換至所設置的功能。具體切換任務：flag值為 1 時可以顯示時鐘并對時間進行校準，當 f

18、lag 值為 2 時，切換至秒表功能；當flag 值為 3 時，切換至鬧鐘設置功能；當 flag 值為 4 時，flag 值返回 1，回到時鐘顯示并可以調(diào)時。開始NS4 鍵是否按下？Y返回延時去抖動S4 鍵是否按下？YN狀態(tài)變量 flag 加 1圖 10 按鍵掃描程序流程圖4.6 調(diào)時、分、秒子程序當選擇按鍵狀態(tài)選擇到調(diào)秒時，相應的按下 S2 即對秒進行加 1 運算，當秒到加到60 時，秒清零；按下 S1 即對秒進行減 1 運算，當減到零時，秒等于 59。選擇按鍵切換時，對應的鍵可以調(diào)分和小時。調(diào)分和調(diào)時子程序和調(diào)秒子程序類似。11 / 22開始Y延時去抖動S2 按鍵按下否?S2 按鍵按下否?

19、延時去抖動YNN秒加 1Y秒減 1Y秒 =60?秒清零Y秒 0 時表示電子鐘秒單元數(shù)值刷新滯后，即走時誤差為“慢” ；反之，S0 表示秒單元數(shù)值的刷新超前，即走時誤差為“快” 。本次設計的單片機電子鐘系統(tǒng)中，其誤差主要來源包括晶體頻率誤差，定時器溢出誤差，延遲誤差。晶體頻率產(chǎn)生震蕩，容易產(chǎn)生走時誤差；定時器溢出的時間誤差，本應這一秒溢出，但卻在下一秒溢出，造成走時誤差；延遲時間過長或過短，都會造成與基準時間產(chǎn)生偏差，造成走時誤差。5.4 軟件調(diào)試問題與解決軟件程序的調(diào)試一般可以將重點放在分模塊調(diào)試上，統(tǒng)調(diào)是最后一環(huán)。軟件調(diào)試可以采取離線調(diào)試和在線調(diào)試兩種方式。本次課題，Keil 軟件來調(diào)試程序

20、，通過各個模塊程序的單步或跟蹤調(diào)試，使程序逐漸趨于正確，最后統(tǒng)調(diào)程序。6.6.設計總結(jié)設計總結(jié)我在這一次單片機最小系統(tǒng)的設計過程中，很是受益匪淺。通過對自己在大學二14 / 22年時間里所學的知識的回顧，并充分發(fā)揮對所學知識的理解和對課程設計的思考與書面表達能力。這為自己今后進一步深化學習，積累了一定寶貴的經(jīng)驗。撰寫報告的過程也是專業(yè)知識的學習過程，它使我運用已有的專業(yè)基礎知識，對其進行設計，分析和解決一個理論問題或?qū)嶋H問題，把知識轉(zhuǎn)化為能力的實際訓練。培養(yǎng)了我運用所學知識解決實際問題的能力。通過這次課程設計我發(fā)現(xiàn)，只有理論水平提高了；才能夠?qū)⒄n本知識與實踐相整合，理論知識服務于教學實踐，以增

21、強自己的動手能力。這個實驗十分有意義 我獲得很深刻的經(jīng)驗。通過這次課程設計，我們知道了理論和實際的距離，也知道了理論和實際想結(jié)合的重要性， ，也從中得知了很多書本上無法得知的知識。我們的學習不但要立足于書本，以解決理論和實際教學中的實際問題為目的，還要以實踐相結(jié)合，理論問題即實踐課題，解決問題即課程研究，學生自己就是一個專家，通過自己的手來解決問題比用腦子解決問題更加深刻。學習就應該采取理論與實踐結(jié)合的方式，理論的問題，也就是實踐性的課題。這種做法既有助于完成理論知識的鞏固，又有助于帶動實踐，解決實際問題，加強我們的動手能力和解決問題的能力。參考文獻參考文獻1 群芳，肖看，士軍單片機微型計算機

22、與技術(shù)接口電子工業(yè)，1997.12.125-1332 為，黃科，雷道仲單片機典型系統(tǒng)設計實例講解電子工業(yè)，2002.125-1333 何立民MCS-51 單片機應用系統(tǒng)設計航空航天大學，1995.99-1124 剛，周群電子系統(tǒng)設計與實踐電子工業(yè)，1998.79-102 5 毅剛單片機原理與應用高等教育，1999.125-1436 毅剛MCS-51 單片機應用設計工業(yè)大學，1994.125-1337 富C 與 C+程序設計（第 3 版）人民郵電，1998.79-1128 華MCS-51 系列單片機使用接口技術(shù)航空航天大學，2005.7.115-1239 廣弟單片機基礎航空航天大學，1998.9

23、5-12315 / 22附錄附錄 1 1：多功能電子時鐘原理圖：多功能電子時鐘原理圖16 / 22附錄附錄 2 2：C C 語言源程序語言源程序#include #define uchar unsigned char#define uint unsigned int#define key P3uchar code wei=0 x7f,0 xbf,0 xdf,0 xef,0 xf7,0 xfb,0 xfd,0 xfe;uchar code duan=0 xc0,0 xf9,0 xa4,0 xb0,0 x99,0 x92,0 x82,0 xf8,0 x80,0 x90,0 xbf;uchar nu

24、m1 = 0,0,10,0,0,10,0,0;uchar num2 = 0,0,0,0,0,0,0,0;uchar sec=55,min=59,hou=23;uchar sec_1 = 0,min_1 = 1,hou_1 = 0;uint sec1 = 0,sec2 = 0;int count1 = 0,count2=0,cnt = 0,cnt2 = 0;uchar flag = 1,flag2 = 0;uchar m;void delay(uint x)uint a,b;for(a=0;ax;a+)for(b=0;b= 60) sec = 0; if(key = 0 xfe) if(sec

25、= 0)sec = 60;sec-;if(m = 2) if(key = 0 xfd) min+; if(min = 60) min = 0;hou+; if(hou=24) hou = 0; if(key = 0 xfe) if(min = 0 )18 / 22 min = 60;min-; if(m = 3) if(key = 0 xfd) hou+; if(hou = 24) hou = 0; if(key = 0 xfe) if(hou = 0)hou = 24;hou-; if(m = 4) m=0;void key_scan2() uchar x;if(P3_3 = 0)delay(10);if(P3_3 = 0)flag+;TR1 = 0;sec1=0;sec2=0;while(P3_3 = 0)for(x = 0;x = 60)sec_1 = 0; while(key = 0 xfd); if(key = 0 xfe) if(sec_1 = 0) sec_1 = 60;sec_1-; while(key = 0 xfe);if(flag2 = 2) if(key = 0 xfd) min_1+; if(m