數字電子時鐘設計

1、天津理工大學中環(huán)信息學院 電子系單片機課程設計報告   題目：數字電子時鐘設計   姓名： 趙博、吳通 學號：13030009、13030010 班級： 13信科 指導教師： 景玉冰 電子系2016年6月27日一課程設計意義 基于單片機的定時與控制裝置在許多行業(yè)有著廣泛的應用，而數字時鐘是最基本，也是最具有代表性的例子。通過本次課程設計可以靈活運用單片機的基礎知識，依據課程設計內容，能夠完成從硬件電路圖設計，到PROTEUS制版，再到軟件編程及系統調試實現系統功能，完成課程設計，加深對單片機基礎知識的理解，并靈活運用，將各門知識綜合應

2、用。 本次課程設計還可以通過上網查詢器件資料，培養(yǎng)對新知識新技術的獨立學習能力和應用能力。在本次課程設計中，我們運用到了很多一切所學的知識和一些很有用的軟件和工具，如PROTEUS、KEIL C51等。通過獨立完成一個小的時鐘系統設計，從硬件設計到軟件設計，增強分析問題、解決問題的能力。二課程設計任務書按照系統功能實現要求，控制系統采用51單片機，A/D轉換采用ADC08009。（1） 熟悉AT89S51單片機系統的使用方法。 （2） 掌握數據顯示原理及實現方法。 （3）初步掌握AT89S51單片機編程方法。（4）掌握定時器的使用。 指導教師：景玉冰日 期：2016年6月27日三、課程設計進度

3、計劃及檢查情況記錄表序號日期計劃完成內容實際完成內容1至6.20完成各種資料的收集完成2至6.21對資料進行整理完成3至6.22掌握keil c51和proteus的使用方法完成4至6.23數字時鐘電路圖的繪畫完成5至6.24對數字時鐘的調試及程序編寫完成6至6.27修改論文及答辯完成四、成績評定與評語 指導教師：景玉冰 日 期：2016-6-27專業(yè)設計的主動性與平時表現（20%）獨立思考能力 與動手能力（40%）專業(yè)設計 完成情況（40%）專業(yè)設計成績目 錄鍵入文字河南工程學院畢業(yè)設計第一章 系統方案與總體結構 系統采用通用的80C51芯片，顯示器為6個共陽極LED數碼管，用1個BCD 7

4、段譯碼器74LS47驅動數碼管（74LS47的輸入為BCD碼，其輸出級為集電極開路輸出，可直接驅動7段譯碼管，具有首尾消零等特點），用3-8譯碼器74LS138的輸出作為動態(tài)掃描時數碼管的選通信號，因為采用了上述兩個芯片，所以在對數碼管進行掃描顯示時，只需要單片機的7條I/O線就能完成顯示功能了。時間以24小時為一個周期，數字時鐘鐘的格式為：XX XX XX，由左向右分別為：時、分、秒。完成顯示由秒加1，一直加1至59，再恢復為00；分加1，一直加1至59，再恢復00；時加1，一直加1至23，再恢復00。* 按鍵功能* 1.啟動時，數字時鐘從23：59：00 開始自動計時； 2.按鍵S1控制對

5、“時”的調整，每按一次時計數值加1； 3.按鍵S2控制對“分”的調整，每按一次分計數值加1； 4.按鍵S3控制對“秒”的調整，每按一次秒計數值加1； 5.按鍵S4控制對“時”的調整，每按一次時計數值減1； 6.按鍵S5控制對“分”的調整，每按一次分計數值減1； 7.按鍵S6控制對“秒”的調整，每按一次秒計數值減1。第二章 數字時鐘硬件構成 2.1 數字時鐘框圖設計圖1 數字時鐘框圖2.2 選用芯片簡介 2.2.1 80C51簡介雖然目前單片機的品種很多，但其中最具代表性的當屬Intel公司的MCS-51單片機系列。MCS-51以其典型的結構、完善的總線、SFR的集中管理模式、位操作系統和面向控

6、制功能的豐富的指令系統，為單片機的發(fā)展奠定了良好的基礎。MCS-51系列的典型芯片是80C51（CHMOS型的8051）。為此，眾多的廠商都介入了以80C51為代表的8位單片機的發(fā)展，如Philips、Siemens（Infineon）、Dallas、ATMEL等公司，我們把這些公司生產的與80C51兼容的單片機統稱為80C51系列。特別是在近年來，80C51系列又有了許多發(fā)展，推出了一些新產品，主要是改善單片機的控制功能，如內部集成了高速I/O口、ADC、PWM、WDT等，以及低電壓、微功耗、電磁兼容、串行擴展總線和控制網絡總線性能等。單片機內部結構圖為如圖3所示：80C51單片機管腳說明V

7、CC：供電電壓。    GND：接地。    P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當P1口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數據存儲器，它可以被定義為數據/地址的第八位。在FIASH編程時，P0口作為原碼輸入口，當FIASH進行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。    P1口：P1口是一個內部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時

8、，將輸出電流，這是由于內部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1口作為第八位地址接收。     P2口：P2口為一個內部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當P2口被寫“1”時，其管腳被內部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內部上拉的緣故。P2口當用于外部程序存儲器或16位地址外部數據存儲器進行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數據存儲器進行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八

9、位地址信號和控制信號。    P3口：P3口管腳是8個帶內部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當P3口寫入“1”后，它們被內部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。2.2.2 BCD 7段譯碼74LS47簡介 該電路是由與非門、輸入緩沖器和7 個與或非門組成的BCD-7 段譯碼器/驅動器。通常是低電平有效，高的灌入電流的輸出可直接驅動顯示器。7 個與非門和一個驅動器成對連接，以產生可用的BCD 數據及其補碼至7 個與或非譯碼門。剩下的與非門和3 個輸入緩沖器作為試燈輸入（LT）端、

10、滅燈輸入/動態(tài)滅燈輸出(BI/RBO)端及動態(tài)滅燈輸入(RBI )端。 該電路是由與非門、輸入緩沖器和7 個與或非門組成的BCD-7 段譯碼器/驅動器。通常是低電平有效，高的灌入電流的輸出可直接驅動顯示器。7 個與非門和一個驅動器成對連接，以產生可用的BCD 數據及其補碼至7 個與或非譯碼門。剩下的與非門和3 個輸入緩沖器作為試燈輸入（LT）端、滅燈輸入/動態(tài)滅燈輸出(BI/RBO)端及動態(tài)滅燈輸入(RBI )端。 該電路接受4 位二進制編碼十進制數（BCD）輸入并借助于輔助輸入端狀態(tài)將輸入數據譯碼后去驅動一個七段顯示器。輸出結構設計成能承受7 段顯示所需要的相當高的電壓。驅動顯示器各段所需的

11、高達24mA 的電流可以由其高性能的輸出晶體管來直接提供。BCD 輸入計數9 以上的顯示圖案是鑒定輸入條件的唯一信號。 該電路有自動前、后沿滅零控制（RBI和RBO）。試燈（LT）可在端處在高電平的任何時刻去進行，該電路還含有一個滅燈輸入（BI），它用來控制燈的亮度或禁止輸出。 該電路在應用中可以驅動共陽極的發(fā)光二極管或直接驅動白熾燈指示器。圖5 74LS47管腳圖 2.2.3 3-8線譯碼器74LS138簡介 當一個選通端（E1）為高電平，另兩個選通端（/E2)和/(E3)）為低電平時，可將地址端（A、B、C）的二進制編碼在一個對應的輸出端以低電平譯出。圖6 74LS138管腳圖 2.2.4

12、 LED數碼顯示器簡介 LED數碼顯示器是1種由LED發(fā)光二極管組合顯示字符的顯示器件。它使用了8個LED發(fā)光二極管，其中7個用于顯示字符，1個用于顯示小數點。 LED數碼顯示器有兩種連接方法（1）共陽極接法。把發(fā)光二極管的陽極連在一起構成公共陽極，使用時公共陽極接+5V，每個發(fā)光二極管的陰極通過電阻與輸入端相連。當陰極端輸入低電平時，段發(fā)光二極管就導通點亮，而輸入高電平時則不點亮。（2）共陰極接法。把發(fā)光二極管的陰極連在一起構成公共陰極，使用時公共陰極接地。每個發(fā)光二極管的陽極通過電阻與輸入端相連。當陽極端輸入高電平時，段發(fā)光二極管就導通點亮，而輸入低電平時則不點亮。在本設計中所采用的是共陰

13、極LED數碼顯示器，2.3 數字時鐘原理圖2.4數字時鐘仿真圖第三章數字時鐘軟件設計由于電路設計得極其巧妙，許多功能都可以由硬件完成，因此軟件設計就比較簡單了。下面介紹軟件設計的要點：主程序：首先進行初始化，設置數字時鐘的計時初值為23：59：00，啟動T0進行50ms定時，且允許T0中斷。然后檢測S1-S6是否按下，當按鍵S1-S6按下時，轉入時、分、秒計數值的調整程序，系統主程序流程圖如圖13所示。 定時器T0中斷子程序：中斷服務子程序的作用是進行時、分、秒的計時與顯示。定時器T0用于定時，定時周期設為50ms，中斷累計20次（即1s）。定時器T0中斷服務程序流程圖如圖14所示。時、分、秒

14、計數值調整子程序TIME：時間計數單元分別在40H(s),41H(min),42H(h)內存單元中，在計數單元中采用組合BCD碼計數。TIME子程序的作用是當滿1秒時，對秒計數單元進行加1操作，滿60向分進位；對分計數單元進行加1操作，滿60向時進位；對時計數單元進行加1操作，滿24清零。顯示子程序VIEW：VIEW子程序的作用是分別將時間計數單元40H(s),41H(min),42H(h)中的十進制時間值（組合BCD碼）轉化為個位和十位（分離BCD碼）存放在顯示緩沖區(qū)中，顯示緩沖區(qū)地址為30H-35H。其中30H-31H存放秒數據，32H-33H存放分數據，34H-35H存放時數據。由于每一

15、個地址單元內均為分離BCD碼，用BCD一個7段譯碼器74LS47直接進行譯碼，因此不需要軟件方式對BCD碼數據進行譯碼。掃描子程序SCAN：SCAN子程序的作用是把顯示緩沖區(qū)中的數據依次送往顯示器顯示。把掃描值作為高4位，顯示數據值作為低4 位，輸出P0口，以完成顯示，因為采用了3-8譯碼器74LS47作為掃描輸出，所以用36H單元存放掃描指針，即36H中存放的是數碼管的序號，顯示時，只需取出30H-35H某一地址中的數據，并從P0口的低4位輸出，同時P0口的高4位作為掃描值輸出，就能保證數碼管的正常工作。第四章 數字時鐘匯編程序*主程序* ORG 0000H LJMP START ORG 0

16、00BH LJMP TT0 ORG 0050H START: MOV SP,#70H MOV 36H,#00H ;（36H）為掃描指針 MOV 40H,#00H ;秒控制 MOV 41H,#59H ;分控制 MOV 42H,#23H ;時控制 MOV 30H,#00H MOV 31H,#00H ;顯示秒 MOV 32H,#09H MOV 33H,#05H ;顯示分 MOV 34H,#03H MOV 35H,#02H ;顯示時 MOV TMOD,#01H ;定時器T0工作方式設定 MOV TL0,#0B0H ;設置定時器T0低4位初值 MOV TH0,#3CH ;設置定時器T0高4位初值 MOV

17、 IE,#82H ;閉合EA,ET0 MOV 50H,#20 ;定時1秒循環(huán)次數 SETB TR0 LOOP: JB P1.0,N2 ;S1按下時加1 CALL DE ;消除抖動 MOV A,42H ADD A,#01H DA A MOV 42H,A CJNE A,#24H,N1 MOV 42H,#00HN1: JNB P1.0,$ CALL DEN2: JB P1.1,N4 ;S2按下分加1 CALL DE MOV A,41H ADD A,#01H DA A MOV 41H,A CJNE A,#60H,N3 MOV 41H,#00HN3: JNB P1.1,$ CALL DEN4: JB P

18、1.2,N6 ;S3按下秒加1 CALL DE MOV A,40H ADD A,#01H DA A MOV 40H,A CJNE A,#60H,N5 MOV 40H,#00HN5: JNB P1.2,$ CALL DEN6: JB P1.3,N8 ;S4按下時減1 CALL DE MOV R7,34H CJNE R7,#00H,N60 MOV R6,35H CJNE R6,#00H,N61 MOV 42H,#23H JMP N7N60: MOV A,34H DEC A MOV 34H,A MOV A,35H SWAP A ADD A,34H MOV 42H,A JMP N7N61: MOV 3

19、4H,#09H MOV A,35H DEC A SWAP A ADD A,34H MOV 42H,AN7: JNB P1.3,$ CALL DEN8: JB P1.4,N10 ;S5按下分減1 CALL DE MOV R7,32H CJNE R7,#00H,N80 MOV R6,33H CJNE R6,#00H,N81 MOV 41H,#59H JMP N9N80: MOV A,32H DEC A MOV 32H,A MOV A,33H SWAP A ADD A,32H MOV 41H,A JMP N9N81: MOV 32H,#09H MOV A,33H DEC A SWAP A ADD A

20、,32H MOV 41H,AN9: JNB P1.4,$ CALL DEN10: JB P1.5,N11 ; S6按下秒減1 CALL DE MOV R7,30H CJNE R7,#00H,N100 MOV R6,31H CJNE R6,#00H,N101 MOV 40H,#59H JMP N11N100: MOV A,30H DEC A MOV 30H,A MOV A,31H SWAP A ADD A,30H MOV 40H,A JMP N11N101: MOV 30H,#09H MOV A,31H DEC A MOV 31H,A SWAP A ADD A,30H MOV 40H,AN11:

21、 JNB P1.5,$ CALL DE *T0中斷服務子程序*TT0: MOV TH0,#3CH MOV TL0,#0B0H PUSH ACC PUSH PSW DJNZ 50H,TINT0 CALL TIME CALL VIEWTINT0: CALL SCAN POP ACC POP PSW LJMP LOOP*顯示掃描子程序*SCAN: MOV R0,#36HSCAN0: MOV A,R0 ADD A,#30H ;A加30H即為顯示緩沖區(qū)地址 MOV R1,A MOV A,R0 SWAP A ORL A,R1 MOV P0,A ;P0高4位為掃描值,低4位為顯示數據值 CALL DELAY

22、 INC R0 CJNE R0,#06H,SCAN0 MOV R0,#00H RET*時、分、秒計數值調整子程序*TIME: MOV A,40H ADD A,#01H DA A MOV 40H,A CJNE A,#60H,TTI MOV 40H,#00H MOV A,41H ADD A,#01H DA A MOV 41H,A MOV A,41H CJNE A,#60H,TTI MOV 41H,#00H MOV A,42H ADD A,#01H DA A MOV 42H,A CJNE A,#24H,TTI MOV 42H,#00HTTI: RET*向顯示緩沖區(qū)寫數據*VIEW: MOV A,40

23、H ;30H為顯示緩沖區(qū)首地址 ANL A,#0FH MOV 30H,A MOV A,40H SWAP A ANL A,#0FH MOV 31H,A MOV A,41H ANL A,#0FH MOV 32H,A MOV A,41H SWAP A ANL A,#0FH MOV 33H,A MOV A,42H ANL A,#0FH MOV 34H,A MOV A,42H SWAP A ANL A,#0FH MOV 35H,A RET*延時子程序*DELAY: MOV R7,#65 DJNZ R7,$ RETDE: MOV R4,#10 ;延時5msDE1: MOV R5,#249 DJNZ R5,$ DJNZ R4,DE1 RET END第五章 心得體會一個星期的單片機課程設計很快就結束了，在這一周當中，雖然開始有點困難，但是經過努力學習，合理地進行設計安排，我終于順利地完成了本次單片機課程設計，同時也學到了很多東西。 在本次課程設計中，我通過動手實踐操作，進一步學習和掌握了單片機原理的有關知識，特別是程序的編程方面，加深了對單片機原理及應用技術的認識，進一步鞏固了對單片機知識的理解，掌握簡單單片機應用