數(shù)字電子時(shí)鐘設(shè)計(jì)

1、天津理工大學(xué)中環(huán)信息學(xué)院 電子系單片機(jī)課程設(shè)計(jì)報(bào)告   題目：數(shù)字電子時(shí)鐘設(shè)計(jì)   姓名： 趙博、吳通 學(xué)號(hào)：13030009、13030010 班級(jí)： 13信科 指導(dǎo)教師： 景玉冰 電子系2016年6月27日一課程設(shè)計(jì)意義 基于單片機(jī)的定時(shí)與控制裝置在許多行業(yè)有著廣泛的應(yīng)用，而數(shù)字時(shí)鐘是最基本，也是最具有代表性的例子。通過本次課程設(shè)計(jì)可以靈活運(yùn)用單片機(jī)的基礎(chǔ)知識(shí)，依據(jù)課程設(shè)計(jì)內(nèi)容，能夠完成從硬件電路圖設(shè)計(jì)，到PROTEUS制版，再到軟件編程及系統(tǒng)調(diào)試實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能，完成課程設(shè)計(jì)，加深對(duì)單片機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)的理解，并靈活運(yùn)用，將各門知識(shí)綜合應(yīng)

2、用。 本次課程設(shè)計(jì)還可以通過上網(wǎng)查詢器件資料，培養(yǎng)對(duì)新知識(shí)新技術(shù)的獨(dú)立學(xué)習(xí)能力和應(yīng)用能力。在本次課程設(shè)計(jì)中，我們運(yùn)用到了很多一切所學(xué)的知識(shí)和一些很有用的軟件和工具，如PROTEUS、KEIL C51等。通過獨(dú)立完成一個(gè)小的時(shí)鐘系統(tǒng)設(shè)計(jì)，從硬件設(shè)計(jì)到軟件設(shè)計(jì)，增強(qiáng)分析問題、解決問題的能力。二課程設(shè)計(jì)任務(wù)書按照系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)要求，控制系統(tǒng)采用51單片機(jī)，A/D轉(zhuǎn)換采用ADC08009。（1） 熟悉AT89S51單片機(jī)系統(tǒng)的使用方法。 （2） 掌握數(shù)據(jù)顯示原理及實(shí)現(xiàn)方法。 （3）初步掌握AT89S51單片機(jī)編程方法。（4）掌握定時(shí)器的使用。 指導(dǎo)教師：景玉冰日 期：2016年6月27日三、課程設(shè)計(jì)進(jìn)度

3、計(jì)劃及檢查情況記錄表序號(hào)日期計(jì)劃完成內(nèi)容實(shí)際完成內(nèi)容1至6.20完成各種資料的收集完成2至6.21對(duì)資料進(jìn)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(shù)字時(shí)鐘電路圖的繪畫完成5至6.24對(duì)數(shù)字時(shí)鐘的調(diào)試及程序編寫完成6至6.27修改論文及答辯完成四、成績(jī)?cè)u(píng)定與評(píng)語 指導(dǎo)教師：景玉冰 日 期：2016-6-27專業(yè)設(shè)計(jì)的主動(dòng)性與平時(shí)表現(xiàn)（20%）獨(dú)立思考能力 與動(dòng)手能力（40%）專業(yè)設(shè)計(jì) 完成情況（40%）專業(yè)設(shè)計(jì)成績(jī)目 錄鍵入文字河南工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)第一章 系統(tǒng)方案與總體結(jié)構(gòu) 系統(tǒng)采用通用的80C51芯片，顯示器為6個(gè)共陽極LED數(shù)碼管，用1個(gè)BCD 7

4、段譯碼器74LS47驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管（74LS47的輸入為BCD碼，其輸出級(jí)為集電極開路輸出，可直接驅(qū)動(dòng)7段譯碼管，具有首尾消零等特點(diǎn)），用3-8譯碼器74LS138的輸出作為動(dòng)態(tài)掃描時(shí)數(shù)碼管的選通信號(hào)，因?yàn)椴捎昧松鲜鰞蓚€(gè)芯片，所以在對(duì)數(shù)碼管進(jìn)行掃描顯示時(shí)，只需要單片機(jī)的7條I/O線就能完成顯示功能了。時(shí)間以24小時(shí)為一個(gè)周期，數(shù)字時(shí)鐘鐘的格式為：XX XX XX，由左向右分別為：時(shí)、分、秒。完成顯示由秒加1，一直加1至59，再恢復(fù)為00；分加1，一直加1至59，再恢復(fù)00；時(shí)加1，一直加1至23，再恢復(fù)00。* 按鍵功能* 1.啟動(dòng)時(shí)，數(shù)字時(shí)鐘從23：59：00 開始自動(dòng)計(jì)時(shí)； 2.按鍵S1控制對(duì)

5、“時(shí)”的調(diào)整，每按一次時(shí)計(jì)數(shù)值加1； 3.按鍵S2控制對(duì)“分”的調(diào)整，每按一次分計(jì)數(shù)值加1； 4.按鍵S3控制對(duì)“秒”的調(diào)整，每按一次秒計(jì)數(shù)值加1； 5.按鍵S4控制對(duì)“時(shí)”的調(diào)整，每按一次時(shí)計(jì)數(shù)值減1； 6.按鍵S5控制對(duì)“分”的調(diào)整，每按一次分計(jì)數(shù)值減1； 7.按鍵S6控制對(duì)“秒”的調(diào)整，每按一次秒計(jì)數(shù)值減1。第二章 數(shù)字時(shí)鐘硬件構(gòu)成 2.1 數(shù)字時(shí)鐘框圖設(shè)計(jì)圖1 數(shù)字時(shí)鐘框圖2.2 選用芯片簡(jiǎn)介 2.2.1 80C51簡(jiǎn)介雖然目前單片機(jī)的品種很多，但其中最具代表性的當(dāng)屬Intel公司的MCS-51單片機(jī)系列。MCS-51以其典型的結(jié)構(gòu)、完善的總線、SFR的集中管理模式、位操作系統(tǒng)和面向控

6、制功能的豐富的指令系統(tǒng)，為單片機(jī)的發(fā)展奠定了良好的基礎(chǔ)。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(jī)的發(fā)展，如Philips、Siemens（Infineon）、Dallas、ATMEL等公司，我們把這些公司生產(chǎn)的與80C51兼容的單片機(jī)統(tǒng)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(chǎn)品，主要是改善單片機(jī)的控制功能，如內(nèi)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(kuò)展總線和控制網(wǎng)絡(luò)總線性能等。單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖為如圖3所示：80C51單片機(jī)管腳說明V

7、CC：供電電壓。    GND：接地。    P0口：P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫1時(shí)，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時(shí)，P0口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0外部必須被拉高。    P1口：P1口是一個(gè)內(nèi)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(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時(shí)

8、，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口作為第八位地址接收。     P2口：P2口為一個(gè)內(nèi)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(gè)TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八

9、位地址信號(hào)和控制信號(hào)。    P3口：P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)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(jiǎn)介 該電路是由與非門、輸入緩沖器和7 個(gè)與或非門組成的BCD-7 段譯碼器/驅(qū)動(dòng)器。通常是低電平有效，高的灌入電流的輸出可直接驅(qū)動(dòng)顯示器。7 個(gè)與非門和一個(gè)驅(qū)動(dòng)器成對(duì)連接，以產(chǎn)生可用的BCD 數(shù)據(jù)及其補(bǔ)碼至7 個(gè)與或非譯碼門。剩下的與非門和3 個(gè)輸入緩沖器作為試燈輸入（LT）端、

10、滅燈輸入/動(dòng)態(tài)滅燈輸出(BI/RBO)端及動(dòng)態(tài)滅燈輸入(RBI )端。 該電路是由與非門、輸入緩沖器和7 個(gè)與或非門組成的BCD-7 段譯碼器/驅(qū)動(dòng)器。通常是低電平有效，高的灌入電流的輸出可直接驅(qū)動(dòng)顯示器。7 個(gè)與非門和一個(gè)驅(qū)動(dòng)器成對(duì)連接，以產(chǎn)生可用的BCD 數(shù)據(jù)及其補(bǔ)碼至7 個(gè)與或非譯碼門。剩下的與非門和3 個(gè)輸入緩沖器作為試燈輸入（LT）端、滅燈輸入/動(dòng)態(tài)滅燈輸出(BI/RBO)端及動(dòng)態(tài)滅燈輸入(RBI )端。 該電路接受4 位二進(jìn)制編碼十進(jìn)制數(shù)（BCD）輸入并借助于輔助輸入端狀態(tài)將輸入數(shù)據(jù)譯碼后去驅(qū)動(dòng)一個(gè)七段顯示器。輸出結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成能承受7 段顯示所需要的相當(dāng)高的電壓。驅(qū)動(dòng)顯示器各段所需的

11、高達(dá)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(jì)數(shù)9 以上的顯示圖案是鑒定輸入條件的唯一信號(hào)。 該電路有自動(dòng)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(shí)刻去進(jìn)行，該電路還含有一個(gè)滅燈輸入（BI），它用來控制燈的亮度或禁止輸出。 該電路在應(yīng)用中可以驅(qū)動(dòng)共陽極的發(fā)光二極管或直接驅(qū)動(dòng)白熾燈指示器。圖5 74LS47管腳圖 2.2.3 3-8線譯碼器74LS138簡(jiǎn)介 當(dāng)一個(gè)選通端（E1）為高電平，另兩個(gè)選通端（/E2)和/(E3)）為低電平時(shí)，可將地址端（A、B、C）的二進(jìn)制編碼在一個(gè)對(duì)應(yīng)的輸出端以低電平譯出。圖6 74LS138管腳圖 2.2.4

12、 LED數(shù)碼顯示器簡(jiǎn)介 LED數(shù)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(gè)LED發(fā)光二極管，其中7個(gè)用于顯示字符，1個(gè)用于顯示小數(shù)點(diǎn)。 LED數(shù)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(gòu)成公共陽極，使用時(shí)公共陽極接+5V，每個(gè)發(fā)光二極管的陰極通過電阻與輸入端相連。當(dāng)陰極端輸入低電平時(shí)，段發(fā)光二極管就導(dǎo)通點(diǎn)亮，而輸入高電平時(shí)則不點(diǎn)亮。（2）共陰極接法。把發(fā)光二極管的陰極連在一起構(gòu)成公共陰極，使用時(shí)公共陰極接地。每個(gè)發(fā)光二極管的陽極通過電阻與輸入端相連。當(dāng)陽極端輸入高電平時(shí)，段發(fā)光二極管就導(dǎo)通點(diǎn)亮，而輸入低電平時(shí)則不點(diǎn)亮。在本設(shè)計(jì)中所采用的是共陰

13、極LED數(shù)碼顯示器，2.3 數(shù)字時(shí)鐘原理圖2.4數(shù)字時(shí)鐘仿真圖第三章數(shù)字時(shí)鐘軟件設(shè)計(jì)由于電路設(shè)計(jì)得極其巧妙，許多功能都可以由硬件完成，因此軟件設(shè)計(jì)就比較簡(jiǎn)單了。下面介紹軟件設(shè)計(jì)的要點(diǎn)：主程序：首先進(jìn)行初始化，設(shè)置數(shù)字時(shí)鐘的計(jì)時(shí)初值為23：59：00，啟動(dòng)T0進(jìn)行50ms定時(shí)，且允許T0中斷。然后檢測(cè)S1-S6是否按下，當(dāng)按鍵S1-S6按下時(shí)，轉(zhuǎn)入時(shí)、分、秒計(jì)數(shù)值的調(diào)整程序，系統(tǒng)主程序流程圖如圖13所示。 定時(shí)器T0中斷子程序：中斷服務(wù)子程序的作用是進(jìn)行時(shí)、分、秒的計(jì)時(shí)與顯示。定時(shí)器T0用于定時(shí)，定時(shí)周期設(shè)為50ms，中斷累計(jì)20次（即1s）。定時(shí)器T0中斷服務(wù)程序流程圖如圖14所示。時(shí)、分、秒

14、計(jì)數(shù)值調(diào)整子程序TIME：時(shí)間計(jì)數(shù)單元分別在40H(s),41H(min),42H(h)內(nèi)存單元中，在計(jì)數(shù)單元中采用組合BCD碼計(jì)數(shù)。TIME子程序的作用是當(dāng)滿1秒時(shí)，對(duì)秒計(jì)數(shù)單元進(jìn)行加1操作，滿60向分進(jìn)位；對(duì)分計(jì)數(shù)單元進(jìn)行加1操作，滿60向時(shí)進(jìn)位；對(duì)時(shí)計(jì)數(shù)單元進(jìn)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(shí)間計(jì)數(shù)單元40H(s),41H(min),42H(h)中的十進(jìn)制時(shí)間值（組合BCD碼）轉(zhuǎn)化為個(gè)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(shù)據(jù)，32H-33H存放分?jǐn)?shù)據(jù)，34H-35H存放時(shí)數(shù)據(jù)。由于每一

15、個(gè)地址單元內(nèi)均為分離BCD碼，用BCD一個(gè)7段譯碼器74LS47直接進(jìn)行譯碼，因此不需要軟件方式對(duì)BCD碼數(shù)據(jù)進(jìn)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(shù)據(jù)依次送往顯示器顯示。把掃描值作為高4位，顯示數(shù)據(jù)值作為低4 位，輸出P0口，以完成顯示，因?yàn)椴捎昧?-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(shù)碼管的序號(hào)，顯示時(shí)，只需取出30H-35H某一地址中的數(shù)據(jù)，并從P0口的低4位輸出，同時(shí)P0口的高4位作為掃描值輸出，就能保證數(shù)碼管的正常工作。第四章 數(shù)字時(shí)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(shí)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(shí) MOV TMOD,#01H ;定時(shí)器T0工作方式設(shè)定 MOV TL0,#0B0H ;設(shè)置定時(shí)器T0低4位初值 MOV TH0,#3CH ;設(shè)置定時(shí)器T0高4位初值 MOV

17、 IE,#82H ;閉合EA,ET0 MOV 50H,#20 ;定時(shí)1秒循環(huán)次數(shù) SETB TR0 LOOP: JB P1.0,N2 ;S1按下時(shí)加1 CALL DE ;消除抖動(dòng) 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(shí)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(wù)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(shù)據(jù)值 CALL DELAY

22、 INC R0 CJNE R0,#06H,SCAN0 MOV R0,#00H RET*時(shí)、分、秒計(jì)數(shù)值調(diào)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(shù)據(jù)*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(shí)子程序*DELAY: MOV R7,#65 DJNZ R7,$ RETDE: MOV R4,#10 ;延時(shí)5msDE1: MOV R5,#249 DJNZ R5,$ DJNZ R4,DE1 RET END第五章 心得體會(huì)一個(gè)星期的單片機(jī)課程設(shè)計(jì)很快就結(jié)束了，在這一周當(dāng)中，雖然開始有點(diǎn)困難，但是經(jīng)過努力學(xué)習(xí)，合理地進(jìn)行設(shè)計(jì)安排，我終于順利地完成了本次單片機(jī)課程設(shè)計(jì)，同時(shí)也學(xué)到了很多東西。 在本次課程設(shè)計(jì)中，我通過動(dòng)手實(shí)踐操作，進(jìn)一步學(xué)習(xí)和掌握了單片機(jī)原理的有關(guān)知識(shí)，特別是程序的編程方面，加深了對(duì)單片機(jī)原理及應(yīng)用技術(shù)的認(rèn)識(shí)，進(jìn)一步鞏固了對(duì)單片機(jī)知識(shí)的理解，掌握簡(jiǎn)單單片機(jī)應(yīng)用