某大學(xué)-單片機-計時電子鐘

緒論單片機是一種集成電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器CPU隨機存儲器RAM、只讀存儲器ROM、多種I/O口和中斷系統(tǒng)、定時器/計時器等功能（可能還包括顯示驅(qū)動電路、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器等電路）集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個小而完善的微型計算機系統(tǒng)，在工業(yè)控制領(lǐng)域的廣泛使用。從上世紀80年代，由當時的4位、8位單片機，發(fā)展到現(xiàn)在的32位300M的高速單片機目前單片機滲透到我們生活的各個領(lǐng)域，幾乎很難找到哪個領(lǐng)域沒有單片機的蹤跡。導(dǎo)彈的導(dǎo)航裝置，飛機上各種儀表的控制，計算機的網(wǎng)絡(luò)通訊和數(shù)據(jù)傳輸，工業(yè)自動化過程的實時控制和數(shù)據(jù)處理，廣泛使用的各種智能IC卡，民用豪華轎車的安全保障系統(tǒng)，錄像機、攝影機、全自動洗衣機的控制，以及程控玩具、電子寵物等等，這些都離不開單片機。更不用說自動控制領(lǐng)域的機器人、智能儀表、醫(yī)療器械以及各種智能機械了。因此，單片機的學(xué)習(xí)、開發(fā)和使用將造就一批計算機使用和智能化控制的科學(xué)家、工程師。單片機廣泛使用于儀器儀表、家用電器、醫(yī)用設(shè)備、航空航天、專用設(shè)備的智能化管理及過程控制等領(lǐng)域。本設(shè)計主要是設(shè)計基于8051單片機的計時電子鐘，在數(shù)碼管上顯示時間，并且，通過鍵盤可以修改時間。用LED顯示代替了指針顯示，減小了計時誤差，這種表具有時分秒顯示時間的功能，還可以校對，片選的靈活性好?；A(chǔ)知識1.1定時器/計數(shù)器定時器/計數(shù)器工作原理在MCS-51單片機內(nèi)繼承了兩個16位的定時器/計數(shù)器T0和T1，其基本工作原理是加一計數(shù)，即對指定的脈沖信號進行加一操作，直到出現(xiàn)溢出為止。定時器/計數(shù)器的基本工作原理是加一計數(shù)器，不過作為定時器或計數(shù)器是稍有不同。定時器。作為定時器使用時，使用的脈沖信號為單片機的內(nèi)部時鐘信號。每個機器周期產(chǎn)生一個計數(shù)脈沖，是計數(shù)器加一，因此，計數(shù)速率固定為fosc/12。計數(shù)器。作為計數(shù)器使用時，使用的脈沖信號為從單片機外部輸入的脈沖信號。T0對應(yīng)單片機引腳P3.4，T1對應(yīng)單片機引腳P3.5，當檢測到引腳的輸入脈沖信號發(fā)生負跳變時計數(shù)器加一。當加一計數(shù)器出現(xiàn)溢出是時，產(chǎn)生溢出信號通知單片機進行相應(yīng)的處理。由于識別一個從1到0的負跳變需要兩個機器周期，所以最快的計數(shù)速率是振蕩頻率的1/24。當TMOD中的M1、M2為10時，定時器/計數(shù)器工作于方式2。工作方式2為一個能自動重新裝入初值的8位定時器/計數(shù)器。TL0用作8位計數(shù)器，TH0用作數(shù)據(jù)寄存器。當TL0計數(shù)滿產(chǎn)生溢出時，一方面置1溢出標志TF0，供軟件查詢或向CPU請求中斷；另一方面，自動將TH0中的內(nèi)容送至TL0，使8位定時器/計數(shù)器重新裝入的初值開始重新計數(shù)。1.2LED數(shù)碼管LED數(shù)碼管要正常顯示，就要用驅(qū)動電路來驅(qū)動數(shù)碼管的各個段碼，從而顯示出我們要的數(shù)位，因此根據(jù)LED數(shù)碼管的驅(qū)動方式的不同，可以分為靜態(tài)式和動態(tài)式兩類。A、靜態(tài)顯示驅(qū)動：靜態(tài)驅(qū)動也稱直流驅(qū)動。靜態(tài)驅(qū)動是指每個數(shù)碼管的每一個段碼都由一個單片機的I/O口進行驅(qū)動。靜態(tài)驅(qū)動的優(yōu)點是編程簡單，顯示亮度高，缺點是占用I/O多，如驅(qū)動5個數(shù)碼管靜態(tài)顯示則需要5×8＝40根I/O口驅(qū)動。故實際使用時必須增加驅(qū)動器進行驅(qū)動，增加了硬體電路的復(fù)雜性。B、動態(tài)顯示驅(qū)動：數(shù)碼管動態(tài)顯示介面是單片機中使用最為廣泛的一種顯示方式之一，動態(tài)驅(qū)動是將所有數(shù)碼管的8個顯示筆劃"a,b,c,d,e,f,g,dp"的同名端連在一起，另外為每個數(shù)碼管的公共極COM增加位元選通控制電路，位元選通由各自獨立的I/O線控制，當單片機輸出字形碼時，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個數(shù)碼管會顯示出字形，取決于單片機對位元選通COM端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開，該位元就顯示出字形，沒有選通的數(shù)碼管就不會亮。透過分時輪流控制各個LED數(shù)碼管的COM端，就使各個數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動態(tài)驅(qū)動。在輪流顯示過程中，每位元數(shù)碼管的點亮?xí)r間為1～2ms，由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極體的余輝效應(yīng)，盡管實際上各位數(shù)碼管并非同時點亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示資料，不會有閃爍感，動態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的I/O口，而且功耗更低。1.3發(fā)光二級管發(fā)光二極管簡稱LED，采用砷化鎵、鎵鋁砷、和磷化鎵等材料制成，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)為一個PN結(jié)，具有單向?qū)щ娦?。當在發(fā)光二極管PN結(jié)上加正向電壓時，PN結(jié)勢壘降低，載流子的擴散運動大于漂移運動，致使P區(qū)的空穴注入到N區(qū)，N區(qū)的電子注入到P區(qū)，這樣相互注入的空穴和電子相遇后會產(chǎn)生復(fù)合，復(fù)合時產(chǎn)生的能量大部分以光的形式出現(xiàn)，因此而發(fā)光。發(fā)光二極管在制作時，使用的材料有所不同，那么就可以發(fā)出不同顏色的光。發(fā)光二極管的發(fā)光顏色有：紅色光、黃色光、綠色光、紅外光等。常用的發(fā)光二極管使用電路有四種，即直流驅(qū)動電路、交流驅(qū)動電路、脈沖驅(qū)動電路、變色發(fā)光驅(qū)動電路。當它處于正向工作狀態(tài)時（即兩端加上正向電壓），電流從LED陽極流向陰極時，半導(dǎo)體晶體就發(fā)出從紫外到紅外不同顏色的光線，光的強弱和電流有關(guān)。第二章系統(tǒng)實現(xiàn)本設(shè)計任務(wù)的目的為設(shè)計一個計時電子鐘，同時顯示時、分、秒，而且在時分之間和分秒之間加入隨秒信號閃爍的冒號，要求通過鍵盤可以修正時間。該電子鐘有8051、4*6鍵盤、六位數(shù)碼管、四個發(fā)光二級管和外部脈沖電路等構(gòu)成由內(nèi)部定時器T0產(chǎn)生一秒定時，達到時分秒的計時，六十秒為一分鐘，六十分鐘為一小時，滿24小時為一天，之后，時分秒同時清零，開始新的計時。而按鍵S1擁有位選功能，按下S1由輸入脈沖個數(shù)不同，可以實現(xiàn)對時、分、秒的選中功能，通過鍵盤可以達到直接修改的目的。2.1系統(tǒng)框圖鍵盤及脈沖信號鍵盤及脈沖信號數(shù)碼管顯示8051單片機數(shù)碼管顯示8051單片機冒號閃爍冒號閃爍2.2發(fā)光二極管試驗儀上有8只發(fā)光二級管及相應(yīng)驅(qū)動電路，共陰極連接，其輸入端為高電平“1”時，發(fā)光二級管點亮。2.3鍵盤及LED顯示電路顯示控制的位碼由74HC374輸出，經(jīng)ULN2003反向驅(qū)動后，做LED的位選通信號。位選通信號也可以作為鍵盤列掃描碼盤掃描的行數(shù)據(jù)從74HC245讀回，374輸入的列掃描碼經(jīng)245讀出后，用來判斷是否有鍵被按下，374輸出的低電平經(jīng)過按鍵被接到245的端口上，這樣從245讀回的數(shù)據(jù)就會有低位，根據(jù)374輸出的列信號和245讀出的行信號，就可以判斷哪個鍵被按下。LED顯示的段碼由另一個74HC374輸出。將KEY/LEDCS接到相應(yīng)的地址譯碼器上。位碼輸出地址為0X002H，段碼輸出地址為）X004H,鍵盤行碼讀回地址為0X001H，此處X是由KEY/LEDCS決定。例如將KEY/LEDCS接到地址譯碼器CS0上，那么位碼輸出地址就是08002H，段碼輸出地址就是08004H，鍵盤行碼讀回地址為08001H。鍵盤及LED顯示電路第三章軟件實現(xiàn)3.1主程序?qū)崿F(xiàn)主程序主要用于系統(tǒng)的初始化：設(shè)置計時緩沖區(qū)的位置及初值，設(shè)置8051的工作方式、定時器的工作方式和計數(shù)初值等等。主程序流程如下圖所示：開始開始系統(tǒng)初始化系統(tǒng)初始化允許允許T0中斷調(diào)用顯示子程序調(diào)用顯示子程序調(diào)用鍵盤子程序調(diào)用鍵盤子程序3．2定時中斷子程序?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)使用12MHz的晶振，使用定時器T0采用工作方式2，定時器的最大定時時間為0.256ms，遠小于1s，因此本系統(tǒng)采用定時器和軟件循環(huán)結(jié)合的定時方法。定時器采用T0工作在方式2，每個50us溢出一次中斷，則循環(huán)16次延時時間是1s，秒計時60次為1分，分計時60次為一小時，小時計時24次則計時重新從00:00:00開始。計時初值為256-50/1=206=CE所以TH0=CEHTL0=CEH。MCS_51單片機只有二進制加法指令，而時間是按十進制遞增的，因此用加法指令后必須進行二-十進制轉(zhuǎn)換。保護現(xiàn)場T0中斷程序流程圖保護現(xiàn)場自動重裝定時器初值自動重裝定時器初值循環(huán)次數(shù)減1循環(huán)次數(shù)減1滿滿16次？否秒加1秒加1冒號閃爍冒號閃爍滿滿60s？否是秒清秒清0，分加1滿60滿60分？、否是分清分清0，時加1滿滿24時？否時清0時清0返回恢復(fù)現(xiàn)場返回恢復(fù)現(xiàn)場3.3外部中斷子程序?qū)崿F(xiàn)外部中斷T0用于用鍵盤修改當前時間值，當按住S1鍵，由輸入脈沖個數(shù)的不同選中不同的位，按下鍵盤應(yīng)設(shè)定的時間數(shù)值即可修改當前顯示的時間值。T0中斷程序?qū)崿F(xiàn)流程圖開始開始保護現(xiàn)場保護現(xiàn)場中斷中斷6次？是否當前顯示值改變當前顯示值改變恢復(fù)現(xiàn)場恢復(fù)現(xiàn)場返回返回第四章硬件連線連線連接孔1連接孔2注釋1CS0KEY/LEDCS片選2P10發(fā)光二級管L0用作閃爍冒號3P11發(fā)光二級管L2用作閃爍冒號4P12發(fā)光二級管L4用作閃爍冒號5P13發(fā)光二級管L7用作閃爍冒號6P32單脈沖上升沿用于修改時間7P33單脈沖下降沿用于修改時間第五章程序?qū)崿F(xiàn)OUTBITequ08002h;位控制口OUTSEGequ08004h;段控制口INequ08001h;鍵盤讀入口LEDBufequ60h;顯示緩沖Hourequ40hMinuteequ41hSecondequ42hC100usequ43hTickequ10000T100usequ256-50ljmpStartorg0003hljmpint0org000bhT0Int:pushPSWpushACCmova,C100us+1jnzGoondecC100usGoon:decC100us+1mova,C100usorla,C100us+1jnzExitmovC100us,#high(Tick)movC100us+1,#low(Tick)incSecondcplp1.0cplp1.1cplp1.2cplp1.3mova,Secondcjnea,#60,ExitmovSecond,#0incMinutemova,Minutecjnea,#60,ExitmovMinute,#0incHourmova,Hourcjnea,#24,ExitmovHour,#0Exit:popACCpopPSWretiDelay2:;延時子程序movr7,#0lpl:djnzr7,lplretdelay1:movr7,#0DelayLoop:djnzr7,DelayLoopdecajnzdelayloopretLEDMAP:;八段管顯示碼db3fh,06h,5bh,4fh,66h,6dh,7dh,07h,7fh,6fhDisplayLED:movr0,#LEDBufmovr1,#6;共6個八段管movr2,#00100000b;從左邊開始顯示Loop:movdptr,#OUTBITmova,#0movx@dptr,a;關(guān)所有八段管mova,@r0movdptr,#OUTSEGmovx@dptr,amovdptr,#OUTBITmova,r2movx@dptr,acalldelay2mova,r2;顯示下一位rramovr2,aincr0djnzr1,Loopret;===============================================ToLED:movdptr,#LEDMapmovca,@a+dptrretStart:movr6,#0movTMOD,#02h;模式2,定時器movTH0,#T100usmovTL0,#T100usmovtcon,#01hmovIE,#10000011b;EA=1,IT0=1movHour,#0movMinute,#0movSecond,#0movC100us,#high(Tick)movC100us+1,#low(Tick)setbTR0;啟動定時器0MLoop:mova,Hourmovb,#10divabcallToLEDmovLEDBuf,amova,bcallToLEDorla,#80hmovLEDBuf+1,amova,Minutemovb,#10divabcallToLEDmovLEDBuf+2,amova,bcallToLEDorla,#80hmovLEDBuf+3,amova,Secondmovb,#10divabcallToLEDmovLEDBuf+4,amova,bcallToLEDmovLEDBuf+5,acallDisplayLEDjbp3.3,remlincr6mova,#0f0hcalldelay1cjner6,#7,remlmovr6,#0reml:ljmpmloopint0:cjner6,#1,hllcallL2mova,#0calldelay1mova,hourmovb,#10divabmovr3,bmova,r4movb,#10mulabadda,r3movhour,ajmpreturn1;====================HL:cjner6,#2,MHlcallL2mova,#0CALLDelay1mova,HourMOVb,#10divabmovb,#10mulabadda,R4movHour,ajmpreturn1;====================MH:cjner6,#3,MLlcallL2mova,#0CALLDelay1mova,MinuteMOVb,#10divabmovr3,bmova,r4movb,#10mulabadda,r3movMinute,ajmpreturn1;=============ML:cjner6,#4,SHlcallL2mova,#0CALLDelay1mova,MinuteMOVb,#10divabmovb,#10mulabadda,R4movMinute,ajmpreturn1;===================SH:cjner6,#5,SLlcallL2mova,#0CALLDelay1mova,SecondMOVb,#10divabmovr3,bmova,r4movb,#10mulabadda,r3movSecond,ajmpreturn1;=============SL:cjner6,#6,return1lcallL2mova,#10CALLDelay1mova,SecondMOVb,#10divabmulabadda,R4movSecond,areturn1:movr6,#0retI;L2:pushpswpushaccL1:movdptr,#outbitMovr5,#11011111bMova,r5Movx@dptr,aMovdptr,#inMovxa,@dptrJnbacc.3,sevenJnbacc.2,fourJnbacc.1,oneJnbacc.0,zero;==========Movdptr,#outbitMova,r5RraMov