基于某單片機地簡易電子時鐘設(shè)計

1、基于單片機的簡易電子時鐘設(shè)計1 設(shè)計任務(wù)與要求1.1 設(shè)計背景數(shù)字鐘已成為人們?nèi)粘Ｉ钪斜夭豢缮俚谋匦杵?，廣泛用于個人家庭以及辦公室等公共場所，給人們的生活、學(xué)習(xí)、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(jìn)的石英技術(shù)，使數(shù)字鐘具有走時準(zhǔn)確、性能穩(wěn)定、攜帶方便等優(yōu)點，它還用于計時、自動報時及自動控制等各個領(lǐng)域。盡管目前市場上已有現(xiàn)成的數(shù)字鐘集成電路芯片出售，價格便宜、使用也方便，但鑒于單片機的定時器功能也可以完成數(shù)字鐘電路的設(shè)計，因此進(jìn)行數(shù)字鐘的設(shè)計是必要的。在這里我們將已學(xué)過的比較零散的數(shù)字電路的知識有機的、系統(tǒng)的聯(lián)系起來用于實際，來培養(yǎng)我們的綜合分析和設(shè)計電路，寫程序、

2、調(diào)試電路的能力。單片根據(jù)以上的電子時鐘的設(shè)計要求可以分為以下的幾個硬件電路模塊：單片機模塊、數(shù)碼顯示模塊與按鍵模塊，模塊之間的關(guān)系圖如下面得方框電路圖1所示。機具有體積小、功能強可靠性高、價格低廉等一系列優(yōu)點，不僅已成為工業(yè)測控領(lǐng)域普遍采用的智能化控制工具，而且已滲入到人們工作和和生活的各個角落，有力地推動了各行業(yè)的技術(shù)改造和產(chǎn)品的更新?lián)Q代，應(yīng)用前景廣闊。1.2 課程設(shè)計目的(1)鞏固、加深和擴大單片機應(yīng)用的知識面，提高綜合及靈活運用所學(xué)知識解決工業(yè)控制的能力；(2)培養(yǎng)針對課題需要，選擇和查閱有關(guān)手冊、圖表及文獻(xiàn)資料的自學(xué)能力，提高組成系統(tǒng)、編程、調(diào)試的動手能力；(3)過對課題設(shè)計方案的分析

3、、選擇、比較、熟悉單片機用系統(tǒng)開發(fā)、研制的過程，軟硬件設(shè)計的方法、內(nèi)容及步驟。1.3 設(shè)計要求1）時制式為24小時制。2）采用LED數(shù)碼管顯示時、分，秒采用數(shù)字顯示。3）具有方便的時間調(diào)校功能。4）計時穩(wěn)定度高，可精確校正計時精度。2 總體方案設(shè)計 2.1 實現(xiàn)時鐘計時的基本方法利用MCS-51系列單片機的可編程定時/計數(shù)器、中斷系統(tǒng)來實現(xiàn)時鐘計數(shù)。(1) 計數(shù)初值計算:把定時器設(shè)為工作方式1，定時時間為50ms，則計數(shù)溢出20次即得時鐘計時最小單位秒，而100次計數(shù)可用軟件方法實現(xiàn)。假設(shè)使用T/C0，方式1，50ms定時，fosc=12MHz。則初值X滿足（216-X）1/12MHz12s

4、=50000sXB0H(2) 采用中斷方式進(jìn)行溢出次數(shù)累計,計滿20次為秒計時（1秒）；(3) 從秒到分和從分到時的計時是通過累加和數(shù)值比較實現(xiàn)。2.2 電子鐘的時間顯示電子鐘的時鐘時間在六位數(shù)碼管上進(jìn)行顯示，因此，在內(nèi)部RAM中設(shè)置顯示緩沖區(qū)共8個單元。LED8 LED7 LED6 LED5 LED4 LED3 LED2 LED137H 36H 35H 34H 33H 32H 31H 30H時十位 時個位 分隔 分十位 分個位 分隔 秒十位秒個位2.3 電子鐘的時間調(diào)整電子鐘設(shè)置3個按鍵通過程序控制來完成電子鐘的時間調(diào)整。A鍵調(diào)整時；B鍵調(diào)整分；C鍵復(fù)位2.4 總體

5、方案介紹2.4.1 計時方案利用AT89S51單片機內(nèi)部的定時/計數(shù)器進(jìn)行中斷時，配合軟件延時實現(xiàn)時、分、秒的計時。該方案節(jié)省硬件成本，且能使讀者在定時/計數(shù)器的使用、中斷及程序設(shè)計方面得到鍛煉與提高，對單片機的指令系統(tǒng)能有更深入的了解，從而對學(xué)好單片機技術(shù)這門課程起到一定的作用。2.4.2 控制方案AT89S51的P0口和P2口外接由八個LED數(shù)碼管(LED8LED1)構(gòu)成的顯示器，用P0口作LED的段碼輸出口，P2口作八個LED數(shù)碼管的位控輸出線，P1口外接四個按鍵A、B、C構(gòu)成鍵盤電路。AT89S51 是一種低功耗，高性能的CMOS 8位微型計算機。它帶有8K Flash 可編程和擦除的

6、只讀存儲器（EPROM），該器件采用ATMEL的高密度非易失性存儲器技術(shù)制造，與工業(yè)上標(biāo)準(zhǔn)的80C51和80C52的指令系統(tǒng)及引腳兼容，片內(nèi)Flash 集成在一個芯片上，可用與解決復(fù)雜的問題，且成本較低。簡易電子鐘的功能不復(fù)雜，采用其現(xiàn)有的I/O便可完成，所以本設(shè)計中采用此的設(shè)計方案。3 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計根據(jù)以上的電子時鐘的設(shè)計要求可以分為以下的幾個硬件電路模塊：單片機模塊、數(shù)碼顯示模塊與按鍵模塊，模塊之間的關(guān)系圖如下面得方框電路圖1所示。圖1 硬件電路方框圖3.1單片機模塊設(shè)計311 芯片分析AT89C51單片機引腳圖如下：圖2 AT89C51引腳圖MCS-51單片機是標(biāo)準(zhǔn)的40引腳雙列直插

7、式集成電路芯片，其各引腳功能如下：VCC：+5V電源。VSS：接地。RST：復(fù)位信號。當(dāng)輸入的復(fù)位信號延續(xù)兩個機器周期以上的高電平時即為有效，用完成單片機的復(fù)位初始化操作。XTAL1和XTAL2：外接晶體引線端。當(dāng)使用芯片內(nèi)部時鐘時，此二引線端用于外接石英晶體和微調(diào)電容；當(dāng)使用外部時鐘時，用于接外部時鐘脈沖信號。P0口：P0口為一個8位漏極開路雙向I/O口，當(dāng)作輸出口使用時，必須接上拉電阻才能有高電平輸出；當(dāng)作輸入口使用時，必須先向電路中的鎖存器寫入“1”，使FET截止，以避免鎖存器為“0”狀態(tài)時對引腳讀入的干擾。P1口：P1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，它不再需要多路轉(zhuǎn)接電路M

8、UX；因此它作為輸出口使用時，無需再外接上拉電阻，當(dāng)作為輸入口使用時，同樣也需先向其鎖存器寫“1”，使輸出驅(qū)動電路的FET截止。P2口：P2口電路比P1口電路多了一個多路轉(zhuǎn)接電路MUX，這又正好與P0口一樣。P2口可以作為通用的I/O口使用，這時多路轉(zhuǎn)接電路開關(guān)倒向鎖豐存器Q端。P3口：P3口特點在于，為適應(yīng)引腳信號第二功能的需要，增加了第二功能控制邏輯。當(dāng)作為I/O口使用時，第二功能信號引線應(yīng)保持高電平，與非門開通，以維持從鎖存器到輸出端數(shù)據(jù)輸出通路的暢通。當(dāng)輸出第二功能信號時，該位應(yīng)應(yīng)置“1”，使與非門對第二功能信號的輸出是暢通的，從而實現(xiàn)第二功能信號的輸出，具體第二功能如表1所示。3.1

9、.2 晶振電路右圖所示為時鐘電路原理圖，在AT89S51芯片內(nèi)部有一個高增益反相放大器，其輸入端為芯片引腳XTAL1，輸出端為引腳XTAL2。而在芯片內(nèi)部，XTAL1和XTAL2之間跨接晶體振蕩器和微調(diào)電容，從而構(gòu)成一個穩(wěn)定的自激振蕩器。時鐘電路產(chǎn)生的振蕩脈沖經(jīng)過觸發(fā)器進(jìn)行二分頻之后，才成為單片機的時鐘脈沖信號。圖3晶振電路3.1.3 復(fù)位電路單片機復(fù)位的條件是：必須使RST/VPD 或RST引（9）加上持續(xù)兩個機器周期（即24個振蕩周期）的高電平。例如，若時鐘頻率為12 MHz，每機器周期為1s，則只需2s以上時間的高電平，在RST引腳出現(xiàn)高電平后的第二個機器周期執(zhí)行復(fù)位。單片機常見的復(fù)位如

10、圖所示。電路為上電復(fù)位電路，它是利用電容充電來實現(xiàn)的。在接電瞬間，RESET端的電位與VCC相同，隨著充電電流的減少，RESET的電位逐漸下降。只要保證RESET為高電平的時間大于兩個機器周期，便能正常復(fù)位。該電路除具有上電復(fù)位功能外，若要復(fù)位，只需按圖中的RESET鍵，此時電源VCC經(jīng)電阻R1、R2分壓，在RESET端產(chǎn)生一個復(fù)位高電平。圖4單片機復(fù)位電路3.2 數(shù)碼顯示模塊設(shè)計系統(tǒng)采用動態(tài)顯示方式，用P0口來控制LED數(shù)碼管的段控線，而用P2口來控制其位控線。動態(tài)顯示通常都是采用動態(tài)掃描的方法進(jìn)行顯示，即循環(huán)點亮每一個數(shù)碼管，這樣雖然在任何時刻都只有一位數(shù)碼管被點亮，但由于人眼存在視覺殘留

11、效應(yīng)，只要每位數(shù)碼管間隔時間足夠短，就可以給人以同時顯示的感覺。圖5 數(shù)碼顯示電路3.3 按鍵模塊下圖為按鍵模塊電路原理圖，A為復(fù)位鍵，B為時鐘調(diào)控鍵，C為分鐘調(diào)控鍵。 圖 6 按鍵模塊電路原理圖4、系統(tǒng)軟件設(shè)計4.1 軟件設(shè)計分析在編程上，首先進(jìn)行了初始化，定義程序的的入口地址以及中斷的入口地址，在主程序開始定義了一組固定單元用來儲存計數(shù)的時.分.秒，在顯示初值之后，進(jìn)入主循環(huán)。在主程序中，對不同的按鍵進(jìn)行掃描，實現(xiàn)秒表，時間調(diào)整，復(fù)位清零等功能，系統(tǒng)總流程圖如下圖7：圖 7 系統(tǒng)總體流程圖4.2 源程序清單 ORG 0000H MOV 30H,#1 設(shè)置時鐘的起始時間12.00.00，分配

12、顯示數(shù)據(jù)內(nèi)存 MOV 31H,#2 MOV 32H,#0 MOV 33H,#0 MOV 34H,#0 MOV 35H,#0 MOV TMOD,#01 啟動計數(shù)器XS0: SETB TR0 使 TRO位置1 MOV TH0,#00H 計數(shù)器置零 MOV TL0,#00HXS: MOV 40H,#0FEH 掃描控制字初值 MOV DPTR,#TAB 取段碼表地址 MOV P2,40H 從P2口輸出 MOV A,30H 取顯示數(shù)據(jù)到A MOVC A,A+DPTR 查顯示數(shù)據(jù)對應(yīng)段碼 MOV P0,A 段碼放入P0中 LCALL YS1MS 顯示1MS MOV P0,#0FFH PO端口清零 MOV

13、A,40H 取掃描控制字放入A中 RL A A中數(shù)據(jù)循環(huán)左移 MOV 40H,A 放回40H地址段內(nèi) MOV P2,40H MOV A,31H ADD A,#10 進(jìn)位顯示 MOVC A,A+DPTR MOV P0,A LCALL YS1MS MOV P0,#0FFH MOV A,40H RL A MOV 40H,A MOV P2,40H MOV A,32H MOVC A,A+DPTR MOV P0,A LCALL YS1MS MOV P0,#0FFH MOV A,40H RL A MOV 40H,A MOV P2,40H MOV A,33H ADD A,#10 MOVC A,A+DPTR M

14、OV P0,A LCALL YS1MS MOV P0,#0FFH MOV A,40H RL A MOV 40H,A MOV P2,40H MOV A,34H MOVC A,A+DPTR MOV P0,A LCALL YS1MS MOV P0,#0FFH MOV A,40H RL A MOV 40H,A MOV P2,40H MOV A,35H MOVC A,A+DPTR MOV P0,A LCALL YS1MS MOV P0,#0FFH MOV A,40H RL A MOV 40H,A JB TF0,JIA 如果TF0為1時，則執(zhí)行JIA，否則順序執(zhí)行 JNB P1.0,P100 為0則 轉(zhuǎn)移

15、到P100 JNB P1.1,P1000 為0則 轉(zhuǎn)移到P1000 JNB P1.2,P10000 為0則 轉(zhuǎn)移到P10000 AJMP XS 跳轉(zhuǎn)到 XSP100: MOV 30H,#0 清零程序 MOV 31H,#0 MOV 32H,#0 MOV 33H,#0 MOV 34H,#0 MOV 35H,#0JIA: CLR TF0 TF0清零 MOV A,35H 秒單位數(shù)據(jù)到A CJNE A,#9,JIA1 與 9進(jìn)行比較，大于9就轉(zhuǎn)移到JIA1 MOV 35H,0 秒個位清零 MOV A,34H 秒十位數(shù)據(jù)到A CJNE A,#5,JIA10 與5進(jìn)行比較，大于5就轉(zhuǎn)移到JIA10 MOV

16、34H,#0 秒十位清零P10000: JNB P1.2,P10000 為0則 轉(zhuǎn)移到P10000 MOV A,33H 取分的個位到A CJNE A,#9,JIA100 與 9進(jìn)行比較，大于9就轉(zhuǎn)移到JIA100 MOV 33H,#0 分的個位清零 MOV A,32H 分十位數(shù)據(jù)到A CJNE A,#5,JIA1000 與5進(jìn)行比較，大于5就轉(zhuǎn)移到JIA1000 MOV 32H,#0 分的十位清零P1000: JNB P1.1,P1000 為0則 轉(zhuǎn)移到P1000 MOV A,31H 時個位數(shù)據(jù)到A CJNE A,#9,JIA10000 與 9進(jìn)行比較，大于9就轉(zhuǎn)移到JIA10000 MOV

17、31H,#0 時的個位清零 MOV A,30H 時十位數(shù)據(jù)到A CJNE A,#2,JIA 與2進(jìn)行比較，大于5就轉(zhuǎn)移到JIA MOV 30H,#0 時的十位清零 AJMP XS0 轉(zhuǎn)移到 XSOJIA: INC 30H 加1 AJMP XS0 跳轉(zhuǎn)到 XS0JIA10000: CJNE A,#3,JIAJIA 與3進(jìn)行比較，大于則轉(zhuǎn)移到JIAJIA MOV A,30H 將時的十位放到 A CJNE A,#02,JIAJIA 與2進(jìn)行比較，大于則轉(zhuǎn)移到JIAJIA MOV 30H,#0 時段清零 MOV 31H,#0 AJMP XS0 跳轉(zhuǎn)到XSOJIAJIA: INC 31H 加一 AJMP

18、 XS0 JIA1000:INC 32H AJMP XS0JIA100: INC 33H AJMP XS0 JIA10: INC 34H AJMP XS0JIA1: INC 35H AJMP XS0 RET 返回YS1MS: MOV R6,#9H 延時程序YL1: MOV R7,#19H DJNZ R7,$ DJNZ R6,YL1 RETTAB:DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,099H,092H,082H,0F8H,080H,090H 共陽段碼表DB 040H,079H,024H,030H,019H,012H,002H,078H,000H,010H END5 系統(tǒng)仿真與實驗測試5

19、.1 系統(tǒng)仿真運用proteus軟件進(jìn)行仿真現(xiàn)在proteus軟件中建立一個新的文件，再根據(jù)自己的要求選擇所需的器件，把器件進(jìn)行適當(dāng)?shù)呐盼缓筮M(jìn)行連接，連接后運行軟件進(jìn)行仿真。5.2 實驗測試電子時鐘主要的設(shè)計要求是能夠?qū)崿F(xiàn)時鐘的一般功能，以及包括時間的調(diào)整功能，這個基于單片機的電子時鐘基本上實現(xiàn)了上述功能，能夠通過時間調(diào)整電路對時間進(jìn)行調(diào)整以及復(fù)位。下述為18：30：30的仿真圖： 圖8 18：30：30時刻的仿真效果圖6 心得體會單片機作為我們主要的專業(yè)課程之一，我覺得單片機課程設(shè)計很有必要，而且很有意義。但當(dāng)拿到題目時，確實不知道怎么著手，有些迷茫，上網(wǎng)查資料，問老師，在老師的幫助下，歷時

20、兩個星期，解決一個又一個的困難，終于完成任務(wù)。在這次課程設(shè)計中，運用到了很多以前的專業(yè)知識，雖然過去從未獨立應(yīng)用過它們，但在學(xué)習(xí)的過程中帶著問題去學(xué)我發(fā)現(xiàn)效率很高，這是我做這次課程設(shè)計的一大收獲。另外，要做好一個課程設(shè)計，就必須做到：在設(shè)計程序之前，對所用單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)有一個系統(tǒng)的了解，知道該單片機內(nèi)有哪些資源；要有一個清晰的思路和一個完整的的軟件流程圖；在設(shè)計程序時，不能妄想一次就將整個程序設(shè)計好，反復(fù)修改、不斷改進(jìn)是程序設(shè)計的必經(jīng)之路；要養(yǎng)成注釋程序的好習(xí)慣，一個程序的完美與否不僅僅是實現(xiàn)功能，而應(yīng)該讓人一看就能明白你的思路，這樣也為資料的保存和交流提供了方便；在設(shè)計課程過程中遇到問題是

21、很正常德，但我們應(yīng)該將每次遇到的問題記錄下來，并分析清楚，以免下次再碰到同樣的問題的課程設(shè)計結(jié)束了，但是從中學(xué)到的知識會讓我受益終身。發(fā)現(xiàn)、提出、分析、解決問題和實踐能力的提高都會受益于我在以后的學(xué)習(xí)、工作和生活中。設(shè)計過程，好比是我們?nèi)祟惓砷L的歷程，常有一些不如意，但畢竟這是第一次做，難免會遇到各種各樣的問題。在設(shè)計的過程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，對以前所學(xué)過的知識理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固，不能靈活運用。通過這次設(shè)計，我懂得了學(xué)習(xí)的重要性，了解到理論知識與實踐相結(jié)合的重要意義，學(xué)會了堅持、耐心和努力，這將為自己今后的學(xué)習(xí)和工作做出了最好的榜樣。另外，要非常感謝我的指導(dǎo)老師，是她指引我克服一個由一個的困難，讓我學(xué)會對困難無所畏懼，以及對問題的一些很重要的思考方法。我學(xué)會對困難無所畏懼，以及對問題的一些很重要的思考方法。參考文獻(xiàn)1 鄭君里，應(yīng)啟珩，楊為理. 信號與系統(tǒng)（第二版）上冊M. 高等教育出版社,20002 鄭君里，應(yīng)啟珩，楊為理. 信號與系統(tǒng)（第二版）下冊M. 高等教育出版社,20003 譚浩強. C程序設(shè)計（第二版）M. 清華大學(xué)出版社,20034 W.Richar