單片機時鐘課程設計.doc

課 程 設 計 任 務 書1設計目的：本設計包括確定控制任務、系統(tǒng)總體方案設計、硬件系統(tǒng)設計、軟件程序的設計等，以便使學生掌握有關單片機控制的設計思想和設計方法。為學生今后從事單片機控制系統(tǒng)開發(fā)工作打下基礎。學習proteus仿真軟件實現(xiàn)電路的仿真。2設計內(nèi)容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術參數(shù)、條件、設計要求等）： 本課程設計的基本要求是使學生全面掌握單片機控制系統(tǒng)設計的基本理論，熟悉掌握單片機的編程方法，用89C52系列單片機及六位數(shù)碼管顯示時、分、秒，以24小時計時方式運行，能整點提醒（短蜂鳴，次數(shù)代表整點時間），使用按鍵開關可以實現(xiàn)時分調(diào)整、秒表/時鐘功能轉(zhuǎn)換、省電（關閉顯示）、定時設定提醒(蜂鳴器)等功能。3設計工作任務及工作量的要求包括課程設計計算說明書(論文)、圖紙、實物樣品等：1根據(jù)題目要求的指標，通過查閱有關資料，確定系統(tǒng)設計方案，并設計其硬件電路圖。2畫出電路原理圖，分析主要模塊的功能及他們之間的數(shù)據(jù)傳輸和控制關系。3. 用Proteus軟件繪制硬件電路圖并仿真。4. 軟件設計包括流程圖、用匯編語言或C語言對軟件進行編譯，并能通過調(diào)試。 課 程 設 計 任 務 書4主要參考文獻：1.孫涵芳.MCS-51/96系列 單片機原理及應用（修訂版）.北京航空航天大學出版社.1994 2.李朝青.單片機原理及接口技術（第3版）.北京航空航天大學出版社.20055設計成果形式及要求：1. 硬件電路圖2. 軟件流程圖和程序清單3. 編寫課程設計報告。6工作計劃及進度：2014 6月2日 6月5日 查找資料，確定方案6月 6日 6月 8 日 設計硬件電路，繪制電路原理圖6月 9 日 6月11日 軟件設計，并調(diào)試通過6月12日6月13日 編寫課程設計報告，答辯或成績考核負責人審查意見： 簽字： 年 月 日目錄1 引言11.1 設計任務與要求11.2實用價值與理論意義12 設計思路與過程22.1 總體設計思路22.2 硬件設計22.3 軟件設計63 調(diào)試結(jié)果與分析93.1 仿真調(diào)試93.2 硬件調(diào)試94 結(jié)論10附錄A：單片機時鐘實物圖11附錄B：單片機程序源碼12附錄C：PCB圖36參考文獻37中北大學單片機課程設計說明書1 引言1.1 設計任務與要求設計一個基于89C52系列單片機控制的時鐘，實現(xiàn)以下功能：1.1.1 顯示實時單片機控制六位數(shù)碼管顯示時、分、秒，以24小時計時方式運行。1.1.2 整點報時單片機控制蜂鳴器在整點短蜂鳴，次數(shù)代表整點時間。1.1.3 時間調(diào)整使用按鍵開關可以實現(xiàn)時分調(diào)整。1.1.4 秒表功能使用按鍵開關可以實現(xiàn)秒表/時鐘功能轉(zhuǎn)換。1.1.5 節(jié)能模式使用按鍵開關可以實現(xiàn)正常工作/節(jié)能模式（關閉顯示）轉(zhuǎn)換。1.1.6鬧鐘功能使用按鍵開關可以設定鬧鐘時間已經(jīng)鬧鐘開關模式。1.2實用價值與理論意義1.2.1 實用價值數(shù)字鐘能長期、連續(xù)、可靠、穩(wěn)定地下作;同時還具有體積小，功耗低等特點，便于攜帶，使用方便。同時由于數(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，而且大大地擴展了鐘表原先的報時功能，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。使得電子時鐘廣泛應用于個人家庭、車站、碼頭、辦公室等場所的各個角落，已成為人們?nèi)粘Ｉ捴胁豢扇鄙俚谋匦杵贰?.2.2 理論意義通過本課程設計，可以掌握單片機控制系統(tǒng)設計的基本理論以及單片機的編程方法。熟悉掌握有關單片機控制的設計思想和設計方法。2 設計思路與過程2.1 總體設計思路單片機時鐘運行流程如圖2-1所示，根據(jù)該流程圖，把機器人劃分成幾部分分別進行設計。圖2-1單片機時鐘運行流程圖2.2 硬件設計2.2.1 單片機最小系統(tǒng)根據(jù)設計要求，選用STC89C52RC單片機。STC89C52是STC公司生產(chǎn)的一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程Flash存儲器。STC89C52使用經(jīng)典的MCS-51內(nèi)核，但做了很多的改進使得芯片具有傳統(tǒng)51單片機不具備的功能。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash，使得STC89C52為眾多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。 具有以下標準功能：8K字節(jié)Flash，512字節(jié)RAM，32 位I/O 口線，看門狗定時器，內(nèi)置4KB EEPROM，MAX810復位電路，3個16 位定時器/計數(shù)器，4個外部中斷，一個7向量4級中斷結(jié)構(gòu)（兼容傳統(tǒng)51的5向量2級中斷結(jié)構(gòu)），全雙工串行口。另外 STC89C52 可降至0Hz靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU 停止工作，允許RAM、定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復位為止。最高運作頻率35MHz，6T/12T可選。STC89C52RC單片機最小系統(tǒng)如圖2-2所示，包括電源、晶振、單片機、復位電路和上拉電阻。圖2-2單片機最小系統(tǒng)2.2.2 按鍵電路設計STC89C52RC單片機擁有兩個外部中斷輸入端口，外部中斷0和外部中斷1分別對應單片機的P3.2口和P3.3口。本系統(tǒng)的設計思路是按鍵按下時觸發(fā)單片機中斷，進行實時處理，由于用到了八個按鍵，單片機只擁有兩個外部中斷輸入端口，電路中使用了一片74LS21芯片，74LS21是四輸入雙與門芯片，真值表如表2-1所示，按鍵電路如圖2-3所示，當有按鍵按下時，觸發(fā)單片機中斷，然后單片機掃描I/O口，判斷是哪個按鍵按下，進行相應的處理。表2-1 74LS21真值表INPUTOUTPUTYA B C D H H H HL L X X X L X L X XL X X L XL X X X LL，圖2-3按鍵電路2.2.3 數(shù)碼管電路設計LED數(shù)碼管（LED Segment Displays）是由多個發(fā)光二極管封裝在一起組成“8”字型的器件，引線已在內(nèi)部連接完成，只需引出它們的各個筆劃，公共電極。數(shù)碼管實際上是由七個發(fā)光管組成8字形構(gòu)成的，加上小數(shù)點就是8個。這些段分別由字母a,b,c,d,e,f,g,dp來表示。如圖2-4所示。當數(shù)碼管特定的段加上電壓后，這些特定的段就會發(fā)亮，以形成我們眼睛看到的字樣。如：顯示一個“2”字，那么應當是a亮b亮g亮e亮d亮f不亮c不亮dp不亮。LED數(shù)碼管有一般亮和超亮等不同之分，也有0.5寸、1寸等不同的尺寸。小尺寸數(shù)碼管的顯示筆畫常用一個發(fā)光二極管組成，而大尺寸的數(shù)碼管由二個或多個發(fā)光二極管組成，一般情況下，單個發(fā)光二極管的管壓降為1.8V左右，電流不超過30mA。發(fā)光二極管的陽極連接到一起連接到電源正極的稱為共陽數(shù)碼管，發(fā)光二極管的陰極連接到一起連接到電源負極的稱為共陰數(shù)碼管。常用LED數(shù)碼管顯示的數(shù)字和字符是0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F。本系統(tǒng)采用了一塊四位八段和一塊二位八段共陰數(shù)碼管，采用74HC573分時輸出位碼和段碼，驅(qū)動能力最大35mA，可以勝任驅(qū)動數(shù)碼管。74HC573真值表如圖2-5所示。數(shù)碼管電路如圖2-6所示。圖2-4 數(shù)碼管 圖2-5 74HC573真值表 圖2-6 數(shù)碼管電路2.2.4 蜂鳴器電路設計由于蜂鳴器的工作電流一般比較大，以至于單片機的I/O口是無法直接驅(qū)動的，所以要利用放大電路來驅(qū)動，一般使用三極管來放大電流就可以了。蜂鳴器電路如圖2-7所示。圖2-7 蜂鳴器電路2.2.5 電源設計系統(tǒng)采用3節(jié)額定電壓是1.5V的干電池供電，3節(jié)電池串聯(lián)后，實測電壓4.9V，由于本系統(tǒng)的額定電壓是5V，所以可以勝任為本系統(tǒng)供電。2.3 軟件設計2.3.1 單片機編程軟件Keil C51是美國Keil Software公司出品的51系列兼容單片機C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比，C語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護性上有明顯的優(yōu)勢，因而易學易用。Keil提供了包括C編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個功能強大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案，通過一個集成開發(fā)環(huán)境（uVision）將這些部分組合在一起。運行Keil軟件需要WIN98、NT、WIN2000、WINXP等操作系統(tǒng)。如果你使用C語言編程，那么Keil幾乎就是你的不二之選，即使不使用C語言而僅用匯編語言編程，其方便易用的集成環(huán)境、強大的軟件仿真調(diào)試工具也會令你事半功倍。2009年2月發(fā)布Keil uVision4，Keil uVision4引入靈活的窗口管理系統(tǒng)，使開發(fā)人員能夠使用多臺監(jiān)視器，并提供了視覺上的表面對窗口位置的完全控制的任何地方。新的用戶界面可以更好地利用屏幕空間和更有效地組織多個窗口，提供一個整潔，高效的環(huán)境來開發(fā)應用程序。新版本支持更多最新的ARM芯片，還添加了一些其他新功能。界面如圖2-8所示。圖2-8 Keil uVision4界面2.3.2 單片機仿真軟件Proteus軟件是英國Lab Center Electronics公司出版的EDA工具軟件（該軟件中國總代理為廣州風標電子技術有限公司）。它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機及外圍器件。它是目前比較好的仿真單片機及外圍器件的工具。雖然目前國內(nèi)推廣剛起步，但已受到單片機愛好者、從事單片機教學的教師、致力于單片機開發(fā)應用的科技工作者的青睞。2.3.3 單片機程序流程圖STC89C52RC單片機擁有兩個16位定時/計數(shù)器，本系統(tǒng)用定時器0產(chǎn)生秒信號，裝入初值15536，則定時器溢出時為50ms，每溢出20次，產(chǎn)生一個秒信號，定時器中斷服務函數(shù)流程圖如圖2-9所示。圖2-9 時間算法流程圖3 調(diào)試結(jié)果與分析3.1 仿真調(diào)試在Proteus中連接如圖3-1所示電路，把編譯正確的程序進行仿真運行，經(jīng)過仿真分析，系統(tǒng)實現(xiàn)了全部的設計要求。圖3-1 仿真調(diào)試圖3.2 硬件調(diào)試按照如圖3-1所示電路設計并制作PCB，焊接元器件，然后把程序燒寫進單片機里，進行調(diào)試，經(jīng)過調(diào)試，系統(tǒng)實現(xiàn)了全部的設計要求。系統(tǒng)使用指南如表3-1所示。表3-1 使用指南按鍵編號功能按鍵編號功能1打開/關閉鬧鐘5時加1/秒表開始/秒表暫停2鬧鐘時間/實時切換6時減1/秒表復位3秒表/實時切換7分加14開啟/關閉節(jié)能模式8分減1 4 結(jié)論 經(jīng)過兩周的單片機課程設計，在自己的努力和老師的幫助下，成功完成了設計任務單片機時鐘。老師為我們提供了課程設計所需的儀器、工具和元器件，然后自己一步一步進行設計：首先，弄清楚了設計任務，設計一個單片機時鐘，實現(xiàn)6個功能；然后，經(jīng)過分析研究，提出了總體設計思路，分模塊進行設計，繪制原理圖，畫出程序流程圖，編寫單片機程序，在仿真軟件里進行仿真。仿真正確后，制作PCB，焊接元器件，燒寫程序，再次進行調(diào)試。最后，系統(tǒng)調(diào)試成功。附錄A：單片機時鐘實物圖附錄B：單片機程序源碼/*File name ：main.cAuthor ：GuojianxinDate ：05/06/2014Description ：數(shù)字鐘主程序，首先初始化變量、I/O口、外設， 然后單片機進入無條件循環(huán)，若中斷觸發(fā)，則進行實時處理。History ： 1. Author ：Guojianxin Date ：05/06/2014 Description ： 2. Author ：Guojianxin Date ：05/06/2014 Description ：*/ Start/*包含頭文件*/#include #include #include #include #include /*主程序入口參數(shù)：無；返回值：無*/void main(void)Timer_Init( );/定時器初始化Keyboard_Init( );/按鍵初始化Display_Init( );/數(shù)碼管顯示初始化EN_Bell = 1;/關閉蜂鳴器while(1)/無條件循環(huán)Display_Updata( );/數(shù)碼管顯示更新/*File name ：delay.hAuthor ：GuojianxinDate ：05/06/2014Description ：數(shù)字鐘頭文件，申明delay.c中的全局函數(shù)、全局變量History ： 1. Author ：Guojianxin Date ：05/06/2014 Description ： 2. Author ：Guojianxin Date ：05/06/2014 Description ：*/ Start#ifndef _DELAY_H_ /作用：防止delay.h被重復引用#define _DELAY_H_/*uS延時函數(shù)*/extern void DelayUs(unsigned char t); /全局函數(shù)申明/*mS延時函數(shù)*/extern void DelayMs(unsigned char t); /全局函數(shù)申明#endif/ No more/*File name ：delay.cAuthor ：GuojianxinDate ：05/06/2014Description ：數(shù)字鐘簡單延時函數(shù)History ： 1. Author ：Guojianxin Date ：05/06/2014 Description ： 2. Author ：Guojianxin Date ：05/06/2014 Description ：*/ Start/*包含頭文件*/#include #include #include #include #include /*大致延時2uS*/void DelayUs(unsigned char t) while(-t);/*大致延時1mS*/void DelayMs(unsigned char t) while(t-) DelayUs(245);DelayUs(245);/*File name ：display.hAuthor ：GuojianxinDate ：05/06/2014Description ：數(shù)字鐘頭文件，申明display.c中的全局函數(shù)、全局變量History ： 1. Author ：Guojianxin Date ：05/06/2014 Description ： 2. Author ：Guojianxin Date ：05/06/2014 Description ：*/ Start#ifndef _DISPLAY_H_ /作用：防止display.h被重復引用#define _DISPLAY_H_sbit LATCH1 = P07;/數(shù)碼管段鎖存sbit LATCH2 = P06;/數(shù)碼管位鎖存extern bit EN_Dis,Open_Alarm;/全局變量申明extern unsigned char EN_Play;/*數(shù)碼管顯示初始化程序*/extern void Display_Init(void);/全局函數(shù)申明/*數(shù)碼管顯示更新程序*/extern void Display_Updata(void);/全局函數(shù)申明#endif/ No more/*File name ：display.cAuthor ：GuojianxinDate ：05/06/2014Description ：數(shù)字鐘數(shù)碼管顯示程序，通過兩個74HC573和兩個片選信號， 分時輸出段碼和位碼。History ： 1. Author ：Guojianxin Date ：05/06/2014 Description ： 2. Author ：Guojianxin Date ：05/06/2014 Description ：*/ Start/*包含頭文件*/#include #include #include #include #include /*定義常量*/unsigned char code Table_Duan10 = 0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f;/顯示段碼值09unsigned char code Table_Wei6 = 0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf;/分別對應相應的數(shù)碼管點亮,即位碼/*定義變量*/unsigned char Table_Dis6 = 0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00;unsigned char j,EN_Play;/數(shù)碼管位計數(shù)、顯示模式標志bit EN_Dis;/節(jié)能模式標志bit Open_Alarm;/鬧鐘打開標志/*數(shù)碼管顯示初始化程序入口參數(shù)：無；返回值：無*/void Display_Init(void)j = 0;s = 0;m = 0;h = 0;s_1 = 0;m_1 = 0;h_1 = 0;s_2 = 0;m_2 = 0;h_2 = 0;Open_Alarm = 0;EN_Dis = 1;EN_Play = 0x00;Count_Bell = 0;/*數(shù)碼管段碼計算程序入口參數(shù)：無；返回值：無*/void Display_Actual(void) /實時Table_Dis5 = s%10;Table_Dis4 = s/10;Table_Dis3 = m%10;Table_Dis2 = m/10;Table_Dis1 = h%10;Table_Dis0 = h/10;void Display_Stopwatch(void) /秒表Table_Dis5 = s_1%10;Table_Dis4 = s_1/10;Table_Dis3 = m_1%10;Table_Dis2 = m_1/10;Table_Dis1 = h_1%10;Table_Dis0 = h_1/10;void Display_Alarm(void) /鬧鐘Table_Dis5 = s_2%10;Table_Dis4 = s_2/10;Table_Dis3 = m_2%10;Table_Dis2 = m_2/10;Table_Dis1 = h_2%10;Table_Dis0 = h_2/10;/*數(shù)碼管顯示更新程序入口參數(shù)：無；返回值：無*/void Display_Updata(void)if(EN_Dis)switch(EN_Play)/顯示模式選擇case 0x00:Display_Actual( );break;/實時case 0x01:Display_Stopwatch( );break;/秒表case 0x02:Display_Alarm( );break;/鬧鐘default:;break;for(j = 0;j 6;j+)P2 = Table_Weij; /取位碼 LATCH2=1; /位鎖存 LATCH2=0;if(j = 1)|(j = 3)P2 = Table_DuanTable_Disj|0x80; /取段碼else P2 = Table_DuanTable_Disj; /取段碼 LATCH1=1; /段鎖存 LATCH1=0;DelayMs(2);elseP2 = 0xff;LATCH1 = 1; LATCH2 = 1;/*File name ：keyboard.hAuthor ：GuojianxinDate ：05/06/2014Description ：數(shù)字鐘頭文件，申明keyboard.c中的全局函數(shù)、全局變量History ： 1. Author ：Guojianxin Date ：05/06/2014 Description ： 2. Author ：Guojianxin Date ：05/06/2014 Description ：*/ Start#ifndef _KEYBOARD_H_ /作用：防止keyboard.h被重復引用#define _KEYBOARD_H_/*按鍵初始化程序*/extern void Keyboard_Init(void);/全局函數(shù)申明#endif/ No more/*File name ：keyboard.cAuthor ：GuojianxinDate ：05/06/2014Description ：數(shù)字鐘按鍵處理函數(shù) History ： 1. Author ：Guojianxin Date ：05/06/2014 Description ： 2. Author ：Guojianxin Date ：05/06/2014 Description ：*/ Start/*包含頭文件*/#include #include #include #include #include /*按鍵初始化程序入口參數(shù)：無；返回值：無*/void Keyboard_Init(void)EA = 1;IE0 = 0;/外部中斷0清零IT0 = 1;/下降沿觸發(fā)EX0 = 1;/外部中斷0允許IE1 = 0;/外部中斷1清零IT1 = 1;/下降沿觸發(fā)EX1 = 1;/外部中斷1允許void Open_Stopwatch(void) /秒表開始或暫停工作 ET1 = ET1;/開定時器1中斷TR1 = TR1;/允許定時器1工作TF1 = 0;/定時器1溢出標志清零void Res_Stopwatch(void) /秒表復位ET1 = 0;/關定時器1中斷TR1 = 0;/禁止定時器1工作TF1 = 0;/定時器1溢出標志清零s_1 = 0;m_1 = 0;h_1 = 0;/*外部中斷0中斷服務程序*/void Int_0(void) interrupt 0DelayMs(15);/延時去抖if(EN_Play = 0x00) /實時switch(P1&0xf0)case 0xe0:if(h 0)h-;break;/時減1case 0xb0:if(m 0)m-;break;/分減1default:;break;if(EN_Play = 0x01) /秒表switch(P1&0xf0)case 0xe0:Open_Stopwatch( );break;/秒表開始或暫停工作case 0xd0:Res_Stopwatch( );break;/秒表復位default:;break;if(EN_Play = 0x02)/鬧鐘設定switch(P1&0xf0)case 0xe0:if(h_2 0)h_2-;break;/時減1case 0xb0:if(m_2 0)m_2-;break;/分減1default:;break;IE0 = 0;/中斷清零void EN_Stopwatch(void)/秒表/實時切換if(EN_Play = 0x01)EN_Play = 0x00;elseEN_Play = 0x01;void EN_Alarm(void) /鬧鐘/實時切換if(EN_Play = 0x02)EN_Play = 0x00;elseEN_Play = 0x02;void Sel_Alarm(void) /鬧鐘/實時切換Open_Alarm = Open_Alarm;if(Open_Alarm)s_2 = 0x01;elses_2 = 0x00;EN_Bell = 1;/關閉蜂鳴器void Int_1(void) interrupt 2DelayMs(15);/延時去抖switch(P1&0x0f)case 0x0e:EN_Dis = EN_Dis;break;/打開或關閉節(jié)能模式case 0x0d:EN_Stopwatch( );break;/秒表/實時切換case 0x0b:EN_Alarm( );break;/鬧鐘/實時切換case 0x07:Sel_Alarm( );break;/打開或關閉鬧鐘default:;break;IE1 = 0;/中斷清零/*File name ：timer.hAuthor ：GuojianxinDate ：05/06/2014Description ：數(shù)字鐘頭文件，申明timer.c中的全局函數(shù)、全局變量History ： 1. Author ：Guojianxin Date ：05/06/2014 Description ： 2. Author ：Guojianxin Date ：05/06/2014 Description ：*/ Start#ifndef _TIMER_H_ /作用：防止timer.h被重復引用#define _TIMER_H_sbit EN_Bell = P35;/蜂鳴器控制端口/*定時器初始化程序*/extern void Timer_Init(void);/全局函數(shù)申明extern unsigned char s,m,h,Count_Bell;/全局變量申明extern unsigned char s_1,m_1,h_1;extern unsigned char s_2,m_2,h_2;#endif/ No more/*File name ：timer.cAuthor ：GuojianxinDate ：05/06/2014Description ：數(shù)字鐘定時器程序，History ： 1. Author ：Guojianxin Date ：05/06/2014 Description ： 2. Author ：Guojianxin Date ：0