基于單片機(jī)系統(tǒng)的電子鐘設(shè)計(jì)

1、課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)學(xué)院_專(zhuān)業(yè)_班級(jí)_姓名_一、 課程設(shè)計(jì)題目：_二、 課程設(shè)計(jì)主要參考資料：(1)_(2)_(3)_(4)_三、 課程設(shè)計(jì)應(yīng)解決的主要問(wèn)題：(1)_(2)_(3)_(4)_四、 課程設(shè)計(jì)相關(guān)附件(如：圖紙、軟件等)：(1)_(2)_(3)_(4)_五、 課程設(shè)計(jì)開(kāi)始日期：_ 課程設(shè)計(jì)完成日期：_指導(dǎo)老師簽字：_指導(dǎo)老師對(duì)課程設(shè)計(jì)的評(píng)語(yǔ) 指導(dǎo)老師簽字：_ _年_月_日 基于單片機(jī)系統(tǒng)的電子鐘設(shè)計(jì)一、引言3二、總體設(shè)計(jì)42.1電子鐘系統(tǒng)硬件組成42.1.1、AT89S51單片機(jī)簡(jiǎn)介52.1.2、74HC164芯片簡(jiǎn)介82.1.3、8段共陽(yáng)數(shù)碼管簡(jiǎn)介122.2、設(shè)計(jì)原理圖132.3 設(shè)計(jì)

2、綜述14三、程序設(shè)計(jì)143.1程序框圖143.2、程序的主要模塊153.2.1、初始化程序153.2.2、中斷服務(wù)子程序163.2.3、顯示程序173.2.4、主函數(shù)17四、電路實(shí)現(xiàn)20五、設(shè)計(jì)總結(jié)22六、附錄：程序清單23一、 引言單片機(jī)是一種集成在電路芯片，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(jī)存儲(chǔ)器RAM、只讀存儲(chǔ)器ROM、多種I/O口和中斷系統(tǒng)、定時(shí)器/計(jì)時(shí)器等功能（可能還包括顯示驅(qū)動(dòng)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(gè)小而完善的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。單片機(jī)因?qū)⑵渲饕M成部分集成在一個(gè)芯片上而得名，就是把中央處理器、隨機(jī)存

3、儲(chǔ)器、只讀存儲(chǔ)器、中斷系統(tǒng)、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器以及I/O接口電路等部件集成在一個(gè)芯片上。 目前單片機(jī)滲透到我們生活的各個(gè)領(lǐng)域，幾乎很難找到哪個(gè)領(lǐng)域沒(méi)有單片機(jī)的蹤跡。導(dǎo)彈的導(dǎo)航裝置，飛機(jī)上各種儀表的控制，計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)通訊與數(shù)據(jù)傳輸，工業(yè)自動(dòng)化過(guò)程的實(shí)時(shí)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(chē)的安全保障系統(tǒng)，錄像機(jī)、攝像機(jī)、全自動(dòng)洗衣機(jī)的控制，以及程控玩具、電子寵物等等，這些都離不開(kāi)單片機(jī)。更不用說(shuō)自動(dòng)控制領(lǐng)域的機(jī)器人、智能儀表、醫(yī)療器械了。因此，單片機(jī)的學(xué)習(xí)、開(kāi)發(fā)與應(yīng)用將造就一批計(jì)算機(jī)應(yīng)用與智能化控制的科學(xué)家、工程師。單片機(jī)具有體積小、功能多、價(jià)格低廉、使用方便、系統(tǒng)設(shè)計(jì)靈活等優(yōu)點(diǎn)。在

4、我國(guó)，單片機(jī)的開(kāi)發(fā)應(yīng)用已有15年左右，已經(jīng)形成一支龐大的技術(shù)開(kāi)發(fā)隊(duì)伍，為我國(guó)單片機(jī)應(yīng)用積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。隨著電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)芯片技術(shù)和微電子技術(shù)的飛速發(fā)展促進(jìn)了單片機(jī)技術(shù)一日千里的變化。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的飛速發(fā)展，以及移動(dòng)通信、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、多媒體技術(shù)在嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，單片機(jī)從4位、8位、16位到32位，其發(fā)展歷程一直受到廣大電子愛(ài)好者的極大關(guān)注。單片機(jī)功能越來(lái)越強(qiáng)大，價(jià)格卻不斷下降的優(yōu)勢(shì)無(wú)疑成為嵌入式系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)的首選，同時(shí)單片機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大也使得更多人加入到基于單片機(jī)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)行列中，推動(dòng)著單片機(jī)技術(shù)的創(chuàng)新進(jìn)步。數(shù)字鐘采用數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)對(duì)“時(shí)”、“分”、“秒”數(shù)字顯示的計(jì)時(shí)裝置。數(shù)字鐘的

5、精度、穩(wěn)定度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)老式機(jī)械鐘。在這次設(shè)計(jì)中，以AT89S51為核心采用LED數(shù)碼管顯示時(shí)、分、秒，以24小時(shí)計(jì)時(shí)方式，根據(jù)數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示原理來(lái)進(jìn)行顯示，用6MHz的晶振產(chǎn)生振蕩脈沖，定時(shí)器計(jì)數(shù)。在此次設(shè)計(jì)中，電路具有顯示時(shí)間的其本功能，還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)時(shí)間的調(diào)整以及顯示年月日及其的調(diào)整。二、總體設(shè)計(jì)2.1電子鐘系統(tǒng)硬件組成電子鐘系統(tǒng)硬件主要由AT89S51單片機(jī)、移位寄存器74HC164、七段數(shù)碼管等元器件組成。AT89S51單片機(jī)C源程序74HC164七段數(shù)碼管顯示按鍵輸入2.1.1、AT89S51單片機(jī)簡(jiǎn)介AT89S51 為 ATMEL 所生產(chǎn)的可電氣燒錄清洗的 8051 相容單芯片，其內(nèi)部

6、程序代碼容量為4KB（一）、AT89S51主要功能列舉如下：1、為一般控制應(yīng)用的 8 位單芯片2、晶片內(nèi)部具時(shí)鐘振蕩器（傳統(tǒng)最高工作頻率可至 12MHz）3、內(nèi)部程式存儲(chǔ)器（ROM）為 4KB4、內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM）為 128B5、外部程序存儲(chǔ)器可擴(kuò)充至 64KB6、外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器可擴(kuò)充至 64KB7、32 條雙向輸入輸出線(xiàn)，且每條均可以單獨(dú)做 I/O 的控制8、5 個(gè)中斷向量源9、2 組獨(dú)立的 16 位定時(shí)器10、1 個(gè)全多工串行通信端口11、8751 及 8752 單芯片具有數(shù)據(jù)保密的功能12、單芯片提供位邏輯運(yùn)算指令（二）、AT89S51各引腳功能介紹：VCC：AT89S51 電源正

7、端輸入，接+5V。VSS：電源地端。XTAL1：?jiǎn)涡酒到y(tǒng)時(shí)鐘的反相放大器輸入端。XTAL2：系統(tǒng)時(shí)鐘的反相放大器輸出端，一般在設(shè)計(jì)上只要在 XTAL1 和 XTAL2 上接上一只石英振蕩晶體系統(tǒng)就可以動(dòng)作了，此外可以在兩引腳與地之間加入一 20PF 的小電容，可以使系統(tǒng)更穩(wěn)定，避免噪聲干擾而死機(jī)。RESET：AT89S51的重置引腳，高電平動(dòng)作，當(dāng)要對(duì)晶片重置時(shí)，只要對(duì)此引腳電平提升至高電平并保持兩個(gè)機(jī)器周期以上的時(shí)間，AT89S51便能完成系統(tǒng)重置的各項(xiàng)動(dòng)作，使得內(nèi)部特殊功能寄存器之內(nèi)容均被設(shè)成已知狀態(tài)，并且至地址0000H處開(kāi)始讀入程序代碼而執(zhí)行程序。EA/Vpp：EA為英文Extern

8、al Access的縮寫(xiě)，表示存取外部程序代碼之意，低電平動(dòng)作，也就是說(shuō)當(dāng)此引腳接低電平后，系統(tǒng)會(huì)取用外部的程序代碼（存于外部EPROM中）來(lái)執(zhí)行程序。因此在8031及8032中，EA引腳必須接低電平，因?yàn)槠鋬?nèi)部無(wú)程序存儲(chǔ)器空間。如果是使用 8751 內(nèi)部程序空間時(shí)，此引腳要接成高電平。此外，在將程序代碼燒錄至8751內(nèi)部EPROM時(shí)，可以利用此引腳來(lái)輸入21V的燒錄高壓（Vpp）。ALE/PROG：ALE是英文Address Latch Enable的縮寫(xiě)，表示地址鎖存器啟用信號(hào)。AT89S51可以利用這支引腳來(lái)觸發(fā)外部的8位鎖存器（如74LS373），將端口0的地址總線(xiàn)（A0A7）鎖進(jìn)鎖存

9、器中，因?yàn)锳T89S51是以多工的方式送出地址及數(shù)據(jù)。平時(shí)在程序執(zhí)行時(shí)ALE引腳的輸出頻率約是系統(tǒng)工作頻率的1/6，因此可以用來(lái)驅(qū)動(dòng)其他周邊晶片的時(shí)基輸入。此外在燒錄8751程序代碼時(shí)，此引腳會(huì)被當(dāng)成程序規(guī)劃的特殊功能來(lái)使用。PSEN：此為Program Store Enable的縮寫(xiě)，其意為程序儲(chǔ)存啟用，當(dāng)8051被設(shè)成為讀取外部程序代碼工作模式時(shí)（EA=0），會(huì)送出此信號(hào)以便取得程序代碼，通常這支腳是接到EPROM的OE腳。AT89S51可以利用PSEN及RD引腳分別啟用存在外部的RAM與EPROM，使得數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器與程序存儲(chǔ)器可以合并在一起而共用64K的定址范圍。PORT0（P0.0P0.

10、7）：端口0是一個(gè)8位寬的開(kāi)路汲極（Open Drain）雙向輸出入端口，共有8個(gè)位，P0.0表示位0，P0.1表示位1，依此類(lèi)推。其他三個(gè)I/O端口（P1、P2、P3）則不具有此電路組態(tài)，而是內(nèi)部有一提升電路，P0在當(dāng)做I/O用時(shí)可以推動(dòng)8個(gè)LS的TTL負(fù)載。如果當(dāng)EA引腳為低電平時(shí)（即取用外部程序代碼或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器），P0就以多工方式提供地址總線(xiàn)（A0A7）及數(shù)據(jù)總線(xiàn)（D0D7）。設(shè)計(jì)者必須外加一鎖存器將端口0送出的地址栓鎖住成為A0A7，再配合端口2所送出的A8A15合成一完整的16位地址總線(xiàn)，而定址到64K的外部存儲(chǔ)器空間。PORT2（P2.0P2.7）：端口2是具有內(nèi)部提升電路的雙向I

11、/O端口，每一個(gè)引腳可以推動(dòng)4個(gè)LS的TTL負(fù)載，若將端口2的輸出設(shè)為高電平時(shí)，此端口便能當(dāng)成輸入端口來(lái)使用。P2除了當(dāng)做一般I/O端口使用外，若是在AT89S51擴(kuò)充外接程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，也提供地址總線(xiàn)的高字節(jié)A8A15，這個(gè)時(shí)候P2便不能當(dāng)做I/O來(lái)使用了。PORT1（P1.0P1.7）：端口1也是具有內(nèi)部提升電路的雙向I/O端口，其輸出緩沖器可以推動(dòng)4個(gè)LS TTL負(fù)載，同樣地若將端口1的輸出設(shè)為高電平，便是由此端口來(lái)輸入數(shù)據(jù)。如果是使用8052或是8032的話(huà)，P1.0又當(dāng)做定時(shí)器2的外部脈沖輸入腳，而P1.1可以有T2EX功能，可以做外部中斷輸入的觸發(fā)腳位。PORT3（P3.

12、0P3.7）：端口3也具有內(nèi)部提升電路的雙向I/O端口，其輸出緩沖器可以推動(dòng)4個(gè)TTL負(fù)載，同時(shí)還多工具有其他的額外特殊功能，包括串行通信、外部中斷控制、計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)控制及外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器內(nèi)容的讀取或?qū)懭肟刂频裙δ堋Ｆ湟_分配如下：P3.0：RXD，串行通信輸入。P3.1：TXD，串行通信輸出。P3.2：INT0，外部中斷0輸入。P3.3：INT1，外部中斷1輸入。P3.4：T0，計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)器0輸入。P3.5：T1，計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)器1輸入。P3.6：WR：外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的寫(xiě)入信號(hào)。P3.7：RD，外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的讀取信號(hào)。2.1.2、74HC164芯片簡(jiǎn)介8 位串入、并出移位寄存器1. 概述74HC164、

13、74HCT164 是高速硅門(mén) CMOS 器件，與低功耗肖特基型 TTL (LSTTL) 器件的引腳兼容。74HC164、74HCT164 是 8 位邊沿觸發(fā)式移位寄存器，串行輸入數(shù)據(jù)，然后并行輸出。數(shù)據(jù)通過(guò)兩個(gè)輸入端（DSA 或 DSB）之一串行輸入；任一輸入端可以用作高電平使能端，控制另一輸入端的數(shù)據(jù)輸入。兩個(gè)輸入端或者連接在一起，或者把不用的輸入端接高電平，一定不要懸空。時(shí)鐘 (CP) 每次由低變高時(shí)，數(shù)據(jù)右移一位，輸入到 Q0， Q0 是兩個(gè)數(shù)據(jù)輸入端（DSA 和 DSB）的邏輯與，它將上升時(shí)鐘沿之前保持一個(gè)建立時(shí)間的長(zhǎng)度。主復(fù)位 (MR) 輸入端上的一個(gè)低電平將使其它所有輸入端都無(wú)效，

14、同時(shí)非同步地清除寄存器，強(qiáng)制所有的輸出為低電平。2. 特性 門(mén)控串行數(shù)據(jù)輸入 異步中央復(fù)位 符合 JEDEC 標(biāo)準(zhǔn) no. 7A 靜電放電 (ESD) 保護(hù)：HBM EIA/JESD22-A114-B 超過(guò) 2000 VMM EIA/JESD22-A115-A 超過(guò) 200 V 。 多種封裝形式 額定從 -40 C 至 +85 C 和 -40 C 至 +125 C 。3. 功能圖圖 1. 邏輯符號(hào)圖 2. IEC 邏輯符號(hào)圖 3. 邏輯圖圖 4. 功能圖4. 引腳信息圖 5. DIP14、SO14、SSOP14 和 TSSOP14 封裝的引腳配置引腳說(shuō)明符號(hào)引腳說(shuō)明DSA1數(shù)據(jù)輸入DSB1數(shù)據(jù)

15、輸入Q0Q336輸出GND7地 (0 V)CP8時(shí)鐘輸入（低電平到高電平邊沿觸發(fā)）/M/R9中央復(fù)位輸入（低電平有效）Q4Q71013輸出VCC14正電源羅畝的筆記5. 功能表工作模式輸入輸出/M/RCPDSADSBQ0Q1 至 Q7復(fù)位（清除）LLXXLL 至 L移位HllLq0 至 q6HlhLq0 至 q6HhlLq0 至 q6HhHHq0 至 q6H = HIGH（高）電平h = 先于低-至-高時(shí)鐘躍變一個(gè)建立時(shí)間 (set-up time) 的 HIGH（高）電平L = LOW（低）電平l = 先于低-至-高時(shí)鐘躍變一個(gè)建立時(shí)間 (set-up time) 的 LOW（低）電平q =

16、 小寫(xiě)字母代表先于低-至-高時(shí)鐘躍變一個(gè)建立時(shí)間的參考輸入 (referenced input) 的狀態(tài) = 低-至-高時(shí)鐘躍變 2.1.3、8段共陽(yáng)數(shù)碼管簡(jiǎn)介 8段共陽(yáng)數(shù)碼管，A,B,C,D,E,F,G,DP端為低電平時(shí)，相應(yīng)端數(shù)碼管段發(fā)光。2.2、設(shè)計(jì)原理圖2.3 設(shè)計(jì)綜述本設(shè)計(jì)采用AT89S51單片機(jī)為核心，采用串行移位方式輸出數(shù)據(jù)到7段數(shù)碼管顯示，接6個(gè)七段數(shù)碼管采用6個(gè)74LS164移位寄存器串聯(lián)將串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)并行輸出。內(nèi)部中斷采用定時(shí)器T0，結(jié)合軟件計(jì)數(shù)。3個(gè)按鍵接P0口，采用循環(huán)檢測(cè)方式檢測(cè)按鍵輸入。3個(gè)按鍵分別控制顯示模式，時(shí)間數(shù)值的調(diào)整。三、程序設(shè)計(jì)3.1程序框圖初始化顯示按鍵

17、判斷調(diào)時(shí)按下mod按鍵調(diào)分調(diào)秒增加減少增加減少增加減少按下mod按鍵按下mod按鍵按下mod按鍵3.2、程序的主要模塊3.2.1、初始化程序void init(void) TMOD=0x01; TL0=(65536-/2)%256; TH0=(65536-/2)/256; TR0=1; ET0=1; EA=1; SCON=0x00;初始化程序完成程序初始化任務(wù)，設(shè)置各變量的初值，采用T0定時(shí)器計(jì)時(shí)，中斷一次時(shí)間為0.1s，計(jì)數(shù)10次為1s。3.2.2、中斷服務(wù)子程序void T0_int(void) interrupt 1 using 1 TL0=(65536-/2)%256; TH0=(65

18、536-/2)/256; Int_timers+;if(Int_timers=5)Flash_flag =1;elseFlash_flag=0;if(Int_timers=10) Int_timers=0; Sec+; if(Sec=60) Sec=0; Min+; if(Min=60) Min=0; Hour+; if(Hour=24) Hour=0; ; ; ;程序進(jìn)入定時(shí)器中斷后，重新裝填計(jì)數(shù)初值，若經(jīng)過(guò)0.5s，改變半秒標(biāo)志。中斷記滿(mǎn)10次后為一秒。經(jīng)60秒后為1分，以此類(lèi)推。3.2.3、顯示程序void display(void) unsigned char i; for(i=0;i

19、6;i+) SBUF=DispBufi;while(TI=0); /等待發(fā)送完畢TI=0; /把發(fā)送完標(biāo)志清掉以備下次再用 顯示程序把顯示緩沖區(qū)中的數(shù)發(fā)到串行口輸出。循環(huán)檢測(cè)來(lái)保證數(shù)據(jù)不被覆蓋。3.2.4、主函數(shù)main() init(); for(;) / if(DisPlay_Back!=Flash_flag) /是否顯示？ ChangeToDispCode(); DisPlay_Back=Flash_flag; /顯示過(guò)后要半秒后再顯示 if(Flash_flag) /更新雙點(diǎn)閃爍 if(point!=0) switch(point) case(1):DispBuf0=0xff;Disp

20、Buf1=0xff;break;case(2):DispBuf2=0xff;DispBuf3=0xff;break;case(3):DispBuf4=0xff;DispBuf5=0xff;break; DispBuf2=DispBuf2|0x10; /雙點(diǎn)熄滅 DispBuf4=DispBuf4|0x20; else DispBuf2=DispBuf2&0xef; /點(diǎn)亮雙點(diǎn) DispBuf4=DispBuf4&0xdf; ; display(); / if(P1&0x07)!=0x7) delay(); if(P1&0x07)!=0x7) if(P1_2=0) point=(point+1)

21、%4; else if (P1_1=0) switch(point) case 1: Hour=(Hour+1)%24; break; case 2: Min=(Min+1)%60; break; case 3: Sec=(Sec+1)%60; break; ; display(); else if (P1_0=0) switch(point) case 1: Hour=(Hour+24-1)%24; break; case 2: Min=(Min+60-1)%60; break; case 3: Sec=(Sec+60-1)%60; break; ; display(); ; ; ;主函數(shù)的

22、主要任務(wù)為按鍵檢測(cè)和數(shù)據(jù)顯示。按鍵檢測(cè)時(shí)采用延時(shí)消抖。當(dāng)調(diào)整時(shí)間時(shí)，調(diào)整某位，某位顯示時(shí)閃亮。四、電路實(shí)現(xiàn)PCB版圖的繪制PCB版圖的繪制采用protel 99se軟件，繪制雙層板。Top層 Bottom層五、設(shè)計(jì)總結(jié)我在這一次單片機(jī)時(shí)鐘的設(shè)計(jì)過(guò)程中，受益匪淺。通過(guò)對(duì)自己在課堂里所學(xué)的知識(shí)的回顧，并充分發(fā)揮對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解和對(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)的思考，最終在實(shí)踐中調(diào)試成功，完成了。這為自己今后進(jìn)一步深化學(xué)習(xí)，積累一定寶貴的經(jīng)驗(yàn)。撰寫(xiě)論文的過(guò)程也是專(zhuān)業(yè)知識(shí)的一部分，一個(gè)學(xué)習(xí)的過(guò)程，它使我運(yùn)用已有的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)，對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)，分析和解決實(shí)際問(wèn)題的能力。 通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)我發(fā)現(xiàn)，只有理論水平提高了，才能夠?qū)?shū)

23、本上的知識(shí)與實(shí)踐相互結(jié)合，理論知識(shí)服務(wù)于實(shí)踐，以增強(qiáng)自己的動(dòng)手能力。這個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)十分有意義，我獲得很深刻的經(jīng)驗(yàn)。通過(guò)這次的設(shè)計(jì)，我們知道了理論和實(shí)際的距離，也知道了理論和實(shí)踐相互結(jié)合的重要性，也從中得到了很多書(shū)上無(wú)法得知的知識(shí)。 我們的學(xué)習(xí)不但要立足于書(shū)本，以解決理論和實(shí)踐中的問(wèn)題為目的,還要加強(qiáng)自己解決實(shí)際遇到的問(wèn)題，通過(guò)自己的手來(lái)解決問(wèn)題比用腦解決問(wèn)題更加深刻，這次的設(shè)計(jì)既鞏固了我的理論知識(shí)，又加強(qiáng)了我的動(dòng)手能力和解決問(wèn)題的能力。六、附錄：程序清單#include unsigned char Hour=0,Min=0,Sec=0,Int_timers=0,dp1=1,dp2=1;unsigned char point