基于51單片機(jī)的實時時鐘設(shè)計報告

1、 課程設(shè)計(論文)任務(wù)書 信息工程 學(xué)院 信息工程 專業(yè) （2）班 一、課程設(shè)計(論文)題目 嵌入式課程設(shè)計 二、課程設(shè)計(論文)工作自 2014 年 6 月 9 日起至 2014 年 6 月 15 日止。三、課程設(shè)計(論文) 地點: 5-402 單片機(jī)實驗室 四、課程設(shè)計(論文)內(nèi)容要求：1本課程設(shè)計的目的（1）使學(xué)生掌握單片機(jī)各功能模塊的基本工作原理； （2）培養(yǎng)學(xué)生單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計能力； （3）使學(xué)生能夠較熟練地使用proteus工具完成單片機(jī)系統(tǒng)仿真。（4）培養(yǎng)學(xué)生分析、解決問題的能力；（5）提高學(xué)生的科技論文寫作能力。 2課程設(shè)計的任務(wù)及要求1）基本要求：（1）分析所設(shè)計系統(tǒng)中各

2、功能模塊的工作原理；（2）選用合適的器件（芯片）；（3）提出系統(tǒng)的設(shè)計方案（要有系統(tǒng)電路原理圖）； （4）對所設(shè)計系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試。2）創(chuàng)新要求： 在基本要求達(dá)到后，可進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計，如改善單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的性能。3）課程設(shè)計論文編寫要求（1）要按照書稿的規(guī)格打印撰寫論文。（2）論文包括目錄（自動生成）、摘要、正文、小結(jié)、參考文獻(xiàn)、附錄等。（3）論文裝訂按學(xué)校的統(tǒng)一要求完成。4）答辯與評分標(biāo)準(zhǔn)： （1）完成原理分析：20分； （2）完成設(shè)計過程：30分； （3）完成調(diào)試：20分；（4）回答問題：20分；（5）格式規(guī)范性 （10分）。5） 參考文獻(xiàn)： （1） 張齊.單片機(jī)原理與嵌入式系統(tǒng)設(shè)計 電子工業(yè)出

3、版社（2） 周潤景.PROTUES入門實用教程 機(jī)械工業(yè)出版社（3） 任向民.微機(jī)接口技術(shù)實用教程 清華大學(xué)出版社（4） 6）課程設(shè)計進(jìn)度安排內(nèi)容 天數(shù)地點構(gòu)思及收集資料 1圖書館系統(tǒng)設(shè)計與調(diào)試 4 實驗室撰寫論文 2圖書館、實驗室學(xué)生簽名： 2014 年 6 月9日課程設(shè)計(論文)評審意見（1）完成原理分析（20分）：優(yōu)（）、良（）、中（）、一般（）、差（）； （2）設(shè)計分析（30分）：優(yōu)（）、良（）、中（）、一般（）、差（）； （3）完成調(diào)試（20分）：優(yōu)（）、良（）、中（）、一般（）、差（）；（4）回答問題（20分）：優(yōu)（）、良（）、中（）、一般（）、差（）；（5）格式規(guī)范性 （10分）

4、：優(yōu)（）、良（）、中（）、一般（）、差（）；評閱人： 職稱： 2014 年 6 月 15 日目 錄摘要 4 第1章 設(shè)計要求 51.1設(shè)計要求 51.2設(shè)計內(nèi)容 51.3設(shè)計基本環(huán)境 5第2章 設(shè)計方案和論證 62.1總設(shè)計原理框圖 62.2設(shè)計方案選擇 7第3章 硬件電路 8 3.1單片機(jī)的選擇 83.1.1 單片機(jī)內(nèi)部原理分析 83.1.2單片機(jī)的引腳及封裝 93.1.3單片機(jī)最小系統(tǒng) 11 32 數(shù)碼管顯示工作原理 11 3.3 8255A模塊 12 3.4時間調(diào)節(jié)模塊 13 3.4.1 時間設(shè)置 13 3.4.2整點報時 13 第4章 軟件調(diào)試 14 4.1時間調(diào)節(jié)程序流程圖 14 4

5、.2主程序流程圖 18第5章 仿真調(diào)試 22第6章 總結(jié)與體會 23第7章 參考文獻(xiàn) 23摘要單片計算機(jī)即單片微型計算機(jī)。由RAM ，ROM，CPU構(gòu)成，集定時，計數(shù)和多種接口于一體的微控制器。它體積小，成本低，功能強(qiáng)，廣泛應(yīng)用于智能產(chǎn)業(yè)和工業(yè)自動化上。而51系列單片機(jī)是各單片機(jī)中最為典型和最有代表性的一種。通過本子課程設(shè)計掌握單片機(jī)的基本原理，加深對課堂知識的理解，從而達(dá)到學(xué)習(xí)、設(shè)計、開發(fā)單片機(jī)軟硬的能力。本課程設(shè)計由AT89C51，BUTTON，六段數(shù)碼管等構(gòu)成，結(jié)合單片機(jī)最小系統(tǒng)晶振電路作為驅(qū)動電路，復(fù)位電路作為系統(tǒng)復(fù)位使用；結(jié)合proteus和keil軟件進(jìn)行設(shè)計此系統(tǒng)，通過四個按鍵調(diào)

6、整走時時間和定時時間，由定時器定時并在數(shù)碼管上顯示相應(yīng)的時間，通過中斷和按鍵掃描實現(xiàn)對時間的停止、啟動和設(shè)置調(diào)整。程序利用C語言進(jìn)行編寫，結(jié)合單片機(jī)的引腳的以及相關(guān)知識完成程序的編寫，由延時程序和循環(huán)程序產(chǎn)生的一秒定時，達(dá)到時分秒的計時，六十秒為一分鐘，六十分鐘為一小時，滿二十四小時為一天。運行仿真時，可以顯示時鐘走時時間，通過按鍵可以修改時間，以及可以進(jìn)行手動設(shè)置鬧鐘鬧鈴時間，同時通過蜂鳴器進(jìn)行鬧鈴的效果，通過仿真調(diào)試效果真實、準(zhǔn)確，節(jié)省了硬件資源。關(guān)鍵字：單片機(jī)；LED數(shù)碼管；定時；子時鐘；鍵盤控制第1章1.1 設(shè)計要求1、準(zhǔn)確計時，以數(shù)字形式顯示時、分、秒的時間。2、小時以24小時計時形

7、式，分秒計時為60進(jìn)位。 3、校正時間功能,即能隨意設(shè)定走時時間。4、鬧鐘功能，一旦走時到該時間，能以聲或光的形式告警提示。5、設(shè)計5V直流電源，系統(tǒng)時鐘電路、復(fù)位電路。 6、能指示秒節(jié)奏，即秒提示。7、可采用交直流供電電源，且能自動切換。1.2 設(shè)計內(nèi)容 以單片機(jī)為控制器，采用定時器中斷的方法，設(shè)計一個一天24小時進(jìn)制的實時時鐘，并用8個發(fā)光二極管分別顯示時、分、秒的記時以及過度符號“-”，通過按鍵調(diào)定時鐘的具體時間，達(dá)到修改時間，設(shè)定鬧鐘，整點報時，倒計時秒表的效果。1.3設(shè)計基本環(huán)境條件環(huán)境條件：電腦、軟件（keil）、硬件（proteus）組合設(shè)計系統(tǒng)Keil：它是美國Keil Sof

8、tware公司出品的51系列兼容單片機(jī)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(hù)性上有明顯的優(yōu)勢，因而易學(xué)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(qiáng)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。Proteus：它是目前最好的仿真單片機(jī)及外圍器件的工具。Proteus是世界上著名的EDA工具(仿真軟件)，從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機(jī)與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到PCB設(shè)計，真正實現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計。是目前世界上唯一將電路仿真軟件、PCB設(shè)計軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設(shè)計平臺。第2

9、章 設(shè)計方案和論證本次設(shè)計時鐘電路，使用了89C51單片機(jī)芯片控制電路，單片機(jī)控制電路簡單且省去了很多復(fù)雜的線路，使得電路簡明易懂，使用鍵盤鍵上的按鍵來調(diào)整時鐘的時、分、秒，用一揚聲器來進(jìn)行定時提醒，同時使用C語言程序來控制整個時鐘顯示，使得編程變得更容易，這樣通過四個模塊：鍵盤、芯片、揚聲器、LED顯示即可滿足設(shè)計要求。2.1 總設(shè)計原理框圖如下圖所示：微型控制器時鐘電路聲光報時校時輸入數(shù)據(jù)顯示2.2 設(shè)計方案的選擇1. 計時方案方案1：采用現(xiàn)成實時時鐘芯片使用一些實時時鐘集成電路，如DS1287、DS12887、DS1302等。這些實時時鐘芯片具備年、月、日、時、分、秒計時功能和多點定時等

10、功能，計時數(shù)據(jù)的更新每秒自動進(jìn)行一次，不需要程序干預(yù)。因此，在工業(yè)實時測控系統(tǒng)中多采用這類專用芯片來實現(xiàn)實時時鐘功能。方案2：使用單片機(jī)內(nèi)部的可編程定時器。利用單片機(jī)內(nèi)部的定時計數(shù)器進(jìn)行中斷定時，配合軟件延時實現(xiàn)時、分、秒的計時。該方案優(yōu)點是節(jié)省硬件成本，可以利用程序代替。缺點是程序設(shè)計相對較為復(fù)雜，精確度不高，同時還可能會和延時沖突，導(dǎo)致顯示效果不佳。2.顯示方案對于實時時鐘而言，顯示顯然是另一個重要的環(huán)節(jié)。通常LED顯示有兩種方式：動態(tài)顯示和靜態(tài)顯示。靜態(tài)顯示的優(yōu)點是程序簡單、顯示亮度有保證、單片機(jī)CPU的開銷小，節(jié)約CPU的工作時間。但占有I/O口線多，每一個LED都要占有一個I/O口，

11、硬件開銷大，電路復(fù)雜。需要幾個LED就必須占有幾個并行口，比較適用于LED數(shù)量較少的場合。當(dāng)然當(dāng)LED數(shù)量較多的時候，可以使用單片機(jī)的串行口通過移位寄存器的方式加以解決，但程序編寫比較麻煩。LED動態(tài)顯示硬件連接簡單，但動態(tài)掃描的顯示方式需要占有CPU較多的時間，在單片機(jī)沒有太多實時測控任務(wù)的情況下可以采用。本系統(tǒng)需要采用6位LED數(shù)碼管來分別顯示時、分、秒，因數(shù)碼管個數(shù)較多，故本系統(tǒng)選擇動態(tài)顯示方式。第3章 硬件電路 3.1單片機(jī)的選擇3.1.1單片機(jī)內(nèi)部原理分析通過對多種單片機(jī)性能的分析，最終認(rèn)為89C51是最理想的電子時鐘開發(fā)芯片。89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的低

12、電壓，高性能CMOS8位微處理器，器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的89C51是一種高效微控制器，而且它與MCS-51兼容，且具有4K字節(jié)可編程閃爍存儲器和1000寫/擦循環(huán)，數(shù)據(jù)保留時間為10年等特點，是最好的選擇。51單片機(jī)中其主要資源有：8位CPU、片內(nèi)帶震蕩器及時鐘電路、128B片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器、4K片內(nèi)程序存儲器（8031無）、21B特殊功能寄存器、4個8位的IO口、一個全雙工串行接口、兩個16位定時器、中斷系統(tǒng)有5個中斷源、111條指令。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3-1

13、所示。 圖3-13.1.2單片機(jī)單片機(jī)的封裝及引腳 89C51單片機(jī)是由深圳宏晶公司代理銷售的一款MCU，是由美國設(shè)計生產(chǎn)的一種低電壓、高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含8kbytes的可反復(fù)寫的FlashROM和128bytes的RAM，2個16位定時計數(shù)器5。 89C51單片機(jī)內(nèi)部主要包括累加器ACC(有時也簡稱為A)、程序狀態(tài)字PSW、地址指示器DPTR、只讀存儲器ROM、隨機(jī)存取存儲器RAM、寄存器、并行I/O接口P0P3、定時器/計數(shù)器、串行I/O接口以及定時控制邏輯電路等。這些部件通過內(nèi)部總線聯(lián)接起來，構(gòu)成一個完整的微型計算機(jī)。其管腳圖如圖所示。89C51單片機(jī)管腳結(jié)構(gòu)圖VCC：電

14、源。GND：接地。P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向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，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程 序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。P1口：P1口是一個內(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，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1口作為第八位地址接收。 P2口：P2口為一個內(nèi)部上拉

15、電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時，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，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)用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存 儲器進(jìn)行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器 的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。P3口：P3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個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

16、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。P3口也可作為89C51的一些特殊功能口，如下表所示：P3口的位第二功能P3.0RXD（串行口輸入）P3.1TXD（串行口輸出）P3.2INT0（外部中斷0輸入）P3.3INT1（外部中斷1輸入）P3.4T0（定時器/計數(shù)器0的外部輸入）P3.5T1（定時器/計數(shù)器1的外部輸入）P3.6WR（片外數(shù)據(jù)存儲器寫允許）P3.7RD（片外數(shù)據(jù)存儲器讀允許）RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，要保持RST腳兩個機(jī)器周期的高電平時間。ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)

17、。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時， ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機(jī)器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的/PSEN信號將不出現(xiàn)。EA/VPP：當(dāng)/EA保

18、持低電平時，則在此期間外部程序存儲（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式1時， /EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)/EA端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。3.1.3單片機(jī)最小系統(tǒng)單片機(jī)最小系統(tǒng)就是能使單片機(jī)工作的最少的器件構(gòu)成的系統(tǒng)。對于本課設(shè)所使用的89C51來講，其最小系統(tǒng)為89C51單片機(jī)芯片、時鐘電路和復(fù)位電路，器仿真原理圖如圖所示。32 數(shù)碼管顯示工作原理數(shù)碼管是一種把多個LED顯示段集成在一起的顯示設(shè)備。有兩種類型，一種是共陽型，一種是共陰型。共陽型就是把多個LED顯示段的陽極接在一起，又稱

19、為公共端。共陰型就是把多個LED顯示段的陰極接在一起，即為公共商。陽極即為二極管的正極，又稱為正極，陰極即為二極管的負(fù)極，又稱為負(fù)極。通常的數(shù)碼管又分為8段，即8個LED顯示段，這是為工程應(yīng)用方便如設(shè)計的，分別為A、B、C、D、E、F、G、DP，其中DP 是小數(shù)點位段。而多位數(shù)碼管，除某一位的公共端會連接在一起，不同位的數(shù)碼管的相同端也會連接在一起。即，所有的A段都會連在一起，其它的段也是如此，這是實際最常用的用法。數(shù)碼管顯示方法可分為靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示兩種。靜態(tài)顯示就是數(shù)碼管的8段輸入及其公共端電平一直有效。動態(tài)顯示的原理是，各個數(shù)碼管的相同段連接在一起，共同占用8 位段引管線；每位數(shù)碼管的

20、陽極連在一起組成公共端。利用人眼的視覺暫留性，依次給出各個數(shù)碼管公共端加有效信號，在此同時給出該數(shù)碼管加有效的數(shù)據(jù)信號，當(dāng)全段掃描速度大于視覺暫留速度時，顯示就會清晰顯示出來。Proteus仿真圖如下圖所示。3.3 8255A模塊8255A是一種可編程的I/O接口芯片，可以與MCS-51系統(tǒng)單片機(jī)以及外設(shè)直接相連，廣泛用作外部并行I/O擴(kuò)展接口。8255A內(nèi)部由PA、PB、PC三個8位可編程雙向I/O口，A組控制器和B組控制器，數(shù)據(jù)緩沖器及讀寫控制邏輯四部分電路組成。數(shù)據(jù)總線（8條）：D0D7，用于傳送CPU和8255A間的數(shù)據(jù)、命令和狀態(tài)字。控制總線（6條）：RESET：復(fù)位線，高電平有效。

21、/CS：片選線，低電平有效。/RD、/WR：/RD為讀命令線，/WR為寫命令線，皆為低電平有效。A0、A1：地址輸入線：用于選中PA、PB、PC口和控制寄存器中哪一個工作。本次課設(shè)中8255A的設(shè)計如圖所示。其中DOD7連接在單片機(jī)的外擴(kuò)數(shù)據(jù)總線P0口上，WR和RD分別接在單片機(jī)的WR和RD口，RESET接在單片機(jī)RST上，CS、A1和A0分別接在P2.7、P2.6和P2.5上，從而8255A的A口地址可為0000H,B口地址可為2000H,C口地址可為4000H控制口地址可為6000H。3.4時間調(diào)節(jié)模塊3.4.1 時間設(shè)置時間調(diào)節(jié)時利用中斷和按鍵掃描來實現(xiàn)的，其中，定時器啟停有外部中斷0控

22、制，設(shè)置時分秒由外部中斷1控制，而調(diào)時間時的加減是由按鍵連接P1.0和P1.1口。3.4.2 整點報時利用蜂鳴器實現(xiàn)整點報時和鬧鐘設(shè)置，仿真原理圖如圖所示。第4章 軟件調(diào)試4.1時間調(diào)節(jié)程序流程圖時間調(diào)節(jié)程序流程圖如圖所示。時間調(diào)節(jié)設(shè)置：void display(unsigned char s,unsigned char f,unsigned char m,unsigned char t)unsigned char shi0,shi1,fen0,fen1,miao0,miao1;shi0=s/10; shi1=s%10;fen0=f/10; fen1=f%10;miao0=m/10; miao

23、1=m%10;PA=0x80;PB=shushi0;delay(5);PA=0x40;if(flag_SET=3&t)PB=shushi1&0x7f;elsePB=shushi1;delay(5);PA=0x20;PB=0xbf;delay(5);PA=0x10;PB=shufen0;delay(5);PA=0x08;if(flag_SET=2&t)PB=shufen1&0x7f;elsePB=shufen1;delay(5);PA=0x04;PB=0xbf;delay(5);PA=0x02;PB=shumiao0;delay(5);PA=0x01;if(flag_SET=1&t)PB=shu

24、miao1&0x7f;elsePB=shumiao1;delay(5);void clock() display(shi,fen,miao,!flag_TR);while(k) display(shi12,fen12,miao12,1); if(flag_SET)TR0=0;if(flag_SET=1&up=0)while(up=0);miao12+;if(miao12=60)miao12=0;if(flag_SET=1&down=0)while(down=0);miao12-;if(miao1260)miao12=59;if(flag_SET=2&up=0)while(up=0);fen12

25、+;if(fen12=60)fen12=0;if(flag_SET=2&down=0)while(down=0);fen-;if(fen1260)fen12=59;if(flag_SET=3&up=0)while(up=0);shi12+;if(shi12=24)shi12=0;if(flag_SET=3&down=0)while(down=0);shi12-;if(shi1224)shi12=23; if(!setclock&flag_TR) k=!k; 4.2 主程序流程圖主程序流程圖如圖void main()unsigned char b;init();while(1) display(

26、shi,fen,miao,!flag_TR);if(flag_SET)TR0=0;if(flag_SET=1&up=0)while(up=0);miao+;if(miao=60)miao=0;if(flag_SET=1&down=0) while(down=0);miao-;if(miao60)miao=59;if(flag_SET=2&up=0) while(up=0);fen+;if(fen=60)fen=0;if(flag_SET=2&down=0) while(down=0);fen-;if(fen60)fen=59;if(flag_SET=3&up=0) while(up=0);shi+;if(shi=24)shi=0;if(flag_SET=3&down=0) while(down=0);shi-;if(shi24)shi=23; if(flag_TR=1)TR0=1;elseTR0=0; if(!a&flag_TR) b=!b;if(!setclock&flag_TR) k=!k; while(k) display(shi12,fen12,miao12,k