單片機(jī)課程設(shè)計數(shù)字時鐘設(shè)計

1、目錄一、摘要1二、緒論3設(shè)計的基本思路與主要內(nèi)容3三、數(shù)字時鐘系統(tǒng)設(shè)計43.1系統(tǒng)功能要求43.2整體方案4四、硬件設(shè)計與分析64.1硬件設(shè)計原理64.2各單元電路介紹64.2.1at89c51單片機(jī)介紹6at89c5164.2.2 單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)64.2.3系統(tǒng)原理圖8五、軟件設(shè)計95.1 主程序的設(shè)計95.2鍵輸入程序105.3顯示程序115.4延時程序125.5中斷程序12六、調(diào)試與運行166.1 電路仿真166.2 調(diào)試和運行16七、參考文獻(xiàn)18八、系統(tǒng)原理圖19九、程序清單20數(shù)字時鐘設(shè)計（電子信息工程專業(yè)09（1）班，徐某）一、摘要單片微型計算機(jī)簡稱單片機(jī)，它是把微型計算機(jī)的各

2、個功能部件:中央處理器cpu、隨機(jī)存取存儲器ram、只讀存儲器rom、i/o接口、定時器/計數(shù)器以及串行通信接口等待集成在一塊芯片上，構(gòu)成一個完整的微型計算機(jī)，故又把它稱為單片微型計算機(jī)。當(dāng)今信息科技高速發(fā)展，使用方便、低成本電子設(shè)備已逐步成為我們?nèi)粘Ｉ钪须娮赢a(chǎn)品的主力軍。用軟件代替硬件的電子設(shè)備能大大地節(jié)省成本，且有利于資源的節(jié)約，因此，以軟代硬的設(shè)計必將成為我們現(xiàn)代設(shè)計的主流。本設(shè)計是利用mcs-51系列單片機(jī)內(nèi)部的定時器/計數(shù)器進(jìn)行中數(shù)年定時，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，且能夠使設(shè)計者在定時/計數(shù)器的使用、中數(shù)年及程序設(shè)計方面得到鍛煉和提高，因此本系統(tǒng)將采用軟

3、件方法實現(xiàn)計時。關(guān)鍵詞: 單片機(jī)；數(shù)碼管；程序設(shè)計二、緒論設(shè)計的基本思路與主要內(nèi)容設(shè)計一個電子產(chǎn)品，首先了解它能實現(xiàn)的功能，時鐘系統(tǒng)最基本的功能就是實現(xiàn)計時，在這里設(shè)計的數(shù)字電子時鐘，它能實現(xiàn)計時和校時的功能，給電子鐘加上電自動計時，設(shè)計一個按鍵對時鐘進(jìn)行復(fù)位和三個按鍵對時間進(jìn)行調(diào)整。硬件設(shè)計很簡單，主要包括：單片機(jī)、按鍵電路、驅(qū)動顯示電路，以及l(fā)ed顯示器四個部分。單片機(jī)選用at89c51芯片，它無須外擴(kuò)程序存儲器，設(shè)計電路很簡單。由于只用了四個按鍵，所以采用獨立式按鍵使設(shè)計更簡單。顯示時、分、秒加兩個分隔符，采用8位的數(shù)碼管，用常用的74ls244來驅(qū)動led數(shù)碼管顯示字符。簡易數(shù)字時鐘可

4、實現(xiàn)校時和整點報時功能，該軟件采用c語言來實現(xiàn)，主要包括主程序、鍵輸入程序、顯示程序、定時程序和中斷程序等軟件模塊。把原程序加入原理圖，做出電子鐘的仿真，以秒計數(shù)并顯示時、分、秒。其中秒和分為60進(jìn)制，小時為24進(jìn)制計數(shù)。可通過按鍵實現(xiàn)時鐘復(fù)位和分、秒、時的校正。三、數(shù)字時鐘系統(tǒng)設(shè)計3.1系統(tǒng)功能要求以單片機(jī)技術(shù)為核心，充分應(yīng)用各種外圍電路元器件，設(shè)計一個通過顯示器顯示時間（時、分、秒）的電子鐘。要求：上電時，時、分、秒顯示為00時、00分、00秒,并以秒為單位開始計時；運行狀態(tài)下，按動控制按扭s-set，對秒進(jìn)行調(diào)整；運行狀態(tài)下，按動控制按扭m-set，對分進(jìn)行調(diào)整；運行狀態(tài)下，按動控制按扭

5、h-set，對小時進(jìn)行調(diào)整。當(dāng)數(shù)字時鐘運行到正點時，實現(xiàn)自動報時功能。當(dāng)按下t-set鍵是實現(xiàn)小時由24進(jìn)制和12進(jìn)制的相互轉(zhuǎn)換。3.2整體方案電子鐘的電路圖主要由單片機(jī)（at89c51）、鍵盤電路、驅(qū)動顯示電路和led顯示器四部分組成，它主要實現(xiàn)時鐘的顯示，以及對時、分、秒進(jìn)行調(diào)整，即實現(xiàn)調(diào)時的功能。其數(shù)字鐘系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如圖2-1所示。七段數(shù)碼管at89c51驅(qū)動led顯示器位選按 鍵圖2-1 電子鐘系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)顯示方案方案一:靜態(tài)顯示就是當(dāng)cpu將要顯示的字或字段碼送到輸出口，顯示器就可以顯示出所要顯示的字符，如果cpu不去改寫它，它將一直保持下去；靜態(tài)顯示硬件開銷大，電路復(fù)雜，信息刷新速

6、度慢。方案二:動態(tài)顯示則是一位一位地輪流點亮顯示器地各個位（掃描）。對于顯示器的每一位而言，每隔一段時間點亮一次；動態(tài)顯示耗能較小，但編寫程序較復(fù)雜。動態(tài)顯示硬件連接簡單，信息刷新速度快。由于本次設(shè)計是對時間進(jìn)行顯示，如采用靜態(tài)顯示，則所占用的i/o口較多，電路較復(fù)雜,所以在此選擇的是方案二，采用動態(tài)顯示。鍵盤方案方案一:獨立式鍵盤。獨立式鍵盤的各個按鍵相互獨立，每個按鍵獨立地與一根數(shù)據(jù)輸入線（單片機(jī)并行接口或其他芯片的并行接口）連接。獨立式鍵盤配置靈活，軟件結(jié)構(gòu)簡單，但每個按鍵必須占用一根接口線，在按鍵數(shù)量不多時，接口線占用多。所以，獨立式按鍵常用于按鍵數(shù)量不多的場合。方案二:矩陣式鍵盤。矩

7、陣式鍵盤采用的是行列式結(jié)構(gòu),按鍵設(shè)置在行列的交點上.(當(dāng)接口線數(shù)量為8時,可以將4根接口線定義為行線,另4根接口線定義為列線,形成4*4鍵盤,可以配置16個按鍵。)由于本設(shè)計只用了四個按鍵，不需要采用矩陣式鍵盤，所以選用第一種方案,采用獨立式鍵盤。計時方案采用軟件控制:利用單片機(jī)內(nèi)部的定時/計數(shù)器進(jìn)行定時，配合軟件定時實現(xiàn)時、分、秒的計時。該方案能夠使設(shè)計者，在設(shè)計的過程中容易實現(xiàn)，且節(jié)省硬件成本，因此本系統(tǒng)將采用軟件方法實現(xiàn)計時。四、硬件設(shè)計與分析4.1硬件設(shè)計原理時鐘電路的核心是at89c51單片機(jī)，其內(nèi)部帶有2kb的可反復(fù)擦寫的只讀flash程序存儲器和128 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存

8、儲器（ram），無須外擴(kuò)程序存儲器。電腦時鐘沒有大量的運算和暫存數(shù)據(jù)，現(xiàn)有的128b片內(nèi)ram已能滿足要求，也不必外擴(kuò)片ram。系統(tǒng)配備8位led數(shù)碼管顯示和3個獨立式按鍵，用p0口作為鍵盤接口電路，p1口和p3口作為段碼和位碼輸出口，并在字段碼輸出口接74ls245芯片，用該芯片來驅(qū)動led數(shù)碼管顯示。利用p0.0、p0.1和p0.2作為功能按鍵輸入口。4.2各單元電路介紹4.2.1at89c51單片機(jī)介紹 at89c51是一個低電壓，高性能cmos 8位單片機(jī)，片內(nèi)含2k bytes的可反復(fù)擦寫的只讀flash程序存儲器和128 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器（ram），器件采用atmel

9、公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)mcs51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和flash存儲單元，所以說at89c51是一個功能強(qiáng)大的單片機(jī)。 at89c51是一個低功耗高性能單片機(jī)，它有40個引腳，32個外部雙向輸入/輸出（i/o）端口，同時內(nèi)含2個外中斷口，2個16位可編程定時計數(shù)器,2個全雙工串行通信口，at89c51可以按照常規(guī)方法進(jìn)行編程，也可以在線編程。其將通用的微處理器和flash存儲器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫的flash存儲器可有效地降低開發(fā)成本。同時at89c51的時鐘頻率可以為零，即具備可用軟件設(shè)置的睡眠省電功能，系統(tǒng)的喚醒方式有ram、定時/計數(shù)器、串行口

10、和外中斷口，系統(tǒng)喚醒后即進(jìn)入繼續(xù)工作狀態(tài)。省電模式中，片內(nèi)ram將被凍結(jié)，時鐘停止振蕩，所有功能停止工作，直至系統(tǒng)被硬件復(fù)位方可繼續(xù)運行。4.2.2 單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)時鐘電路和復(fù)位電路是單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)中必不可少的。單片機(jī)時鐘電路圖，如圖3-1所示:xtal1和xtal2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時鐘源驅(qū)動器件，xtal2應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器，因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。圖3-1 單片機(jī)時鐘電路圖復(fù)位是使單片機(jī)或系統(tǒng)中的其他部件處于某種確定

11、的初始狀態(tài)。單片機(jī)的工作就是從復(fù)位開始的，當(dāng)在單片機(jī)的rst引腳引入高電平并保持2個機(jī)器周期時，單片機(jī)內(nèi)部就執(zhí)復(fù)位操作（若該引腳持續(xù)保持高電平，單片機(jī)就處于循環(huán)復(fù)位狀態(tài)）。實際應(yīng)用中，復(fù)位操作有兩種基本的形式：一種是上電復(fù)位，另一種是上電與按鍵均有效的復(fù)位。由于本次設(shè)計采用的是上電復(fù)位，所以這里只介紹上電復(fù)位，如下圖3-3所示：圖3-3上電復(fù)位電路上電復(fù)位要求接通電源后，單片機(jī)自動實現(xiàn)復(fù)位操作。常用的上電復(fù)位如上圖所示。上電瞬間rst引腳獲得高電平，隨著電容c1的充電，rst引腳的高電平將逐漸下降。4.2.3系統(tǒng)原理圖at89c51的p1口接入三個按鍵，對時、分、秒進(jìn)行調(diào)整。p0口輸出字段碼，

12、控制要顯示的字符，外接74ls245芯片，驅(qū)動led顯示。p3口輸出字位碼，去控制要顯示的位，其原理圖如圖3-6所示。圖3-6 電子鐘原理圖當(dāng)接入電源時，數(shù)字電子鐘以秒為單位開始計時。運行狀態(tài)下，按下控制按鍵s-set，對秒進(jìn)行調(diào)整；按下m-set調(diào)整分鐘；按下h-set對小時進(jìn)行調(diào)整。這樣通過三個按鍵，分別對時、分、秒進(jìn)行調(diào)整，從而實現(xiàn)調(diào)時。五、軟件設(shè)計在軟件設(shè)計中，整個程序的主框架是以定時1s計算的方式來實現(xiàn)電子鐘。定時1s的程序段，使用動態(tài)顯示程序?qū)崿F(xiàn)延時，既完成了延時，也完成了數(shù)字的顯示。在計算程序中，使對應(yīng)于時、分、秒的變化量按照60進(jìn)制和24進(jìn)制進(jìn)行計算，動態(tài)顯示程序直接引用這些變

13、量，達(dá)到顯示的數(shù)字也隨之不斷變化，即完成了電子鐘的功能。其軟件功能模塊主要有鍵輸入程序、中斷程序、顯示程序，以及延時程序。需要說明的是，這里設(shè)計的是簡易的電子鐘，主要是用程序運行來計算時間，這樣用程序來確定出1s的時間精度是很有限的，所以整個時鐘的精度不太高。5.1 主程序的設(shè)計初始化將時、分、秒各單元的內(nèi)容清空，置t0為計數(shù)器方式1，分別給計數(shù)器的高8位和低8位賦計數(shù)初值，啟動t0工作。鍵入一個按鍵，如執(zhí)行此動作，秒值加1，否則重新鍵如按鍵。主程序模塊:主程序流程圖，如圖4-1所示 初始化鍵輸入開始鍵執(zhí)行結(jié)束圖4-1 主程序流程圖5.2鍵輸入程序鍵輸入程序用于調(diào)整時間。以秒為例，按下按鍵s-

14、set，判斷s-set是否真的被按下，若沒有鍵按下，轉(zhuǎn)到a1程序段，再次鍵入按鍵，重新判斷。若按鍵按下了，則調(diào)用延時程序，消除抖動現(xiàn)象秒值加1，當(dāng)秒值大于60時，秒清零，進(jìn)行下一次計時，同時分加一，并轉(zhuǎn)到j(luò)0顯示。此過程循環(huán)執(zhí)行，其程序流程圖如圖4-2所示：顯示s-set是否按下否按下秒值加1秒60 ？清零n調(diào)用延時yyn圖4-2 鍵輸入程序流程圖a1:lcalldisplay；調(diào)用延時程序jnbs_set,s1；判斷按鍵是否按下jnbm_set,s2jnbh_set,s3ljmpa1s1: lcalldelay;去抖動jbs_set,a1incsecond;秒值加1mova,secondcj

15、nea,#60,j0;判斷是否加到60秒movsecond,#0 ;秒清0ljmpj0j0:jbs_set,a1lcalldisplay ;調(diào)用顯示sjmpj05.3顯示程序顯示其時、分、秒的數(shù)值，和兩個分隔符。以顯示秒為例，當(dāng)p3.7輸入高電平時，秒的個位所對應(yīng)的字段碼點亮，顯示其秒的個位；當(dāng)秒有十位輸入時，p3.6輸入高電平，秒所十位對應(yīng)的字段碼點亮，顯示其秒十位。其程序流程圖如圖4-3所示：取字段碼取字位碼顯示秒個位顯示秒十位調(diào)用延時圖4-3 顯示程序流程圖display:mova,second;顯示秒movb,#10divabclrp3.6movca, a+dptr ;取字段碼movp

16、0, alcalldelay ;調(diào)用延時setbp3.6 ;顯示秒十位mova,bclrp3.7movca,a+dptr ;取字段碼movp0,alcalldelay ; 調(diào)用延時,去抖動setbp3.7 ;顯示秒個位clrp3.55.4延時程序按鍵抖動時間一般為5ms10ms，因此延時10ms，其流程圖如圖4-4所示：#10送r6#250送r7返回(r6)=(r7) ?yn圖4-4 延時程序流程圖delay:movr6,#10 ;延時10msd1:movr7,#250djnzr7,$djnzr6,d1ret5.5中斷程序中斷程序主要用于控制顯示的字符。當(dāng)秒值大于60時，秒清零，重新計數(shù)，分值

17、加1，秒、分同時顯示；當(dāng)分值大于60時，分清零，重新計數(shù)，小時加1，秒、分、時同時顯示，當(dāng)小時大于23時，一天的計時完畢，秒、分、時均清零，進(jìn)行第二天的計時。此任務(wù)循環(huán)執(zhí)行。其程序流程圖如圖4-5所示：秒加1秒59?小時23?分59?秒清0,分加1小時清0分清0,時加1nyyynn圖4-4 中斷程序流程圖display: mova,second;顯示秒movb,#10divabclrp3.6movca, a+dptrmovp0, alcalldelay ;調(diào)用延時setbp3.6 ;顯示秒的十位mova,bclrp3.7movca,a+dptrmovp0,alcalldelaysetbp3.7

18、 ;顯示秒的個位clrp3.5movp0,#40h;顯示分隔符lcalldelaysetbp3.5mova,minute;顯示分鐘movb,#10divabclrp3.3movca,a+dptrmovp0,alcalldelaysetbp3.3 ;顯示分的十位mova,bclrp3.4movca,a+dptrmovp0,alcalldelaysetbp3.4 ;顯示分個位clrp3.2movp0,#40h;顯示分隔符lcalldelaysetbp3.2mova,hour;顯示小時movb,#10divabclrp3.0movca,a+dptrmovp0,alcalldelaysetbp3.0

19、;顯示時的十位mova,bclrp3.1movca,a+dptrmovp0,alcalldelaysetbp3.1 ;顯示時的個位ret六、調(diào)試與運行6.1 電路仿真此設(shè)計的電路在單片機(jī)仿真軟件proteus.professional.7.1中進(jìn)行仿真，仿真電路如圖5-1所示：圖5-1 電子鐘仿真電路圖6.2 調(diào)試和運行在keil (單片機(jī)匯編) c51軟件中編寫好的程序，將程序放入單片機(jī)仿真軟件中，結(jié)合硬件電路進(jìn)行調(diào)試與運行。通過按鍵對時間進(jìn)行調(diào)整。如顯示時間為14-30-22，既是14點30分22秒，通過以下調(diào)整則可實現(xiàn)。按動s-set鍵，將秒調(diào)到22；按動m-set鍵，將分調(diào)到30；按動

20、h-set鍵，將時調(diào)到14。則將時間調(diào)到了所要顯示的時間14-30-22，通過此方法可將時間調(diào)整到任何需要顯示的時間。七、參考文獻(xiàn)1.朱永金等主編，單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)，中國勞動社會保障出版社。2.彭冬明.韋友春主編，單片機(jī)實驗教程，理工大學(xué)出版社。 3.朱家建主編，單片機(jī)原理及應(yīng)用,機(jī)械工業(yè)出版社。4.胡漢才主編，單片機(jī)原理及接口技術(shù)，清華大學(xué)出版社。 5.張偉主編，單片機(jī)原理及應(yīng)用，機(jī)械工業(yè)出版社。八、系統(tǒng)原理圖九、程序清單s_setbitp1.0;數(shù)字鐘秒控制位m_setbitp1.1;分鐘控制位h_setbitp1.2;小時控制位secondequ30hminuteequ31hhourequ

21、32htcntequ34h org00hsjmpstartorg0bhljmpint_t0 start: movdptr,#tablemovhour,#0;初始化movminute,#0movsecond,#0movtcnt,#0movtmod,#01h ;置t0為計數(shù)器方式1movth0,#(65536-50000)/256;定時50毫秒movtl0,#(65536-50000)mod 256movie,#82hsetb tr0 ;啟動t0工作a1:lcall displayjnbs_set,s1jnbm_set,s2jnbh_set,s3ljmpa1s1: lcalldelay;去抖動jb

22、s_set,a1incsecond;秒值加1mova,secondcjnea,#60,j0;判斷是否加到60秒movsecond,#0ljmpj0s2: lcalldelayjbm_set,a1k1: incminute;分鐘值加1mova,minutecjnea,#60,j1;判斷是否加到60分movminute,#0ljmpj1s3: lcalldelayjbh_set,a1k2: inchour;小時值加1mova,hourcjnea,#24,j2;判斷是否加到24小時movhour,#0 ljmpj2 j0:jbs_set,a1lcalldisplaysjmpj0j1:jb m_set,a1 lcalldisplaysjmpj1j2: jb h_set,a1lcall displaysjmp j2int_t0: movth0,#(65536-50000)/256movtl0,#(65536-50000)mod 256inctcntmova,tcn