基于單片機(jī)的數(shù)字電子鐘設(shè)計(jì)（含完整程序+PCB圖）課程設(shè)計(jì)

1、1 課題設(shè)計(jì)任務(wù)、功能要求及總體方案1.1 課題設(shè)計(jì)任務(wù)本課程設(shè)計(jì)選題目為：數(shù)字電子鐘。設(shè)計(jì)一個(gè)具有特定功能的電子鐘。1.2 功能要求設(shè)計(jì)的數(shù)字電子鐘上電或按鍵復(fù)位后能自動(dòng)顯示系統(tǒng)提示符“p.”， 進(jìn)入時(shí)鐘準(zhǔn)備狀態(tài)；第一次按數(shù)字電子鐘啟動(dòng)/調(diào)整鍵，數(shù)字電子鐘從0時(shí)0分0秒開始運(yùn)行，進(jìn)入時(shí)鐘運(yùn)行狀態(tài)；再次按數(shù)字電子鐘啟動(dòng)/調(diào)整鍵，則數(shù)字電子鐘進(jìn)入時(shí)鐘調(diào)整狀態(tài)，并且時(shí)間停止不動(dòng)，此時(shí)可分別利用各調(diào)整鍵調(diào)整時(shí)、分、秒，調(diào)整結(jié)束后可按啟動(dòng)/調(diào)整鍵再次進(jìn)入時(shí)鐘運(yùn)行狀態(tài)。1.3 設(shè)計(jì)總體方案介紹及工作原理說明本課程設(shè)計(jì)采用at89s52單片機(jī)設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字電子鐘，通過兩個(gè)4位led數(shù)碼管顯示時(shí)、分、秒，并設(shè)

2、有9個(gè)按鍵。其中一個(gè)用于單片機(jī)的復(fù)位；一個(gè)為啟動(dòng)/調(diào)整鍵；兩個(gè)分別為加，減鍵；其他鍵本課題暫不用。電路分為5部分，分別為復(fù)位電路、鍵盤電路、時(shí)鐘電路、顯示電路和控制電路。復(fù)位電路采用按鍵復(fù)位方式。鍵盤電路采用獨(dú)立式鍵盤。時(shí)鐘電路用12mhz的晶振產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)。顯示電路采用8個(gè)三極管驅(qū)動(dòng)兩個(gè)4位led顯示。控制電路采用8位的at89s52單片機(jī)作為cpu；原理是：時(shí)鐘用t0為時(shí)鐘秒加1中斷，時(shí)間常數(shù)位50ms,每20次加1s，t0用為時(shí)間加1中斷，時(shí)間常數(shù)為50ms，中斷20次時(shí)間加1。其設(shè)計(jì)框圖如圖1.1所示：圖1.1 設(shè)計(jì)方案框圖2 數(shù)字電子鐘硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)2.1 硬件系統(tǒng)各模塊功能簡要介紹

3、2.1.1 復(fù)位電路復(fù)位是單片機(jī)的硬件初始化操作。經(jīng)復(fù)位操作后，單片機(jī)系統(tǒng)才能開始正常工作。單片機(jī)上有復(fù)位引腳rst，用于外接復(fù)位電路，這里復(fù)位電路采用按鍵電平復(fù)位。2.1.2 時(shí)鐘電路單片機(jī)工作所需的同步時(shí)鐘信號(hào)由以下兩種方法獲得：由單片機(jī)片內(nèi)時(shí)鐘電路結(jié)合外部晶振、電容產(chǎn)生和直接從單片機(jī)外部引入脈沖信號(hào)。這里用第一種方法產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)。電路用12mhz的石英晶體和二個(gè)微調(diào)電容（為33pf）連接起來接到單片機(jī)的xtal1和xtal2引腳上。2.1.3 鍵盤電路由于按鍵較少，所以此處使用獨(dú)立式鍵盤，鍵盤接到單片機(jī)的p1口上，當(dāng)鍵按下時(shí)，在其相應(yīng)的口線上產(chǎn)生低電平信號(hào)，鍵松開時(shí)仍為高電平信號(hào)。 2.

4、1.4 顯示電路本顯示電路采用三極管驅(qū)動(dòng)兩個(gè)4位數(shù)碼管段位控端；用單片機(jī)的p2口控制位控；用單片機(jī)的p0口線作段控口，位、段控線上都串入470的限流電阻。 2.2 數(shù)字電子鐘原理圖、pcb圖和元器件布局圖2.2.1 原理圖原理圖見附錄a。2.2.2 pcb圖 pcb圖見附錄b。2.2.3 元器件布局圖 元器件布局圖見附錄c。2.3 數(shù)字電子鐘元器件清單 本課程設(shè)計(jì)元器件清單如表2.1所示：表2.1 數(shù)字電子鐘元器件清單名稱型號(hào)數(shù)量備注單片機(jī)at89s521塊含插座，雙列直插式三極管90129個(gè)電阻47024個(gè)電阻1k 3個(gè)電阻4.7k 1個(gè)上拉排阻10k2片數(shù)碼管4位一體2塊含兩個(gè)插座電容33

5、pf2個(gè)電解電容22f1個(gè)下載線接口1個(gè)雙列10針電源線接口1個(gè)開關(guān)1二極管9個(gè)溫度傳感器18b201個(gè)蜂鳴器1個(gè)插針38個(gè)電阻2001個(gè)晶振12mhz1個(gè)按鍵9個(gè)3 數(shù)字電子鐘軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)3.1 數(shù)字電子鐘使用單片機(jī)資源情況在電子鐘的編程過程中，單片機(jī)資源使用情況如下：寄存器：通用寄存器的r0r7；位地址：23h（用于保存啟動(dòng)/調(diào)整鍵盤當(dāng)前的狀態(tài)）；io口線：p0口（作數(shù)碼管的段控口），p2口（作數(shù)碼管的位控口），p1口（作鍵盤接口）；堆棧棧底單元地址：60h；定時(shí)器：定時(shí)器0；顯示緩沖單元：78h7fh；秒分時(shí)對(duì)應(yīng)儲(chǔ)存單元：72h77h生成鍵碼出口地址：20h。3.2 數(shù)字電子鐘軟件系統(tǒng)

6、各模塊功能簡要介紹3.2.1 顯示模塊此處將顯示程序編成一個(gè)子程序，要顯示時(shí)調(diào)用顯示子程序即可，顯示程序中顯示的是緩沖區(qū)中的內(nèi)容再調(diào)數(shù)據(jù)表格中顯示代碼，程序中只要將要顯示的內(nèi)容在數(shù)據(jù)表中的位置送往顯示緩沖區(qū)即可，就可以顯示你所需要顯示的內(nèi)容。3.2.2 中斷服務(wù)程序模塊本程序中用了一個(gè)定時(shí)器中斷，所以有中斷服務(wù)程序，是為了使秒自加而使用定時(shí)器中斷，定時(shí)50ms循環(huán)20次到一秒以后，向cpu申請(qǐng)中斷，使秒自加1。3.2.3 鍵盤模塊運(yùn)用直接判斷io口線的方法編成鍵盤掃描程序，來完成用鍵盤監(jiān)控程序的功能，總共用了四個(gè)鍵，其具體的功能上面已經(jīng)敘述過，這里不再贅述，使用鍵盤能夠很準(zhǔn)確的、快速的監(jiān)控系統(tǒng)

7、。3.3 數(shù)字電子鐘軟件系統(tǒng)程序流程框圖3.3.1 主程序流程框圖 主程序員流程框圖如圖3.1所示：圖3.1 主程序流程圖3.3.2 中斷服務(wù)程序流程框圖中斷服務(wù)程序流程圖如圖3.2所示：圖3.2 中斷服務(wù)程序流程圖3.3.3 加1子程序流程框圖加1子程序流程框圖如圖3.3所示：圖3.3 加1子程序流程圖3.3.4 減1子程序流程框圖加1子程序流程框圖如圖3.4所示： 圖3.4 減1子程序流程圖3.3.5 鍵掃子程序流程圖框圖鍵掃子程序流程圖框圖如圖3.5 圖3.5 鍵掃子程序流程圖3.3.6 顯示子程序流程圖框圖顯示子程序流程圖框圖如圖3.6圖3.6 顯示子程序流程圖3.4 數(shù)字電子鐘軟件系

8、統(tǒng)程序清單程序清單詳見附錄d4 仿真與誤差分析4.1 數(shù)字電子鐘的設(shè)計(jì)結(jié)論及使用說明本課程設(shè)計(jì)的目的是設(shè)計(jì)一個(gè)電子鐘，通過原理圖的繪制，pcb板的制作，最終做出的實(shí)物是成功的，能夠達(dá)到預(yù)期的目的，以下本次所作電子鐘的具體的使用說明：電子鐘上電后，最高位顯示p.,按下啟動(dòng)/調(diào)整鍵，電子鐘從0時(shí)0分0秒開始自動(dòng)運(yùn)行，再次按下啟動(dòng)/調(diào)整鍵，電子鐘運(yùn)行停止，處于調(diào)整狀態(tài)，按下加減鍵，可以實(shí)現(xiàn)時(shí)、分、秒加鍵1，這樣可以實(shí)現(xiàn)時(shí)、分、秒的累加調(diào)整，再次按下啟動(dòng)/調(diào)整鍵，電子鐘自動(dòng)運(yùn)行起來，處于運(yùn)行狀態(tài)，調(diào)整結(jié)束。4.2 設(shè)計(jì)課題的仿真結(jié)果如圖4.1、4.2所示：圖4.1 顯示p.仿真結(jié)果圖4.2 運(yùn)行仿真結(jié)

9、果4.3 設(shè)計(jì)課題的誤差分析本課程設(shè)計(jì)存在一定誤差，引起誤差原因主要是程序中定時(shí)后很多指令引起的時(shí)間誤差。經(jīng)過測試10小時(shí)，時(shí)鐘慢25秒，則每秒鐘慢2.5/3600=0.6944ms，50ms中斷一次，20次中斷為1秒，因此每次中斷比標(biāo)準(zhǔn)慢0.6944/20=0.03472ms.th0tl0=65536-(50-0.03472)*1000/1=15570=3cd2h。將原來中斷初值th0tl0=3cb0h改為th0tl0=3cd2h。4.4 數(shù)字電子鐘設(shè)計(jì)體會(huì)本次做課程設(shè)計(jì)，從硬件方面說，我認(rèn)為本次設(shè)計(jì)的重點(diǎn)在于單片機(jī)的最小系統(tǒng)，若單片機(jī)的最小系統(tǒng)不能正常工作，那后面一切都免談；從軟件方面說，

10、我編程的思路就是從簡單到難，一步一步實(shí)現(xiàn)各個(gè)功能。這個(gè)電子鐘的程序重點(diǎn)在于調(diào)整鍵功能程序和中斷服務(wù)程序的編寫，這兩個(gè)小模塊編好了，就很容易了。在做課程設(shè)計(jì)的過程中，學(xué)到很多東西，比如說做pcb板的技術(shù)有了很大的提高，再比如說，自己通過編電子鐘的程序，使自己對(duì)匯編指令的應(yīng)用越來越熟練，編程的能力也有了較大提高。在制作電子鐘的過程中，遇到的問題都能嘗試去自己解決，比如說調(diào)試程序，檢查線路等等，使自己發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力大大提高。4.5 教學(xué)建議 通過一個(gè)學(xué)期的單片機(jī)課，我生生的體會(huì)到了什么叫名師；誠然，王老師總說自己不是名師，但我們真的得尊稱你為名師。 在這里我只是覺得我們的動(dòng)手能力還是太差了

11、，還得增加實(shí)踐的動(dòng)手！讓我們多做幾塊板子，即使我們心有不情愿，還需老師一如既往的加壓！參考文獻(xiàn) 1 李廣第，朱月秀，冷祖祁.單片機(jī)基礎(chǔ)m.第三版.北京：航空航天大學(xué)出版社，2007.18-152 li guangdi,zhu yuexiu,leng zuqi.scmcbasism.the third edition.beijing: aerospace university press,2007.18-152 2 邱麗芳，彭志剛，胡漢輝.單片機(jī)原理與應(yīng)用 .第二版.北京：人民郵電出版社，2009.7-259 qiu lifang,peng zhigang,hu hanhui.single-ch

12、ip microcomputer principle and application. the second edition. beijing: beijing peoples telephone and postal press ,2009.7-259致 謝在本課程設(shè)計(jì)進(jìn)行過程中得到王韌老師的悉心指導(dǎo)，還有很多同學(xué)的幫助。王老師嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的治學(xué)態(tài)度，踏實(shí)堅(jiān)韌的工作精神，將使我終生受益。在此，謹(jǐn)向老師和幫助我的同學(xué)致以誠摯的謝意和崇高的敬意。 附 錄 a原理圖附 錄 bpcb頂層圖pcb底層圖 附 錄 c 元器件布局圖附 錄 d程序清單：;*;項(xiàng)目名稱：數(shù)字電子鐘;設(shè)計(jì)者：譚育奇;設(shè)計(jì)日期：20

13、10年12月29日;*;堆棧棧底60h;*;led數(shù)碼管顯示器設(shè)定;p0.7-p0.0段控線，接led的顯示段dp,g,f,e,d,c,b,a;p2.7-p2.0位控線,從左至右(led7,led6,led5,led4,led3,led2,led1,led0);顯示緩沖區(qū)設(shè)定從左至右依次為7fh,7eh,7dh,7ch,7bh,7ah,79h,78h(led4,led5,led6,led7,led0,led1,led2,led3);時(shí)十位，時(shí)個(gè)位，分十位，分個(gè)位，秒十位，秒個(gè)位對(duì)應(yīng)的儲(chǔ)存單元是（77h,76h,75h,74h,73h,72h）;鍵值放在20h單元;*;獨(dú)立式鍵盤設(shè)定;8個(gè)按鍵s

14、2至s9分別依次接在p1.0至p1.7口線;s2鍵為啟動(dòng)/調(diào)整;s4、s5為加、減鍵 ;* ;子程序;disp（數(shù)碼管顯示子程序）;key（鍵掃子程序）;dl(1毫秒延時(shí)子程序,晶振頻率12mhz);take(更新緩沖區(qū)子程序);*;常數(shù)表格;tab(共陽數(shù)碼管字型代碼表);tab1(位控序號(hào)表);disbh(系統(tǒng)提示符p.字型代碼序號(hào)表);*;時(shí)分秒的十位和個(gè)位分別偽定義 secge equ 72h secshi equ 73h fenge equ 74h fenshi equ 75h shige equ 76h shishi equ 77h;*;鍵值偽定義 s2b bit 20h.0 s3

15、b bit 20h.1 s4b bit 20h.2 s5b bit 20h.3 s6b bit 20h.4 s7b bit 20h.5 s8b bit 20h.6 s9b bit 20h.7;*;主程序org 0000h start: ljmp main ;主程序入口地址 org 000bh ljmp tc0 org 0030h main: mov sp, #60h ;堆棧初始化;*;定時(shí)器初始化 mov tmod ,#11h mov th0 ,#3ch mov tl0 ,#0b0h mov ie ,#8ah ;允許定時(shí)器0中斷;* mov psw ,#00h ;psw初始化 mov r0 ,

16、#20h ;ram區(qū)首地址 mov r7 ,#5fh ;ram區(qū)單元個(gè)數(shù) ml: mov r0 ,#00h ;ram初始化 inc r0 djnz r7 ,ml clr 23h.0 ;停止是否按下判斷位 clr 23h.1 clr 23h.2 ;調(diào)整鍵按下判斷位 clr 23h.3 ;啟動(dòng)停止判斷位 push psw ;改變當(dāng)期寄存器為2組 setb rs1 clr rs0 mov r1 ,#200 mov r5 ,#20 ;設(shè)定中斷服務(wù)程序循環(huán)次數(shù) mov r6 ,#0 ;判調(diào)整鍵按下的次數(shù) mov r7 ,#25 ;按鍵是若不松開調(diào)顯示的次數(shù) pop psw tsf: mov dptr ,

17、#disbh ;系統(tǒng)初始化后提示符“p.”字符代碼表首地址 mov r1 ,#00h mov r5 ,#08h mov r0 ,#78hdisptsf: mov a ,r1 movc a ,a+dptr mov r0 ,a inc r0 inc r1 djnz r5 ,disptsf ;調(diào)顯示子程序顯示提示符“p.” tt: lcall disp lcall key mov a ,20h jz tt;*;鍵判斷程序 jb s2b ,s22 jb s4b ,s44 jb s5b ,s55 jb s3b ,s3 jb s6b ,s6 jb s7b ,s7 jb s8b ,s8 jb s9b ,s9

18、 ljmp tt;*;鍵功能程序s22: ljmp s2s44: ljmp s4 s55: ljmp s5 s3: nop ljmp tt s6: nop ljmp tt s7: nop ljmp tt s8: nop ljmp tt s9: nop ljmp tt;啟動(dòng)停止鍵功能程序 s2: push psw ;改變通用寄存器組為2組 setb rs1 clr rs0 jb 23h.0 ,szt jb 23h.4 ,s2tz ;23h.4為0執(zhí)行啟動(dòng)程序，否則轉(zhuǎn)向停止程序 setb 23h.4 setb tr0 clr 23h.2 jb 23h.1 ,s2d1 ;23h.1為1轉(zhuǎn)向啟動(dòng)程序結(jié)

19、束 setb 23h.1 ;第一次啟動(dòng)電子鐘，標(biāo)志位置1 mov secshi ,#0 mov secge ,#0 mov fenshi ,#0 mov fenge ,#0 mov shishi ,#0 mov shige ,#0 s2d1: lcall key ;判鍵是否松開 jb s2b ,s2d1 ljmp ss2 s2tz: clr tr0 ;停止程序 setb 23h.0 clr 23h.4 s2d2: lcall key ;判鍵是否松開 jb s2b ,s2d2 ljmp ss2 szt: jnb 23h.0 ,ss2 ;判停止鍵是否按下，沒有按下轉(zhuǎn)向結(jié)束程序 lcall dl s

20、etb 23h.2 ;調(diào)整鍵按下，置1 cjne r6 ,#00h ,s2s ;是第一次按下調(diào)整鍵嗎 inc r6 ;調(diào)整鍵的次數(shù)加1 s2s1: lcall key jb s2b ,s2s1 ljmp ss2 s2s: cjne r6 ,#01h ,s2f ;是第二次按下調(diào)整鍵嗎 inc r6 ;調(diào)整鍵次數(shù)加1 s2s2: lcall key jb s2b ,s2s2 ljmp ss2 s2f: mov r6 ,#00h ;第三次按下調(diào)整鍵，把按下調(diào)整鍵的次數(shù)置0 s2s3: lcall key jb s2b ,s2s3 ss2: lcall take pop psw ljmp tt;*;加

21、1鍵功能程序 s4: push psw ;改變通用寄存器為2組 setb rs1 clr rs0 jnb 23h.2 ,s3g ;判調(diào)整鍵是否按下 cjne r6 ,#01h ,s3f ;停止鍵按下的次數(shù)是1次嗎？ lcall take3 ;時(shí)加1 cjne r2 ,#24h ,s3d1 ;24小時(shí)到了嗎 mov shishi ,#00h mov shige ,#00h s3d1: lcall disp ;延時(shí)0.2秒 djnz r7 ,s3d1 mov r7 ,#25 ljmp s3g s3f: cjne r6 ,#02h ,s3m ;停止鍵按下的次數(shù)是2次嗎？ lcall take2 ;分

22、加1 cjne r3 ,#60h ,s3d2 ;60分到了嗎 mov fenshi ,#00h mov fenge ,#00h s3d2: lcall disp ;延時(shí)0.2秒 djnz r7 ,s3d2 mov r7 ,#25 ljmp s3g s3m: lcall take1 ;秒加1 cjne r4 ,#60h ,s3d3 ;60秒到了嗎 mov secshi ,#00h mov secge ,#00h s3d3: lcall disp ;延時(shí)0.2秒 djnz r7 ,s3d3 mov r7 ,#25 s3g: lcall take pop psw ljmp tt;*;減1鍵功能程序

23、s5: push psw setb rs1 clr rs0 jnb 23h.2 ,s4g cjne r6 ,#01h ,s4f ;停止鍵按下的次數(shù)是1次嗎 s4dy: lcall take7 ;時(shí)減1 s4d1: lcall disp ;延時(shí)0.2秒 djnz r7 ,s4d1 mov r7 ,#25 ljmp s4g s4f: cjne r6 ,#02h ,s4m ;停止鍵按下的次數(shù)是2次嗎 lcall take6 ;分減1 s4d2: lcall disp djnz r7 ,s4d2 mov r7 ,#25 ljmp s4g s4m: cjne r6 ,#00h ,s4g ;停止鍵按下的次

24、數(shù)是3次嗎 lcall take5 ;秒減1 s4d3: lcall disp djnz r7 ,s4d3 mov r7 ,#25 s4g: lcall take pop psw ljmp tt ;*;常數(shù)表格區(qū);系統(tǒng)初始化后提示符“p.”字符代碼表 disbh: db 11h,10h,10h,10h,10h,10h,10h,10h ;顯示字符段選碼表(共陽極代碼) tab: db 0c0h,0f9h,0a4h,0b0h,99h,92h,82h,0f8h,80h db 90h, 0ffh,0ch,0bfh tab1: db 0efh,0dfh,0bfh,07fh,0feh,0fdh,0fbh,

25、0f7h;*;延時(shí)1毫秒子程序 dl: mov r7 ,#02h dl1: mov r6 ,#0ffh dl2: djnz r6 ,dl2 djnz r7 ,dl1 ret;*;顯示子程序;入口:78h,79h,7ah,7bh,7ch,7dh,7eh,7fh disp: push dph push dpl push acc push psw clr rs1 ;改變當(dāng)前寄存器組為組1 setb rs0 mov r7 ,#08h mov r1 ,#78h ;顯示緩沖存儲(chǔ)單元首地址 mov r0 ,#00h ;從左至右顯示 disp1: mov a ,r1 mov dptr ,#tab movc a

26、 ,a+dptr mov p0 ,a ;送段控 mov a ,r0 mov dptr ,#tab1 movc a ,a+dptr mov p2 ,a ;送位控 lcall dl ;延時(shí)1毫秒 djnz r7 ,disp2 inc r1 inc r0 ljmp disp1 disp2: pop psw ;恢復(fù)當(dāng)前寄存器組的組號(hào) pop acc pop dpl pop dph ret;*;8個(gè)按鍵s2至s9分別依次接在p1.0至p1.7口線;鍵掃子程序key;出口：b，20h key: lcall keychuli ;調(diào)鍵處理子程序 jz exit lcall disp ;去抖動(dòng) lcall di

27、sp lcall keychuli ;調(diào)鍵處理子程序 jz exit ; mov b ,20h ;保存鍵值 keysf: lcall keychuli ;調(diào)鍵處理子程序 jz key1 ;按鍵釋放，準(zhǔn)備退出key子程序 lcall disp key1: mov 20h ,b ;恢復(fù)鍵值 exit: ret;鍵處理子程序keychuli;出口：a，20hkeychuli: mov p1 ,#0ffh ;先向p1口寫1 mov a ,p1 cpl a anl a ,#04h mov 20h ,a ;保存取反后的鍵值 ret;*;更新緩沖區(qū)子程序 take: mov 78h ,shishi mov

28、79h ,shige mov 7ah ,#12h mov 7bh ,fenshi mov 7ch ,fenge mov 7dh ,#12h mov 7eh ,secshi mov 7fh ,secge ret;*;數(shù)字處理子程序 take1: push psw ;秒加1子程序 setb rs1 ;改變當(dāng)期寄存器為2組 clr rs0 mov a ,secshi swap a mov r4 ,a mov a ,secge orl a ,r4 add a ,#01h da a mov r4 ,a swap a anl a ,#0fh mov secshi ,a mov a ,r4 anl a ,#

29、0fh mov secge ,a pop psw ret take2: push psw ;分加1子程序 setb rs1 clr rs0 mov a ,fenshi swap a mov r3 ,a mov a ,fenge orl a ,r3 add a ,#01h da a mov r3 ,a swap a anl a ,#0fh mov fenshi ,a mov a , r3 anl a ,#0fh mov fenge ,a pop psw ret take3: push psw ;時(shí)加1子程序 setb rs1 clr rs0 mov a ,shishi swap a mov r2 ,a mov a ,shige orl a ,r2 add a ,#01h da a mov r2 ,a swap a anl a ,#0fh mov shishi ,a mov a ,r2 anl a ,#0fh mov shige ,a pop psw ret take5: push psw ;秒減1程序 setb rs1 clr rs1 mov a ,secshi swap a mov r4