單片機課程設(shè)計-個性化電子時鐘設(shè)計

1、單單片機片機課課程程設(shè)計設(shè)計 個性化電子時鐘設(shè)計個性化電子時鐘設(shè)計 學 院： 07 電子信息工程 班 級： 電子（1）班 姓 名： 組 員： 指導老師： 目錄 摘摘 要要.2 一、電子時鐘一、電子時鐘.2 1.1 電子時鐘簡介 .2 1.2 電子時鐘的基本特點.2 1.3 電子時鐘的原理.3 二、二、 單片機識的相關(guān)知識單片機識的相關(guān)知識.3 2.1 單片機簡介.3 2.2 單片機的發(fā)展史.3 1 . 4位單片機.3 2 . 8位單片機.3 3 . 16位單片機.4 4 . 32位單片機.4 5 . 64位單片機.4 2.3 單片機的特點.4 2.4 AT89C51 單片機介紹.5 三、三、

2、控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計.7 3.1 單片機型號的選擇.7 3.2 數(shù)碼管顯示工作原理.7 3.3 74LS373 介紹.8 3.4 整個電路原理圖.9 四、四、 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計.9 4.1 程序清單 .9 4.2 仿真結(jié)果 .15 五、心得五、心得.16 六、參考文獻六、參考文獻.17 摘摘 要要 單片計算機即單片微型計算機。由 RAM ,ROM,CPU 構(gòu)成，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，廣泛應(yīng)用于智能產(chǎn)業(yè)和工業(yè)自動化上。而 51 系 列單片機是各單片機中最為典型和最有代表性的一種。這次課程設(shè)計通過對它的學習，應(yīng)用， 從

3、而達到學習、設(shè)計、開發(fā)軟、硬的能力。 本設(shè)計主要設(shè)計了一個基于 AT89C51 單片機的電子時鐘。在數(shù)碼管通過一個控制鍵轉(zhuǎn)換 來顯示相應(yīng)的時間和日期。并通過多個控制鍵用來實現(xiàn)時間和日期的調(diào)節(jié)。應(yīng)用 keil 軟件實現(xiàn) 單片機電子時鐘系統(tǒng)的程序設(shè)計，用 Proteus 的 ISIS 軟件實現(xiàn)仿真。該方法仿真效果真實、準確， 節(jié)省了硬件資源。 關(guān)鍵字：單片機 時鐘 鍵盤控制 一、電子時鐘一、電子時鐘 1.1 電子時鐘簡介電子時鐘簡介 1957 年,Ventura 發(fā)明了世界上第一個電子表，從而奠定了電子時鐘的基礎(chǔ)，電子時鐘開始 迅速發(fā)展起來?，F(xiàn)代的電子時鐘是基于單片機的一種計時工具，采用延時程序產(chǎn)

4、生一定的時間 中斷，用于一秒的定義，通過計數(shù)方式進行滿六十秒分鐘進一，滿六十分小時進一，滿二十四 小時小時清零。從而達到計時的功能，是人民日常生活補課缺少的工具。 1.2 電子時鐘的基本特點電子時鐘的基本特點 現(xiàn)在高精度的計時工具大多數(shù)都使用了石英晶體振蕩器，由于電子鐘、石英鐘、石英表都 采用了石英技術(shù)，因此走時精度高，穩(wěn)定性好，使用方便，不需要經(jīng)常調(diào)試，數(shù)字式電子鐘用 集成電路計時，譯碼代替機械式傳動，用 LED 顯示器代替指針顯示進而顯示時間和日期，減小 了誤差，這種表具有時、分、秒顯示時間的功能和年月日顯示日期的功能，還可以進行校對， 片選的靈活性好。 1.3 電子時鐘的原理電子時鐘的原

5、理 該電子時鐘由 AT89C51，74LS373,BUTTON，數(shù)碼管等構(gòu)成，采用晶振電路作為驅(qū)動電路， 由延時程序和循環(huán)程序產(chǎn)生的一秒定時，達到時分秒的計時，六十秒為一分鐘，六十分鐘為一 小時，滿二十四小時為一天,滿三十天（閏年二月滿二十九天，平年二月滿二十八天）為一個月， 滿十二個月為一年。電路中的鍵控 1 實現(xiàn)“年”和“分”的調(diào)節(jié)，鍵控 2 實現(xiàn)“月”和“時” 的調(diào)節(jié)，鍵控 3 實現(xiàn)“日”和“分”的調(diào)節(jié)。每按一次就加一。 二、二、 單片機識的相關(guān)知識單片機識的相關(guān)知識 2.1 單片機簡介單片機簡介 單片機全稱為單片機微型計算機（Single Chip Microsoftcomputer)

6、。從應(yīng)用領(lǐng)域來看，單片 機主要用來控制，所以又稱為微控制器（Microcontroller Unit）或嵌入式控制器。單片機是將計 算機的基本部件微型化并集成在一塊芯片上的微型計算機。 2.2 單片機的發(fā)展史單片機的發(fā)展史 1 . 4 位單片機位單片機 1975 年，美國德克薩斯儀器公司首次推出 4 位單片機 TMS-1000；此后，各個計算機公司 競相推出四位單片機。日本松下公司的 MN1400 系列，美國洛克威爾公司的 PPS/1 系列等。四 位單片機的主要應(yīng)用領(lǐng)域有：PC 機的輸入裝置，電池充電器，運動器材，帶液晶顯示的音/視頻 產(chǎn)品控制器，一般家用電器的控制及遙控器，電子玩具，鐘表，計

7、算器，多功能電話等。 2 . 8 位單片機位單片機 1972 年，美國 Intel 公司首先推出 8 位微處理器 8008，并于 1976 年 9 月率先推出 MCS-48 系列單片機。在這以后，8 位單片機紛紛面市。例如，莫斯特克和仙童公司合作生產(chǎn)的 3870 系 列，摩托羅拉公司生產(chǎn)的 6801 系列等。隨著集成電路工藝水平的提高，一些高性能的 8 位單片 機相繼問世。例如，1978 年摩托羅拉公司的 MC6801 系列及齊洛格公司的 Z8 系列，1979 年 NEC 公司的 UPD78XX 系列。這類單片機的尋址能力達 64KB，片內(nèi) ROM 容量達 4-8KB，片 內(nèi)除帶有并行 IO

8、口外，還有串行 IO 口，甚至還有 AD 轉(zhuǎn)化器功能。8 位單片機由于功能強， 被廣泛用于自動化裝置、智能儀器儀表、智能接口、過程控制、通信、家用電器等各個領(lǐng)域。 3 . 16 位單片機位單片機 1983 年以后，集成電路的集成度可達幾十萬只管/片，各系列 16 位單片機紛紛面市。這一 階段的代表產(chǎn)品有 1983 年 Intel 公司推出的 MCS-96 系列，1987 年 Intel 推出了 80C96，美國國 家半導體公司推出的 HPC16040，NEC 公司推出的 783XX 系列等。16 位單片機主要用于工業(yè)控 制，智能儀器儀表，便攜式設(shè)備等場合。 4 . 32 位單片機位單片機 隨著

9、高新技術(shù)只智能機器人，光盤驅(qū)動器，激光打印機，圖像與數(shù)據(jù)實時處理，復(fù)雜實時 控制，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器等領(lǐng)域的應(yīng)用與發(fā)展，20 世紀 80 年代末推出了 32 位單片機，如 Motorlora 公 司的 MC683XX 系列，Intel 的 80960 系列，以及近年來流行的 ARM 系列單片機。32 位單片機 是單片機的發(fā)展趨勢，隨著技術(shù)的發(fā)展及開發(fā)成本和產(chǎn)品價格的下降，將會與 8 位單片機并駕 齊驅(qū)。 5 . 64 位單片機位單片機 近年來，64 位單片機在引擎控制，智能機器人，磁盤控制，語音圖像通信，算法密集的實 時控制場合已有應(yīng)用，如英國 Inmos 公司的 Transputer T800 是高

10、性能的 64 位單片機。 2.3 單片機的特點單片機的特點 1 . 單片機的存儲器 ROM 和 RAM 時嚴格區(qū)分的。ROM 稱為程序存儲器，只存放程序， 固定常數(shù)，及數(shù)據(jù)表格。RAM 則為數(shù)據(jù)存儲器，用作工作區(qū)及存放用戶數(shù)據(jù)。 2 . 采用面向控制的指令系統(tǒng)。為滿足控制需要，單片機有更強的邏輯控制能力，特別是單 片機具有很強的位處理能力。 3 . 單片機的 I/O 口通常時多功能的。由于單片機芯片上引腳數(shù)目有限，為了解決實際引 腳數(shù)和需要的信號線的矛盾，采用了引腳功能復(fù)用的方法，引腳處于何種功能，可由指令來設(shè) 置或由機器狀態(tài)來區(qū)分。 4 . 單片機的外部擴展能力很強。在內(nèi)部的各種功能部件不能

11、滿足應(yīng)用的需求時，均可在 外部進行擴展，與許多通用的微機接口芯片兼容，給應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計帶來了很大的方便。 2.4AT89C51 單片機介紹單片機介紹 VCC：電源；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 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 FIASH 進行校驗時，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

12、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 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 口當用于外部程序存儲器 或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存 儲器進行存取時，P2 口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它

13、利用 內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，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。 XTAL2 18 XTAL1 19 ALE 30 EA 31 PSEN 29 RST 9 P0.0/AD0 39 P0.1/AD1 38 P0.2/AD2 37 P0.3/AD3 36 P0.4/AD4 35 P0.5/AD5 34 P0.6/AD6 33 P0.7/AD7 32 P1.0 1 P1.1 2 P1.2 3 P1.3 4 P1.4 5 P1.5 6 P1.6 7 P1.7 8 P3.0/RXD 10 P3.1/TXD

14、 11 P3.2/INT0 12 P3.3/INT1 13 P3.4/T0 14 P3.7/RD 17 P3.6/WR 16 P3.5/T1 15 P2.7/A15 28 P2.0/A8 21 P2.1/A9 22 P2.2/A10 23 P2.3/A11 24 P2.4/A12 25 P2.5/A13 26 P2.6/A14 27 U4 AT89C51 圖 1 AT89C51 單片機 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 P3 口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平， P3 口將輸

15、出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。 P3 口也可作為 AT89C51 的一些特殊功能口，如下表所示： P3.0 RXD（串行輸入口） P3.1 TXD（串行輸出口） P3.2 /INT0（外部中斷 0） P3.3 /INT1（外部中斷 1） P3.4 T0（記時器 0 外部輸入） P3.5 T1（記時器 1 外部輸入） P3.6 /WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通） P3.7 /RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通） P3 口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。 RST：復(fù)位輸入。當振蕩器復(fù)位器件時，要保持 RST 腳兩個機器周期的高電平時間。 ALE/PROG：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出

16、電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。 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，每個機器周期兩次 /PSEN 有效。但在訪問外

17、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/EA 保持低電平時，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/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）。 三、三、 控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計 3.1 單片機型號的選擇單片機型號的選擇 通過對多種單片機性能的分析，最終認為 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電壓，高性能 C

18、MOS8 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)標準的 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。 3.2 數(shù)碼管顯示數(shù)碼管顯示工作原理工作原理 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，又稱為公共端。共陰型就是把多

19、 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 二極管的負極，又稱為負極。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

20、引管線；每位數(shù)碼管的陽極連在一起組 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。 圖 2 共陰數(shù)碼管 3.3 74LS373 介紹介紹： 373 為三態(tài)輸出的八 D 透明鎖存器 ，373 的輸出端 O0O7 可直接與總線相連。 當三態(tài)允許控制端 OE 為低電平時， O0O7 為正常邏輯狀態(tài)，可用來驅(qū)動負載或總 線。當 OE 為高電平時， O0O7 呈高阻態(tài)，即不驅(qū)動總線，也不為總線的負載，鎖存器 內(nèi)部的邏輯操作不受影響。 當鎖存允許端 LE 為高電平時， O 隨數(shù)據(jù) D 而變

21、。當 LE 為低電平時， O 被鎖存在 已建立的數(shù)據(jù)電平。當 LE 端施密特觸發(fā)器的輸入滯后作用， 使交流和直流噪聲抗擾度被改善 400mV。 引出端符號： D0D7 數(shù)據(jù)輸入端 ；OE 三態(tài)允許控制端（低電平有效 ；LE 鎖存允許端 ；O0O 7 輸出端 圖 3 74LS373 3.4 整個電路原理圖整個電路原理圖 圖 4 系統(tǒng)電路原理圖 四、四、 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計 4.1 程序清單程序清單 #include #include sbit P20=P20; /*定義端口*/ sbit khour=P30; sbit kmin=P31; sbit knian=P32; sbi

22、t tiaonian=P33 ; sbit speaker=P37 ; int j=-1 ; /*定義變量，j 用以控制掃描*/ bit flag=0,leap=0; /*定義 flag 控制時分秒和年月日的顯示，leap 判斷是否為閏年 */ char secshi=0,secge=0,minshi=0,minge=0,hourshi=0,hourge=0; char dayshi=0,dayge=0,monthshi=0,monthge=0,yearshi=0,yearge=0 ; unsigned int num=0,sec=0,min=0,hour=0; /*設(shè)置初始時間為 00 時

23、0 分 0 秒*/ unsigned int day=1,month=1,year=10; /*設(shè)置初始日期為 2010 年 1 月 1 日*/ char saomiao8=0 x01,0 x02,0 x04,0 x08,0 x10,0 x20,0 x40,0 x80; /*掃描數(shù)組，控制位選*/ char shijian10=0 xC0,0 xF9,0 xA4,0 xB0,0 x99,0 x92,0 x82,0 xF8,0 x80,0 x90; /*共陰數(shù)碼管的 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9*/ void delay(unsigned int z) /*延時子程序*/ unsign

24、ed int x,y; for(x=z;x0;x-) for(y=10;y0;y-) ; void timer() interrupt 1 /*定時器中斷 0*/ TH0=(65535-5000)/256; /*重新裝入初值*/ TL0=(65535-5000)%256; num+; j+; if(year%4=0 /*閏年，使 leap=1*/ else leap=0; /*平年，使 leap=0*/ if(num=150) /*實驗微調(diào)得 num=150 時大概為 1s*/ num=0; sec+; /*秒自動加 1*/ if(sec=60) sec=0; min+; /*60s 時，分自

25、動加 1，秒歸 0*/ if(min=60) min=0; hour+; /*60 分時，小時自動加 1，分歸 0*/ if(hour=24) hour=0; min=0; sec=0; day+; /*24 時，天自動加 1，時分秒歸 0*/ /* * *月份的判斷，平年時的 2 月和閏年時的 2 月，以及 30 天和 31 天的判斷 * *if(leap= 1 month+; /*2 月 28 天或 29 天時月自加 1*/ if(month=1|month=3|month=5|month=7|month=8|month=10|month=12) if(day=32) day=1; mon

26、th+; /*月為 31 天達到時月自動加 1*/ if( month=4|month=6|month=9|month=11) if(day=31) day=1; month+; /*月為 30 天達到時月自動加 1*/ if(month=13) year+; month=1; /*新的一年的開始*/ secge=sec%10; secshi=sec/10; minge=min%10; minshi=min/10; hourge=hour%10; hourshi=hour/10; dayge=day%10; dayshi=day/10; monthge=month%10; monthshi=m

27、onth/10; yearge=year%10; yearshi=year/10; P1=saomiaoj; /*數(shù)碼管的位選設(shè)置*/ if(flag=1) /*flag=1,顯示年月日*/ if(P1=0 x80) P2=shijiandayge; if(P1=0 x40) P2=shijiandayshi; if(P1=0 x20) P2=0 xbf； /*年與月之間的分隔符“”的顯示*/ if(P1=0 x10) P2=shijianmonthge; if(P1=0 x08) P2=shijianmonthshi; if(P1=0 x04) P2=0 xbf； /*月與天之間的分隔符“”

28、的顯示*/ if(P1=0 x02) P2=shijianyearge; if(P1=0 x01) P2=shijianyearshi; else /*flag=0,顯示時分秒*/ if(P1=0 x80) P2=shijiansecge; if(P1=0 x40) P2=shijiansecshi; if(P1=0 x20) P2=0 xbf; if(P1=0 x10) P2=shijianminge;/xian shi if(P1=0 x08) P2=shijianminshi; if(P1=0 x04) P2=0 xbf; if(P1=0 x02 /*顯示小時 023*/ if(P1=0

29、 x01 if(flag=1) /*顯示年月日的情況下做年月日的調(diào)整*/ if(kmin=0) day+; while(kmin=0); if(khour=0) month+; while (khour=0); if(month12) month=1; if(tiaonian=0 while (tiaonian=0); void baoshi() /*整點報時子程序*/ if(min=0 delay(1) ; speaker=1 ; else speaker=1; void alarm() / *鬧鐘子程序*/ bit ring=1; char xx=10; if(tiaonian=0) ring=0; delay(100); while(tiaonian=0); /*關(guān)閉正在叫的鬧鐘*/ if(hour=6 delay(1) ; speaker=1 ; if(hour=6 void main(