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1、實 驗 報 告Proteus仿真大作業(yè)課題：數(shù)字時鐘實驗報告系部：電子工程系班級：應(yīng)用電子090132姓名：關(guān)志超指導(dǎo)老師：席東河2011.6.10前 言數(shù)字電子鐘具有走時準(zhǔn)確，一鐘多用等特點，在生活中已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用。另外數(shù)字鐘還具備秒表和鬧鐘的功能，且鬧鐘鈴聲可自選，使一款電子鐘具備了多媒體的色彩。單片機(jī)AT89C51在Proteus軟件中實現(xiàn)數(shù)字時鐘的定時、時間調(diào)整、鬧正設(shè)置等功能。具有體積小、功能強(qiáng)可靠性高、價格低廉等一系列優(yōu)點，不僅已成為工業(yè)測控領(lǐng)域普遍采用的智能化控制工具，而且已滲入到人們工作和和生活的各個角落，有力地推動了各行業(yè)的技術(shù)改造和產(chǎn)品的更新?lián)Q代，應(yīng)用前景廣闊。時鐘電路

2、在計算機(jī)系統(tǒng)中起著非常重要的作用，是保證系統(tǒng)正常工作的基礎(chǔ)。在一個單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，時鐘有兩方面的含義：一是指為保障系統(tǒng)正常工作的基準(zhǔn)振蕩定時信號，主要由晶振和外圍電路組成，晶振頻率的大小決定了單片機(jī)系統(tǒng)工作的快慢；二是指系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)定時時鐘，即定時時間。Protues軟件不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機(jī)及外圍器件。它是目前最好的仿真單片機(jī)及外圍器件的工具。已受到單片機(jī)愛好者、從事單片機(jī)教學(xué)的教師、致力于單片機(jī)開發(fā)應(yīng)用的科技工作者的青睞。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

3、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，其處理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多種編譯器。本文主要介紹用單片機(jī)內(nèi)部的定時/計數(shù)器來實現(xiàn)電子時鐘的方法，本設(shè)計由單片機(jī)AT89C51芯片和LED1602液晶顯示屏為核心，輔以必要的電路，構(gòu)成了一個單片機(jī)電子時鐘。目錄第一章 電子時鐘、單片機(jī)簡介41、電子時鐘工作原理42、單片機(jī)簡介4第二章 數(shù)字時鐘電路設(shè)計52.1 設(shè)計要求52.2 數(shù)字電路模塊圖：62.

4、362.2 模塊簡介：62.3 系統(tǒng)功能操作實現(xiàn)72.4 方案設(shè)計元件清單8第三章 Protues仿真電路93.1 繪制數(shù)字時鐘電路Protues仿真原理圖：93.1.1 啟動ISIS 7 Professional軟件93.1.2 仿真電路繪制93.1.3 數(shù)字時鐘原理圖103.1.4 電路檢測113.2 軟件設(shè)計：123.2.1 運(yùn)行keil軟件編寫程序123.2.2 編譯、連接123.2.3 將程序燒入單片機(jī)133.2.4、程序運(yùn)行13附錄14程序：14總結(jié)24參考資料25第一章 電子時鐘、單片機(jī)簡介1、電子時鐘工作原理電子時鐘是基于單片機(jī)的一種計時工具，采用延時程序產(chǎn)生一定的時間中斷，用

5、于一秒的定義，通過計數(shù)方式進(jìn)行滿六十秒分鐘進(jìn)一，滿六十分小時進(jìn)一，滿二十四小時小時清零。從而達(dá)到計時的功能，是人民日常生活補(bǔ)課缺少的工具?，F(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時，譯碼代替機(jī)械式傳動，用LED顯示器代替指針顯示進(jìn)而顯示時間，減小了計時誤差，這種表具有年、月、時、分、秒以及星期、溫度等顯示功能，還可以進(jìn)行時和分的校對以及定時鬧鐘功能，片選的靈活性好。該電子時鐘由89C51，BUTTON，7SES六段數(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

6、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。而電路中唯一的一個控制鍵卻擁有多種不同的功能，按下又松開，可以實現(xiàn)屏蔽數(shù)碼管顯示的功能，達(dá)到省電的目的；直接按下不松開，則可以通過按鍵實現(xiàn)分鐘的累加，每按一次分鐘加一；而連續(xù)兩次按下按鍵不放松，則可實現(xiàn)小時的調(diào)節(jié)，同樣每按一次小時加一。2、單片機(jī)簡介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(jī)。在這以后，8位單片機(jī)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

7、些高性能的8位單片機(jī)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(jī)的尋址能力達(dá)64KB，片內(nèi)ROM容量達(dá)4-8KB，片內(nèi)除帶有并行IO口外，還有串行IO口，甚至還有AD轉(zhuǎn)化器功能。8位單片機(jī)由于功能強(qiáng)，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。單片機(jī)全稱為單片機(jī)微型計算機(jī)（Single Chip Microsoftcomputer)。從應(yīng)用領(lǐng)域來看，單片機(jī)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(jī)是將計算機(jī)的基本部

8、件微型化并集成在一塊芯片上的微型AT89C51是一個低功耗，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含4k Bytes ISP(In-system programmable)的可反復(fù)擦寫1000次的Flash只讀程序存儲器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)及80C51引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和ISP Flash存儲單元，功能強(qiáng)大的微型計算機(jī)的AT89C51可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價比的解決方案。綜上所訴，數(shù)字時鐘設(shè)計方案采用單片機(jī)機(jī)型：AT89C51；計時方案設(shè)計采用單片機(jī)內(nèi)部計數(shù)/定時功能，利用軟件控制單片機(jī)實現(xiàn)數(shù)字時鐘時間

9、設(shè)置功能；顯示方案中利用單片機(jī)并行I/O端口，實現(xiàn)LED動態(tài)顯示；第二章 數(shù)字時鐘電路設(shè)計2.1 設(shè)計要求 設(shè)計并制作出具有以下功能的數(shù)字鐘：（1）自動計時，由六位LED顯示器顯示時、分、秒（2）具備校準(zhǔn)功能，可以設(shè)置當(dāng)前時間。（3）具備定時啟鬧功能，可以設(shè)置啟鬧時間，啟鬧10s后自動關(guān)閉鬧鈴2.2 數(shù)字電路模塊圖：主程序函數(shù)LED顯示函數(shù)鍵盤檢測函數(shù)查鍵值函數(shù)鬧鐘設(shè)置函數(shù)時鐘設(shè)置函數(shù)鬧鐘判斷啟動函數(shù)定時器中斷函數(shù)加1修改功能函數(shù)2.3 2.2 模塊簡介：（1）主程序函數(shù)main：完成系統(tǒng)初始化，包括時鐘、鬧鈴初始參數(shù)及初始標(biāo)志的設(shè)定；I/O端口、定時/計數(shù)器初始狀態(tài)的設(shè)定：更新顯示時間，循環(huán)

10、掃描按鍵，根據(jù)案件分別進(jìn)行鬧鈴和時鐘的設(shè)置管理。 （2）LED顯示函數(shù)dispiay：根據(jù)顯示單元首地址顯示時鐘（或鬧鈴）時間，實現(xiàn)6位LED的動態(tài)顯示功能。（3）鍵盤檢測函數(shù)keytest和查鍵值函數(shù)search：這兩個函數(shù)都屬于鍵盤掃描模塊，函數(shù)keytest判斷是否有按鍵輸入，函數(shù)search識別并返回行列式按鍵的鍵號。（4）時鐘設(shè)置函數(shù)ftion0：根據(jù)用戶按下0#鍵的次數(shù)，依次選擇設(shè)置時鐘的秒、分、時的修改標(biāo)志位。加1修改功能函數(shù)將根據(jù)該標(biāo)志位進(jìn)行時鐘時間的設(shè)置修改。（5）鬧鈴設(shè)置函數(shù)ftion1：根據(jù)用戶按下:1#鍵的次數(shù)，依次選擇設(shè)置鬧鈴的分、時的修改標(biāo)志位。加1修改功能函數(shù)將根

11、據(jù)該標(biāo)志位進(jìn)行時鐘鬧鈴的設(shè)（6）加1修改功能函數(shù)cum：用戶按下2#鍵后，根據(jù)時鐘和鬧鈴設(shè)置函數(shù)設(shè)置的標(biāo)志位將時鐘（或鬧鈴）相應(yīng)的時、分、秒計數(shù)單元加1。（7）鬧鈴判斷啟動函數(shù)alarm：半段鬧鈴啟動時間到否，若時間到，則啟動鬧鈴，延時10s后自動關(guān)鬧鈴，并清除鬧鈴設(shè)置標(biāo)志。（8）定時器中斷函數(shù)clock：定時修改時鐘參數(shù)中斷服務(wù)子程序。綜上各模塊功能，數(shù)字時鐘設(shè)計方案采用單片機(jī)機(jī)型：AT89C51；計時方案設(shè)計采用單片機(jī)內(nèi)部計數(shù)/定時功能，利用軟件控制單片機(jī)實現(xiàn)數(shù)字時鐘時間設(shè)置功能；顯示方案中利用單片機(jī)并行I/O端口，實現(xiàn)LED動態(tài)顯示；2.3 系統(tǒng)功能操作實現(xiàn)（1）鍵盤功能定義。系統(tǒng)采用4

12、*3矩陣鍵盤。共計12個按鍵任務(wù)中使用了三個按鍵，0#、1#和2#鍵，其余按鍵為系統(tǒng)功能擴(kuò)展預(yù)留。0#鍵：時鐘參數(shù)表修改功能選擇鍵。按一次修改秒，按二次修改分，按三次修改小時，按四次確認(rèn)修改完畢。1#鍵：鬧鈴時間設(shè)置功能選擇鍵。按一次修改分，按兩次修改小時，按三次確認(rèn)修改完成。2#鍵:增1功能鍵,每按一次該鍵,根據(jù)0#、1#鍵的選擇結(jié)果將相應(yīng)單元內(nèi)容加1。修改“小時”時，加到23后再加1“清零”；修改“分”時，加到59后再加1“清零”。（2）顯示定義。6位LED從左到右依次顯示時、分、秒，采用24小時計時。（3）系統(tǒng)工作流程設(shè)計時間顯示：上電后，系統(tǒng)自動進(jìn)入時鐘顯示，從00:00:00開始計時

13、。時間調(diào)整：按下0#鍵，系統(tǒng)停止計時，進(jìn)入時間設(shè)定狀態(tài)，保持原有顯示。按一次修改秒表，按二次修改分，按三次修改小時，直至按四次確認(rèn)修改完成，系統(tǒng)由設(shè)定后的時間開始計時顯示。鬧鈴設(shè)置/啟鬧/停鬧：按下1#鍵，數(shù)碼管顯示00:00:00，進(jìn)入鬧鈴設(shè)置狀態(tài)。等待鍵入啟鬧時間，按一次設(shè)置分，按兩次設(shè)置小時，按三次確認(rèn)設(shè)置完畢。將啟動定時啟鬧功能，并恢復(fù)時間顯示。當(dāng)定時時間到，蜂鳴器鳴叫10s后停鬧。在鬧鈴設(shè)置過程中，系統(tǒng)繼續(xù)計時。在時間調(diào)整和鬧鈴設(shè)置狀態(tài)下，均可以按2#鍵，采用增1方式修改相應(yīng)的參數(shù)。2.4 方案設(shè)計元件清單元件名稱數(shù)量參數(shù)名稱所屬庫單片機(jī)1AT89C51AT89C51MCS8051按

14、鈕1.2*1.212BUTTONACTIVE晶振112MHZCRYSTLEDEVICE電阻8200/0.25WRESDEVICE11K/0.25W35.1K/0.25電阻排110KRESPACK-8電解電容110uF/16VGENELECT10U16VCAPACITORS瓷片電容230pFCERAMIC33PCAPACITORS或非門1-71LS02DEVICE蜂鳴器1-BUZZERACTIVE第三章 Protues仿真電路3.1 繪制數(shù)字時鐘電路Protues仿真原理圖：3.1.1 啟動ISIS 7 Professional軟件元件的加載：找到原件后雙擊原件即可完成加載原件。3.1.2 仿真

15、電路繪制放置元件調(diào)整原布局連線繪制總線放置網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號放置如下圖所示。3.1.3 數(shù)字時鐘原理圖連線后最終數(shù)字時鐘電路原理圖如下3.1.4 電路檢測電路連接完畢后，單擊運(yùn)行按鈕（如下圖）檢測電路是否有誤， 如果電路如果無誤進(jìn)行軟件檢測。3.2 軟件設(shè)計：3.2.1 運(yùn)行keil軟件編寫程序3.2.2 編譯、連接3.2.3 將程序燒入單片機(jī)3.2.4、程序運(yùn)行附錄程序：/*數(shù)字鐘程序*/#pragma SMALL#include #include #define uchar unsigned charsbit P2_7=P27; /定義蜂鳴器控制端口/*函數(shù)聲明*/void delay(uc

16、har x);void display(uchar *p);uchar keyscan(); /掃描鍵盤有無鍵按下uchar search(); /按鍵識別void alarm(); /鬧鐘判斷啟動void ftion0(); /時鐘修改void ftion1(); /鬧鐘修改void cum(); /加1修改/*全局變量定義*/uchar clockbuf3=0,0,0;/存放時鐘時分秒的十進(jìn)制數(shù)uchar bellbuf3=0,0,0;/存放鬧鐘時分秒的十進(jìn)制數(shù)uchar msec1; /10ms中斷次數(shù)uchar msec2; /1s循環(huán)次數(shù)uchar timdata,rtimdata;

17、/時鐘和鬧鐘修改位置標(biāo)志uchar count;/鬧鐘啟動后10s計時單元uchar *dis_p;/顯示緩沖區(qū)指針bit armbit;/鬧鐘標(biāo)志，為0鬧鐘未設(shè)定，為1已設(shè)定bit rtimbit;/鬧鐘是否啟動標(biāo)志，為1已啟動bit rhourbit;/鬧鐘小時修改標(biāo)志，為1正在修改鬧鐘小時bit rminbit;/鬧鐘分修改標(biāo)志，為1正在修改鬧鐘分bit hourbit;/時鐘小時修改標(biāo)志，為1正在修改時鐘小時bit minbit; /時鐘分修改標(biāo)志，為1正在修改時鐘分bit secbit;/時鐘秒修改標(biāo)志，為1正在修改時鐘秒/*主函數(shù)*/void main()uchar a;armbi

18、t=0; /清零鬧鐘標(biāo)志位msec1=0; /設(shè)置10ms中斷次數(shù)初值msec2=0; /設(shè)置1s中斷次數(shù)初值timdata=0; /時鐘內(nèi)容修改位置記憶單元清零rtimdata=0;/鬧鐘內(nèi)容修改位置記憶單元清零count=0; /鬧鐘啟動后保持10s計時單元清零TMOD=0x02; /定時器T0為工作方式2TL0=0x06; /定時初始值為250usTH0=0x06;EA=1; /中斷總允許位開啟ET0=1; /定時器0開中斷TR0=1; /啟動定時器T0dis_p=clockbuf;/將時鐘值所在地址送入顯示指針while(1)a=keyscan(); /調(diào)用鍵盤掃描子程序if(a=0x

19、0f)display(dis_p);/無鍵輸入調(diào)用顯示程序if(armbit=1)alarm();/判斷鬧鐘設(shè)定否，若設(shè)定則調(diào)用鬧鐘啟動函數(shù)elsedisplay(dis_p);/調(diào)用顯示子函數(shù)作為延時去抖動a=keyscan();if(a!=0x0f) /沒有抖動，表示有鍵按下a=search();/調(diào)用查鍵值子函數(shù)switch(a)case 0x00:ftion0();break; /是時鐘參數(shù)修改功能鍵，調(diào)用時鐘設(shè)置子函數(shù)case 0x01:ftion1();break; /是鬧鐘參數(shù)修改功能鍵，調(diào)用鬧鐘設(shè)置子函數(shù)case 0x02:cum();break; /是加1功能鍵，調(diào)用加1修改

20、功能子函數(shù)default:break;void delay(uchar x)char j;while(x-)for(j=0;j123;j+);/*6位LED顯示函數(shù)*/void display(uchar *p)uchar buffer=0,0,0,0,0,0;uchar k,i,j,temp;uchar led=0x3f,0x06,0x58,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07, 0x7f,0x6f;buffer0=p0/10;buffer1=p0%10;buffer2=p1/10;buffer3=p1%10;buffer4=p2/10;buffer5=p2%10;for(k=0

21、;k3;k+)temp=0xfe;for(i=0;i6;i+)P1=0xff; /關(guān)顯示j=bufferi;P1=ledj; /P1送斷碼P0=temp; /P0對應(yīng)端口低電平選位temp=1;delay(5);/每一位顯示延時/*鍵盤掃描函數(shù)*/uchar keyscan()uchar c;P0=0xf0;c=P2;c=c&0x07; /按鍵行輸入為P2.0-P2.2，屏蔽無關(guān)位return(c);/*查鍵值函數(shù)*/uchar search()uchar a,b,c,d,e;c=0xfe; /首列掃描字送變量ca=0; /首列號送awhile(1)P0=c; /列掃描字送P0口d=P2; /

22、讀入P2口的行狀態(tài)if(d&0x01=0)b=0;break; /第0行有鍵按下，第0行行首號送belse if(d&0x02=0)b=4;break; /第1行有鍵按下，第1行行首號送belse if(d&0x04=0)b=8;break; /第2行有鍵按下，第2行行首號送ba+; /掃描列號加1c=1; /修改列掃描字，掃描下一列e=a+b; /將行首號與列號相加，求鍵號dodisplay(dis_p);while(d=keyscan()!=0x07); /等待釋放按鍵return(e);/*鬧鐘判斷啟動函數(shù)*/void alarm()if(clockbuf0=bellbuf0)&(clo

23、ckbuf1=bellbuf1)P2_7=0;rtimbit=1; /設(shè)置鬧鐘計時標(biāo)志，時鐘將進(jìn)行10s計時標(biāo)志elseif(count=10) /判斷鬧鐘保持10s時間到否 count=0;/清除鬧鐘保持10s計時 P2_7=1;/清除鬧鐘 armbit=0; /清鬧鐘標(biāo)志，否則鬧鐘設(shè)置將繼續(xù)有效 rtimbit=0;/*時鐘設(shè)置函數(shù)*/void ftion0()TR0=0; /關(guān)定時器rhourbit=0; /禁止鬧鐘時間參數(shù)修改，請鬧鐘修改標(biāo)志rminbit=0; dis_p=clockbuf; /將時鐘緩沖區(qū)首地址送顯示指針rtimdata=0; /清鬧鐘修改位置標(biāo)志記錄timdata

24、+; /將時鐘修改記錄值加1switch(timdata)case 0x01:secbit=1;break;/記錄值為1，則將時鐘秒修改標(biāo)志置1case 0x02:secbit=0;minbit=0;break;/記錄值為2，則將時鐘分修改標(biāo)志置1case 0x03:minbit=0;hourbit=1;break;/記錄值3，則將時鐘時修改標(biāo)志置1case 0x04:timdata=0;hourbit=0;TR0=1;break;/按4次則清時鐘單元修改位置 /記錄，定時器重新開啟default:break;/*鬧鐘設(shè)置函數(shù)*/void ftion1()secbit=0;/禁止時鐘時間修改m

25、inbit=0;hourbit=0;dis_p=bellbuf;/設(shè)置鬧鐘顯示標(biāo)志timdata=0;/清時鐘修改位置標(biāo)志記錄rtimdata+;/將鬧鐘修改記錄值加1switch(rtimdata)case 0x01:rminbit=1;break;/記錄值為1，將鬧鐘分修改標(biāo)志置1case 0x02:rminbit=0;rhourbit=1;break; /記錄值為2，將時鐘分修改標(biāo)志置1case 0x03:rtimdata=0;rhourbit=0;/按3次則清鬧鐘單元修改位置記錄armbit=1; /設(shè)置鬧鐘已設(shè)置標(biāo)志位dis_p=clockbuf;/恢復(fù)時鐘顯示標(biāo)志break;def

26、ault:break;/*加1修改功能函數(shù)*/void cum()if(secbit=1) /時鐘秒修改標(biāo)志為1，秒單元內(nèi)容加1if(clockbuf2=59) clockbuf2=0;else clockbuf2+;else if(minbit=1)/時鐘分修改標(biāo)志為1，分單元內(nèi)容加1if(clockbuf1=59) clockbuf1=0;else clockbuf1+;else if(hourbit=1) /時鐘小時修改標(biāo)志為1，小時單元內(nèi)容加1if(clockbuf0=23) clockbuf0=0;else clockbuf0+;else if(rtimbit=1) /鬧鐘分修改標(biāo)志

27、為1，分單元內(nèi)容加1if(bellbuf1=59) bellbuf1=0;else bellbuf1+;else if(rhourbit=1) /鬧鐘小時修改標(biāo)志為1，小時單元內(nèi)容加1if(bellbuf0=23) bellbuf0=0;else bellbuf0+;/*定時器中斷函數(shù)*/void clock() interrupt 1EA=0; /關(guān)中斷if(msec1!=40)msec1+;elsemsec1=0; /到10ms否，不到則msec1加1if(msec2!=100)msec2+; /到1s否，不到則msec2加1elseif(rtimbit=1)count+;msec2=0;if(clockbuf2!=59)clockbuf2+; /到1min否，不到則clockbuf2加1elseclockbuf2=0;if(clockbuf1!=59)clockbuf1+; /到1h否，不到則clockbuf1加1elseclockbuf1=0;if(clockbuf0!=23)clock