大工14春《單片機(jī)原理及應(yīng)用》大作業(yè)答案

1、 網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院單片機(jī)原理及應(yīng)用大作業(yè) 題 目： 單片機(jī)電子時(shí)鐘設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)中心：福建福鼎學(xué)院奧鵬學(xué)習(xí)中心 層 次： 專升本 專 業(yè)： 電氣工程及其自動(dòng)化 年 級(jí)： 2013年 春 季 學(xué) 號(hào)： 學(xué)生姓名： 一、課題背景1、數(shù)字電子鐘的發(fā)展20世紀(jì)末，電子技術(shù)獲得了飛速的發(fā)展，在其推動(dòng)下，現(xiàn)代電子產(chǎn)品幾乎滲透了社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域，有力地推動(dòng)了社會(huì)生產(chǎn)力的發(fā)展和社會(huì)信息化程度的提高，同時(shí)也使現(xiàn)代電子產(chǎn)品性能進(jìn)一步提高，產(chǎn)品更新?lián)Q代的節(jié)奏也越來越快。 時(shí)間對(duì)人們來說總是那么寶貴，工作的忙碌性和繁雜性容易使人忘記當(dāng)前的時(shí)間。忘記了要做的事情，當(dāng)事情不是很重要的時(shí)候，這種遺忘無傷大雅。但是，一旦重要事

2、情，一時(shí)的耽誤可能釀成大禍。 目前，單片機(jī)正朝著高性能和多品種方向發(fā)展趨勢將是進(jìn)一步向著CMOS化、低功耗、小體積、大容量、高性能、低價(jià)格和外圍電路內(nèi)裝化等幾個(gè)方面發(fā)展。下面是單片機(jī)的主要發(fā)展趨勢。單片機(jī)應(yīng)用的重要意義還在于，它從根本上改變了傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)方法。從前必須由模擬電路或數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)的大部分功能，現(xiàn)在已能用單片機(jī)通過軟件方法來實(shí)現(xiàn)了。這種軟件代替硬件的控制技術(shù)也稱為微控制技術(shù)，是傳統(tǒng)控制技術(shù)的一次革命。 單片機(jī)模塊中最常見的是數(shù)字鐘，數(shù)字鐘是一種用數(shù)字電路技術(shù)實(shí)現(xiàn)時(shí)、分、秒計(jì)時(shí)的裝置，與機(jī)械式時(shí)鐘相比具有更高的準(zhǔn)確性和直觀性，且無機(jī)械裝置，具有更更長

3、的使用壽命，因此得到了廣泛的使用。2、數(shù)字電子鐘的原理數(shù)字鐘是采用數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)對(duì).時(shí),分,秒.數(shù)字顯示的計(jì)時(shí)裝置,廣泛用于個(gè)人家庭,車站, 碼頭辦公室等公共場所,成為人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢缮俚谋匦杵?由于數(shù)字集成電路的發(fā)展和石英晶體振蕩器的廣泛應(yīng)用,使得數(shù)字鐘的精度,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過老式鐘表, 鐘表的數(shù)字化給人們生產(chǎn)生活帶來了極大的方便，而且大大地?cái)U(kuò)展了鐘表原先的報(bào)時(shí)功能。諸如定時(shí)自動(dòng)報(bào)警、按時(shí)自動(dòng)打鈴、時(shí)間程序自動(dòng)控制、定時(shí)廣播、自動(dòng)起閉路燈、定時(shí)開關(guān)烘箱、通斷動(dòng)力設(shè)備、甚至各種定時(shí)電氣的自動(dòng)啟用等，所有這些，都是以鐘表數(shù)字化為基礎(chǔ)的。因此，研究數(shù)字鐘及擴(kuò)大其應(yīng)用，有著非?，F(xiàn)實(shí)的意義

4、。3、數(shù)字電子鐘的應(yīng)用情況以及特點(diǎn)數(shù)字鐘已成為人們?nèi)粘Ｉ钪校罕夭豢缮俚谋匦杵?，廣泛用于個(gè)人家庭以及車站、碼頭、劇場、辦公室等公共場所，給人們的生活、學(xué)習(xí)、工作、娛樂帶來極大的方便。由于數(shù)字集成電路技術(shù)的發(fā)展和采用了先進(jìn)的石英技術(shù)，使數(shù)字鐘具有走時(shí)準(zhǔn)確、性能穩(wěn)定、攜帶方便等優(yōu)點(diǎn)，它還用于計(jì)時(shí)、自動(dòng)報(bào)時(shí)及自動(dòng)控制等各個(gè)領(lǐng)域。 4、51單片機(jī)簡介 單片機(jī)技術(shù)在計(jì)算機(jī)中作為獨(dú)立的分支，有著性價(jià)比高、集成度高、體積少、可靠性高、控制功能強(qiáng)大、低功耗、低電壓、便于生產(chǎn)、便于攜帶等特點(diǎn)，越來越廣泛的被應(yīng)用于實(shí)際生活中。單片機(jī)全稱，單片機(jī)微型計(jì)算機(jī)，從應(yīng)用領(lǐng)域來看，單片機(jī)主要用來控制系統(tǒng)運(yùn)行，所以又稱微控制

5、器或嵌入式控制器，單片機(jī)是將計(jì)算機(jī)的基本部件微型化并集成在一塊芯片上的微型計(jì)算機(jī)。 AT89S51有PDIP、PLCC、TQFP三種封裝方式，其中最常見的就是采用40Pin封裝的雙列直接PDIP封裝。芯片共有40個(gè)引腳，引腳的排列順序?yàn)閺目啃酒娜笨冢ㄒ娪覉D）左邊那列引腳逆時(shí)針數(shù)起，依次為1、2、3、4。40，其中芯片的1腳頂上有個(gè)凹點(diǎn)（見右圖）。在單片機(jī)的40個(gè)引腳中，電源引腳2根，外接晶體振蕩器引腳2根，控制引腳4根以及4組8位可編程I/O引腳32根。 4-1、主電源引腳（2根）VCC(Pin40)：電源輸入，接5V電源GND(Pin20)：接地線 4-2、外接晶振引腳（2根）XTAL1(

6、Pin19)：片內(nèi)振蕩電路的輸入端XTAL2(Pin20)：片內(nèi)振蕩電路的輸出端 4-3、控制引腳（4根）RST/VPP(Pin9)：復(fù)位引腳，引腳上出現(xiàn)2個(gè)機(jī)器周期的高電平將使單片機(jī)復(fù)位。ALE/PROG(Pin30)：地址鎖存允許信號(hào)PSEN(Pin29)：外部存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)EA/VPP(Pin31)：程序存儲(chǔ)器的內(nèi)外部選通，接低電平從外部程序存儲(chǔ)器讀指令，如果接高電平則從內(nèi)部程序存儲(chǔ)器讀指令。 芯片引腳功能 芯片實(shí)物圖 4-4、可編程輸入/輸出引腳（32根） AT89S51單片機(jī)有4組8位的可編程I/O口，分別位P0、P1、P2、P3口，每個(gè)口有8位（8根引腳），共32根。每一根引腳都

7、可以編程，比如用來控制電機(jī)、交通燈、霓虹燈等，開發(fā)產(chǎn)品時(shí)就是利用這些可編程引腳來實(shí)現(xiàn)我們想要的功能，盡情發(fā)揮你的想象力吧，實(shí)現(xiàn)你想要的：） 強(qiáng)大無比。 PO口（Pin39Pin32）：8位雙向I/O口線，名稱為P0.0P0.7 P1口（Pin1Pin8）：8位準(zhǔn)雙向I/O口線，名稱為P1.0P1.7 P2口（Pin21Pin28）：8位準(zhǔn)雙向I/O口線，名稱為P2.0P2.7 P3口（Pin10Pin17）：8位準(zhǔn)雙向I/O口線，名稱為P3.0P3.7二、設(shè)計(jì)方案利用單片機(jī)定時(shí)器完成計(jì)時(shí)功能，定時(shí)器0計(jì)時(shí)中斷程序每隔0.01s中斷一次并當(dāng)作一個(gè)計(jì)數(shù)，設(shè)定定時(shí)1秒的中斷計(jì)數(shù)初值為100，每中斷一

8、次中斷計(jì)數(shù)初值減1，當(dāng)減到0時(shí)，則表示1s到了，秒變量加1，同理再判斷是否1min鐘到了，再判斷是否1h到了。為了將時(shí)間在LED數(shù)碼管上顯示，可采用靜態(tài)顯示法和動(dòng)態(tài)顯示法，由于靜態(tài)顯示法需要譯碼器，數(shù)據(jù)鎖存器等較多硬件，可采用動(dòng)態(tài)顯示法實(shí)現(xiàn)LED顯示，通過對(duì)每位數(shù)碼管的依次掃描，使對(duì)應(yīng)數(shù)碼管亮，同時(shí)向該數(shù)碼管送對(duì)應(yīng)的字碼，使其顯示數(shù)字。由于數(shù)碼管掃描周期很短，由于人眼的視覺暫留效應(yīng)，使數(shù)碼管看起來總是亮的，從而實(shí)現(xiàn)了各種顯示。針對(duì)要實(shí)現(xiàn)的功能，采用AT89S51單片機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)，AT89S51 單片機(jī)是一款低功耗，高性能CMOS8位單片機(jī)，片內(nèi)含4KB在線可編程（ISP）的可反復(fù)擦寫1000次的

9、Flash只讀程序存儲(chǔ)器，器件采用高密度、非易失性存儲(chǔ)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)。這樣，既能做到經(jīng)濟(jì)合理又能實(shí)現(xiàn)預(yù)期的功能。在程序方面，采用分塊設(shè)計(jì)的方法，這樣既減小了編程難度、使程序易于理解，又能便于添加各項(xiàng)功能。程序可分為鬧鐘的聲音程序、時(shí)間顯示程序、日期顯示程序，秒表顯示程序，時(shí)間調(diào)整程序、鬧鐘調(diào)整程序、定時(shí)調(diào)整程序，延時(shí)程序等。運(yùn)用這種方法，關(guān)鍵在于各模塊的兼容和配合，若各模塊不匹配會(huì)出現(xiàn)意想不到的錯(cuò)誤。首先，在編程之前必須了解硬件結(jié)構(gòu)尤其是各引腳的用法，以及內(nèi)部寄存器、存儲(chǔ)單元的用法，否則，編程無從下手，電路也無法設(shè)計(jì)。這是前期準(zhǔn)備工作。第二部分是硬

10、件部分：依據(jù)想要的功能分塊設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)，比如輸入需要開關(guān)電路，輸出需要顯示驅(qū)動(dòng)電路和數(shù)碼管電路等。第三部分是軟件部分：先學(xué)習(xí)理解匯編語言的編程方法再根據(jù)設(shè)計(jì)的硬件電路進(jìn)行分塊的編程調(diào)試，最終完成程序設(shè)計(jì)。第四部分是軟件畫圖部分：設(shè)計(jì)好電路后進(jìn)行畫圖，包括電路圖和仿真圖的繪制。第五部分是軟件仿真部分：軟硬件設(shè)計(jì)好后將軟件載入芯片中進(jìn)行仿真，仿真無法完成時(shí)檢查軟件程序和硬件電路并進(jìn)行修改直到仿真成功。第六部分是硬件實(shí)現(xiàn)部分：連接電路并導(dǎo)入程序檢查電路，若與設(shè)計(jì)的完全一樣一般能實(shí)現(xiàn)想要的功能。最后進(jìn)行功能擴(kuò)展，在已經(jīng)正確的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，添加額外的功能！三、電路設(shè)計(jì)與軟件開發(fā)A.電路設(shè)計(jì)1. 整體設(shè)計(jì)此次設(shè)

11、計(jì)主要是應(yīng)用單片機(jī)來設(shè)計(jì)電子時(shí)鐘，硬件部分主要分以下電路模塊：顯示電路用8個(gè)共陰數(shù)碼管分別顯示，星期（年份），小時(shí)、分鐘（月份）和秒（日），通過動(dòng)態(tài)掃描進(jìn)行顯示，從而避免了譯碼器的使用，同時(shí)節(jié)約了I/0端口，使電路更加簡單。單片機(jī)采用AT89S51系列，這種單片機(jī)應(yīng)用簡單，適合電子鐘設(shè)計(jì)。電路的總體設(shè)計(jì)框架如下：單片機(jī)輸入部分晶振和復(fù)位輸出部分2. 分塊設(shè)計(jì)模塊電路主要分為：輸入部分、輸出部分、復(fù)位和晶振電路。2.1 輸入部分輸入信號(hào)主要是各種模式選擇和調(diào)整信號(hào)，由按鍵開關(guān)提供。以下為輸入部分樣例：在本實(shí)驗(yàn)中主要用用P3口輸入按鍵信號(hào)，還用到了特殊的P0口。對(duì)于P0口，由于其存在高阻狀態(tài)，為了

12、實(shí)現(xiàn)開關(guān)功能，給其添加上拉電阻，具體如下圖所示：2.2 輸出部分本電路的輸出信號(hào)為7段數(shù)碼管的位選和段選信號(hào)，鬧鈴脈沖信號(hào)，提示燈信號(hào)。本實(shí)驗(yàn)的數(shù)碼管是共陰的，為了防止段選信號(hào)不能驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管，故在P1口連接上拉電阻后，再送段選信號(hào)，以提高驅(qū)動(dòng)，位選信號(hào)直接從P2口接入，如下圖：鬧鈴由P2.6端輸出，模塊如下：2.3 晶振與復(fù)位電路本實(shí)驗(yàn)單片機(jī)時(shí)鐘用內(nèi)部時(shí)鐘，模塊如下：復(fù)位電路為手動(dòng)復(fù)位構(gòu)成，模塊如下：各模塊拼接組合，電路總體設(shè)計(jì)圖如下：B.軟件開發(fā)B.1 程序總體設(shè)計(jì)本實(shí)驗(yàn)用匯編程序完成.程序總的流程圖如下：主程序開始顯示星期，時(shí)，分，秒是否有調(diào) 轉(zhuǎn)？T0中斷秒，分，時(shí)等進(jìn)位閃爍提示顯示日期并

13、調(diào)整響鈴提示時(shí)間調(diào)整鬧鈴設(shè)置定時(shí)設(shè)置鈴聲測試秒表模式回主程序定時(shí)到按0鍵按0鍵鬧鈴到按1鍵按2鍵按3鍵按4鍵按5鍵按7鍵7鍵恢復(fù)按4鍵按8鍵按0鍵按0鍵倒計(jì)時(shí)啟動(dòng)并顯示回主程序秒表暫停秒表清零回主程序按7鍵3.B.2 程序主要模塊B.2.1 延時(shí)模塊數(shù)碼管顯示動(dòng)態(tài)掃描時(shí)，用到延時(shí)程序，這里使用延遲1ms的程序，此程序需反復(fù)調(diào),除數(shù)碼管動(dòng)態(tài)掃描外，數(shù)碼管的閃爍提示，以及音樂模塊也用到了延時(shí)，只是延時(shí)的長短不同罷了，在此不再贅述。B.2.2中斷服務(wù)程序本實(shí)驗(yàn)中，計(jì)數(shù)器T0,T1中斷都有運(yùn)用，其中T0中斷為時(shí)鐘定時(shí)所用，T1中斷用于音樂播放。T0的定時(shí)長度為0.01s,工作于方式1，計(jì)數(shù)1次，時(shí)長1

14、us，故計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)10000次，進(jìn)入中斷，計(jì)數(shù)初值為65536-10000=55536=#0D8F0，裝滿定時(shí)器需要0.01s的時(shí)間，從而100次中斷為一秒，一秒之后，判斷是否到60秒，若不到則秒加一，然后返回，若到，則秒賦值為0，分加一，依次類推。包括日期顯示的功能也是如此。另外，由于要實(shí)現(xiàn)倒計(jì)時(shí)功能，因此在中斷程序中還要加入減一的寄存器，需要時(shí)將其進(jìn)行顯示?；谝陨峡紤]，以R3為倒計(jì)時(shí)中的秒，R4為倒計(jì)時(shí)的分，當(dāng)秒加1時(shí)R3減一，減到0之后，秒賦值為59，分減一，直到分為0。計(jì)數(shù)器T1工作于方式1， 當(dāng)調(diào)用響鈴程序時(shí)，其計(jì)數(shù)功能開啟，為音樂音調(diào)不同頻率的方波的形成，提供延時(shí)。其中斷服務(wù)程序

15、就是根據(jù)音調(diào)改變音樂方波輸出口電平的高低，用語句 CPL實(shí)現(xiàn)。 中斷服務(wù)程序中日歷的實(shí)現(xiàn)較為復(fù)雜，要考慮平年，閏年，特殊的2月，每月的天數(shù)的不盡相同。具體的邏輯判斷方法為：首先，要考慮年份是不是閏年，閏年的判斷方法是：將年份除以100，若能整除，則將年份除以400，若還能整除，則為閏年，若不能，則為平年；若不能被100整除，則判斷是否能被4整除，若能，則為閏年，若不能則為平年。只有2月與平、閏年相關(guān)，因此在閏年和平年的子程序中，要判斷是不是2月，若是則在相應(yīng)的年中進(jìn)行日期的增加，若不是則轉(zhuǎn)入平時(shí)的月份。其中1、3、5、7、8、10、12月是每月31天，4、6、9、11月為每月30天。日歷進(jìn)位判

16、斷流程圖如下：年份能否被100整除NY年份是否能被4整除年份是否能被400整除NN平年閏年YY是不是2月是不是2月Y日>=28之后返回為1NNY日>=29之后返回為1若月份為1、3、5、7、8、10、12月則調(diào)用31天的程序若月份為4、6、9、11則調(diào)用30天的程序本實(shí)驗(yàn)用8個(gè)數(shù)碼管，剛好能顯示年，月，日，掃描顯示與時(shí)間的掃描顯示類似。年比較特殊，由兩個(gè)寄存器存儲(chǔ)，個(gè)位，十位為0時(shí)，表明年數(shù)能被100整除，若此時(shí)千位，百位組成兩位數(shù)能被4整除，則年數(shù)被400整除，為閏年。若十位，個(gè)位組成兩位數(shù)能被4整除，則年數(shù)能被4整除，為閏年。B.2.3主程序主程序主要對(duì)按鍵進(jìn)行掃描，以及判斷定

17、時(shí)和鬧鈴時(shí)間是否已到，若到則調(diào)用相關(guān)程序。B.2.4 顯示子程序8個(gè)數(shù)碼管輪流進(jìn)行顯示，分別顯示1ms，依賴人的視覺 暫留效應(yīng)，給人以數(shù)碼管持續(xù)高亮的錯(cuò)覺。日期的顯示，秒表的顯示，倒計(jì)時(shí)的顯示，調(diào)鬧鈴，調(diào)定時(shí)的顯示，閃爍的顯示程序與以上的的掃描相似，有的以子程序的方式出現(xiàn)，通過子程序調(diào)用語句ACALL調(diào)用；有點(diǎn)直接嵌套在相應(yīng)的程序里面，順序執(zhí)行，或者用調(diào)轉(zhuǎn)語句AJMP調(diào)用。C 程序調(diào)試及仿真本程序通過Keil單片機(jī)開發(fā)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)程序的編譯，鏈接，生成HEX文件。通過Keil和硬件仿真平臺(tái)Proteus的聯(lián)合，可以將設(shè)計(jì)效果仿真出來，根據(jù)效果，有目的的改變設(shè)計(jì)，優(yōu)化程序。利用Proteus仿真實(shí)驗(yàn)過程截圖：普通時(shí)間顯示模式仿真