單片機課程設(shè)計 (51單片機實現(xiàn)電子時鐘)

1、湖北文理學(xué)院湖北文理學(xué)院 單片機課程設(shè)計題目：用 51 單片機實現(xiàn)電子時鐘院 部 物理與電子信息工程學(xué)院 專 業(yè) 名 稱 電子信息科學(xué)與技術(shù) 班 級 1111 姓 名 楊慶月 學(xué) 號 2011111136 指 導(dǎo) 教 師 李剛 2013 年 12 月 09 日 目錄摘要-11 單片機的相關(guān)知識 -11.1 單片機的簡介-11.2 單片機的特點-11.3 89C52單片機的基本特點-22 電子時鐘-32.1電子時鐘的基本特點-32.2電子時鐘的原理-43 控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計 -43.1單片機型號的選擇-43.2 lcd1602工作的原理-43.3 鍵盤電路的設(shè)計-63.4 復(fù)位電路設(shè)計-63.5

2、 時鐘電路設(shè)計-73.6 整體電路原理圖-74 控制系統(tǒng)的軟件的設(shè)計 -84.1程序的設(shè)計-84.2程序源代碼-85 仿真結(jié)果和實物圖-195.1仿真結(jié)果-195.2實物圖-196 總結(jié)-20參考文獻 -210摘要：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(xué)習，應(yīng)用，從而達到學(xué)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 AT89C52單片機的電子時鐘。并在 1602上顯示相應(yīng)的時間。并通

3、過一個控制鍵用來實現(xiàn)時間的調(diào)節(jié)和是否進入省電模式的轉(zhuǎn)換。具有時鐘和日歷的功能，年限顯示范圍是2013-2099（可修改），且具有閏年自動修正功能關(guān)鍵字：單片機；子時鐘；鍵盤控制；LCD1602。1 1 單片機識的相關(guān)知識1.11.1 單片機簡介MCS-51是 INTEL公司在成功推廣的 MCS-48單片機基礎(chǔ)上加以改進而成的 8位單片機。這種單片機大約是上世紀 70年代末推出的，內(nèi)部程序可重寫的為 8751，外擴程序的是 8031，一次性生產(chǎn)，不可改變程序的是 8051。外形一般為 DIP40封裝。不久又推出了增強型的 8052，其資源更加豐富。以后又采用 CHMOS技術(shù)推出了 80c51,耗

4、電大大降低。到了 90年代，INTEL公司把精力放到更賺錢的計算機上，將 51單片機技術(shù)轉(zhuǎn)讓給了一此其它公司，如 ATMEL Philips等半導(dǎo)體制造公司，使 51系列單片機的市場份額不斷擴大。盡管十多年前就有人認為 51單片機會很快淘汰，但事實證明 51單片機經(jīng)過不斷的改進后，由于技術(shù)成熟，使用方便，至今在 8位單片機市場仍然擁有龐大的用戶。特別是 MCS-51技術(shù)的 20年專利期限到期后，大量的兼容型號不斷推出。從上世紀 90年代后期開始，美國 ATMEL公司在掌握快速擦寫的存儲器后，推出了 AT89C系列，此系列在中國獲得了廣泛的應(yīng)用。在此之前，由于可擦寫的 8751價格昂貴，國內(nèi)長時

5、間采用 8031+27C64這樣的外擴存程序儲器方式。51單片機最初只有 DIP40這種很古老的封裝，后來推出了 CHMOS工藝的80C51后開始有了 PLCC44這種相對較小的方形封裝。AT89C系列中開始有 20腳的 DIP20的精簡型封裝，這極大方便了在一些相對簡單的單片機應(yīng)用，縮小了 PCB的體積。20腳的有 AT89C1051、AT89C1051、AT89C1051，對應(yīng)程序存儲器分別為 1K、2K、4K。標準的 51為 4K程序空間，128字節(jié)的 RAM，32條端口，5個中斷，2個定時/計數(shù)器，12個時鐘周期執(zhí)行一條基本指令，最長的除法為 48個周期。52為 8K程序空間，256字

6、節(jié)的 RAM，32條端口，6個中斷，3個定時/計數(shù)器。AT89S51是可在板上直接下載程序的改進型號，并增加了看門狗功能，AT89C51只能在編程器下寫入程序，所以經(jīng)常會有人在 PCB上安裝 IC插座，以便取下來編程更新程序。AT的 51系列后來也推出了單周期的 51，但價格沒什么優(yōu)勢，國內(nèi)很少使用。最近幾年宏晶在國內(nèi)大量推廣 STC51系列單片機，最近又推出不少所謂 1T1的單片機，價格較低STC采用串口直接下載程序，寫入程序很方便。1.21.2 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

7、，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。1.31.3 89C5289C52 單片機介紹P0 口：P0 口為一個8 位漏級開路雙向I/O 口，每腳可吸收8

8、TTL 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

9、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。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

10、為輸入，由于外部下拉為低電平，P3 口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。2P3 口也可作為AT89C52 的一些特殊功能口，如下表所示：口管腳備選功能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

11、時，地址鎖存允許的輸出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。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器

12、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/EA3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） 。2 2 電子時鐘2.1 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時，譯碼代替機械式傳動，用用液晶顯示器代替指針顯示進而顯

13、示時間，減小了計時誤差，這種表具有時、分、秒顯示時間的功能，還可以進行時和分的校對，片選的靈活性好。2.2 電子時鐘的原理該電子時鐘由89C52，1602 液晶等構(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。而電路中有四個控制按鍵，一個是選擇，一個進行加數(shù)，一個進行減數(shù)，還有一個保存。例如按下選擇鍵，然后1602顯示光標，此時可以用加或減來進行調(diào)節(jié)，在按下選擇鍵，光標移到不同的單位上，同理進行調(diào)節(jié)，最后待日期時間調(diào)節(jié)好后，按下保存鍵，時鐘開始計時。3 3 控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計3.1 單片機型號的選擇通過對51單片機的學(xué)

14、習，認為STC89C52 是最理想的電子時鐘開發(fā)芯片。STC89C52，最終認為89C52是一種帶8K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，器件采用高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標準的MCS-52指令集和輸出引腳相兼容。還有一點重要原因，就是采用AT89C52時不能用開發(fā)板進行程序的下載，所以最終選用STC89C52進行設(shè)計。3.2 1602 工作原理及顯示電路 字符型LCD 通常有14 條引腳線或16 條引腳線的LCD，多出來的2 條線是背光電源線VCC(15 腳)和地線GND(16 腳)，其控制原理與14 腳的LCD 完全一樣 1602液晶的基本的操

15、作分為以下四種：4狀態(tài)字讀操作：輸入RS=低、RW=高、EP=高； 輸出：DB07 讀出為狀態(tài)字；數(shù)據(jù)讀出操作：輸入RS=高、RW=高、EP=高； 輸出：DB07 讀出為數(shù)據(jù)；指令寫入操作：輸入RS=低、RW=低、EP=上升沿； 輸出：無；數(shù)據(jù)寫入操作：輸入RS=高、RW=低、EP=上升沿； 輸出：無。如圖 1602 模塊的引腳 LCD1602 正面5LCD1602 背面1602 與單片機連接圖3.3 鍵盤電路設(shè)計6本時鐘采用四個按鍵控制，一個(實物圖藍色線24號引腳)是選擇，一個進行加數(shù)（實物圖紫色線25號引腳） ，一個進行減數(shù)（實物圖灰色線26號引腳） ，還有一個保存（實物圖白色線27號引

16、腳） 。例如按下選擇鍵，然后1602顯示光標，此時可以用加或減來進行調(diào)節(jié)，在按下選擇鍵，光標移到不同的單位上，同理進行調(diào)節(jié)，最后待日期時間調(diào)節(jié)好后，按下保存鍵，時鐘開始計時。3.4 復(fù)位電路設(shè)計 單片機復(fù)位有上電復(fù)位和手動復(fù)位兩種方式，上電復(fù)位是接通電源后利用 RC 充電來實現(xiàn)復(fù)位。手動復(fù)位是通過人為干預(yù)，強制系統(tǒng)復(fù)位。 連接至9號復(fù)位引腳 復(fù)位電路如圖所示，可以實現(xiàn)上電復(fù)位和手動復(fù)位功能。3.5 時鐘電路設(shè)計7系統(tǒng)時鐘源由內(nèi)部時鐘方式產(chǎn)生，時鐘電路由 12MH 晶振和兩個 30PF 瓷片電容組成，構(gòu)成自激振蕩，形成振蕩源提供給單片機。電容可在 5PF 到 30PF之間選擇，電容的大小對振蕩頻

17、率有微小影響，可起頻率微調(diào)作用。 3.6 整體電路原理圖4 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計 4.1 程序設(shè)計 由于C 語言程序設(shè)計較匯編可讀性強，可移植性，且可以大大降低編程的難8度和縮短開發(fā)周期，本系統(tǒng)程序采用c 語言設(shè)計。4.2 程序源代碼#include /包含單片機寄存器的頭文件#include /包含_nop_()函數(shù)定義的頭文件#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit RS=P20; /寄存器選擇位，將RS位定義為P2.0引腳sbit RW=P21; /讀寫選擇位，將RW位定義為P2.1引腳sbit E=P22; /使能信

18、號位，將E位定義為P2.2引腳sbit BF=P07; /忙碌標志位，將BF位定義為P0.7引腳uchar code table=2013-12-07 WEEK6; /初始化液晶顯示 16uchar code table1=TIME: 19-27-50; /14 uchar count,s1num;char second,minute,hour,day,month,year,week;sbit s1=P23; /功能鍵sbit s2=P24; /加鍵sbit s3=P25; /減鍵sbit s4=P26; /保存并退出 /* 延時若干毫秒 */void delay(uchar n)uchar

19、i,a,b;for(i=0;i0;b-) for(a=1;a0;a-);/*函數(shù)功能：判斷液晶模塊的忙碌狀態(tài)返回值：result。result=1，忙碌;result=0，不忙*/uchar BusyTest(void)bit result;RS=0; /根據(jù)規(guī)定，RS為低電平，RW為高電平時，可以讀狀態(tài)RW=1;E=1; /E=1，才允許讀寫9_nop_(); /空操作_nop_();_nop_();_nop_(); /空操作四個機器周期，給硬件反應(yīng)時間result=BF; /將忙碌標志電平賦給resultE=0; /將E恢復(fù)低電平return result;/*函數(shù)功能：寫指令入口參數(shù)：d

20、ictate*/void WriteInstruction(uchar dictate)while(BusyTest()=1); /如果忙就等待RS=0; /根據(jù)規(guī)定，RS和R/W同時為低電平時，可以寫入指令RW=0;E=0; /E置低電平(根據(jù)表8-6，寫指令時，E為高脈沖， /就是讓E從0到1發(fā)生正跳變，所以應(yīng)先置0_nop_();_nop_(); /空操作兩個機器周期，給硬件反應(yīng)時間P0=dictate; /將數(shù)據(jù)送入P0口，即寫入指令或地址_nop_();_nop_();_nop_();_nop_(); /空操作四個機器周期，給硬件反應(yīng)時間E=1; /E置高電平_nop_();_nop

21、_();_nop_();_nop_(); /空操作四個機器周期，給硬件反應(yīng)時間E=0; /當E由高電平跳變成低電平時，液晶模塊開始執(zhí)行命令/*函數(shù)功能：寫數(shù)據(jù)入口參數(shù)：y(為字符常量)*/void WriteData(uchar y)while(BusyTest()=1);RS=1; /RS為高電平，RW為低電平時，可以寫入數(shù)據(jù)RW=0;10E=0; /E置低電平(根據(jù)表8-6，寫指令時，E為高脈沖， /就是讓E從0到1發(fā)生正跳變，所以應(yīng)先置0P0=y; /將數(shù)據(jù)送入P0口，即將數(shù)據(jù)寫入液晶模塊_nop_();_nop_();_nop_();_nop_(); /空操作四個機器周期，給硬件反應(yīng)時

22、間E=1; /E置高電平_nop_();_nop_();_nop_();_nop_(); /空操作四個機器周期，給硬件反應(yīng)時間E=0; /當E由高電平跳變成低電平時，液晶模塊開始執(zhí)行命令/*函數(shù)功能：對LCD的顯示模式進行初始化設(shè)置*/void LcdInitiate(void)uchar num;second=50;minute=27;hour=19;week=6;day=7;month=12;year=13;count=0;s1num=0;E=0;delay(15); /延時15ms，首次寫指令時應(yīng)給LCD一段較長的反應(yīng)時間WriteInstruction(0 x38); /顯示模式設(shè)置：

23、162顯示， /57點陣，8位數(shù)據(jù)接口delay(5); /延時5ms?，給硬件一點反應(yīng)時間WriteInstruction(0 x38);delay(5);WriteInstruction(0 x38); /連續(xù)三次，確保初始化成功delay(5);WriteInstruction(0 x0c); /顯示模式設(shè)置：顯示開，無光標， /光標不閃爍delay(5);WriteInstruction(0 x06); /顯示模式設(shè)置：光標右移，字符不移11delay(5);WriteInstruction(0 x01); /清屏幕指令，將以前的顯示內(nèi)容清除delay(5);WriteInstruct

24、ion(0 x80);for(num=0;num16;num+) /讓液晶顯示日期WriteData(tablenum);delay(5);WriteInstruction(0 x80+0 x40);for(num=0;num7)s1num=1;if(s1num=1) /第一個鍵被按一次TR0=0;WriteInstruction(0 x80+0 x40+13);WriteInstruction(0 x0f);if(s1num=2)WriteInstruction(0 x80+0 x40+10);if(s1num=3)13WriteInstruction(0 x80+0 x40+7);if(s

25、1num=4)WriteInstruction(0 x80+9);if(s1num=5)WriteInstruction(0 x80+6);if(s1num=6)WriteInstruction(0 x80+3);if(s1num=7)WriteInstruction(0 x80+15);if(s1num!=0) /如果功能鍵被按下if(s2=0) /第二個按下delay(5);if(s2=0)while(!s2);if(s1num=1) /第一個鍵被按一次，秒鐘加一second+;if(second=60)second=0;write_sfm(12,second);WriteInstruct

26、ion(0 x80+0 x40+13);if(s1num=2) /第一個鍵被按二次，分鐘加一minute+;if(minute=60)minute=0;write_sfm(9,minute);WriteInstruction(0 x80+0 x40+10);14if(s1num=3) /第一個鍵被按三次，時鐘加一hour+;if(hour=24)hour=0;write_sfm(6,hour);WriteInstruction(0 x80+0 x40+7);if(s1num=4) /日期加一day+;if(day=32)day=1;write_nyr(8,day);WriteInstructi

27、on(0 x80+9);if(s1num=5) /月加一month+;if(month=13)month=1;write_nyr(5,month);WriteInstruction(0 x80+6);if(s1num=6) /年加一year+;if(year=99)year=0;write_nyr(2,year);WriteInstruction(0 x80+3);if(s1num=7) /星期加一week+;if(week=8)week=1;write_week(15,week);WriteInstruction(0 x80+15);if(s3=0) /第三個鍵被按下15delay(5);i

28、f(s3=0)while(!s3);if(s1num=1) /秒減一second-;if(second=-1)second=59;write_sfm(12,second);WriteInstruction(0 x80+0 x40+13);if(s1num=2) /分減一minute-;if(minute=-1)minute=59;write_sfm(9,minute);WriteInstruction(0 x80+0 x40+10);if(s1num=3) /時減一hour-;if(hour=-1)hour=23;write_sfm(6,hour);WriteInstruction(0 x80

29、+0 x40+7);if(s1num=4) /日減一day-;if(day=0)day=31;write_nyr(8,day);WriteInstruction(0 x80+9);if(s1num=5) /月減一month-;if(month=0)month=12;write_nyr(5,month);WriteInstruction(0 x80+6);16if(s1num=6) /年減一year-;if(year=-1)year=99;write_nyr(2,year);WriteInstruction(0 x80+3);if(s1num=7) /日期減一week-;if(week=0)we

30、ek=7;write_week(15,week);WriteInstruction(0 x80+15);if(s4=0) /保存并退出s1num=0; WriteInstruction(0 x0c);TR0=1;/*main function*/void main(void)uchar k=0;LcdInitiate(); /調(diào)用LCD初始化函數(shù)while(1)keyscan();k=1;/*函數(shù)功能：定時器T0的中斷服務(wù)函數(shù)17*/void timer0() interrupt 1count+;if(count=13)count=0;second+;if(second=60) /秒計滿60，秒歸0，分+1second=0;minute+;if(minute=60)/分計滿60，分歸0，時+1minute=0;hour+;if(hour=24) /時計滿24，時歸0，星期+1，日+1hour=0;week+;day+;if(week=8)week=1; /星期計滿7，星期歸1if(month=1|month=3|month=5|month=