單片機課設(shè)(完整版)(共27頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上摘 要近幾年，單片機在各個領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。從工業(yè)到人們的日常生活，大部分的科技產(chǎn)品都是通過單片機來控制。在它問世之前，自動控制設(shè)備得不到廣泛的應(yīng)用，這是因為控制設(shè)備的體積龐大，耗電量大，價格昂貴。在第一臺微處理器成功研制不久，第一個單片機就問世了。因為其小巧的體積，低功耗，以及高效的性能，單片機受到了大家的歡迎。本設(shè)計利用Atmel公司的AT89C52單片機對電子時鐘進行開發(fā)，設(shè)計了實現(xiàn)所需功能的硬件電路，應(yīng)用C語言進行軟件編程，并用Proteus軟件進行演示、驗證。主要介紹用單片機內(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AT89C52芯片為核心，輔

2、以必要的電路，構(gòu)成了一個單片機的數(shù)字電子時鐘。它的計時周期為24小時，顯滿刻度為“23時59秒”，且配有4個獨立按鍵，可以靈活地調(diào)節(jié)時間和日期，并具有一定的擴展性。 關(guān)鍵詞：單片機；數(shù)字電子鐘；數(shù)碼管驅(qū)動顯示電路。 目錄004專心-專注-專業(yè)1簡介1.1基于單片機的數(shù)字鐘介紹1.單片機的介紹：“單片機”就是將計算機的基本部件集成到一塊芯片上，包括CPU（Central Processing Unit）、ROM(Read Only Memory)、RAM（Random Access Memory）、并行口（Parallel Port）、串行口(Serial Port)、定時器計數(shù)器(Timer/

3、Counter)、中斷系統(tǒng)(Interrupt System)、系統(tǒng)時鐘及系統(tǒng)總線等。計算機系統(tǒng)已明顯地朝巨型化、單片化、網(wǎng)絡(luò)化三個方向發(fā)展。巨型化發(fā)展的目的在于不斷提高計算機的運算速度和處理能力，以解決復(fù)雜系統(tǒng)計算和高速數(shù)據(jù)處理，比如系統(tǒng)仿真和模擬、實時運算和處理。單片化是把計算機系統(tǒng)盡可能集成在一塊半導(dǎo)體芯片上，其目的在于計算機微型化和提高系統(tǒng)的可靠性，這種單片計算簡稱單片機。單片機的內(nèi)部硬件結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)主要是針對自動控制應(yīng)用而設(shè)計的所以單片機又稱微控制器MCU（Micro Controller Unit）。用它可以很容易地將計算機嵌入到各種儀器和現(xiàn)場控制設(shè)備中，因此單片機又叫做嵌入式微

4、控制器（Embedded MCU）。單片機自20世紀70年代問世以來，以其鮮明的特點得到迅猛發(fā)展，已廣泛應(yīng)用于家用電器、智能玩具、智能儀器儀表、工業(yè)控制、航空航天等領(lǐng)域，經(jīng)過30多年的發(fā)展，性能不斷提高，品種不斷豐富，已經(jīng)形成自動控制的一支中堅力量。據(jù)統(tǒng)計，我國的單片機年容量已達13億片，且每年以大約16的速度增長，但相對于國際市場我國的占有率還不到1。這說明單片機應(yīng)用在我國有著廣闊的前景。對于從事自動控制的技術(shù)人員來講，掌握單片機原理及其應(yīng)用已經(jīng)成為必不可少的學(xué)習(xí)任務(wù)。 單片機的應(yīng)用十分廣泛，在工業(yè)控制領(lǐng)域、家電產(chǎn)品、智能化儀器儀表、計算機外部設(shè)備，特別是機電一體化產(chǎn)品中，都有重要的用途。2

5、數(shù)字鐘介紹：本設(shè)計中的數(shù)字鐘的核心是AT89C52單片機，硬件電路主要由四部分構(gòu)成：時鐘電路，復(fù)位電路，鍵盤以及顯示電路。時鐘是將小時、分鐘、秒鐘顯示于人的肉眼的計時裝置。而單片機模塊中最常見的正是數(shù)字鐘，數(shù)字鐘是一種用數(shù)字電路技術(shù)實現(xiàn)時、分、秒計時的裝置，與機械式時鐘相比具有更高的準確性和直觀性，且無機械裝置，具有更長的使用壽命，因此得到了廣泛的使用。而LED電子定時時鐘是以單片機為基礎(chǔ)的數(shù)字電路實現(xiàn)對時、分、秒的數(shù)字顯示的數(shù)字計時裝置,它的計時周期為12小時，另外應(yīng)有校時功能和一些顯示日期、鬧鐘等附加功能。由于時鐘的實用性和在人們生活中的重要性，所以嘗試設(shè)計以單片機為核心的數(shù)字時鐘是很有意

6、義的。鐘表原先的報時功能已經(jīng)原不能滿足人們?nèi)找嬖鲩L的要求，現(xiàn)代的電子時鐘多帶有類似自動報警、按時自動打鈴、時間程序自動控制、定時廣播、自動起閉路燈、通斷動力設(shè)備、甚至各種定時電氣的自動啟用等功能。1.2本系統(tǒng)的特點和功能介紹1. 特點：我所設(shè)計的是LED顯示的自動報時系統(tǒng)，是一種基于單片機技術(shù)的電子產(chǎn)品，用到的單片機芯片是AT89C52芯片，除此之外還包括晶振電路和復(fù)位/時鐘電路構(gòu)成單片機最小應(yīng)用系統(tǒng)，還有按鍵電路，顯示電路，報時電路等等。計時方案采用軟件控制利用AT89C52單片機內(nèi)部的定時/計數(shù)器進行定時，配合軟件延時實現(xiàn)時、分的計時。2本單片機報時控制系統(tǒng)具備以下功能：（1）有電子時鐘，

7、定時鬧鈴功能。（2）時鐘顯示功能：4位LED從左到右依次顯示“時時分分”，采用12小時制顯示。（3）采用4個獨立按鍵（移位鍵、加1鍵、減1鍵、校時置入鍵）移位鍵：每按動移位鍵一次，小數(shù)點從左向右移動1位。加1鍵：對小數(shù)點所在位的數(shù)什進行十進制加1。減1鍵：對小數(shù)點所在位的數(shù)值進行十進制減1。校時置入鍵：將顯示的時間值置入實時時鐘的計時緩沖區(qū)。（4）預(yù)設(shè)定時時間到則發(fā)出鬧鈴聲。2 硬件設(shè)計2.1總體設(shè)計方案本以數(shù)碼管驅(qū)動顯示的鬧鐘，是以單片機及外圍接口電路為核心硬件，輔以其他外圍硬件電路，用軟件程序來實現(xiàn)的。單片機定時報時控制系統(tǒng)硬件原理圖如下圖所示。鬧鐘電路供電指示電路主控制器STC89C52

8、按鍵電路數(shù)碼管驅(qū)動顯示電路晶振復(fù)位/時鐘電路 圖2-1 總體設(shè)計方案圖2.1.1 AT89C51的介紹AT89S51是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低功耗，高性能CMOS 8位單片機，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，兼容標準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，功能強大的AT89S51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。 AT89S51有40個引腳，與MCS51系列單片機引腳

9、完全兼容。如圖2-2所示。其各自引腳功能如下：Vcc：電源電壓。GND：地。P0口：P0口是一組8位漏極開路型雙向I/O接口，也即地址/數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器或程序存儲器時，這組口線分時轉(zhuǎn)換地址和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，在訪問期間激活內(nèi)部上拉電阻。在FLASH編程時，P0口接受指令字節(jié)，而在程序校驗時 ，輸出指令字節(jié)。P1口：P1口是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O接口，P1的輸出緩沖級可驅(qū)動4個TTL邏輯門電路。FLASH編程和程序校驗時，P1接收低8位地址。 P2口：P2口是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2的輸出緩沖級可驅(qū)動4個TTL邏輯門電路。在訪問外部程序存儲器或16

10、位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器時P2口送高8位地址數(shù)據(jù)。FLASH編程或校驗時，P2亦接收高位地址和其他控制信號。P3口：P3口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O接口。P3口輸出緩沖級可驅(qū)動4個TTL邏輯門電路。RST：復(fù)位輸入。ALE/ ：當訪問外部數(shù)據(jù)時，ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)。對FLASH存儲器編程時，該引腳還用于輸入編程脈沖（）。EA/VPP:外部訪問允許。：程序儲存允許。輸出是外部程序存儲器的度選通信號。XTAL1：振蕩器反相放大及內(nèi)部是鐘發(fā)生器的輸入端。XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。2.2硬架結(jié)構(gòu)設(shè)計2.2.1 51單片機的最小系統(tǒng) （見圖2-2

11、、2-3、2-4所示） 在晶振電路中XTAL1、XTAL2為AT89C52中連接晶振的管腳，本系統(tǒng)中所使用的晶振頻率為12MHZ 。XTAL1為振蕩器反相放大器及內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端，XTAL2為振蕩器反相放大器的輸出端。其中電容C8、C9起著系統(tǒng)時鐘頻率微調(diào)的作用，因此，在本定時報時系統(tǒng)的實際應(yīng)用中一定要注意正確選擇參數(shù)（30±10PF），并保證對稱性（盡可能匹配），可能的話，溫度系數(shù)要盡可能的低。實驗表明這兩個電容元件對時鐘走時誤差有較大關(guān)系。本系統(tǒng)采用了RC復(fù)位電路，其實現(xiàn)簡單，成本低，但復(fù)位可靠性相對較低。當振蕩器工作時，RST引腳出現(xiàn)兩個機器周期以上高電平將使單片機復(fù)位。

12、2.2.2 顯示部分設(shè)計作為本次設(shè)計中使用的核心元件AT89C51，其結(jié)構(gòu)如下圖：圖2-2 引腳圖晶振與復(fù)位電路主要作用是保證電子鐘時間的走時精準度和其復(fù)位，是電子鐘使用與設(shè)計中主要的模塊，也是校驗時鐘是否合格的硬性標準。復(fù)位/時鐘電路如圖2-3所示。圖2-3 復(fù)位/時鐘電路用4位LED七段數(shù)碼管作為顯示器，到達定時時根據(jù)計時系統(tǒng)的輸出狀態(tài)產(chǎn)生一脈沖信號，然后去觸發(fā)一音頻發(fā)生器實現(xiàn)報時。其驅(qū)動電路簡單。采用了四個三極管和四個5.1K的電阻，還有八個510歐姆的限流電阻。圖2-4數(shù)碼管驅(qū)動顯示電路2.2.3電源部分設(shè)計AT89C51系列單片機工作電源范圍寬達45.5V。單片機供電方式有兩種：集成

13、穩(wěn)壓電源方式 電池供電集成穩(wěn)壓電源方式：利用變壓器、整流、濾波、穩(wěn)壓自制電源如圖2-5所示。圖2-4 穩(wěn)壓電源電路電池供電：由于電池攜帶方便，此次設(shè)計采用此方式，供電電壓直流5V。圖2-6 供電指示電路2.2.4報時部分的設(shè)計報時指示可以有聲或光兩種形式，本系統(tǒng)采用聲音指示。關(guān)鍵元件是蜂鳴器，蜂鳴器有無源和有源兩種，前者需要輸入聲音頻率信號才能正常發(fā)聲，后者則只需外加適當直流電源電壓即可，元件內(nèi)部已封裝了音頻震蕩電路，在得電狀態(tài)下即起振發(fā)聲。市場上的有源蜂鳴器分為3V、5V、6V等系列，以適應(yīng)不同的應(yīng)用需要，本系統(tǒng)采用5V有源蜂鳴器實現(xiàn)報時。由軟件產(chǎn)生方波輸出經(jīng)三極管放大后驅(qū)動蜂鳴器發(fā)音，不用

14、硬件振蕩電路，電路圖如圖2-7所示。圖2-7 報時電路2.2.5鍵盤部分的設(shè)計如果設(shè)置過多按鍵，將會占用較多I/O口，而且會給布線帶來不便，因此采用4個獨立按鍵。由于按鍵較少，在修改時間時就不能直接輸入，只能通過加或減完成，稍為麻煩一些，但其程序簡單，而且并不需要經(jīng)常修改時間。圖2-8 按鍵電路2.2.6總體硬件電路圖通過Proteus畫出的總體硬件電路圖如下所示。 圖2-9 總體硬件電路圖2.6.7 proteus仿真圖2-10 proteus仿真3軟件部分3.1部分設(shè)計思想的說明軟件設(shè)計的重點在于秒脈沖信號的產(chǎn)生、顯示的實現(xiàn)、以及按鍵的處理等。基于軟件的秒脈沖信號通常有延時法和中斷法。延時

15、法一般采用查詢方式，在延時子程序前后必然需要查詢和處理的程序，導(dǎo)致誤差的產(chǎn)生，因此其秒脈沖精度不高；中斷法的原理是，利用單片機內(nèi)部的定時器溢出中斷來實現(xiàn) 。本系統(tǒng)中所使用的晶振頻率為12MHZ，采用中斷的方法實現(xiàn)計時操作。根據(jù)工作流程，軟件設(shè)計可分為以下幾個功能模塊：1、主程序：是系統(tǒng)軟件的主框架。結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計一般有“自上而下”和“自下而上”兩種方式，“自上而下”法的核心就是主框架的構(gòu)建。它的合理與否關(guān)系到程序最終的功能的多少和性能的好壞。2、計時：系統(tǒng)定時采用定時器與軟件循環(huán)相結(jié)合的方法。定時器0每隔100MS溢出中斷1次，則循環(huán)中斷10次延時時間為1S，上述過程重復(fù)60次為1MIN，分計

16、時60次為1H，小時計時12次則時間重新回到00：00，如果使用時鐘芯片，系統(tǒng)就不怕掉電且時間精確。但這種芯片比較貴，況且，設(shè)計本系統(tǒng)主要是為了學(xué)習(xí)單片機程序的編寫和調(diào)試以及設(shè)計硬件電路的一些方法，因此采用軟件的方法來計時而沒有采用價格較高的時鐘芯片。3、時間設(shè)置：由鍵盤出入設(shè)置當前時間。4、LED數(shù)碼管掃描顯示：完成4位LED顯示。5、鍵盤掃描：判斷是否有鍵按下，無鍵按下則循環(huán)等待，有鍵按下則求承諾鍵號并將鍵號送累加器A返回。程序中的去抖延時和循環(huán)等待延時都用顯示子程序來代替，從而保證隨時刷新顯示，軟件的去抖動的實質(zhì)是軟件延時，即檢測到某一鍵狀態(tài)發(fā)生變化后延時一段時間，再檢測該按鍵的狀態(tài)是否

17、還保持著，如是則作為按鍵處理，否則，視為抖動，不予理睬。去抖中的延時時間一般參考資料多描述為10ms，實際應(yīng)用中，應(yīng)大于20ms，會導(dǎo)致按一次作多次處理，影響程序正常執(zhí)行。鍵盤管理程序的功能是檢測有無鍵閉和，如有鍵閉和，消除抖動，根據(jù)鍵號轉(zhuǎn)接到相應(yīng)的鍵處理程序。6、報時處理：判斷時間是否到否，如時間到，則啟動報時處理程序。鬧鈴判別與鬧鈴處理的關(guān)鍵在于判別何時要進行鬧鈴，當任一位發(fā)生改變（進位）時，就必須進行鬧鈴判別，比較當前計數(shù)時間與定時時間是否相等，若相等則將鬧鈴標志位置數(shù)，開始響鈴。為了避免響鈴影響顯示，采用了每顯示幾屏以后在顯示程序中出現(xiàn)脈沖，驅(qū)動蜂鳴器，不會影響顯示。之后對按鍵進行判斷

18、。3.2 C語言、keil、proteus的介紹3.2.1 C語言C語言是目前世界上流行、使用最廣泛的高級程序設(shè)計語言。 C語言對操作系統(tǒng)和系統(tǒng)使用程序以及需要對硬件進行操作的場合，用C語言明顯優(yōu)于其它高級語言，許多大型應(yīng)用軟件都是用C語言編寫的。 C語言具有繪圖能力強，可移植性，并具備很強的數(shù)據(jù)處理能力，因此適于編寫系統(tǒng)軟件，三維，二維圖形和動畫它是數(shù)值計算的高級語言。 C語言發(fā)展迅速,而且成為最受歡迎的語言之一,主要因為它具有強大的功能。許多著名的系統(tǒng)軟件,如DBASE PLUS、DBASE 都是由C 語言編寫的。用C語言加上一些匯編語言子程序,就更能顯示C語言的優(yōu)勢了,象PC- DOS

19、、WORDSTAR等就是用這種方法編寫的。 3.2.2 keilKeil C51是美國Keil Software公司出品的51系列兼容單片機C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比，C語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護性上有明顯的優(yōu)勢，因而易學(xué)易用。Keil提供了包括C編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個功能強大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案，通過一個集成開發(fā)環(huán)境（uVision）將這些部分組合在一起。運行Keil軟件需要WIN98、NT、WIN2000、WINXP等操作系統(tǒng)。如果你使用C語言編程，那么Keil幾乎就是你的不二之選，即使不使用C語言而僅用匯編語言編程，其方便易用的集成環(huán)境、強大的軟件

20、仿真調(diào)試工具也會令你事半功倍。3.2.3 proteusProteus軟件是英國Labcenter electronics公司出版的EDA工具軟件（該軟件中國總代理為廣州風(fēng)標電子技術(shù)有限公司）。它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機及外圍器件。它是目前最好的仿真單片機及外圍器件的工具。雖然目前國內(nèi)推廣剛起步，但已受到單片機愛好者、從事單片機教學(xué)的教師、致力于單片機開發(fā)應(yīng)用的科技工作者的青睞。3.3參考程序#include <reg51.h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned int/sbit P07=P0

21、7;sbit P27=P27;/時10sbit P26=P26;/時個sbit P25=P25;/分10sbit P24=P24;/分個sbit sw0=P16;/3.7時sbit sw1=P30;/3.6分sbit sw2=P35;/3.5啟動sbit sw3=P13;/3.3總開關(guān)/sbit sw4=P32;/3.4/sbit led=P07;sbit P20=P20;/喇叭sbit P21=P21;/繼電器uchar miao,k,a,b;/uchar shi,fen,shi10,shi1,fen10,fen1,jsshi,jsfen;uchar jsshi10,jsshi1,jsfen

22、10,jsfen1;code uchar sz=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90;/void xianshijs (uchar jsshi10,uchar jsshi1,uchar jsfen10,uchar jsfen1);void xianshi(uchar shi10,uchar shi1,uchar fen10,uchar fen1);void delay (uint i);void chushihua();void shifenmiao();void anjian();/void delay (uint i)/掃描延時

23、 uint t; t=i; while(t-);void chushihua()/初始化 TMOD=0x01; TH0=(65536-50000)/256; TL0=(65536-50000)%256; ET0=1; EA=1; shi=12; fen=12; miao=0; jsshi=01; jsfen=01; void xianshi(uchar shi10,uchar shi1,uchar fen10,uchar fen1)/顯示時分秒 shi10=shi/10; shi1=shi%10; fen10=fen/10; fen1=fen%10; P0=szshi10; P27=0; de

24、lay(5); P27=1; P0=szshi1; if(k=10) P0&=0x7f;/取點（H） P26=0; delay(5); P26=1; P0=szfen10; P25=0; delay(5); P25=1; P0=szfen1; P24=0; delay(5); P24=1;void xianshijs (uchar jsshi10,uchar jsshi1,uchar jsfen10,uchar jsfen1)/顯示時分秒 jsshi10=jsshi/10; jsshi1=jsshi%10; jsfen10=jsfen/10; jsfen1=jsfen%10; P0=s

25、zjsshi10; P27=0; delay(5); P27=1; P0=szjsshi1; if(k=10) P0&=0x7f;/取點（H） P26=0; delay(5); P26=1; P0=szjsfen10; P25=0; delay(5); P25=1; P0=szjsfen1; P24=0; delay(5); P24=1;void t0() interrupt 1 TH0=(65536-50000)/256; TL0=(65536-50000)%256; k+; b+;void shifenmiao()/時分秒進位 if(k=20) k=0; miao+; if(mia

26、o=60) miao=0; fen+; if(fen=60) fen=0; shi+; if (shi=24) shi=0;/void ajsw0jia()/shi+ if(sw0=0) delay(50); if(sw0=0) do while (sw0=0); delay(50); while (sw0=0); shi+; if (shi=24) shi=0; void ajsw1jia()/fen+ if(sw1=0) delay(50); if(sw1=0) do while (sw1=0); delay(50); while (sw1=0); fen+; if (fen=60) fe

27、n=0; /*void ajsw0jian()/shi- if(sw0=0) delay(50); if(sw0=0) do while (sw0=0); delay(50); while (sw0=0); shi-; if (shi=-1) shi=23; void ajsw1jian()/fen- if(sw1=0) delay(50); if(sw1=0) do while (sw1=0); delay(50); while (sw1=0); fen-; if (fen=-1) fen=59; */void qidong()/啟動 if(sw2=0) delay(50); if(sw2=

28、0) do while (sw2=0); delay(50); while (sw2=0); TR0=1; /void anjian() if(sw3=0) delay(50); if(sw3=0) do while (sw3=0); delay(50); while (sw3=0); a+; if (a=4) a=0; switch (a) case 1: ajsw0jia(); ajsw1jia(); break; case 2: / ajsw0jian(); /ajsw1jian(); qidong(); break; /*case 3: / qidong(); break; */cas

29、e 3: xianshijs(jsshi10,jsshi1,jsfen10,jsfen1); if(sw0=0) delay(50); if(sw0=0) do while (sw0=0); delay(50); while (sw0=0); jsshi+; if (jsshi=24) jsshi=0; if(sw1=0) delay(50); if(sw1=0) do while (sw1=0); delay(50); while (sw1=0); jsfen+; if (jsfen=60) jsfen=0; break; void main () chushihua(); while(1) shifenmiao(); anjian(); if(a=3) xianshijs(jsshi10,jsshi1,jsfen10,jsfen1); else xianshi(shi10,shi1,fen10,fen1); if(fen=jsfen)&&(shi=jsshi) b+; P21=0;