單片機課程設(shè)計

1、單片機原理與應(yīng)用課程設(shè)計報告書課題數(shù)字電子表班級電 1101-5學(xué)號20115011姓名鄭俊觀同組董鵬飛趙玉猛指導(dǎo)教師楊勇完成日期2014 年 7 月 2 日目錄一、前言 ,2二、設(shè)計要求 ,2三、設(shè)計方案和論證,2（一）總設(shè)計原理圖 ,2（二）設(shè)計方案的選擇,2（三）硬件部分,4（四）軟件部分,8三、設(shè)計總結(jié) ,26一、前言時鐘，自從它發(fā)明的那天起，就成為人類的朋友，但隨著時間的推移，科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展， 人們對時間計量的精度要求越來越高，應(yīng)用越來越廣。 怎樣讓時鐘更好的為人民服務(wù)， 怎樣讓我們的老朋友煥發(fā)青春呢？這就要求人們不斷設(shè)計出新型時鐘?，F(xiàn)今，高精度的計時工具大多數(shù)都使用了石英晶體振

2、蕩器， 由于電子鐘， 石英表，石英鐘都采用了石英技術(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)校，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 LED 顯示器代替顯示器代替指針顯示進而顯示時間， 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。在一個單片機應(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系統(tǒng)工作的快慢； 二是指系統(tǒng)的標準定時時鐘，即定時時間， 它通常有兩種實現(xiàn)方法：一是用軟件實現(xiàn)，即用單片機內(nèi)部的可編程定時 /計數(shù)器來實現(xiàn)，但誤差很大，

3、主要用在對時間精度要求不高的場合； 二是用專門的時鐘芯片實現(xiàn)，在對時間精度要求很高的情況下，通常采用這種方法，典型的時鐘芯片有：DS1302，DS12887，X1203 等都可以滿足高精度的要求。本文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 AT89C51 芯片和 LED 數(shù)碼管為核心，輔以必要的電路，構(gòu)成了一個單片機電子時鐘。二、設(shè)計要求1、準確計時，以數(shù)字形式顯示時、分、秒的時間。2、小時以 24 小時計時形式，分秒計時為60 進位。3、校正時間功能 , 即能隨意設(shè)定走時時間。4、設(shè)計 5V 直流電源，系統(tǒng)時鐘電路、復(fù)位電路。5、能指示秒節(jié)奏，即秒提示。三、設(shè)

4、計方案和論證本次設(shè)計時鐘電路，使用了AT 89C51 單片機芯片控制電路，單片機控制時鐘電路單數(shù)據(jù)片顯示校正電路機電路簡單且省去了很多復(fù)雜的線路，使得電路簡明易懂，使用按鍵來調(diào)整時鐘的時、分、秒。同時使用匯編語言程序來控制整個時鐘顯示，使得編程變得更容易，這樣通過三個模塊：按鍵、芯片、 LED 顯示即可滿足設(shè)計要求。（一） 總設(shè)計原理框圖如上圖所示：（二）設(shè)計方案的選擇1. 計時方案方案 1：采用實時時鐘芯片現(xiàn)在市場上有很多實時時鐘集成電路，如 DS1287、DS12887、DS1302 等。這些實時時鐘芯片具備年、月、日、時、分、秒計時功能和多點定時功能，計時數(shù)據(jù)的更新每秒自動進行一次，不需

5、要程序干預(yù)。因此，在工業(yè)實時測控系統(tǒng)中多采用這一類專用芯片來實現(xiàn)實時時鐘功能。方案 2：使用單片機內(nèi)部的可編程定時器。利用單片機內(nèi)部的定時計數(shù)器進行中端定時，配合軟件延時實現(xiàn)時、 分、秒的計時。該方案節(jié)省硬件成本，但程序設(shè)計較為復(fù)雜。2. 顯示方案對于實時時鐘而言，顯示顯然是另一個重要的環(huán)節(jié)。通常LED 顯示有兩種方式：動態(tài)顯示和靜態(tài)顯示。靜態(tài)顯示的優(yōu)點是程序簡單、顯示亮度有保證、單片機CPU 的開銷小，節(jié)約 CPU 的工作時間。但占有 I/O 口線多，每一個 LED 都要占有一個 I/O 口，硬件開銷大，電路復(fù)雜。需要幾個LED 就必須占有幾個并行口，比較適用于LED 數(shù)量較少的場合。當然當

6、LED 數(shù)量較多的時候，可以使用單片機的串行口通過移位寄存器的方式加以解決，但程序編寫比較麻煩。LED 動態(tài)顯示硬件連接簡單，但動態(tài)掃描的顯示方式需要占有CPU 較多的時間，在單片機沒有太多實時測控任務(wù)的情況下可以采用。本系統(tǒng)使用單片機內(nèi)部的可編程定時器和采用8 位 LED 數(shù)碼管來分別顯示時、分、秒，因數(shù)碼管個數(shù)較多，故本系統(tǒng)選擇動態(tài)顯示方式。（三）硬件部分1、AT89C51 單片機介紹AT89C51 單片機是由 ATMEL 公司生產(chǎn)的一種低電壓、 高性能 CMOS8 位單片機，片內(nèi)含 8kbytes 的可反復(fù)寫的 FlashROM 和 128bytes 的 RAM， 2 個16 位定時計數(shù)

7、器5。AT89C51 單片機內(nèi)部主要包括累加器ACC(有時也簡稱為 A)、程序狀態(tài)字PSW、地址指示器 DPTR、只讀存儲器 ROM、隨機存取存儲器RAM、寄存器、并行 I/O 接口 P0P3、定時器 / 計數(shù)器、串行 I/O 接口以及定時控制邏輯電路等。這些部件通過內(nèi)部總線聯(lián)接起來，構(gòu)成一個完整的微型計算機。U119XTAL1P0.0/AD03938P0.1/AD1X137P0.2/AD218XTAL2P0.3/AD336CRYSTAL35P0.4/AD434P0.5/AD533P0.6/AD6932RSTP0.7/AD7P2.0/A82122P2.1/A923P2.2/A102924PSE

8、NP2.3/A113025ALEP2.4/A123126EAP2.5/A1327P2.6/A1428P2.7/A151P1.0P3.0/RXD10211P1.1P3.1/TXD312P1.2P3.2/INT0413P1.3P3.3/INT1514P1.4P3.4/T0615P1.5P3.5/T1716P1.6P3.6/WR817P1.7P3.7/RDAT89C51AT89C51 單片機管腳結(jié)構(gòu)圖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) /

9、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

10、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。作為輸入，由于外部下拉為低電平， P3 口將輸出電流 （

11、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：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：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的

12、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)存儲器時，這兩次有效的/P

13、SEN 信號將不出現(xiàn)。EA：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）。2、上電按鈕復(fù)位電路R1C322010uR210KU2本設(shè)計采用上電按鈕復(fù)位電路：首先經(jīng)過上電復(fù)位，當按下按鍵時， RST 直接與 VCC 相連，為高電平形成復(fù)位， 同時電解電容被電路放電； 按鍵松開時， VCC對電容充電， 充電電流在電阻上， RST 依然為高電平， 仍然是復(fù)位， 充電完成后，電

14、容相當于開路， RST 為低電平，單片機芯片正常工作。其中電阻 R2 決定了電容充電的時間， R2 越大則充電時間長，復(fù)位信號從 VCC 回落到 0V 的時間也長。3、晶振電路1C133pFX11C233pF本設(shè)計晶振電路采用12M 的晶振。晶振的作用是給單片機正常工作提供穩(wěn)定的時鐘信號。單片機的晶振并不是只能用12M，只要不超過 20M 就行，在準許的范圍內(nèi)，晶振越大，單片機運行越快，還有用 12M 的就是好算時間，因為一個機器周期為 1/12 時鐘周期，所以這樣用 12M 的話，一個時鐘周期為 12us，那么定時器計一次數(shù)就是 1us 了，電容范圍在 20-40pF 之間，這里連接的是 3

15、3pF 的電容。機器周期 =10*晶振周期 =12*系統(tǒng)時鐘周期4、顯示電路就時鐘而言，通?？刹捎靡壕э@示或數(shù)碼管顯示。由于一般的段式液晶屏，需要專門的驅(qū)動電路，而且液晶顯示作為一種被動顯示，可視性相對較差；對于具有驅(qū)動電路和微處理器接口的液晶顯示模塊（字符或點陣），一般多采用并行接口，對微處理器的接口要求較高， 占用資源多。另外，89C2051本身無專門的液晶驅(qū)動接口，因此，本時鐘采用數(shù)碼管顯示方式。數(shù)碼管作為一種主動顯示器件，具有亮度高、價格便宜等優(yōu)點，而且市場上也有專門的時鐘顯示組合數(shù)碼管。對于實時時鐘而言，顯示顯然是另一個重要的環(huán)節(jié)。通常LED 顯示有兩種方式：動態(tài)顯示和靜態(tài)顯示。靜態(tài)

16、顯示的優(yōu)點是程序簡單、顯示亮度有保證、單片機CPU 的開銷小，節(jié)約 CPU 的工作時間。但占有 I/O 口線多，每一個 LED 都要占有一個 I/O 口，硬件開銷大，電路復(fù)雜。需要幾個LED 就必須占有幾個并行口，比較適用于LED 數(shù)量較少的場合。當然當LED 數(shù)量較多的時候，可以使用單片機的串行口通過移位寄存器的方式加以解決，但程序編寫比較麻煩。LED 動態(tài)顯示硬件連接簡單，但動態(tài)掃描的顯示方式需要占有CPU 較多的時間，在單片機沒有太多實時測控任務(wù)的情況下可以采用。本系統(tǒng)需要采用 8 位 LED 數(shù)碼管來分別顯示時、分、秒，因數(shù)碼管個數(shù)較多，故本系統(tǒng)選擇動態(tài)顯示方式。5、時鐘顯示校正電路本

17、設(shè)計利用按鍵開關(guān)來校正時鐘顯示的數(shù)字。當按鈕按下時，將在相應(yīng)的端口輸入一個低電平，通過相應(yīng)的程序來改變時鐘顯示。其中 S1 按鍵開關(guān)用來選擇要修改的數(shù)字； S2 按鍵用來增加所選數(shù)字的數(shù)值； S3 按鍵用來減少所選數(shù)字的數(shù)值。SMH6、總電路原理圖 圖如下圖所示。U1U219XTAL1P0.0/AD0392A0B018C138317P0.1/AD1A1B13741622pFP0.2/AD2A2B21836515X1XTAL2P0.3/AD3356A3B314CRYSTALP0.4/AD4A4B434713P0.5/AD5A5B5C233812P0.6/AD6A6B693291122pFRSTP

18、0.7/AD7A7B7P2.0/A82119CE221P2.1/A9AB/BAR123P2.2/A10292474LS245PSENP2.3/A1110K3025ALEP2.4/A1231C3EAP2.5/A132610uP2.6/A1427S28P2.7/A15M1P1.0P3.0/RXD10211P1.1P3.1/TXDH312P1.2P3.2/INT0413P1.3P3.3/INT1514P1.4P3.4/T0615P1.5P3.5/T1716P1.6P3.6/WR817P1.7P3.7/RDAT89C51（四）軟件部分根據(jù)上述電子時鐘的工作流程，軟件設(shè)計可分為以下幾個功能模塊：1、主程

19、序模塊。主程序主要用于系統(tǒng)初始化：設(shè)置計時緩沖區(qū)的位置及初值，定時器的工作方式和計數(shù)初值等參數(shù)。2、計時模塊。即定時器0 中斷子程序，完成刷新計時緩沖區(qū)的功能。系統(tǒng)使用 12MHz 的晶振，假設(shè)定時器0 工作在方式 1，則定時器的最大定時時間值遠遠小于1s。因此本系統(tǒng)采用定時器與軟件循環(huán)相結(jié)合的定時方法。設(shè)定時器 0 工作在方式 1，每隔 50ms 溢出中斷一次，則循環(huán)中斷 20 次延時時間是 1s，上述過程重復(fù) 60 次為 1 分，分計時 60 次為 1 小時，小時計時 24 次則時間重新回到12：00：00。因定時器 0 工作在方式 1，則 50ms 定時對應(yīng)的定時器初值為TH0=3CH，

20、TH0=0B0H。但應(yīng)當指出： CPU 從響應(yīng) T0 中斷到完成定時器初值重裝這段時間，定時器 T0 并不停止工作，而是繼續(xù)計數(shù)。因此，為了確保 T0 能準確定時 50ms，重裝的定時器初值必須加以修正， 修正的定時器初值必須考慮到從原定時器初值中扣除計數(shù)器多計的脈沖個數(shù)。 由于定時器計數(shù)脈沖的周期恰好和機器周期吻合，因此修正量等于 CPU 從響應(yīng)中斷到重裝完 TL0 為止所用的機器周期數(shù)。3、時間設(shè)置模塊。該模塊由鍵盤輸入相應(yīng)的數(shù)據(jù)來設(shè)置當前時間。程序通過調(diào)用一個鍵盤設(shè)置子程序通過鍵盤掃描將鍵入的8 位時間值送入顯示緩沖區(qū)。設(shè)置時間后，時鐘要從這個時間開始計時， 而時分秒單元各占一個字節(jié)，鍵

21、盤占 8 個字節(jié)。因此程序中要調(diào)用一個合字子程序?qū)@示緩沖區(qū)中的6 位BCD 碼合并為 3 位壓縮 BCD 碼，并送入計時緩沖區(qū)， 作為當前計時起始時間。4、顯示模塊。該模塊完成時分秒8 位 LED 的動態(tài)顯示。因為顯示為8 位，二計時是 3 個字節(jié)單元，為此，必須將3 字節(jié)計時緩沖區(qū)中的時分秒壓縮BCD 碼拆分為8 字節(jié) BCD 碼，并送入顯示緩沖區(qū)中。當按下調(diào)整時間鍵后，在8 位設(shè)置完成之前，這8個 LED 應(yīng)該顯示鍵人的數(shù)據(jù)，不顯示當前的時間。為此，我們設(shè)置了一個計時顯示允許標志位 F0，在時間設(shè)置期間 F0=1，不調(diào)用刷新顯示緩沖區(qū)的子程序。5、程序流程框圖開始N一秒時間到？Y秒單元加

22、 1N60 秒時間到？Y秒單元清零，分單元加1N60 分鐘到？Y分單元清零，時單元加1N24 小時到？Y時單元清零時間顯示中斷返回6、匯編程序如下 ：S_SET BIT P1.0M_SET BIT P1.1H_SET BIT P1.2SECOND EQU 30HMINUTE EQU 31HHOUREQU 32HTCNT EQU 34HORG 0000HSJMP STARTORG 000BHLJMP INT_T0START: MOV DPTR,#TABLEMOV HOUR ,#12MOV MINUTE,#0MOV SECOND ,#0MOV TCNT,#0MOV TMOD,#01HMOV TH0

23、,#3CHMOV TL0,#0B0HMOV IE,#82HSETB TR0A1:LCALL DISPLAYJNB S_SET,S1JNB M_SET,S2JNB H_SET,S3LJMP A1S1: LCALL DELAYJB S_SET,A1INC SECONDMOV A,SECONDCJNE A,#60,J0MOV SECOND,#0LJMP K1S2: LCALL DELAYJB M_SET,A1K1: INC MINUTEMOV A,MINUTECJNE A,#60,J1MOV MINUTE,#0LJMP K2S3: LCALL DELAYJB H_SET,A1K2: INC HOUR

24、MOV A,HOURCJNE A,#24,J2MOV HOUR,#0MOV MINUTE,#0MOV SECOND,#0LJMP A1J0:JB S_SET,A1LCALL DISPLAYSJMP J0J1:JB M_SET,A1LCALL DISPLAYSJMP J1J2: JB H_SET,A1LCALL DISPLAYSJMP J2INT_T0:MOV TH0,#3CHMOV TL0,#0B0HINC TCNTMOV A,TCNTCJNE A,#20,RETUNEINC SECONDMOV TCNT,#0MOV A,SECONDCJNE A,#60,RETUNEINC MINUTEMOV

25、 SECOND,#0MOV A,MINUTECJNE A,#60,RETUNEINC HOURMOV MINUTE,#0MOV A,HOURCJNE A,#24,RETUNEMOV HOUR,#0MOV MINUTE,#0MOV SECOND,#0MOV TCNT,#0RETUNE: RETIDISPLAY: MOV A,SECONDMOV B,#10DIV ABCLR P3.6MOVC A,A+DPTRMOV P0,ALCALL DELAYSETB P3.6MOV A,BCLR P3.7MOVC A,A+DPTRMOV P0,ALCALL DELAYSETB P3.7CLR P3.5MOV

26、P0,#40HLCALL DELAYSETB P3.5MOV A,MINUTEMOV B,#10DIV ABCLR P3.3MOVC A,A+DPTRMOV A,BMOV P0,ACLR P3.4LCALL DELAYMOVC A,A+DPTRSETB P3.3MOV P0,ALCALL DELAYSETB P3.4CLR P3.2MOV P0,#40HLCALL DELAYSETB P3.2MOV A,HOURMOV B,#10DIV ABCLR P3.0MOVC A,A+DPTRMOV P0,ALCALL DELAYSETB P3.0MOV A,BCLR P3.1MOVC A,A+DPTRMOV P0,ALCALL DELAYSETB P3.1RETTABLE: DB 3FH,06H,5BH,4FH,66HDB 6DH,7DH,07H,7FH,6FHDELAY: MOV R6,#10D1