單片機課程設(shè)計數(shù)字電子鐘設(shè)計

1、單片機技術(shù)課程設(shè)計說明書 數(shù) 字 電 子 鐘系 、 部： 電氣與信息工程系 學(xué)生姓名： 游天樂 指導(dǎo)教師： 王韌 職稱 副教授 專 業(yè)： 電子信息工程 班 級： 自本0902 完成時間： 2012-01-02 摘 要電子鐘在生活中應(yīng)用非常廣泛，而一種簡單方便的數(shù)字電子鐘則更能受到人們的歡迎。所以設(shè)計一個簡易數(shù)字電子鐘很有必要。本電子鐘采用ATMEL公司的AT89S52單片機為核心，使用12MHz 晶振與單片機AT89S52 相連接,通過軟件編程的方法實現(xiàn)以24小時為一個周期，同時8位8段LED數(shù)碼管(兩個四位一體數(shù)碼管)顯示小時、分鐘和秒的要求,并在計時過程中具有定時功能，當時間到達提前定好的

2、時間進行蜂鳴報時。該電子鐘設(shè)有四個按鍵S1、S2、S3和S4鍵,進行相應(yīng)的操作就可實現(xiàn)校時、定時、復(fù)位功能。具有時間顯示、整點報時、校正等功能。走時準確、顯示直觀、運行穩(wěn)定等優(yōu)點。具有極高的推廣應(yīng)用價值。關(guān)鍵詞 電子鐘；AT89S52；硬件設(shè)計；軟件設(shè)計ABSTRACTClock is widely used in life, and a simple digital clock is more welcomed by people. So to design a simple digital electronic clock is necessary.The system use a sin

3、gle chip AT89S52 of ATMELs as its core to control The crystal oscillator clock,using of E-12MHz is connected with the microcontroller AT89S52, through the software programming method to achieve a 24-hour cycle, and eight 8-segment LED digital tube (two four in one digital tube) displays hours, minut

4、es and seconds requirements, and in the time course of a timing function, when the time arrived ahead of scheduled time to buzz a good timekeeping. The clock has four buttons S1, S2, S3 and S4 key, and make the appropriate action can be achieved when the school, timing, reset. With a time display, a

5、larm clock settings, timer function, corrective action. Accurate travel time, display and intuitive, precision, stability, and so on. With a high application value.顯示對應(yīng)的拉丁字符的拼音字典 - 查看字典詳細內(nèi)容 Key words electronic clock；AT89S52；hardware design；software design目 錄1 設(shè)計課題任務(wù)、功能要求說明及方案介紹11.1 設(shè)計課題任務(wù) 11.2 功能要求

6、說明 11.3 設(shè)計總體方案介紹及原理說明 12 設(shè)計課題硬件系統(tǒng)的設(shè)計 22.1 設(shè)計課題硬件系統(tǒng)各模塊功能簡要介紹 22.2 設(shè)計課題電路原理圖、PCB圖、元器件布局圖22.3 設(shè)計課題元器件清單 33 設(shè)計課題軟件系統(tǒng)的設(shè)計43.1 設(shè)計課題使用單片機資源的情況 43.2 設(shè)計課題軟件系統(tǒng)各模塊功能簡要介紹 43.3 設(shè)計課題軟件系統(tǒng)程序流程框圖 53.4 設(shè)計課題軟件系統(tǒng)程序清單 84 設(shè)計結(jié)論、仿真結(jié)果、誤差分析、教學(xué)建議 194.1 設(shè)計課題的設(shè)計結(jié)論及使用說明194.2 設(shè)計課題的仿真結(jié)果194.3 設(shè)計課題的誤差分析204.4 設(shè)計體會204.5 教學(xué)建議20結(jié) 束 語 21致

7、 謝 22參考文獻 23附 錄A 24附 錄B 25附 錄C 271 設(shè)計課題任務(wù)、功能要求說明及方案介紹1.1 設(shè)計課題任務(wù)設(shè)計一個具有特定功能的電子鐘。具有時間顯示、報時等功能。并有時間設(shè)定，時間調(diào)整功能。1.2 功能要求說明設(shè)計一個具有特定功能的電子鐘。該電子鐘上電或按鍵復(fù)位后能自動顯示系統(tǒng)提示符“P.”， 進入時鐘準備狀態(tài)；第一次按電子鐘啟動/調(diào)整鍵，電子鐘從0時0分0秒開始運行，進入時鐘運行狀態(tài)；再次按電子鐘啟動/調(diào)整鍵，則電子鐘進入時鐘調(diào)整狀態(tài)，此時可利用各調(diào)整鍵調(diào)整時間，調(diào)整結(jié)束后可按啟動/調(diào)整鍵再次進入時鐘運行狀態(tài)。1.3 設(shè)計課題總體方案介紹及工作原理說明本電子鐘主要由單片機

8、、獨立鍵盤、顯示接口電路和復(fù)位電路構(gòu)成，設(shè)計課題的總體方案如圖1所示： 圖1 總體設(shè)計方案圖本電子鐘的所有的軟件、參數(shù)均存放在AT89S52的Flash ROM和內(nèi)部RAM中，減少了芯片的使用數(shù)量簡化了整體電路也降低了整機的工作電流。鍵盤采用動態(tài)掃描方式。利用單片機定時器及計數(shù)器產(chǎn)生定時效果通過編程形成數(shù)字鐘效果，再利用數(shù)碼管動態(tài)掃描顯示單片機內(nèi)部處理的數(shù)據(jù)，同時通過端口讀入當前外部控制狀態(tài)來改變程序的不同狀態(tài)，實現(xiàn)不同功能。2 設(shè)計課題硬件系統(tǒng)的設(shè)計2.1 設(shè)計課題硬件系統(tǒng)各模塊功能簡要介紹本設(shè)計的硬件系統(tǒng)主要采用以下基本模塊來實現(xiàn)，單片機最小系統(tǒng)模塊，輸入模塊、輸出模塊、電源模塊。（1）單

9、片機最小系統(tǒng)模塊：包括低功耗、高性能CMOS8位微控制器AT89S52；復(fù)位電路；晶振電路。本本模塊AT89S52系統(tǒng)控制核心，單片機系統(tǒng)復(fù)位由復(fù)位電路完成，單片機內(nèi)部有一個高增益、反相放大器，其輸入端為芯片引腳XTAL1，其輸出端位位引腳XTAL2。通過這兩個引腳在芯片外并接石英晶體振蕩器和兩只電容。這樣就構(gòu)成一個穩(wěn)定的自激振蕩器。 （2）輸入模塊：本模塊共用到了5個按鍵，1個電源開關(guān)，1個復(fù)位鍵，單片機運行期間，利用按鍵完成復(fù)位操作。3個按鍵獨立式鍵盤，S1鍵控制電子鐘的啟動調(diào)整狀態(tài)，S2鍵為加1鍵，S3鍵為減1鍵。且S1、S2、S3任一鍵都獨自連一個I/O（P1.0、P1.1、P1.2）

10、口線，說明它們可以獨立實現(xiàn)相應(yīng)的電子鐘功能。（3）輸出模塊：本次設(shè)計顯示為8位，采用兩個四位一體數(shù)碼管（共陽極）作為顯示窗口，既可以節(jié)約成本又能簡化電路。數(shù)碼管用8個PNP三極管驅(qū)動。（4）電源模塊：現(xiàn)在市面上銷售的編程器有很多都是由PC機的USB口直接供電為了降低本設(shè)計的成本及節(jié)省設(shè)計時間，沒有另外設(shè)計編程器，而直接購買了市場上的USB供電及下載器。2.1設(shè)計課題電路原理圖、PCB圖、元器件布局圖 電路原理圖見附錄A，PCB附錄B，元器件布局圖見附錄C2.2 設(shè)計課題元器件清單設(shè)計課題元器件清單如表1所示。表1 設(shè)計所用元器件清單序號名稱、大小數(shù)量1電阻2001個2電阻47024個3電阻1K

11、3個4電阻4.7K1個5電容22F1個6電容33pF2個718B201個8AT89S521個9單排插40個11四位一體共陽極數(shù)碼管2個12LED9個13PNP9個14四腳按鈕9個15六腳開關(guān)1個16USB電源接口1個17下載口1個18晶振12MHz1個19短路帽2個3 設(shè)計課題軟件系統(tǒng)的設(shè)計3.1 設(shè)計課題使用單片機資源的情況設(shè)計課題使用單片機資源的情況如下：P0口輸出數(shù)碼管段選信號，P3口輸出數(shù)碼管位選信號；晶振12MHz；調(diào)整選擇鍵SET_KEY：P1.0；通過選擇鍵選擇調(diào)整位，選中位閃爍；增加鍵ADD_KEY：P1.1；按一次使選中位加1；減少鍵DEC_KEY：P1.2；按一次使選中位減

12、1;P2.1為蜂鳴器發(fā)聲報時；50H-5FH；16個寄存器單元作為顯示單元； 50H 用于控制秒基準時鐘源的產(chǎn)生；51H 清零秒寄存器；52H 清零分寄存器；53H 清零時寄存器；5FH 用于秒個位；5EH 用于秒十位；5DH 用于分個位；5CH 用于分十位；5BH 用于時個位；5AH 用于時十位；54H 用于控制調(diào)時閃爍；堆棧棧底：70H。3.2 設(shè)計課題軟件系統(tǒng)個模塊功能簡要介紹 本設(shè)計的軟件系統(tǒng)主要采用以下基本模塊來實現(xiàn)，主程序、中斷服務(wù)程序、鍵盤輸入程序模塊、數(shù)碼管及其驅(qū)動模塊和延時模塊。主程序：主要是用于對輸入信號的處理、輸出信號的控制和對各個功能程序模塊的運用及其控制。中斷服務(wù)程序

13、：主要是用于電子鐘的準確運行、數(shù)據(jù)輸入過程中的閃爍。鍵盤輸入程序模塊：主要是用于確定按鍵并得到特定的鍵碼值。數(shù)碼管及其驅(qū)動模塊：主要是用于驅(qū)動數(shù)碼管及利用數(shù)碼管顯示時間。延時模塊：程序中有兩種延時子程序，一種是短延時用于判鍵按下等，一種是長延時。3.3 設(shè)計課題軟件系統(tǒng)程序流程框圖系統(tǒng)軟件采用匯編語言按模塊化方式進行設(shè)計,然后通過Keil軟件開發(fā)平臺將程序轉(zhuǎn)變成十六進制程序語言，接著使用Proteus 進行仿真，讀出顯示數(shù)據(jù)。主程序流程框圖如圖1所示；加1子程序如圖2所示；中斷服務(wù)程序程序如圖3所示；鍵盤掃描子程序框圖如圖4所示；顯示子程序框圖如圖5所示； 圖2 主程序流程框圖圖3 加1子程序

14、流程框圖圖4 中斷子程序流程框圖圖5 鍵盤掃描子程序流程框圖圖6 顯示子程序流程框圖3.4設(shè)計課題軟件系統(tǒng)程序清單;*;項目名稱:電子鐘的設(shè)計;設(shè)計者：游天樂;設(shè)計日期：2011年12月24日;*;堆棧棧底7FH;*;LED數(shù)碼管顯示器設(shè)定;段控線，接LED的顯示段dp,g,f,e,d,c,b,a位控線,從左至右(LED7,LED6,LED5,LED4,LED3,LED2,LED1,LED0);顯示緩沖區(qū)設(shè)定從左至右依次為7FH,7EH,7DH,7CH,7BH,7AH,79H,78H(LED7,LED6,LED5,LED4,LED3,LED2,LED1,LED0);*;獨立式鍵盤設(shè)定;8個按鍵

15、S2至S9分別依次接在P1.0至P1.7口線; ;* ;子程序;DISP（數(shù)碼管顯示子程序）;DL(1毫秒延時子程序,晶振頻率12MHz);*;常數(shù)表格;TAB(共陽數(shù)碼管字型代碼表);DISBH(系統(tǒng)提示符P.字型代碼序號表);*;中斷服務(wù)程序;*;鍵功能程序;*;數(shù)據(jù)存儲器變量及常量單元定義;*;偽指令定義區(qū) ;*;系統(tǒng)起始程序區(qū) ORG 0000H START: LJMP MAIN;*;系統(tǒng)監(jiān)控程序區(qū) ORG 000BH LJMP PIT0 ORG 0100H; MAIN: MOV SP, #7FH ;確立堆棧區(qū) MOV R0, #78H ;顯示緩沖區(qū)首址 MOV R7, #08H ;顯

16、示位數(shù) ML1: MOV R0, #00H ;時鐘顯示緩沖單元清0 INC R0; DJNZ R7, ML1 MOV 7AH, #12H MOV 7DH, #12H MOV TMOD, #01H ;設(shè)置T/C0工作方式1 MOV TL0, #0DCH ;裝載計數(shù)初值 MOV TH0, #0BH; SETB EA; SETB ET0 CLR TR0; MOV 30H, #14H ;計數(shù)溢出次數(shù),即循環(huán)次數(shù) ML0: LCALL GEXING LCALL DISP ;調(diào)顯示子程序 LCALL KEY ;調(diào)鍵掃描子程序ML3: LCALL ANJIANG; ML2: JNB TR0, PARK LC

17、ALL DISP FFT: SJMP ML0;*;獨立式鍵盤設(shè)定; ANJIANG:JB 20H.0, KEYAA ;是KEYA鍵，轉(zhuǎn)KEYAA執(zhí)行 JB 20H.1, KEYBB ;是KEYB鍵，轉(zhuǎn)KEYBB執(zhí)行 JB 20H.2, KEYCC; JB 20H.3, KEYDD RET ;*;鍵功能程序;KEYAA: MOV R0, #75H ;給加一子程序賦初值 LCALL DADD1 ;時加一 MOV 25H, 75H ;時的十位送位單元 MOV 26H, 74H ;時的個位送位單元 JB 25H.1, LOOP7 ;判斷十位是否加到2 LJMP ML2 ;KEYBB: MOV R0,

18、#73H ;給加一子程序賦初值 LCALL DADD1 ;分加一 MOV 24H, 73H ;分的十位送位單元 JB 24H.2, LOOP5 ;判斷是否為6 LJMP ML2 KEYCC: SETB TR0 ;開始按鍵LJMP ML2 ;KEYDD: CLR TR0 ;停止按鍵 LJMP ML2 ; PARK : MOV P2, #0FEH ;顯示P. MOV P0, #0CH ; LCALL KEY AJMP ML3 LOOP5: JB 24H.1, LOOP6 ;判斷是否為6 ,分到達60，轉(zhuǎn)LOOP6分清零LJMP ML2 ; LOOP6: MOV 73H, #00H ;分清零 MOV

19、 72H , #00H; LJMP ML2 LOOP7 : JB 26H.2, LOOP8 ;判斷個位是否加到4 ，時到達24 轉(zhuǎn)LOOP8，讓時清零 LJMP ML2 ; LOOP8: MOV 75H, #00H ;時清零 MOV 74H, #00H; LJMP ML2 ; ;*;鍵盤掃描子程序KEY: LCALL KEYCHULI ;調(diào)P1口數(shù)據(jù)處理子程序 JZ EXIT ;沒有鍵按下，轉(zhuǎn)返回 LCALL DISP ;調(diào)顯示子程序去抖動 LCALL DISP LCALL KEYCHULI ;調(diào)P1口數(shù)據(jù)處理子程序 JZ EXIT ;沒有鍵按下，轉(zhuǎn)返回 MOV B, 20H ;保存取反后的鍵

20、值 KEYSF: LCALL KEYCHULI ;調(diào)P1口數(shù)據(jù)處理子程序 JZ KEY1 ;鍵釋放，轉(zhuǎn)恢復(fù)鍵值 LCALL DISP ;調(diào)顯示子程序延時 LJMP KEYSF ;等待鍵釋放 KEY1: MOV 20H, B ;鍵值送20H保存 EXIT: RET KEYCHULI: PUSH PSW ;保護現(xiàn)場 MOV P1 ,#0FFH ;先向P1口寫1 MOV A, P1 ;讀P1口數(shù)據(jù) CPL A ;P1口數(shù)據(jù)取反 ANL A, #0FFH; MOV 20H , A POP PSW ;恢復(fù)現(xiàn)場 RET ;子程序返回;*;常數(shù)表格區(qū);系統(tǒng)初始化后提示符“P.”字符代碼表DISBH:DB 1

21、0H,10H,10H,10H,10H,10H,10H,11H ;提示符“P.”字符序號;顯示字符段選碼表(共陽極代碼)TAB:DB 0C0H, 0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0F8H,80H ;0-8DB 90H, 88H,83H,0C6H,0A1H,86H,8EH,0FFH,0CH,0BFH ;9,A,B,C,D,E,F,滅,;*;中斷服務(wù)程序;PIT0: PUSH PSW ;現(xiàn)場保護 PUSH ACC; MOV A, #40H; MOV TL0, #0DCH ;裝載計數(shù)初值 MOV TH0, #0BH SETB PSW.3 ;選第1組通用寄存器 MOV A, 30H

22、 ;循環(huán)次數(shù)減1 DEC A; MOV 30H, A; JNZ RET0 ;不滿20次,轉(zhuǎn)RET0返回MOV 30H, #14H ;滿20次,開始計時操作 MOV R0, #71H ;秒十位顯示緩沖單元地址 ACALL DADD1 ;秒加1 MOV A, R2 ;加1后秒值在R2中 XRL A, #60H ;判是否到60秒 JNZ RET0 ;不到,轉(zhuǎn)RET0返回 ACALL CLR0 ;到60秒,秒顯示緩沖單元清0 MOV R0, #73H ;分十位顯示緩沖單元地址 ACALL DADD1 ;分加1 MOV A, R2 ;加1后分值在R2中 XRL A, #60H ;判是否到60分 JNZ

23、RET0 ;不到,轉(zhuǎn)RET0返回 ACALL CLR0 ;到60分,分顯示緩沖單元清0 MOV R0, #75H ;時十位顯示緩沖單元地址 ACALL DADD1 ;時加1 MOV A, R2 ;加1后時值在R2中 XRL A, #24H ;判是否到24小時 JNZ RET0 ;不到,轉(zhuǎn)RET0返回 ACALL CLR0; RET0: POP ACC ;現(xiàn)場恢復(fù) POP PSW; RETI;*;子程序區(qū);數(shù)碼管顯示子程序DISP7FH,7EH,7DH,7CH,7BH,7AH,79H,78H(LED7,LED6,LED5,LED4,LED3,LED2,LED1,LED0) DISP: PUSHD

24、PH PUSHDPL PUSHACC PUSHPSW CLR RS1 ;改變當前寄存器組為組1 SETB RS0 MOV R1, #78H ;顯示緩沖存儲單元首地址 MOV R2, #0FEH ;從右至左顯示 MOV R5, #08H ;循環(huán)次數(shù)，即驅(qū)動數(shù)碼管的位數(shù) DISP1: MOV A, R1 MOVDPTR, #TAB MOVC A, A+DPTR MOVP0, A;送段控 MOVP2, R2 ;送位控 LCALLDL ;延時1毫秒 MOVA, R2 ;位控碼送A RLA;獲得新的位控碼 MOV R2, A;保存新的位控碼 INCR1;獲得新的顯示緩沖單元地址 DJNZ R5, DIS

25、P1;循環(huán)沒有結(jié)束則繼續(xù)DISP2: POPPSW ;恢復(fù)當前寄存器組的組號 POPACC POPDPL POPDPH RET;延時1ms子程序(晶振頻率12MHz)DL DL: MOVR7, #02HDL1:MOV R6, #0FFHDL2:DJNZ R6, DL2DJNZ R7, DL1RET;*;更新緩沖區(qū)內(nèi)容子程序GEXING:MOV 78H, 70H MOV 79H, 71H MOV 7BH, 72H MOV 7CH, 73H MOV 7EH, 74H MOV 7FH, 75H RET ;*;加一子程序 DADD1: MOV A, R0 ;十位數(shù)送A DEC R0 SWAP A ;十

26、位數(shù)占高4位 ORL A, R0 ;個位數(shù)占低4位 ADD A, #01H ;加1 DA A ;十進制調(diào)整 MOV R2, A ;全值暫存R2中 ANL A, #0FH ;屏蔽十位數(shù),取出個位數(shù) MOV R0, A ;個位值送顯示緩沖單元 MOV A, R2; INC R0; ANL A, #0F0H ;屏蔽個位數(shù),取出十位數(shù) SWAP A ;使十位數(shù)占低4位 MOV R0, A ;十位值送顯示緩沖單元 RET ;子程序返回;* CLR0: CLR A MOV R0, A ;十位數(shù)緩沖單元清0 DEC R0 MOV R0, A ;個位數(shù)緩沖單元清0 RET END4 設(shè)計結(jié)論、仿真結(jié)果、誤差分

27、析、教學(xué)建議4.1 設(shè)計課題的設(shè)計結(jié)論及使用說明本設(shè)計為基于單片機的電子鐘的設(shè)計。剛開始，我們很多地方理不清頭緒，無從下手，但通過認真研究設(shè)計課題，找書上網(wǎng)查資料買元件，確定基本設(shè)計方案，對所用芯片功能進行查找、調(diào)試，然后畫電路圖制PCB板、打孔、溶銅、焊接等，真的經(jīng)歷了許多困難，卻積累了很多寶貴的經(jīng)驗，本設(shè)計用2個四位一體的共陽數(shù)碼管做為顯示器，它顯示時間值；設(shè)計中有三個按鍵，其中S1為啟動/選擇調(diào)整位置，S2為加控制鍵 S3為減控制鍵，當整點時間到時，蜂鳴器報警。這樣的結(jié)果與設(shè)計要求完全相符，本設(shè)計成功。完成了設(shè)計任務(wù)。4.2 設(shè)計課題的仿真結(jié)果在Proteus ISIS的Debug菜單中

28、選擇Execute，運行程序，系統(tǒng)仿真結(jié)果如圖4.1與4.2所示。實現(xiàn)功能：可調(diào)整運行的電子鐘具有三種工作狀態(tài)：“P.”狀態(tài)、運行狀態(tài)、調(diào)整狀態(tài)。 （1）、“P.”狀態(tài)，依靠上電或按復(fù)位鍵進入，在此狀態(tài)下，按S2、S3鍵均無效，按S1鍵有效，進入運行狀態(tài)； （2）、運行狀態(tài)，在此狀態(tài)下，按S2、S3鍵均無效，只有按S1鍵有效，按下S1鍵后，退出運行狀態(tài)，進入調(diào)整狀態(tài)； （3）、調(diào)整狀態(tài)，按S1鍵進入時、分、秒的閃爍，在此狀態(tài)下，按S2（+1鍵）、S3（-1鍵）鍵均有效；調(diào)整結(jié)束后必須按S1鍵，即可退出調(diào)整狀態(tài)，進入運行狀態(tài)。在調(diào)整狀態(tài)時長按S2、S3時可以連加及連減。時間顯示格式為：時-分-秒； 圖7 “P.”運行狀態(tài)仿真圖8 時鐘運行狀態(tài)仿真4.3 設(shè)計課題的誤差分析該電子鐘在運行中存在一定的誤差，誤差產(chǎn)生有三種可能，首先是采用的計時方案是軟件計時的，計時優(yōu)勢利用中斷來實現(xiàn)。而當電子鐘運行時間1秒時，又得去執(zhí)行中斷程序，這個過程是需要時間的，所以就產(chǎn)生了一定的誤差，當然這個誤差是避免不了的，其次還有硬件系統(tǒng)也有一定的影響。第三，設(shè)計用到11.0592MHz的晶振，計算是滿20次為一秒