基于51單片機(jī)時(shí)鐘設(shè)計(jì)_第1頁
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文檔簡介

1、第1章 緒論1.1 電子時(shí)鐘功能1.1.1 時(shí)鐘簡介現(xiàn)代的電子時(shí)鐘是基于單片機(jī)的一種計(jì)時(shí)工具,采用延時(shí)程序產(chǎn)生一定的時(shí)間中斷,用于一秒的定義,通過計(jì)數(shù)方式進(jìn)行滿六十秒分鐘進(jìn)一,滿六十分小時(shí)進(jìn)一,滿二十四小時(shí)小時(shí)清零。從而達(dá)到計(jì)時(shí)的功能,是人民日常生活補(bǔ)課缺少的工具。1.1.2 時(shí)鐘的基本特點(diǎn)及原理現(xiàn)在高精度的計(jì)時(shí)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(shí)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(jì)時(shí)時(shí),譯碼代替機(jī)械式傳動(dòng),用LED顯示器代替指針顯示進(jìn)而顯示時(shí)間,減小了計(jì)時(shí)誤差,這種表具有時(shí)、分、秒顯示時(shí)間的功能,還可以進(jìn)行時(shí)和

2、分的校對(duì),片選的靈活性好。該電子時(shí)鐘由89C51,BUTTON,六段數(shù)碼管等構(gòu)成,采用晶振電路作為驅(qū)動(dòng)電路,由延時(shí)程序和循環(huán)程序產(chǎn)生的一秒定時(shí),達(dá)到時(shí)分秒的計(jì)時(shí),六十秒為一分鐘,六十分鐘為一小時(shí),滿二十四小時(shí)為一天。而電路中唯一的一個(gè)控制鍵卻擁有多種不同的功能,按下又松開,可以實(shí)現(xiàn)屏蔽數(shù)碼管顯示的功能,達(dá)到省電的目的;直接按下不松開,則可以通過按鍵實(shí)現(xiàn)分鐘的累加,每按一次分鐘加一;而連續(xù)兩次按下按鍵不放松,則可實(shí)現(xiàn)小時(shí)的調(diào)節(jié),同樣每按一次小時(shí)加一。1.2 實(shí)現(xiàn)功能此課程設(shè)計(jì)要求用單片機(jī)AT89C51定時(shí)功能,中斷系統(tǒng),按鍵及LED數(shù)碼管顯示,設(shè)計(jì)一個(gè)能顯示時(shí)、分、秒的數(shù)字時(shí)鐘。數(shù)字時(shí)鐘通過數(shù)碼

3、管顯示,使用按鍵開關(guān)來實(shí)現(xiàn)調(diào)時(shí)功能。1.3 設(shè)計(jì)方案1.3.1 計(jì)時(shí)方案利用AT89S51單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)/計(jì)數(shù)器進(jìn)行中斷定時(shí),配合軟件延時(shí)實(shí)現(xiàn)時(shí)、分、秒的計(jì)時(shí)。該方案節(jié)省硬件成本,且能使讀者在定時(shí)/計(jì)數(shù)器的使用、中斷及程序設(shè)計(jì)方面得到鍛煉與提高,對(duì)單片機(jī)的指令系統(tǒng)能有更深入的了解,從而對(duì)學(xué)好單片機(jī)技術(shù)這門課程起到一定的作用。1.3.2 顯示方案AT89S51的P0口和P2口外接由8個(gè)LED數(shù)碼管(LED7LED0)構(gòu)成的顯示器,用P0口作LED的段碼輸出口,P2口作LED數(shù)碼管的位控輸出線,P1口外接四個(gè)按鍵A、B、C、D構(gòu)成鍵盤電路。簡易電子鐘的功能不復(fù)雜,采用其現(xiàn)有的I/O便可完成。圖1

4、.1 硬件設(shè)計(jì)流程圖第2章 硬件介紹2.1單片機(jī)簡介2.1.1單片機(jī)的特點(diǎn) 1 . 單片機(jī)的存儲(chǔ)器ROM和RAM時(shí)嚴(yán)格區(qū)分的。ROM稱為程序存儲(chǔ)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(chǔ)器,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(jī)有更強(qiáng)的邏輯控制能力,特別是單片機(jī)具有很強(qiáng)的位處理能力.3 . 單片機(jī)的I/O口通常時(shí)多功能的。由于單片機(jī)芯片上引腳數(shù)目有限,為了解決實(shí)際引腳數(shù)和需要的信號(hào)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(jī)器狀態(tài)來區(qū)分.4 . 單片機(jī)的外部擴(kuò)展能力很強(qiáng)。在內(nèi)部的各種功能部件不能滿足應(yīng)用的需

5、求時(shí),均可在外部進(jìn)行擴(kuò)展,與許多通用的微機(jī)接口芯片兼容,給應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)帶來了很大的方便。2.1.2 89C51單片機(jī)介紹VCC:電源。GND:接地。P0口:P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開路雙向I/O口,每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫1時(shí),被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程 序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器,它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時(shí),P0 口作為原碼輸入口,當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí),P0輸出原碼,此時(shí)P0外部必須被拉高。P1口:P1口是一個(gè)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

6、為低電平時(shí),將輸出電流,這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí),P1口作為第八位地址接收。 P2口:P2口為一個(gè)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(gè)TTL門電流,當(dāng)P2口被寫“1”時(shí),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(shí),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(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存 儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí),P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí),它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì),當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí),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(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。

7、圖2.1 AT89C51單片機(jī) P3口:P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口,可接收輸出4個(gè)TTL門電流。當(dāng)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(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(shí)器0外部輸入)P3.5 T1(記時(shí)器1外部輸入)P3.6 /WR(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通)P3.7 /RD(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通)

8、P3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。RST:復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí),要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。ALE/PROG:當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí),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(shí),ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào),此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是:每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 時(shí),將跳過一個(gè)ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時(shí), 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)

9、行狀態(tài)ALE禁止,置位無效。PSEN:外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間,每個(gè)機(jī)器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí),這兩次有效的/PSEN信號(hào)將不出現(xiàn)。EA/VPP:當(dāng)/EA保持低電平時(shí),則在此期間外部程序存儲(chǔ)(0000H-FFFFH),不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式1時(shí), /EA將內(nèi)部鎖定為RESET;當(dāng)/EA端保持高電平時(shí),此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在FLASH編程期間,此引腳也用于施加12V編程電源(VPP)。2.2 LED數(shù)碼管圖2.2 共陰數(shù)碼管數(shù)碼管是一種把多個(gè)LED顯示段集成在一起的顯示設(shè)備。有兩種類型,一種是共陽型,一種是共陰型。共陽型就是把

10、多個(gè)LED顯示段的陽極接在一起,又稱為公共端。共陰型就是把多個(gè)LED顯示段的陰極接在一起,即為公共商。陽極即為二極管的正極,又稱為正極,陰極即為二極管的負(fù)極,又稱為負(fù)極。通常的數(shù)碼管又分為8段,即8個(gè)LED顯示段,這是為工程應(yīng)用方便如設(shè)計(jì)的,分別為A、B、C、D、E、F、G、DP,其中DP 是小數(shù)點(diǎn)位段。而多位數(shù)碼管,除某一位的公共端會(huì)連接在一起,不同位的數(shù)碼管的相同端也會(huì)連接在一起。即,所有的A段都會(huì)連在一起,其它的段也是如此,這是實(shí)際最常用的用法。數(shù)碼管顯示方法可分為靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)顯示兩種。靜態(tài)顯示就是數(shù)碼管的8段輸入及其公共端電平一直有效。動(dòng)態(tài)顯示的原理是,各個(gè)數(shù)碼管的相同段連接在一起,

11、共同占用8 位段引管線;每位數(shù)碼管的陽極連在一起組成公共端。利用人眼的視覺暫留性,依次給出各個(gè)數(shù)碼管公共端加有效信號(hào),在此同時(shí)給出該數(shù)碼管加有效的數(shù)據(jù)信號(hào),當(dāng)全段掃描速度大于視覺暫留速度時(shí),顯示就會(huì)清晰顯示出來。 2.3晶振電路每個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)里都有晶振,全程是叫晶體震蕩器,在單片機(jī)系統(tǒng)里晶振的作用非常大,他結(jié)合單片機(jī)內(nèi)部的電路,產(chǎn)生單片機(jī)所必須的時(shí)鐘頻率,單片機(jī)的一切指令的執(zhí)行都是建立在這個(gè)基礎(chǔ)上的,晶振的提供的時(shí)鐘頻率越高,那單片機(jī)的運(yùn)行速度也就越快。晶振用一種能把電能和機(jī)械能相互轉(zhuǎn)化的晶體在共振的狀態(tài)下工作,以提供穩(wěn)定,精確的單頻振蕩。在通常工作條件下,普通的晶振頻率絕對(duì)精度可達(dá)百萬分之五

12、十。高級(jí)的精度更高。有些晶振還可以由外加電壓在一定范圍內(nèi)調(diào)整頻率,稱為壓控振蕩器(VCO)。 晶振的作用是為系統(tǒng)提供基本的時(shí)鐘信號(hào)。通常一個(gè)系統(tǒng)共用一個(gè)晶振,便于各部分保持同步。有些通訊系統(tǒng)的基頻和射頻使用不同的晶振,而通過電子調(diào)整頻率的方法保持同步。 晶振通常與鎖相環(huán)電路配合使用,以提供系統(tǒng)所需的時(shí)鐘頻率。如果不同子系統(tǒng)需要不同頻率的時(shí)鐘信號(hào),可以用與同一個(gè)晶振相連的不同鎖相環(huán)來提供。2.4 復(fù)位電路復(fù)位電路的基本功能是:系統(tǒng)上電時(shí)提供復(fù)位信號(hào),直至系統(tǒng)電源穩(wěn)定后,撤銷復(fù)位信號(hào)。為可靠起見,電源穩(wěn)定后還要經(jīng)一定的延時(shí)才撤銷復(fù)位信號(hào),以防電源開關(guān)或電源插頭分-合過程中引起的抖動(dòng)而影響復(fù)位。圖2

13、.3 上電復(fù)位電路第3章 軟件設(shè)計(jì)3.1 Protues軟件3.1.1 Protues軟件簡介Proteus ISIS是英國Labcenter公司開發(fā)的電路分析與實(shí)物仿真軟件。它運(yùn)行于Windows操作系統(tǒng)上,可以仿真、分析(SPICE)各種模擬器件和集成電路,該軟件的特點(diǎn)是:實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)仿真和SPICE電路仿真相結(jié)合。具有模擬電路仿真、數(shù)字電路仿真、單片機(jī)及其外圍電路組成的系統(tǒng)的仿真、RS232動(dòng)態(tài)仿真、I2C調(diào)試器、SPI調(diào)試器、鍵盤和LCD系統(tǒng)仿真的功能;有各種虛擬儀器,如示波器、邏輯分析儀、信號(hào)發(fā)生器等。支持主流單片機(jī)系統(tǒng)的仿真。目前支持的單片機(jī)類型有:68000系列、8051系列、A

14、VR系列、PIC12系列、PIC16系列、PIC18系列、Z80系列、HC11系列以及各種外圍芯片。提供軟件調(diào)試功能。在硬件仿真系統(tǒng)中具有全速、單步、設(shè)置斷點(diǎn)等調(diào)試功能,同時(shí)可以觀察各個(gè)變量、寄存器等的當(dāng)前狀態(tài),因此在該軟件仿真系統(tǒng)中,也必須具有這些功能;同時(shí)支持第三方的軟件編譯和調(diào)試環(huán)境,如Keil C51 uVision2等軟件。具有強(qiáng)大的原理圖繪制功能。總之,該軟件是一款集單片機(jī)和SPICE分析于一身的仿真軟件,功能極其強(qiáng)大。本章介紹Proteus ISIS軟件的工作環(huán)境和一些基本操作。3.1.2 電路功能仿真在PROTUES繪制好原理圖后,調(diào)入已編譯好的目標(biāo)代碼文件:*.HEX,可以在

15、PROTUES的原理圖中看到模擬的實(shí)物運(yùn)行狀態(tài)和過程。 它的元器件、連接線路等卻和傳統(tǒng)的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)硬件高度對(duì)應(yīng)。這在相當(dāng)程度上替代了傳統(tǒng)的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的功能,例:元器件選擇、電路連接、電路檢測(cè)、電路修改、軟件調(diào)試、運(yùn)行結(jié)果等。 課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)是學(xué)生走向就業(yè)的重要實(shí)踐環(huán)節(jié)。由于PROTUES提供了實(shí)驗(yàn)室無法相比的大量的元器件庫,提供了修改電路設(shè)計(jì)的靈活性、提供了實(shí)驗(yàn)室在數(shù)量、質(zhì)量上難以相比的虛擬儀器、儀表,因而也提供了培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐精神、創(chuàng)造精神的平臺(tái) 隨著科技的發(fā)展,“計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)”已成為許多設(shè)計(jì)部門重要的前期設(shè)計(jì)手段。它具有設(shè)計(jì)靈活,結(jié)果、過程的統(tǒng)一的特點(diǎn)??墒乖O(shè)計(jì)時(shí)間大為縮短、耗資大

16、為減少,也可降低工程制造的風(fēng)險(xiǎn)。相信在單片機(jī)開發(fā)應(yīng)用中PROTUES也能茯得愈來愈廣泛的應(yīng)用。3.2 主程序主程序執(zhí)行流程如圖3.1,主程序先對(duì)顯示單元和定時(shí)器/計(jì)數(shù)器初始化,然后重復(fù)調(diào)用數(shù)碼管顯示模塊和按鍵處理模塊,當(dāng)有鍵按下,則轉(zhuǎn)入相應(yīng)的功能程序。3.3 顯示子程序圖3.1 主程序本系統(tǒng)共用8個(gè)數(shù)碼管,從右到左依次顯示秒個(gè)位、秒十位、橫線、分個(gè)位、分十位、橫線、時(shí)個(gè)位和時(shí)十位。采用軟件譯碼動(dòng)態(tài)顯示。由于采用7段共陽LED數(shù)碼管動(dòng)態(tài)掃描實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)顯示,所以顯示用十進(jìn)制BCD碼數(shù)據(jù)的對(duì)應(yīng)段碼存放在ROM中。顯示時(shí),先取內(nèi)存地址中的數(shù)據(jù),然后查得對(duì)應(yīng)的顯示用段碼從P0口輸出,P1口將對(duì)應(yīng)的數(shù)碼管選

17、中供電,就能顯示該地址單元的數(shù)據(jù)值。3.4 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0中斷服務(wù)程序定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0用于時(shí)間計(jì)時(shí)。選擇方式1,重復(fù)定時(shí),定時(shí)時(shí)間設(shè)為50ms,定時(shí)時(shí)間到則中斷,在中斷服務(wù)程序中用一個(gè)計(jì)數(shù)器對(duì)50ms計(jì)數(shù),計(jì)20次則對(duì)秒單元加1,秒單元加到60則對(duì)分單元加1,同時(shí)秒單元清0;分單元加到60則對(duì)時(shí)單元加1,同時(shí)分單元清0;時(shí)單元加到24則對(duì)時(shí)單元清0,標(biāo)志一天時(shí)間計(jì)滿。在對(duì)各單元計(jì)數(shù)的同時(shí),把它們的值放到存儲(chǔ)單元的指定位置。定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0中斷服務(wù)程序流程圖如圖3.2。3.5 調(diào)時(shí)程序圖3.2 T0中斷流程圖給三個(gè)按鍵,當(dāng)P2.0口的按鍵K0按下,則進(jìn)入調(diào)時(shí)狀態(tài),按K1,K2加1減1操作

18、,再按K0,調(diào)分,再按K0,調(diào)秒,再按K0,則退出調(diào)時(shí)功能,進(jìn)行正常計(jì)數(shù)運(yùn)行。第4章 調(diào)試及運(yùn)行結(jié)果4.1 調(diào)試步驟(1)在WAVE軟件中編寫程序,完成后,單擊“項(xiàng)目”下的“編譯”,產(chǎn)生“.hex”文件,再單擊“執(zhí)行”下的“全速執(zhí)行”(2)打開proteus軟件,畫上硬件電路圖,保存。(3)選擇“源代碼”中的“添加/移除源代碼”,單擊“新建”,加入“.asm”,確定。(4)單擊“源代碼”中的“全部編譯”,無錯(cuò)誤后,調(diào)試。4.2 運(yùn)行結(jié)果圖4.1 運(yùn)行程序截圖按P2.0口的按鍵K1,進(jìn)入調(diào)時(shí)狀態(tài),P2.1和P2.2口的按鍵分別為加減計(jì)數(shù),在按K1,進(jìn)入調(diào)分狀態(tài),再按,進(jìn)入調(diào)秒狀態(tài),再按則退出調(diào)時(shí)

19、狀態(tài),進(jìn)入正常的計(jì)數(shù)程序。4.3 參考程序14 / 14文檔可自由編輯打印org 0000hljmp mainorg 0003hljmp miaoorg 000bhljmp shiorg 0013hljmp fenorg 001bhljmp mpmain:mov sp,#5fhmov tmod,#16hmov th0,#255mov tl0,#255mov th1,#3chmov tl1,#0b0hmov r4,#00hmov r5,#00hmov r6,#00hsetb eaclr ex0clr ex1setb it0setb it1clr et0setb tr0setb tr1setb e

20、t1mov r7,#20loop:mov a,r4mov b,#10div abmov dptr,#0300hmovc a,a+dptrmov p0,amov p1,#01hlcall delaymov p0,#0ffhmov a,bmovc a,a+dptrmov p1,#02hmov p0,alcall delaymov p0,#0ffhmov p2,#0ffhjnb p2.0,tiaojiemov p1,#04hmov p0,#0bfhlcall delaymov p0,#0ffhmov a,r5mov b,#10div abmovc a,a+dptrmov p1,#08hmov p0,

21、amov p1,#08hlcall delaymov p0,#0ffhmov p2,#0ffhjnb p2.0,tiaojiemov a,bmovc a,a+dptrmov p1,#10hmov p0,alcall delaymov p0,#0ffhmov p1,#20hmov p0,#0bfhlcall delaymov p0,#0ffhmov p2,#0ffhjnb p2.0,tiaojiemov a,r6mov b,#10div abmovc a,a+dptrmov p1,#40hmov p0,alcall delaymov p0,#0ffhmov a,bmovc a,a+dptrmov

22、 p1,#80hmov p0,alcall delaymov p0,#0ffhmov p2,#0ffhjnb p2.0,tiaojieljmp looptiaojie: cpl et0cpl et1cpl ex0cpl ex1ljmp looporg 0100hmp :push amov th1,#3chmov tl1,#0b0hdjnz r7,fanhuimov r7,#20inc r4mov a,r4cjne a,#60,fanhuimov r4,#00hinc r5mov a,r5cjne a,#60,fanhuimov r5,#00hinc r6mov a,r6cjne a,12h ,

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