單片機(jī)簡(jiǎn)易電子時(shí)鐘方案

1、基于單片機(jī)的簡(jiǎn)易電子時(shí)鐘設(shè)計(jì)1 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求1.1 設(shè)計(jì)背景數(shù)字鐘已成為人們?nèi)粘Ｉ钪斜夭豢缮俚谋匦杵?，廣泛用于個(gè)人家庭以及辦公 室等公共場(chǎng)所，給人們的生活、學(xué)習(xí)、工作、娛樂帶來極大的方便。因?yàn)閿?shù)字集成 電路技術(shù)的發(fā)展和采用了先進(jìn)的石英技術(shù)，使數(shù)字鐘具有走時(shí)準(zhǔn)確、性能穩(wěn)定、攜 帶方便等優(yōu)點(diǎn)，它還用于計(jì)時(shí)、自動(dòng)報(bào)時(shí)及自動(dòng)控制等各個(gè)領(lǐng)域。盡管目前市場(chǎng)上 已有現(xiàn)成的數(shù)字鐘集成電路芯片出售，價(jià)格便宜、使用也方便，但鑒于單片機(jī)的定 時(shí)器功能也可以完成數(shù)字鐘電路的設(shè)計(jì)，因此進(jìn)行數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)是必要的。在這里 我們將已學(xué)過的比較零散的數(shù)字電路的知識(shí)有機(jī)的、系統(tǒng)的聯(lián)系起來用于實(shí)際，來 培養(yǎng)我們的綜合分析和設(shè)計(jì)

2、電路，寫程序、調(diào)試電路的能力。單片機(jī)具有體積小、功能強(qiáng)可靠性高、價(jià)格低廉等一系列優(yōu)點(diǎn)，不僅已成為工 業(yè)測(cè)控領(lǐng)域普遍采用的智能化控制工具，而且已滲入到人們工作和和生活的各個(gè)角 落，有力地推動(dòng)了各行業(yè)的技術(shù)改造和產(chǎn)品的更新?lián)Q代，應(yīng)用前景廣闊。 1.2 課程設(shè)計(jì)目的（1鞏固、加深和擴(kuò)大單片機(jī)應(yīng)用的知識(shí)面，提高綜合及靈活運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決 工業(yè)控制的能力；（2培養(yǎng)針對(duì)課題需要，選擇和查閱有關(guān)手冊(cè)、圖表及文獻(xiàn)資料的自學(xué)能力，提 高組成系統(tǒng)、編程、調(diào)試的動(dòng)手能力；（3過對(duì)課題設(shè)計(jì)方案的分析、選擇、比較、熟悉單片機(jī)用系統(tǒng)開發(fā)、研制的過 程，軟硬件設(shè)計(jì)的方法、內(nèi)容及步驟。1.3 設(shè)計(jì)要求1）時(shí)制式為 24 小時(shí)

3、制。2）采用 LED 數(shù)碼管顯示時(shí)、分，秒采用數(shù)字顯示。3）具有方便的時(shí)間調(diào)校功能。4）計(jì)時(shí)穩(wěn)定度高，可精確校正計(jì)時(shí)精度2 總體方案設(shè)計(jì)2.1 實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘計(jì)時(shí)的基本方法利用 MCS-51 系列單片機(jī)的可編程定時(shí) /計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘計(jì)數(shù)。（1> 計(jì)數(shù)初值計(jì)算 :把定時(shí)器設(shè)為工作方式 1定時(shí)時(shí)間為50ms,則計(jì)數(shù)溢出20次即得時(shí)鐘計(jì)時(shí) 最小單位秒，而 100次計(jì)數(shù)可用軟件方法實(shí)現(xiàn)。假設(shè)使用T/C0，方式1，50ms定時(shí)，fosc=12MHz。 則初值 X 滿足 V216-X） X 1/12MHzX 12 卩 s =50000 ys X=1553610000 3CB0H（2> 采

4、用中斷方式進(jìn)行溢出次數(shù)累計(jì) ,計(jì)滿 20次為秒計(jì)時(shí)<1秒）；（3> 從秒到分和從分到時(shí)的計(jì)時(shí)是通過累加和數(shù)值比較實(shí)現(xiàn)。2.2電子鐘的時(shí)間顯示電子鐘的時(shí)鐘時(shí)間在六位數(shù)碼管上進(jìn)行顯示，因此，在內(nèi)部 RAM 中設(shè)置顯示 緩沖區(qū)共 8 個(gè)單元。LED8 LED7 LED6 LED5 LED4 LED3 LED2 LED137H36H35H34H33H32H31H30H時(shí)十位 時(shí)個(gè)位 分隔 分十位 分個(gè)位 分隔 秒十位 秒個(gè)位2.3 電子鐘的時(shí)間調(diào)整電子鐘設(shè)置 3個(gè)按鍵通過程序控制來完成電子鐘的時(shí)間調(diào)整。A 鍵調(diào)整時(shí)；B 鍵調(diào)整分；C 鍵復(fù)位2.4總體方案介紹計(jì)時(shí)方案利用AT89S51單片機(jī)

5、內(nèi)部的定時(shí)/計(jì)數(shù)器進(jìn)行中斷時(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?？刂品桨窤T89S51的P0 口和P2 口外接由八個(gè)LED數(shù)碼管（LED8LED1構(gòu)成的顯示 器，用P0 口作LED的段碼輸出口，P2 口作八個(gè)LED數(shù)碼管的位控輸出線，P1 口 外接四個(gè)按鍵A、B、C構(gòu)成鍵盤電路。AT89S51是一種低功耗，高性能的 CMOS 8位微型計(jì)算機(jī)。它帶有 8K Flash可 編程和擦除的只讀存儲(chǔ)器vEPROM），該器件采用ATMEL的

6、高密度非易失性存儲(chǔ) 器技術(shù)制造，與工業(yè)上標(biāo)準(zhǔn)的80C51和80C52的指令系統(tǒng)及引腳兼容，片內(nèi)Flash 集成在一個(gè)芯片上，可用與解決復(fù)雜的問題，且成本較低。簡(jiǎn)易電子鐘的功能不復(fù) 雜，采用其現(xiàn)有的I/O便可完成，所以本設(shè)計(jì)中采用此的設(shè)計(jì)方案。3系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)根據(jù)以上的電子時(shí)鐘的設(shè)計(jì)要求可以分為以下的幾個(gè)硬件電路模塊：?jiǎn)纹瑱C(jī)模 塊、數(shù)碼顯示模塊與按鍵模塊，模塊之間的關(guān)系圖如下面得方框電路圖1所示。圖1硬件電路方框圖31單片機(jī)模塊設(shè)計(jì)3. 1. 1芯片分析AT89C51單片機(jī)引腳圖如下:pi n 1>KTAL1POIMDDPO.IJXDdP0JbAD3PO.WD4RSTPQ.TJftD?P

7、2.LMSPSEN-ALE朗P2JM15P1EPlJWtXDP1.1Pg"®P12P32flNTDP31MT1Pl.tpi.i/raP1JS悶£1耐P1TP3.T/RDU'1ATS9S52295iJS DV37 込36 Wz35 D4z訓(xùn)切332 DTz21 RS z22RWI z-囚2526蠱1QI1112歸H1517圖2 AT89C51引腳圖MCS-51單片機(jī)是標(biāo)準(zhǔn)的40引腳雙列直插式集成電路芯片，其各引腳功能如下：VCC : +5V 電源。VSS:接地。RST：復(fù)位信號(hào)。當(dāng)輸入的復(fù)位信號(hào)延續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期以上的高電平時(shí)即為有 效，用完成單片機(jī)的復(fù)位初始

8、化操作。XTAL1和XTAL2 :外接晶體引線端。當(dāng)使用芯片內(nèi)部時(shí)鐘時(shí)，此二引線端用 于外接石英晶體和微調(diào)電容；當(dāng)使用外部時(shí)鐘時(shí)，用于接外部時(shí)鐘脈沖信號(hào)。P0 口： P0 口為一個(gè)8位漏極開路雙向I/O 口，當(dāng)作輸出口使用時(shí)，必須接上拉 電阻才能有高電平輸出；當(dāng)作輸入口使用時(shí)，必須先向電路中的鎖存器寫入“ 1,使FET截止，以避免鎖存器為“ 0狀態(tài)時(shí)對(duì)引腳讀入的干擾。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，它不再需要多路轉(zhuǎn)接 電路MUX ;因此它作為輸出口使用時(shí)，無(wú)需再外接上拉電阻，當(dāng)作為輸入口使用 時(shí)，同樣也需先向其鎖存器寫 “ 1,使輸出驅(qū)動(dòng)電路的FET截止。P2

9、 口： P2 口電路比P1 口電路多了一個(gè)多路轉(zhuǎn)接電路 MUX，這又正好與P0 口 一樣。P2 口可以作為通用的I/O 口使用，這時(shí)多路轉(zhuǎn)接電路開關(guān)倒向鎖豐存器Q端。P3 口： P3 口特點(diǎn)在于，為適應(yīng)引腳信號(hào)第二功能的需要，增加了第二功能控制 邏輯。當(dāng)作為I/O 口使用時(shí)，第二功能信號(hào)引線應(yīng)保持高電平，與非門開通，以維 持從鎖存器到輸出端數(shù)據(jù)輸出通路的暢通。當(dāng)輸出第二功能信號(hào)時(shí)，該位應(yīng)應(yīng)置“ 1,使與非門對(duì)第二功能信號(hào)的輸出是暢通的，從而實(shí)現(xiàn)第二功能信號(hào)的輸出，具 體第二功能如表1所示。晶振電路右圖所示為時(shí)鐘電路原理圖，在 AT89S51芯片內(nèi)部有一個(gè)高增益反相放大器， 其輸入端為芯片引腳X

10、TAL1，輸出端為引腳XTAL2。而在芯片內(nèi)部，XTAL1和 XTAL2之間跨接晶體振蕩器和微調(diào)電容，從而構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定的自激振蕩器。時(shí)鐘電 路產(chǎn)生的振蕩脈沖經(jīng)過觸發(fā)器進(jìn)行二分頻之后，才成為單片機(jī)的時(shí)鐘脈沖信號(hào)。圖3晶振電路復(fù)位電路單片機(jī)復(fù)位的條件是：必須使 RST/VPD或RST引9）加上持續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期 即24個(gè)振蕩周期）的高電平。例如，若時(shí)鐘頻率為12 MHz，每機(jī)器周期為1卩§則只需2卩以上時(shí)間的高電平，在 RST引腳出現(xiàn)高電平后的第二個(gè)機(jī)器周期執(zhí)行復(fù)位。單片機(jī)常見的復(fù)位如圖所示。電路為上電復(fù)位電路，它是利用電容充電來實(shí)現(xiàn) 的。在接電瞬間，RESET端的電位與VCC相同，隨著充

11、電電流的減少，RESET的 電位逐漸下降。只要保證 RESET為高電平的時(shí)間大于兩個(gè)機(jī)器周期，便能正常復(fù) 位。該電路除具有上電復(fù)位功能外，若要復(fù)位，只需按圖中的RESET鍵，此時(shí)電源VCC經(jīng)電阻R1、R2分壓，在RESET端產(chǎn)生一個(gè)復(fù)位高電平。圖4單片機(jī)復(fù)位電路3.2數(shù)碼顯示模塊設(shè)計(jì)系統(tǒng)采用動(dòng)態(tài)顯示方式，用 P0 口來控制LED數(shù)碼管的段控線，而用P2 口來控 制其位控線。動(dòng)態(tài)顯示通常都是采用動(dòng)態(tài)掃描的方法進(jìn)行顯示，即循環(huán)點(diǎn)亮每一個(gè) 數(shù)碼管，這樣雖然在任何時(shí)刻都只有一位數(shù)碼管被點(diǎn)亮，但因?yàn)槿搜鄞嬖谝曈X殘留 效應(yīng)，只要每位數(shù)碼管間隔時(shí)間足夠短，就可以給人以同時(shí)顯示的感覺。U1PDDftDDMTW

12、JvdvnoiR5TPD4AD4 PDSADf PDDE FDTDIPZIMW PZlfflS PZZIDmiEP2iAl2甌 2事JUMDP2BAIGP17AIGPMK=(DM.1旳fD«DM2FJNTB-»I3fjhtT114HEf1£PMfllP1E117pojnnrJr壬-s丄 ® H M 土丄一&6T5一.N.ljDF圖5數(shù)碼顯示電路3.3按鍵模塊下圖為按鍵模塊電路原理圖，A為復(fù)位鍵，B為時(shí)鐘調(diào)控鍵，C為分鐘調(diào)控鍵。圖6按鍵模塊電路原理圖4、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1軟件設(shè)計(jì)分析在編程上，首先進(jìn)行了初始化，定義程序的的入口地址以及中斷的入口地址

13、， 在主程序開始定義了一組固定單元用來儲(chǔ)存計(jì)數(shù)的時(shí) 分.秒，在顯示初值之后，進(jìn)入 主循環(huán)。在主程序中，對(duì)不同的按鍵進(jìn)行掃描，實(shí)現(xiàn)秒表，時(shí)間調(diào)整，復(fù)位清零等 功能，系統(tǒng)總流程圖如下圖7：圖7系統(tǒng)總體流程圖4.2源程序清單ORG 0000H啟動(dòng)計(jì)數(shù)器使TRO位置1計(jì)數(shù)器置零掃描控制字初值取段碼表地址MOV 32H,#0MOV 33H,#0MOV 34H,#0MOV 35H,#0MOV TMOD,#01XS0: SETB TR0MOV TH0,#00HMOV TL0,#00HXS:MOV 40H,#0FEHMOV DPTR,#TABMOV P2,40H從 P2 口輸出MOV A,30H取顯示數(shù)據(jù)到

14、AMOVC A,A+DPTR 查顯示數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)段碼MOV P0,A段碼放入P0中LCALL YS1MS 顯示 IMSMOV P0,#0FFHPO 端口清零RL AA中數(shù)據(jù)循環(huán)左移MOV 40H,A放回40H地址段內(nèi)MOV P2,40HMOV A,31HADD A,#10進(jìn)位顯示MOVC A,A+DPTRMOV P0,ALCALL YS1MSMOV P0,#0FFHMOV A,40HRL AMOV 40H,AMOV P2,40HMOV A,32HMOVC A,A+DPTRMOV P0,ALCALL YS1MSMOV A,40HRL AMOV 40H,AMOV P2,40HMOV A,33HADD

15、A,#10MOVC A,A+DPTRMOV P0,ALCALL YS1MSMOV P0,#0FFHMOV A,40HRL AMOV 40H,AMOV P2,40HMOV A,34HMOVC A,A+DPTRMOV P0,ALCALL YS1MSMOV P0,#0FFHMOV A,40HRL AMOV 40H,AMOV P2,40HMOV A,35HMOVC A,A+DPTRMOV P0,ALCALL YS1MSMOV P0,#0FFHMOV A,40HRL AMOV 40H,AJB TF0,JIA如果TFO為1時(shí)，則執(zhí)行JIA，否則順序執(zhí)行JNB P1.0,P100為 0則 轉(zhuǎn)移到 P100J

16、NB P1.1,P1000為0則轉(zhuǎn)移到P1000JNB P1.2,P10000 為0則 轉(zhuǎn)移到 P10000P100: MOV 30H,#0 清零程序MOV 31H,#0MOV 32H,#0MOV 33H,#0MOV 34H,#0MOV 35H,#0JIA: CLR TF0 TF0 清零MOV A,35H 秒單位數(shù)據(jù)到 ACJNE A,#9,JIA1 與 9進(jìn)行比較，大于 9 就轉(zhuǎn)移到 JIA1MOV 35H,0 秒個(gè)位清零MOV A,34H 秒十位數(shù)據(jù)到 ACJNE A,#5,JIA10 與 5進(jìn)行比較，大于 5就轉(zhuǎn)移到 JIA10MOV 34H,#0 秒十位清零P10000: JNB P1

17、.2,P10000 為0則 轉(zhuǎn)移到 P10000MOV A,33H 取分的個(gè)位到 ACJNE A,#9,JIA100 與 9進(jìn)行比較，大于 9 就轉(zhuǎn)移到 JIA100MOV A,32H分十位數(shù)據(jù)到 ACJNE A,#5,JIA1000 與5進(jìn)行比較，大于 5就轉(zhuǎn)移到 JIA1000MOV 32H,#0 分的十位清零P1000: JNB P1.1,P1000 為0則 轉(zhuǎn)移到 P1000MOV A,31H 時(shí)個(gè)位數(shù)據(jù)到 ACJNE A,#9,JIA10000 與 9進(jìn)行比較，大于 9 就轉(zhuǎn)移到 JIA10000MOV 31H,#0時(shí)的個(gè)位清零MOV A,30H時(shí)十位數(shù)據(jù)到 ACJNE A,#2,J

18、IA100000 與 2進(jìn)行比較，大于 5就轉(zhuǎn)移到 JIA100000MOV 30H,#0時(shí)的十位清零AJMP XS0 轉(zhuǎn)移到 XSOJIA100000:INC 30H加 1AJMP XS0 跳轉(zhuǎn)到 XS0JIA10000:CJNE A,#3,JIAJIA 與 3進(jìn)行比較，大于則轉(zhuǎn)移到 JIAJIAMOV A,30H 將時(shí)的十位放到 ACJNE A,#02,JIAJIA與 2進(jìn)行比較，大于則轉(zhuǎn)移到 JIAJIAMOV 30H,#0時(shí)段清零MOV 31H,#0AJMP XS0 跳轉(zhuǎn)到 XSOJIAJIA:INC 31H 加一AJMP XS0JIA1000:INC 32HAJMP XS0JIA10

19、0: INC 33HAJMP XS0JIA10: INC 34HAJMP XS0JIA1: INC 35HAJMP XS0RET 返回YS1MS: MOV R6,#9H 延時(shí)程序YL1: MOV R7,#19HDJNZ R7,$DJNZ R6,YL1RETTAB:DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,099H,092H,082H,0F8H,080H,090H 共陽(yáng)段碼表DB 040H,079H,024H,030H,019H,012H,002H,078H,000H,010HEND5 系統(tǒng)仿真與實(shí)驗(yàn)測(cè)試5.1 系統(tǒng)仿真運(yùn)用proteus軟件進(jìn)行仿真現(xiàn)在proteus軟件中建立一個(gè)新的文件，

20、再根據(jù)自己的 要求選擇所需的器件，把器件進(jìn)行適當(dāng)?shù)呐盼缓筮M(jìn)行連接，連接后運(yùn)行軟件進(jìn)行仿 真。5.2 實(shí)驗(yàn)測(cè)試電子時(shí)鐘主要的設(shè)計(jì)要求是能夠?qū)崿F(xiàn)時(shí)鐘的一般功能，以及包括時(shí)間的調(diào)整功 能，這個(gè)基于單片機(jī)的電子時(shí)鐘基本上實(shí)現(xiàn)了上述功能，能夠通過時(shí)間調(diào)整電路對(duì) 時(shí)間進(jìn)行調(diào)整以及復(fù)位。下述為 18：30：30的仿真圖：FlUflCril 口 irMi raziirra rj-vnrr Fin PUE P3OTK mrW fflMBBMraInE 盤第 BBBpaBBBra阻詢 KZ酣U FZMtl FZg遼 吃 swtaR37W.-B圖8 18: 30: 30時(shí)刻的仿真效果圖6心得體會(huì)單片機(jī)作為我們主要的

21、專業(yè)課程之一，我覺得單片機(jī)課程設(shè)計(jì)很有必要，而且 很有意義。但當(dāng)拿到題目時(shí)，確實(shí)不知道怎么著手，有些迷茫，上網(wǎng)查資料，問老 師，在老師的幫助下，歷時(shí)兩個(gè)星期，解決一個(gè)又一個(gè)的困難，終于完成任務(wù)。在這次課程設(shè)計(jì)中，運(yùn)用到了很多以前的專業(yè)知識(shí)，雖然過去從未獨(dú)立應(yīng)用過 它們，但在學(xué)習(xí)的過程中帶著問題去學(xué)我發(fā)現(xiàn)效率很高，這是我做這次課程設(shè)計(jì)的 一大收獲。另外，要做好一個(gè)課程設(shè)計(jì)，就必須做到：在設(shè)計(jì)程序之前，對(duì)所用單 片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)有一個(gè)系統(tǒng)的了解，知道該單片機(jī)內(nèi)有哪些資源；要有一個(gè)清晰的 思路和一個(gè)完整的的軟件流程圖；在設(shè)計(jì)程序時(shí)，不能妄想一次就將整個(gè)程序設(shè)計(jì) 好，反復(fù)修改、不斷改進(jìn)是程序設(shè)計(jì)的必經(jīng)之

22、路；要養(yǎng)成注釋程序的好習(xí)慣，一個(gè) 程序的完美與否不僅僅是實(shí)現(xiàn)功能，而應(yīng)該讓人一看就能明白你的思路，這樣也為 資料的保存和交流提供了方便；在設(shè)計(jì)課程過程中遇到問題是很正常德，但我們應(yīng) 該將每次遇到的問題記錄下來，并分析清楚，以免下次再碰到同樣的問題的課程設(shè) 計(jì)結(jié)束了，但是從中學(xué)到的知識(shí)會(huì)讓我受益終身。發(fā)現(xiàn)、提出、分析、解決問題和 實(shí)踐能力的提高都會(huì)受益于我在以后的學(xué)習(xí)、工作和生活中。設(shè)計(jì)過程，好比是我 們?nèi)祟惓砷L(zhǎng)的歷程，常有一些不如意，但畢竟這是第一次做，難免會(huì)遇到各種各樣的問題。在設(shè)計(jì)的過程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，對(duì)以前所學(xué)過的知識(shí)理解得不夠 深刻，掌握得不夠牢固，不能靈活運(yùn)用。通過這次設(shè)計(jì)，

23、我懂得了學(xué)習(xí)的重要性，了解到理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合的重要 意義，學(xué)會(huì)了堅(jiān)持、耐心和努力，這將為自己今后的學(xué)習(xí)和工作做出了最好的榜樣 。另外，要非常感謝我的指導(dǎo)老師，是她指引我克服一個(gè)由一個(gè)的困難，讓我學(xué)會(huì) 對(duì)困難無(wú)所畏懼，以及對(duì)問題的一些很重要的思考方法。我學(xué)會(huì)對(duì)困難無(wú)所畏懼，以及對(duì)問題的一些很重要的思考方法。參考文獻(xiàn)1 鄭君里，應(yīng)啟珩，楊為理 . 信號(hào)與系統(tǒng)第二版）上冊(cè) M.高等教育出版社 ,20002 鄭君里，應(yīng)啟珩，楊為理 . 信號(hào)與系統(tǒng)第二版）下冊(cè) M.高等教育出版社 ,20003 譚浩強(qiáng).C程序設(shè)計(jì) 第二版）M.清華大學(xué)出版社，20034 W.Richard Steve ns,范建華譯.TCP/IP 詳解卷 1 協(xié)議M.機(jī)械工業(yè)出版社， 20005 Androw S. Tanenbaum. 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò) 第4版） M. Pearson，20046 吳堅(jiān)，劉高平.基于GPRS網(wǎng)絡(luò)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)圖像傳輸方案J.計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究，2004， 5： 222-223,2317 W.Simpson, Editor. The Point-to-Point Pr