《單片機(jī)時(shí)鐘控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)》

1、 單片機(jī)時(shí)鐘控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)學(xué)生姓名： 學(xué) 號(hào)： 專(zhuān)業(yè)班級(jí)： 指導(dǎo)教師： 二00八年七月四日目 錄1.課程設(shè)計(jì)目的第2頁(yè)2.課程設(shè)計(jì)題目描述和要求第2頁(yè)3.課程設(shè)計(jì)報(bào)告內(nèi)容第2頁(yè)4.課程設(shè)計(jì)體會(huì)第13頁(yè)參考文獻(xiàn)第13頁(yè)附錄1第14頁(yè)單片機(jī)時(shí)鐘控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)1、課程設(shè)計(jì)目的1.1、掌握單片機(jī)實(shí)際系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)步驟；1.2、進(jìn)一步掌握單片機(jī)的中斷系統(tǒng)及其服務(wù)程序的編寫(xiě)方法；1.3、掌握定時(shí)系統(tǒng)、計(jì)數(shù)初值的計(jì)算；1.4、掌握硬件設(shè)計(jì)并熟悉AT89C51的功能及引腳；1.5、掌握單片機(jī)匯編程序的設(shè)計(jì)、編寫(xiě)及調(diào)試的方法；2、課程設(shè)計(jì)題目描述和要求基于AT89C51（時(shí)鐘頻率等于12MHZ）設(shè)計(jì)單片機(jī)時(shí)鐘控

2、制系統(tǒng)，主要由AT89C51、6位LED顯示器、4個(gè)按鈕組成。通過(guò)AT89C51內(nèi)部定時(shí)器T0中斷來(lái)計(jì)時(shí)，再通過(guò)6位LED顯示器來(lái)顯示出來(lái)，通過(guò)定時(shí)器T1、外部中斷0、外部中斷1及外部按鈕來(lái)調(diào)整時(shí)間。其中4個(gè)按鈕的作用如下：按鈕1：?jiǎn)纹瑱C(jī)的復(fù)位按鈕；按鈕2：小時(shí)的調(diào)整按鈕；按鈕3：分鐘的調(diào)整按鈕；按鈕4：秒的調(diào)整按鈕。按復(fù)位鍵后，單片機(jī)時(shí)鐘從零開(kāi)始計(jì)時(shí)；當(dāng)時(shí)間出現(xiàn)偏差時(shí)，可以通過(guò)時(shí)、分、秒的調(diào)整按鈕來(lái)調(diào)整時(shí)間或者通過(guò)調(diào)整按鈕來(lái)設(shè)定我們所需要的初始時(shí)間；當(dāng)時(shí)間達(dá)到了23時(shí)59分59秒時(shí)，再過(guò)1秒時(shí)鐘控制系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)變?yōu)?時(shí)0分0秒。3、課程設(shè)計(jì)報(bào)告內(nèi)容3.1總體方案該時(shí)鐘控制系統(tǒng)電路是基于AT8

3、9C51芯片設(shè)計(jì)的，還包括一些LED顯示管、按鈕、晶振器等。其設(shè)計(jì)原理如圖1所示： 圖1 硬件框架圖利用上述設(shè)計(jì)原理圖，通過(guò)Protel軟件可得系統(tǒng)的電路原理圖（見(jiàn)附錄1）。3.2硬件介紹本設(shè)計(jì)采用硬件有AT89C51單片機(jī),并行I/O接口芯片74LS273、6個(gè)LED顯示器和4個(gè)控制按鈕, 其中3個(gè)按鈕調(diào)整時(shí)間(按鈕2：小時(shí)的調(diào)整按鈕；按鈕3：分鐘的調(diào)整按鈕；按鈕4：秒的調(diào)整按鈕)。3.2.1 AT89C51單片機(jī)介紹 AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電

4、壓，高性能8位微處理器，俗稱(chēng)單片機(jī)。該器件采用ATMEL高密度非易失內(nèi)存制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍內(nèi)存組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。AT89C51引腳圖如圖2所示。 圖2 AT89C51引腳圖1）主要特性 與MCS-51 相容；4K字節(jié)可編程閃爍內(nèi)存；壽命：1000寫(xiě)/擦循環(huán)；數(shù)據(jù)保留時(shí)間：10年；全靜態(tài)工作：0Hz-24Hz；三級(jí)程序內(nèi)存鎖定；128×8位內(nèi)部RAM；32可編程I/O線；兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器；5個(gè)中斷源；低功耗的閑

5、置和掉電模式；片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路。2）管腳說(shuō)明  ·VCC：供電電壓。  ·GND：接地。  ·P0口：P0口為一個(gè)8位漏極開(kāi)路雙向I/O口，每腳可吸收TTL門(mén)電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫(xiě)“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FLASH編程時(shí)，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FLASH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4個(gè)TTL門(mén)電流。P1口管腳寫(xiě)入“1” 后，

6、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(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(mén)電流，當(dāng)P2口被寫(xiě)“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)用于外部程序內(nèi)存或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(xiě)時(shí)，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)P2口在FLAS

7、H編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。·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(mén)電流。當(dāng)P3口寫(xiě)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口將輸出電流這是由于上拉的緣故。P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，P3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收控制信號(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(wèn)外部?jī)?nèi)存時(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

8、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(guò)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)行狀態(tài)ALE禁止，置位無(wú)效。      ·/PSEN：外部程序內(nèi)存的選通信號(hào)。在由外部程序內(nèi)存取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次/PSEN有效。但在訪問(wèn)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

9、保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序內(nèi)存（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序內(nèi)存。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)部程序內(nèi)存。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。 ·XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。 ·XTAL2：來(lái)自反向振蕩器的輸出。3.2.2并行I/O接口芯片74LS273介紹74LS273是8位數(shù)據(jù)/地址鎖存器，一種帶清除功能的8D觸發(fā)器， 1D8D為數(shù)據(jù)輸入端，1Q8Q為數(shù)據(jù)輸出端，正脈沖觸發(fā)，低電平清除，常用作8位地址鎖存器。其管腳圖為：圖3 74LS273的

10、管腳D0D7：出入；Q0Q7：輸出；第一腳WR：主清除端，低電平觸發(fā)，即當(dāng)為低電平時(shí)，芯片被清除，輸出全為0（低電平）；CP（CLK）：觸發(fā)端，上升沿觸發(fā)，即當(dāng)CP從低到高電平時(shí)，D0D7的數(shù)據(jù)通過(guò)芯片，為0時(shí)將資料鎖存，D0D7的數(shù)據(jù)不變。3.2.3七段LED顯示器介紹單個(gè)LED是由7段發(fā)光二極管構(gòu)成的顯示單元。有10個(gè)引腳，對(duì)應(yīng)于7個(gè)段、一個(gè)小數(shù)點(diǎn)和兩個(gè)公共端。在顯示電路中，這些發(fā)光二極管有兩種接法：共陽(yáng)極接法和共陰極接法。所以，采用了4個(gè)LED連體的、內(nèi)部已將其相應(yīng)段接好的共陽(yáng)極LED，它具有12個(gè)引腳，含7個(gè)段和4個(gè)公共端，為提高數(shù)碼管的亮度，可在位選在線加入一個(gè)三極管驅(qū)動(dòng)電路。 上電

11、后系統(tǒng)經(jīng)過(guò)初始化，查詢(xún)是否有功能切換鍵按下：有，則進(jìn)入用戶(hù)設(shè)定模式狀態(tài)；無(wú)，則進(jìn)入默認(rèn)缺省工作狀態(tài)。在缺省工作狀態(tài)下，LED數(shù)碼管按照程序設(shè)定好的若干亮燈花樣模式程序順序調(diào)用往下走，如果想進(jìn)入用戶(hù)設(shè)定模式狀態(tài)，只需按下功能切換鍵即可。共陽(yáng)極7段LED數(shù)碼管引腳圖如圖4所示。從圖可以看出，要是數(shù)碼管顯示數(shù)字，有兩個(gè)條件：（1）是要在VT端加正電源；（2）要使（a,b,c,d,e,f,g,dp)端接低電平或“0”電平。這樣才能顯示的。 圖4 共陽(yáng)極7段LED數(shù)碼管本設(shè)計(jì)LED采用共陽(yáng)極連接，其驅(qū)動(dòng)代碼如下表所示。 驅(qū)動(dòng)代碼表顯示數(shù)值. g f e d c b a驅(qū)動(dòng)代碼（16進(jìn)制）01100000

12、0C0H111111001F9H210100100A4H310110000B0H41001100199H51001001192H61000001182H711111000F8H81000000080H91001000090H3.3單元電路介紹3.3.1時(shí)鐘電路MCS-51的時(shí)鐘信號(hào)可以由兩種方式產(chǎn)生:一種是內(nèi)部方式，利用芯片內(nèi)部的振蕩電路，產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào);另一種為外部方式，時(shí)鐘信號(hào)由外部引入。所設(shè)計(jì)的電路采用的是內(nèi)部時(shí)鐘方式。AT89C51內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，引腳XTALI和XTAL2分別為此放大器的輸人端和輸出端，其頻率范圍為1.212MHz。該放大器與作為回饋組件的片

13、外晶振器一起構(gòu)成自激振蕩器。其電路如圖5所示。對(duì)外接電容的值雖然沒(méi)有嚴(yán)格的要求，但電容的大小多少會(huì)影響振蕩器頻率的高低、振蕩器的穩(wěn)定性、起振的快速性和溫度穩(wěn)定性。電容容量一般在20100pF之間選擇，當(dāng)時(shí)鐘頻率為12 MHz時(shí)典型值為30pF。 圖5 單片機(jī)時(shí)鐘電路3.3.2復(fù)位電路MCS-51的復(fù)位電路包括上電復(fù)位電路和按鍵（外部）復(fù)位電路。不管何種復(fù)位電路，都是通過(guò)復(fù)位電路產(chǎn)生的復(fù)位信號(hào)（高電平有效）由RST引腳送進(jìn)到內(nèi)部的復(fù)位電路對(duì)MCS-51進(jìn)行復(fù)位，復(fù)位信號(hào)要持續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期以上才能可靠復(fù)位。此處為按鍵電平復(fù)位電路，按下復(fù)位鍵后，電容C被充電使RST端為高電平，實(shí)現(xiàn)復(fù)位功能。如圖6所

14、示： 圖6 按鍵電平復(fù)位電路3.3.3調(diào)時(shí)電路 在該電路中有三個(gè)按鈕來(lái)控制時(shí)/分/秒的調(diào)整。當(dāng)時(shí)間出現(xiàn)偏差時(shí)，可以通過(guò)此電路來(lái)校準(zhǔn)時(shí)間；當(dāng)時(shí)鐘控制系統(tǒng)復(fù)位后，也可以通過(guò)此電路來(lái)設(shè)置時(shí)間的初始值。3.3.4顯示電路 為了簡(jiǎn)化硬件線路，降低成本，利用LED動(dòng)態(tài)顯示接口實(shí)現(xiàn)。這采用74LS273來(lái)鎖存，通過(guò)P0口送LED數(shù)碼顯示管的段碼，再結(jié)合P2口送的位碼就可實(shí)現(xiàn)時(shí)間日期的顯示。位碼的顯示是通過(guò)P2口控制某位選通，該位應(yīng)顯示數(shù)碼的段碼同時(shí)加上段碼線上，即每一時(shí)刻僅有一位數(shù)碼管被點(diǎn)亮，當(dāng)輪流顯示的速度較快時(shí)，由于人眼的視覺(jué)暫留現(xiàn)象，看起來(lái)就像所有位同時(shí)顯示一樣。晶體管和電阻是為數(shù)碼管的位顯示提供驅(qū)動(dòng)

15、電流。3.4軟件設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)軟件部分包含四大部分： 主程序、按鈕中斷子程序、顯示子程序、T0中斷子程序。3.4.1 主程序主程序完成定時(shí)器T0、T1的方式1的初始化及外部中斷0、1的初始化，然后設(shè)置時(shí)/分/秒的初始值，最后通過(guò)循環(huán)程序把時(shí)/分/秒的高位、低位元放在顯示緩沖區(qū)里并調(diào)顯示子程序來(lái)顯示。主程序流程圖如圖7所示。 圖7主程序流程圖 圖8 按鈕中斷子程序流程圖3.4.2按鈕中斷子程序按鈕中斷子程序完成時(shí)/分/秒的調(diào)整或設(shè)置時(shí)間的初始值。當(dāng)時(shí)鐘控制系統(tǒng)時(shí)間出現(xiàn)偏差用這三個(gè)按鈕來(lái)進(jìn)行調(diào)整；當(dāng)時(shí)鐘控制系統(tǒng)復(fù)位后，三個(gè)按鈕用來(lái)設(shè)置系統(tǒng)的初始值。按鈕中斷子程序流程圖如圖8所示。3.4.3顯示子程序顯

16、示子程序完成時(shí)間的動(dòng)態(tài)顯示,通過(guò)位顯示控制和段顯示控制來(lái)控制顯示管顯示時(shí)間。其中，位顯示控制通過(guò)P1口來(lái)實(shí)現(xiàn)；段顯示控制通過(guò)P0口來(lái)實(shí)現(xiàn)。顯示子程序流程圖如圖9所示：3.4.4 T0中斷子程序 通過(guò)主程序中設(shè)置的初始值，每100T0就產(chǎn)生一次中斷；每產(chǎn)生10000次中斷就是1秒；通過(guò)程序來(lái)實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘的正常功能。T0中斷子程序流程圖如圖10所示。圖9 顯示子程序流程圖 圖10 T0中斷子程序流程圖3.5程序清單OUTSEG EQU 0FEFFH ;數(shù)碼管段控制口LEDBUF EQU 60H ;顯示緩沖區(qū)HOUR EQU 41HMINUTE EQU 42HSECOND EQU 43HC100US E

17、QU 44HTICK EQU 10000 ;中斷次數(shù)計(jì)數(shù)器T100US EQU 9CH ;100us定時(shí)初值ORG 0000H ;復(fù)位入口LJMP STARTORG 0003H ;外部中斷0入口LJMP HOUR_SETORG 000BH ;定時(shí)器T0中斷入口LJMP COUNT_TIMEORG 0013H ;外部中斷1入口LJMP MINUTE_SETORG 001BH ;定時(shí)器T0中斷入口LJMP SECOND_SETLEDMAP: ;數(shù)碼管顯示代碼 DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0F8H DB 80H,90H,88H,83H,0C6H,0A1H,8

18、6H,8EHDELAY:MOV R7,#0 ;延時(shí)子程序DELAYLOOP: DJNZ R7,DELAYLOOP DJNZ R6,DELAYLOOP RETDISPLAYLED: ;顯示子程序 MOV R0,#LEDBUF MOV R1,#6 ;共6個(gè)數(shù)碼管 MOV R2,#20H ;從左邊開(kāi)始顯示 MOV A,#0 MOV P1,A ;關(guān)所有數(shù)碼管LOOP: MOV A,R0 MOV DPTR,#OUTSEG MOVX DPTR,A MOV A,R2 MOV P1,A ;顯示一位八段管 MOV R6,#1 CALL DELAY MOV A,R2 ;顯示下一位 RR A MOV R2,A IN

19、C R0 DJNZ R1,LOOP RETTOLED:MOV DPTR,#LEDMAP MOVC A,A+DPTR RETSTART:MOV TMOD,#62H ;設(shè)置T0,T1的工作方式及初值 MOV TH0,#T100US MOV TL0,#T100US MOV TH1,#0FFH MOV TL1,#0FFH MOV TCON,#55H ;置外部中斷0,1為電平觸發(fā)方式并啟動(dòng)T0,T1 MOV IE,#8FH ;開(kāi)中斷 MOV HOUR,#0 MOV MINUTE,#0 MOV SECOND,#0 MOV C100US,#TICKTLOOP:MOV A,HOUR MOV B,#10 DIV

20、 AB CALL TOLED MOV LEDBUF,A ;時(shí)的高位 MOV A,B CALL TOLED MOV LEDBUF+1,A ;時(shí)的低位 MOV A,MINUTE MOV B,#10 DIV AB CALL TOLED MOV LEDBUF+2,A ;分的高位 MOV A,B CALL TOLED MOV LEDBUF+3,A ;分的低位 MOV A,SECOND MOV B,#10 DIV AB CALL TOLED MOV LEDBUF+4,A ;秒的高位 MOV A,B CALL TOLED MOV LEDBUF+5,A ;秒的低位 CALL DISPLAYLED ;調(diào)顯示子程

21、序 LJMP TLOOPCOUNT_TIME: ;定時(shí)器T0中斷服務(wù)程序 PUSH PSW PUSH ACC DEC C100US MOV A,C100US JNZ EXIT MOV C100US,#TICK MOV A,SECOND INC A DA A MOV SECOND,A CJNE A,#60,EXIT MOV SECOND,#0 MOV A,MINUTE INC A DA A MOV MINUTE,A CJNE A,#60,EXIT MOV MINUTE,#0 MOV A,HOUR INC A DA A MOV HOUR,A CJNE A,#24,EXIT MOV HOUR,#0EXIT: POP ACC POP PSW RETIHOUR_SET: