大工14春《單片機原理及應用》大作業(yè)答案(共14頁)

1、 網(wǎng)絡(wnglu)教育學院單片機原理及應用(yngyng)大作業(yè) 題 目： 單片機電子時鐘(shzhng)設計學習中心：福建福鼎學院奧鵬學習中心 層 次： 專升本 專 業(yè)： 電氣工程及其自動化 年 級： 2013年 春 季 學 號： 學生姓名： 一、課題(kt)背景1、數(shù)字(shz)電子鐘的發(fā)展20世紀末，電子技術(shù)獲得了飛速的發(fā)展，在其推動下，現(xiàn)代電子產(chǎn)品幾乎滲透了社會的各個領(lǐng)域，有力(yul)地推動了社會生產(chǎn)力的發(fā)展和社會信息化程度的提高，同時也使現(xiàn)代電子產(chǎn)品性能進一步提高，產(chǎn)品更新?lián)Q代的節(jié)奏也越來越快。時間對人們來說總是那么寶貴，工作的忙碌性和繁雜性容易使人忘記當前的時間。忘記了要做的事

2、情，當事情不是很重要的時候，這種遺忘無傷大雅。但是，一旦重要事情，一時的耽誤可能釀成大禍。目前，單片機正朝著高性能和多品種方向發(fā)展趨勢將是進一步向著CMOS化、低功耗、小體積、大容量、高性能、低價格和外圍電路內(nèi)裝化等幾個方面發(fā)展。下面是單片機的主要發(fā)展趨勢。單片機應用的重要意義還在于，它從根本上改變了傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)設計思想和設計方法。從前必須由模擬電路或數(shù)字電路實現(xiàn)的大部分功能，現(xiàn)在已能用單片機通過軟件方法來實現(xiàn)了。這種軟件代替硬件的控制技術(shù)也稱為微控制技術(shù)，是傳統(tǒng)控制技術(shù)的一次革命。單片機模塊中最常見的是數(shù)字鐘，數(shù)字鐘是一種用數(shù)字電路技術(shù)實現(xiàn)時、分、秒計時的裝置，與機械式時鐘相比具有更高的準

3、確性和直觀性，且無機械裝置，具有更更長的使用壽命，因此得到了廣泛的使用。2、數(shù)字電子鐘的原理數(shù)字鐘是采用數(shù)字電路實現(xiàn)對.時,分,秒.數(shù)字顯示的計時裝置,廣泛用于個人家庭,車站,碼頭辦公室等公共場所,成為人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢缮俚谋匦杵?由于數(shù)字集成電路的發(fā)展和石英晶體振蕩器的廣泛應用,使得數(shù)字鐘的精度,遠遠超過老式鐘表,鐘表的數(shù)字化給人們生產(chǎn)生活帶來了極大的方便，而且大大地擴展了鐘表原先的報時功能。諸如定時自動報警、按時自動打鈴、時間程序自動控制、定時廣播、自動起閉路燈、定時開關(guān)烘箱、通斷動力設備、甚至各種定時電氣的自動啟用等，所有這些，都是以鐘表數(shù)字化為基礎(chǔ)的。因此，研究數(shù)字鐘及擴大其應用，有著

4、非常現(xiàn)實的意義。3、數(shù)字(shz)電子鐘的應用情況(qngkung)以及特點數(shù)字鐘已成為人們?nèi)粘Ｉ钪校罕夭豢缮俚谋匦杵罚瑥V泛用于個人家庭(jitng)以及車站、碼頭、劇場、辦公室等公共場所，給人們的生活、學習、工作、娛樂帶來極大的方便。由于數(shù)字集成電路技術(shù)的發(fā)展和采用了先進的石英技術(shù)，使數(shù)字鐘具有走時準確、性能穩(wěn)定、攜帶方便等優(yōu)點，它還用于計時、自動報時及自動控制等各個領(lǐng)域。 4、51單片機簡介 單片機技術(shù)在計算機中作為獨立的分支，有著性價比高、集成度高、體積少、可靠性高、控制功能強大、低功耗、低電壓、便于生產(chǎn)、便于攜帶等特點，越來越廣泛的被應用于實際生活中。單片機全稱，單片機微型計算機，從

5、應用領(lǐng)域來看，單片機主要用來控制系統(tǒng)運行，所以又稱微控制器或嵌入式控制器，單片機是將計算機的基本部件微型化并集成在一塊芯片上的微型計算機。 AT89S51有PDIP、PLCC、TQFP三種封裝方式，其中最常見的就是采用40Pin封裝的雙列直接PDIP封裝。芯片共有40個引腳，引腳的排列順序為從靠芯片的缺口（見右圖）左邊那列引腳逆時針數(shù)起，依次為1、2、3、4。40，其中芯片的1腳頂上有個凹點（見右圖）。在單片機的40個引腳中，電源引腳2根，外接晶體振蕩器引腳2根，控制引腳4根以及4組8位可編程I/O引腳32根。 4-1、主電源引腳（2根）VCC(Pin40)：電源輸入，接5V電源GND(Pin

6、20)：接地線 4-2、外接晶振引腳（2根）XTAL1(Pin19)：片內(nèi)振蕩電路的輸入端XTAL2(Pin20)：片內(nèi)振蕩電路的輸出端 4-3、控制引腳（4根）RST/VPP(Pin9)：復位引腳，引腳上出現(xiàn)2個機器周期的高電平將使單片機復位。ALE/PROG(Pin30)：地址鎖存允許信號PSEN(Pin29)：外部存儲器讀選通信號EA/VPP(Pin31)：程序存儲器的內(nèi)外部選通，接低電平從外部程序存儲器讀指令，如果接高電平則從內(nèi)部程序存儲器讀指令。 芯片(xn pin)引腳功能 芯片實物圖 4-4、可編程輸入(shr)/輸出引腳（32根） AT89S51單片機有4組8位的可編程I/O口

7、，分別位P0、P1、P2、P3口，每個口有8位（8根引腳），共32根。每一根引腳都可以編程，比如(br)用來控制電機、交通燈、霓虹燈等，開發(fā)產(chǎn)品時就是利用這些可編程引腳來實現(xiàn)我們想要的功能，盡情發(fā)揮你的想象力吧，實現(xiàn)你想要的：） 強大無比。 PO口（Pin39Pin32）：8位雙向I/O口線，名稱為P0.0P0.7 P1口（Pin1Pin8）：8位準雙向I/O口線，名稱為P1.0P1.7 P2口（Pin21Pin28）：8位準雙向I/O口線，名稱為P2.0P2.7 P3口（Pin10Pin17）：8位準雙向I/O口線，名稱為P3.0P3.7二、設計方案利用單片機定時器完成計時功能，定時器0計時

8、中斷程序每隔0.01s中斷一次并當作(dn zu)一個計數(shù)，設定定時1秒的中斷計數(shù)初值為100，每中斷一次中斷計數(shù)初值減1，當減到0時，則表示1s到了，秒變量加1，同理再判斷是否1min鐘到了，再判斷是否1h到了。為了將時間在LED數(shù)碼管上顯示，可采用靜態(tài)顯示法和動態(tài)顯示法，由于靜態(tài)顯示法需要譯碼器，數(shù)據(jù)鎖存器等較多硬件，可采用動態(tài)顯示法實現(xiàn)(shxin)LED顯示，通過對每位數(shù)碼管的依次掃描，使對應數(shù)碼管亮，同時向該數(shù)碼管送對應的字碼，使其顯示數(shù)字。由于數(shù)碼管掃描周期很短，由于人眼的視覺暫留效應，使數(shù)碼管看起來總是亮的，從而實現(xiàn)了各種顯示。針對要實現(xiàn)的功能，采用AT89S51單片機進行設計，

9、AT89S51 單片機是一款低功耗，高性能CMOS8位單片機，片內(nèi)含4KB在線可編程（ISP）的可反復擦寫1000次的Flash只讀程序(chngx)存儲器，器件采用高密度、非易失性存儲技術(shù)制造，兼容標準MCS- 51指令系統(tǒng)及80C51引腳結(jié)構(gòu)。這樣，既能做到經(jīng)濟合理又能實現(xiàn)預期的功能。在程序方面，采用分塊設計的方法，這樣既減小了編程難度、使程序易于理解，又能便于添加各項功能。程序可分為鬧鐘的聲音程序、時間顯示程序、日期顯示程序，秒表顯示程序，時間調(diào)整程序、鬧鐘調(diào)整程序、定時調(diào)整程序，延時程序等。運用這種方法，關(guān)鍵在于各模塊的兼容和配合，若各模塊不匹配會出現(xiàn)意想不到的錯誤。首先，在編程之前必

10、須了解硬件結(jié)構(gòu)尤其是各引腳的用法，以及內(nèi)部寄存器、存儲單元的用法，否則，編程無從下手，電路也無法設計。這是前期準備工作。第二部分是硬件部分：依據(jù)想要的功能分塊設計設計，比如輸入需要開關(guān)電路，輸出需要顯示驅(qū)動電路和數(shù)碼管電路等。第三部分是軟件部分：先學習理解匯編語言的編程方法再根據(jù)設計的硬件電路進行分塊的編程調(diào)試，最終完成程序設計。第四部分是軟件畫圖部分：設計好電路后進行畫圖，包括電路圖和仿真圖的繪制。第五部分是軟件仿真部分：軟硬件設計好后將軟件載入芯片中進行仿真，仿真無法完成時檢查軟件程序和硬件電路并進行修改直到仿真成功。第六部分是硬件實現(xiàn)部分：連接電路并導入程序檢查電路，若與設計的完全一樣一

11、般能實現(xiàn)想要的功能。最后進行功能擴展，在已經(jīng)正確的設計基礎(chǔ)上，添加額外的功能！三、電路設計與軟件開發(fā)A.電路設計1. 整體(zhngt)設計此次設計主要是應用單片機來設計電子時鐘，硬件部分主要分以下電路模塊：顯示電路用8個共陰數(shù)碼管分別顯示，星期（年份），小時、分鐘（月份）和秒（日），通過動態(tài)掃描進行顯示，從而避免了譯碼器的使用，同時(tngsh)節(jié)約了I/0端口，使電路更加簡單。單片機采用AT89S51系列，這種單片機應用簡單，適合電子鐘設計。電路(dinl)的總體設計框架如下：單片機輸入部分晶振和復位輸出部分2. 分塊設計模塊電路主要分為：輸入部分、輸出部分、復位和晶振電路。2.1 輸入部

12、分輸入信號主要是各種模式選擇和調(diào)整信號，由按鍵開關(guān)提供。以下(yxi)為輸入部分樣例：在本實驗中主要用用P3口輸入按鍵信號，還用到了特殊的P0口。對于P0口，由于其存在高阻狀態(tài)，為了實現(xiàn)開關(guān)功能(gngnng)，給其添加上拉電阻，具體如下圖所示：2.2 輸出(shch)部分本電路的輸出信號為7段數(shù)碼管的位選和段選信號，鬧鈴脈沖信號，提示燈信號。本實驗的數(shù)碼管是共陰的，為了防止段選信號不能驅(qū)動數(shù)碼管，故在P1口連接上拉電阻后，再送段選信號，以提高驅(qū)動，位選信號直接從P2口接入，如下圖：鬧鈴由P2.6端輸出(shch)，模塊如下：2.3 晶振與復位(f wi)電路本實驗(shyn)單片機時鐘用內(nèi)部

13、時鐘，模塊如下：復位電路為手動復位構(gòu)成，模塊如下：各模塊拼接組合，電路總體(zngt)設計圖如下：B.軟件開發(fā)B.1 程序(chngx)總體設計本實驗用匯編程序(hu bin chn x)完成.程序總的流程圖如下：主程序開始顯示星期，時，分，秒是否有調(diào) 轉(zhuǎn)？T0中斷秒，分，時等進位閃爍提示顯示日期并調(diào)整響鈴提示時間調(diào)整鬧鈴設置定時設置鈴聲測試秒表模式回主程序定時到按0鍵按0鍵鬧鈴到按1鍵按2鍵按3鍵按4鍵按5鍵按7鍵7鍵恢復按4鍵按8鍵按0鍵按0鍵倒計時啟動并顯示回主程序秒表暫停秒表清零回主程序按7鍵3.B.2 程序(chngx)主要模塊B.2.1 延時模塊(m kui)數(shù)碼管顯示動態(tài)掃描時，

14、用到延時程序，這里使用延遲1ms的程序，此程序需反復調(diào),除數(shù)碼管動態(tài)掃描外，數(shù)碼管的閃爍提示，以及音樂(ynyu)模塊也用到了延時，只是延時的長短不同罷了，在此不再贅述。B.2.2中斷服務程序本實驗中，計數(shù)器T0,T1中斷都有運用，其中T0中斷為時鐘定時所用，T1中斷用于音樂播放。T0的定時長度為0.01s,工作于方式1，計數(shù)1次，時長1us，故計數(shù)器計數(shù)10000次，進入中斷，計數(shù)初值為65536-10000=55536=#0D8F0，裝滿定時器需要0.01s的時間，從而100次中斷為一秒，一秒之后，判斷是否到60秒，若不到則秒加一，然后返回，若到，則秒賦值為0，分加一，依次類推。包括日期顯

15、示的功能也是如此。另外，由于要實現(xiàn)倒計時功能，因此在中斷程序中還要加入減一的寄存器，需要時將其進行顯示?；谝陨峡紤]，以R3為倒計時中的秒，R4為倒計時的分，當秒加1時R3減一，減到0之后，秒賦值為59，分減一，直到分為0。計數(shù)器T1工作于方式1， 當調(diào)用響鈴程序時，其計數(shù)功能開啟，為音樂音調(diào)不同頻率的方波的形成，提供延時。其中斷服務程序就是根據(jù)音調(diào)改變音樂方波輸出口電平的高低，用語句 CPL實現(xiàn)。 中斷服務程序中日歷的實現(xiàn)較為復雜，要考慮平年，閏年，特殊的2月，每月的天數(shù)的不盡相同。具體的邏輯判斷方法為：首先，要考慮年份是不是閏年，閏年的判斷方法是：將年份除以100，若能整除，則將年份除以4

16、00，若還能整除，則為閏年，若不能，則為平年；若不能被100整除，則判斷是否能被4整除，若能，則為閏年，若不能則為平年。只有2月與平、閏年相關(guān)，因此在閏年和平年的子程序中，要判斷是不是2月，若是則在相應的年中進行日期的增加，若不是則轉(zhuǎn)入平時的月份。其中1、3、5、7、8、10、12月是每月31天，4、6、9、11月為每月30天。日歷進位判斷流程圖如下：年份能否被100整除NY年份是否能被4整除年份是否能被400整除NN平年閏年YY是不是2月是不是2月Y日=28之后返回為1NNY日=29之后返回為1若月份為1、3、5、7、8、10、12月則調(diào)用31天的程序若月份為4、6、9、11則調(diào)用30天的程

17、序本實驗用8個數(shù)碼管，剛好能顯示年，月，日，掃描顯示與時間的掃描顯示類似(li s)。年比較特殊，由兩個寄存器存儲，個位，十位為0時，表明年數(shù)能被100整除，若此時千位，百位組成兩位數(shù)能被4整除(zhngch)，則年數(shù)被400整除，為閏年。若十位，個位組成兩位數(shù)能被4整除，則年數(shù)能被4整除，為閏年。B.2.3主程序主程序主要對按鍵進行掃描，以及判斷定時和鬧鈴時間是否已到，若到則調(diào)用相關(guān)(xinggun)程序。B.2.4 顯示子程序8個數(shù)碼管輪流進行顯示，分別顯示1ms，依賴人的視覺 暫留效應，給人以數(shù)碼管持續(xù)高亮的錯覺。日期的顯示，秒表的顯示，倒計時的顯示，調(diào)鬧鈴，調(diào)定時的顯示，閃爍的顯示程序

18、與以上的的掃描相似，有的以子程序的方式出現(xiàn)，通過子程序調(diào)用語句ACALL調(diào)用；有點直接嵌套在相應的程序里面，順序執(zhí)行，或者用調(diào)轉(zhuǎn)語句AJMP調(diào)用。C 程序調(diào)試及仿真(fn zhn)本程序通過Keil單片機開發(fā)平臺實現(xiàn)程序的編譯，鏈接，生成HEX文件(wnjin)。通過Keil和硬件仿真平臺Proteus的聯(lián)合，可以將設計效果仿真出來，根據(jù)效果，有目的的改變設計，優(yōu)化程序。利用Proteus仿真實驗(shyn)過程截圖：普通時間顯示模式仿真圖，表示：星期一 9點10分38秒 四，總結(jié) 本文先從整體論述了設計電子鐘的大致思路，然后再采用劃分模塊的方法，將硬件電路劃分為開關(guān)電路，顯示驅(qū)動電路，以及數(shù)碼管電路等，而軟件部分，則依據(jù)要實現(xiàn)的功能，劃分為：鬧鐘的聲音程序，時間顯示程序，日期顯示程序，秒表顯示程序，時間調(diào)整程序、鬧鐘調(diào)整程序、定時調(diào)