數(shù)字時(shí)鐘實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)專心-專注-專業(yè)精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)單 片 機(jī) 數(shù) 字 時(shí) 鐘 設(shè) 計(jì)實(shí) 訓(xùn) 報(bào) 告系別 專業(yè) 姓名 學(xué)號(hào) 摘 要 單片機(jī)是把中央處理器CPU,隨即存取存儲(chǔ)器RAM,只讀存儲(chǔ)器ROM,定時(shí)器/計(jì)數(shù)器以及輸入/輸出即I/O接口電路等主要計(jì)算機(jī)部件，集成在一塊集成電路上的微機(jī)。雖然只是一個(gè)芯片，但從組成和功能上來(lái)看，已具備微型系統(tǒng)的屬性。單片機(jī)的發(fā)展經(jīng)歷了4個(gè)階段，其向著低功耗CMOS化，微型單片化，主流與多品種共存的方向發(fā)展。單片機(jī)在工業(yè)自動(dòng)化，儀器儀表，家用電器，信息和通訊產(chǎn)品及軍事方面得到了廣泛應(yīng)用。另

2、外，其發(fā)展前景不錯(cuò)。本次實(shí)訓(xùn)以設(shè)計(jì)制作數(shù)字時(shí)鐘為例，來(lái)加深我們對(duì)單片機(jī)特性和功能的了解，加強(qiáng)我們的編程思想。為今后從事單片機(jī)程序產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)，打下了良好的理論與實(shí)踐基礎(chǔ)。理論服務(wù)于實(shí)踐，將知識(shí)轉(zhuǎn)化為能力，也是本次試訓(xùn)的另一個(gè)重要目的。目 錄一、 整體設(shè)計(jì)方案31. 方案設(shè)計(jì)要求32. 方案設(shè)計(jì)與論證33. 整體設(shè)計(jì)框圖4二、 數(shù)字時(shí)鐘的硬件設(shè)計(jì)41. 最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)4 2. LED顯示電路83. 鍵盤控制電路94. 數(shù)字時(shí)鐘的原理圖10三、 數(shù)字時(shí)鐘的軟件設(shè)計(jì)111. 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)流程圖112. 數(shù)字時(shí)鐘主程序14四、 調(diào)試與仿真181. 數(shù)字時(shí)鐘系統(tǒng)PROTUES仿真182. 軟件與硬件調(diào)試19

3、3. 系統(tǒng)性能測(cè)試與功能說(shuō)明194. 出現(xiàn)問(wèn)題及解決19五、 實(shí)驗(yàn)結(jié)論20六、 心得體會(huì)21附錄：1.原器件清單222.參考文獻(xiàn)22一、整體方案設(shè)計(jì)1. 方案設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)制作一個(gè)數(shù)字時(shí)鐘，要求能實(shí)現(xiàn)基本走時(shí)，并以數(shù)字形式顯示時(shí)、分、秒；采用24小時(shí)制；能校時(shí)、校分、校秒；也可以添加其他功能.2. 方案設(shè)計(jì)與論證方案一：采用各種純數(shù)字芯片實(shí)現(xiàn)數(shù)字時(shí)鐘的設(shè)計(jì)。優(yōu)點(diǎn)：各個(gè)模塊功能清晰，電路易于理解實(shí)現(xiàn)。缺點(diǎn)：各個(gè)模塊功能已定不能進(jìn)行智能化調(diào)整，整體電路太龐大。方案二：采用 FPGA模塊用硬件語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)功能。優(yōu)點(diǎn)：運(yùn)算速度快，走時(shí)精度高，算法簡(jiǎn)單。缺點(diǎn)：成本高，大材小用。方案三：采用單片機(jī)最小系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)功

4、能。優(yōu)點(diǎn)：電路簡(jiǎn)單，能通過(guò)程序進(jìn)行隨機(jī)調(diào)整并擴(kuò)展功能，成本低，易于實(shí)現(xiàn)。缺點(diǎn)：走時(shí)有一定的誤差。經(jīng)過(guò)綜合考慮成本問(wèn)題以及他人接受程度，選擇第三種方案實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求。整體設(shè)計(jì)框圖MCU控制芯片（AT89CMCU控制芯片（AT89C51）（AT89C51）復(fù) 位LED顯示LED顯示時(shí)間設(shè)置時(shí)間設(shè)置 數(shù)字時(shí)鐘整體框圖二、數(shù)字時(shí)鐘的硬件設(shè)計(jì)1. 最小系統(tǒng)設(shè)計(jì) AT89C51的介紹：AT89C51單片機(jī)是在一塊芯片中集成了CPU、RAM、ROM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器和多種功能的I/O接口電路等一臺(tái)計(jì)算機(jī)所需要的基本功能部件，AT89C51單片機(jī)內(nèi)包含下列幾個(gè)部件：（1） 一個(gè)8位CPU；（2）一個(gè)片內(nèi)振蕩器及時(shí)

5、鐘電路；（3）4K字節(jié)ROM程序存儲(chǔ)器；（4）128字節(jié)RAM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器；（5）兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器；（6）可尋址64K外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和64K外部程序存儲(chǔ)器空間的控制電路；（7）32條可編程的I/O線（四個(gè)8位并行I/O端口）；（8）一個(gè)可編程全雙工串行口；（9）具有五個(gè)中斷源、兩個(gè)優(yōu)先級(jí)嵌套中斷結(jié)構(gòu)。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如下圖所示： AT89C51單片機(jī)的部分管腳說(shuō)明：AT89C51單片機(jī)采用40條引腳雙列直插式器件，引腳除5V（ 40腳）和電源地（ 20腳）外，其功能分為時(shí)鐘電路、控制信號(hào)、輸入/輸出三大部分，引腳圖如下圖：最小系統(tǒng)： 單片機(jī)最小系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖單片機(jī)的最小系統(tǒng)是由電源、復(fù)位、晶

6、振、/EA=1組成，下面介紹各個(gè)組成部分。 Vcc40 電源端；GND20 接地端。工作電壓為5V 。 外接晶振引腳晶振連接的內(nèi)部、外部方式圖XTAL119 ；XTAL218。XTAL1是片內(nèi)振蕩器的反相放大器輸入端，XTAL2則是輸出端，使用外部振蕩器時(shí)，外部振蕩信號(hào)應(yīng)直接加到XTAL1，而XTAL2懸空。內(nèi)部方式時(shí)，時(shí)鐘發(fā)生器對(duì)振蕩脈沖二分頻，如晶振為12MHz，時(shí)鐘頻率就為6MHz。晶振的頻率可以在1MHz-24MHz內(nèi)選擇。電容取30PF左右。系統(tǒng)的時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)是采用的內(nèi)部方式，即利用芯片內(nèi)部的振蕩電路。復(fù)位RST9常用復(fù)位電路圖在振蕩器運(yùn)行時(shí)，有兩個(gè)機(jī)器周期（24個(gè)振蕩周期）以上的高

7、電平出現(xiàn)在此引腿時(shí)，將使單片機(jī)復(fù)位，只要這個(gè)腳保持高電平，51芯片便循環(huán)復(fù)位。復(fù)位后P0P3口均置1引腳表現(xiàn)為高電平，程序計(jì)數(shù)器和特殊功能寄存器SFR全部清零。/EA=1 31腳當(dāng)/EA=1時(shí)，訪問(wèn)內(nèi)部程序存儲(chǔ)器，當(dāng)PC值超過(guò)內(nèi)ROM范圍時(shí)，自動(dòng)轉(zhuǎn)執(zhí)行外部程序存儲(chǔ)器的程序；當(dāng)/EA=0時(shí)，只訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器。另外介紹一下輸入輸出引腳（本系統(tǒng)只用到P0、P1、P2口）：(1) P0端口P0.0-P0.7 是一個(gè)8位漏極開(kāi)路型雙向I/O端口，端口置1（對(duì)端口寫1）時(shí)作高阻抗輸入端。作為輸出口時(shí)能驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL。對(duì)內(nèi)部Flash程序存儲(chǔ)器編程時(shí)，接收指令字節(jié);校驗(yàn)程序時(shí)輸出指令字節(jié)，要求外接上拉電

8、阻。在訪問(wèn)外部程序和外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P0口是分時(shí)轉(zhuǎn)換的地址(低8位)/數(shù)據(jù)總線，訪問(wèn)期間內(nèi)部的上拉電阻起作用。(2) P1端口P1.0P1.7是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/0端口。輸出時(shí)可驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL。端口置1時(shí)，內(nèi)部上拉電阻將端口拉到高電平，作輸入用。對(duì)內(nèi)部Flash程序存儲(chǔ)器編程時(shí)，接收低8位地址信息。(3) P2端口P2.0P2.7是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/0端口。輸出時(shí)可驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL。端口置1時(shí)，內(nèi)部上拉電阻將端口拉到高電平，作輸入用。對(duì)內(nèi)部Flash程序存儲(chǔ)器編程時(shí)，接收高8位地址和控制信息。在訪問(wèn)外部程序和16位外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P2口送出高8位地址。而在訪問(wèn)

9、8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)其引腳上的內(nèi)容在此期間不會(huì)改變。2. LED顯示電路本實(shí)訓(xùn)用到四位一體共陽(yáng)極數(shù)碼管和一位共陽(yáng)極數(shù)碼管，通過(guò)其引腳圖，便可順利完成其連接。3. 鍵盤控制電路該設(shè)計(jì)需要校對(duì)時(shí)間，所以用三個(gè)按鍵來(lái)實(shí)現(xiàn)。按S3來(lái)調(diào)節(jié)小時(shí)的時(shí)間，按 S2來(lái)調(diào)節(jié)分針的時(shí)間，按 S1來(lái)調(diào)節(jié)秒的時(shí)間。下圖是按鍵硬件連接圖。當(dāng)用手按下一個(gè)鍵時(shí)，往往按鍵在閉合位置和斷開(kāi)位置之間跳幾下才穩(wěn)定到閉合狀態(tài)的情況；在釋放一個(gè)鍵時(shí)，也會(huì)出現(xiàn)類似的情況，這就是抖動(dòng)。抖動(dòng)的持續(xù)時(shí)間隨鍵盤材料和操作員而異，不過(guò)通?？偸遣淮笥?0ms。很容易想到，抖動(dòng)問(wèn)題不解決就會(huì)引起對(duì)閉合鍵的識(shí)別。用軟件方法可以很容易地解決抖動(dòng)問(wèn)題，

10、這就是通過(guò)延遲10ms來(lái)等待抖動(dòng)消失，這之后，再讀入鍵盤碼。4. 數(shù)字時(shí)鐘的原理圖根據(jù)要求畫出數(shù)字時(shí)鐘的原理圖如下所示：數(shù)字時(shí)鐘的原理圖數(shù)字時(shí)鐘的工作原理： 數(shù)字時(shí)鐘是一個(gè)將“ 時(shí)”，“分”，“秒”顯示于人的視覺(jué)器官的計(jì)時(shí)裝置。它的計(jì)時(shí)周期為24小時(shí)，顯示滿刻度為23時(shí)59分59秒，另外還有校時(shí)功能。因此，一個(gè)基本的數(shù)字時(shí)鐘電路主要由顯示器“時(shí)”，“分”，“秒”和單片機(jī)，及復(fù)位校時(shí)部分組成。6位一體數(shù)碼管的段選接到單片機(jī)的P0口，位選接到單片機(jī)的P2口。數(shù)碼管按照數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示的工作原理工作，將標(biāo)準(zhǔn)秒信號(hào)送入“秒單元”，“秒單元”采用60進(jìn)制計(jì)數(shù)器，每累計(jì)60秒發(fā)出一個(gè)“分脈沖”信號(hào)，該信號(hào)將

11、作為“分單元”的時(shí)鐘脈沖?！胺謫卧币膊捎?0進(jìn)制計(jì)數(shù)器，每累計(jì)60分鐘，發(fā)出一個(gè)“時(shí)脈沖”信號(hào)，該信號(hào)將被送到“時(shí)單元”?！皶r(shí)單元”采用24進(jìn)制計(jì)時(shí)器，可實(shí)現(xiàn)對(duì)一天24小時(shí)的累計(jì)。顯示電路將“時(shí)”、“分”、“秒”通過(guò)七段顯示器顯示出來(lái)。校時(shí)電路是用來(lái)對(duì)“時(shí)”、“分”、“秒”顯示數(shù)字進(jìn)行校對(duì)調(diào)整，按一下S1,秒單元就加1 ，按一下S2,分就加1，按一下S3，時(shí)就加1。三、 數(shù)字時(shí)鐘的軟件設(shè)計(jì)1. 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)流程圖 主程序是先開(kāi)始，然后啟動(dòng)定時(shí)器，定時(shí)器啟動(dòng)后再進(jìn)行按鍵檢測(cè)，檢測(cè)完后，就可以顯示時(shí)間。開(kāi) 始開(kāi) 始啟動(dòng)定時(shí)器按鍵檢測(cè)時(shí)間顯示主程序流程圖時(shí)間設(shè)置：NNYYNY時(shí)加1顯示時(shí)間結(jié) 束開(kāi)

12、 始秒按鍵按下？秒加1分按鍵按下？分加1時(shí)按鍵按下？ 時(shí)間設(shè)置流程圖 按鍵處理是先檢測(cè)秒按鍵是否按下，秒按鍵如果按下，秒就加1；如果沒(méi)有按下，就檢測(cè)分按鍵是否按下，分按鍵如果按下，分就加1；如果沒(méi)有按下，就檢測(cè)時(shí)按鍵是否按下，時(shí)按鍵如果按下，時(shí)就加1；如果沒(méi)有按下，就把時(shí)間顯示出來(lái)。定時(shí)器中斷：NN24小時(shí)到？分單元清零，時(shí)單元加1NNNYY時(shí)單元清零時(shí)間顯示中斷返回開(kāi) 始一秒時(shí)間到？60秒時(shí)間到？60分鐘到？秒單元加1秒單元清零，分單元加1YY 定時(shí)器中斷流程圖時(shí)間顯示是從左到右依次是時(shí)十位顯示、分十位顯示、秒十位顯示。2. 數(shù)字時(shí)鐘主程序SCAN EQU 28H ORG 0000H LJM

13、P START ORG 0BH LJMP TIM0 ORG 0030HSTART: MOV SP,#70H MOV 2AH,#12 MOV 2BH,#00H MOV 2CH,#00H MOV 20H,#00H MOV 21H,#00H MOV 22H,#00H MOV 23H,#00H MOV 24H,#00H MOV 25H,#00H MOV TMOD,#01H MOV TH0,#3CH MOV TL0,#0B0H MOV IE,#B MOV 41H,#20 SETB TR0START_0: LCALL DISPLAY LCALL SCAN_1 LJMP START_0SCAN_1: JB

14、P0.0,N2 LCALL DELAY JB P0.0,N2 LOP1: CLR EA LCALL DATA2 LCALL DATA1 LCALL DISPLAY JNB P0.0,LOP1 MOV A,2CH INC A MOV 2CH,A CJNE A,#60,N6 MOV 2CH,#00N2: JB P0.1,N4 LCALL DELAY JB P0.1,N4LOP_2: CLR EA LCALL DATA2 LCALL DATA1 LCALL DISPLAY JNB P0.1,LOP_2 MOV A,2BH INC A MOV 2BH,A CJNE A,#60,N6 MOV 2BH,#

15、00N4: JB P0.2,N6 LCALL DELAY JB P0.2,N6 LOP_3: CLR EA LCALL DATA2 LCALL DATA1 LCALL DISPLAY JNB P0.2,LOP_3 MOV A,2AH INC A MOV 2AH,A CJNE A,#24,N6 MOV 2AH,#00N6: SETB EA RETTIM0: MOV TH0,#3CH MOV TL0,#0B0H PUSH ACC PUSH B PUSH PSW SETB RS0 DJNZ 41H,X2 MOV 41H,#20 LCALL CLOCK1 LCALL CLOCK2X2: POP PSW

16、 POP B POP ACC RETICLOCK1: MOV A,2CH INC A MOV 2CH,A CJNE A,#60,X4 MOV 2CH,#00 MOV A,2BH INC A MOV 2BH,A CJNE A,#60,X4 MOV 2BH,#00 MOV A,2AH INC A MOV 2AH,A CJNE A,#24,X4 MOV 2AH,#00 X4: RETCLOCK2: MOV A,2CH MOV B,#10 DIV AB MOV 20H,B MOV 21H,A MOV A,2BH MOV B,#10 DIV AB MOV 22H,B MOV 23H,A MOV A,2A

17、H MOV B,#10 DIV AB MOV 24H,B MOV 25H,A RETDISPLAY: MOV R0,#20H MOV SCAN,#0FEH MOV A,SCANLD0: MOV P2,A MOV A,R0 MOV DPTR,#TAB MOVC A,A+DPTR MOV P1,A ACALL DL1MS INC R0 MOV A,SCAN JNB ACC.5,LD1 RL A MOV SCAN,A AJMP LD0LD1: RETDATA1:MOV A,2CH MOV 2CH,A CJNE A,#60,K4 MOV 2CH,#00 MOV A,2BH MOV 2BH,A CJNE

18、 A,#60,K4 MOV 2BH,#00 MOV A,2AH MOV 2AH,A CJNE A,#24,K4 MOV 2AH,#00K4: RETDATA2: MOV A,2CH MOV B,#10 DIV AB MOV 20H,B MOV 21H,A MOV A,2BH MOV B,#10 DIV AB MOV 22H,B MOV 23H,A MOV A,2AH MOV B,#10 DIV AB MOV 24H,B MOV 25H,A RETTAB: DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H DB 82H,0F8H,80H,90H,88H,0FFHDL1MS: MOV

19、R6,#14HDL1: MOV R7,#19HDL2: DJNZ R7,DL2 DJNZ R6,DL1 RETDELAY: MOV R6,#20D1: MOV R7,#248 DJNZ R7,$ DJNZ R6,D1 RET END四、 調(diào)試與仿真1.數(shù)字時(shí)鐘系統(tǒng)PROTUES仿真用ISIS軟件，根據(jù)數(shù)字時(shí)鐘的原理圖，畫出仿真圖，得到的圖如下所示：將Keil編譯程序產(chǎn)生的HEX文件下載至AT89C51中，通過(guò)控制按鍵來(lái)進(jìn)行仿真測(cè)試。2.軟件與硬件調(diào)試單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的調(diào)試包括硬件和軟件兩部分，但是它們并不能完全分開(kāi)。一般的方法是排除明顯的硬件故障，再進(jìn)行綜合調(diào)試，排除可能的軟/硬件故障。軟件調(diào)試

20、是指用仿真軟件進(jìn)行仿真調(diào)試，驗(yàn)證系統(tǒng)的各項(xiàng)功能；硬件調(diào)試即軟件調(diào)試成功后，將程序下載至AT89C51芯片中，用焊接好的電路來(lái)進(jìn)行各項(xiàng)功能的驗(yàn)證與檢測(cè)。需要特別注意的是軟件調(diào)試與硬件調(diào)試的差異，軟件調(diào)試只是初步的估測(cè)，硬件的調(diào)試才是最真實(shí)的。3.系統(tǒng)性能測(cè)試與功能說(shuō)明工作時(shí)：默認(rèn)為走時(shí)狀態(tài)，按24小時(shí)制分別顯示“時(shí)時(shí)分分秒秒”，時(shí)間會(huì)按實(shí)際時(shí)間以秒為最小單位變化。走時(shí)調(diào)整：按S1對(duì)秒進(jìn)行調(diào)整，按一下加一秒；按S2對(duì)分進(jìn)行調(diào)整，按一下加一分；按S3對(duì)時(shí)進(jìn)行調(diào)整，按一下加一小時(shí)，從而達(dá)到快速設(shè)定時(shí)間的目的,按S4進(jìn)行復(fù)位。4.出現(xiàn)的問(wèn)題及解決編譯程序中出現(xiàn)錯(cuò)誤，應(yīng)嚴(yán)格按照匯編語(yǔ)言的語(yǔ)法來(lái)編寫即可解決

21、。PROTEUS軟件仿真時(shí)，加上三極管驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示時(shí)很難找到符合條件的三極管，這很好的說(shuō)明了軟件仿真于硬件的最大區(qū)別。解決方法：若去掉三極管，數(shù)碼管可正常顯示，則說(shuō)明仿真成功，不必過(guò)于在尋找三極管上花費(fèi)工夫。另外，也會(huì)出現(xiàn)部分按鍵功能無(wú)法實(shí)現(xiàn)的問(wèn)題，這時(shí)應(yīng)先檢查仿真元器件與單片機(jī)端口是否連接正確，然后再檢查主程序，若以上兩項(xiàng)都無(wú)誤，那么可以通過(guò)改變其周圍電阻來(lái)解決。在本次實(shí)訓(xùn)中，我的出現(xiàn)復(fù)位鍵不能用的問(wèn)題，通過(guò)減少其旁邊電阻阻值，使問(wèn)題得到解決。硬件調(diào)試出現(xiàn)問(wèn)題，應(yīng)仔細(xì)檢查電路，看是否有橋接、虛焊、少焊和錯(cuò)焊的問(wèn)題，即要有好的焊接技術(shù)和認(rèn)真的態(tài)度來(lái)確保硬件焊接無(wú)誤。五、實(shí)驗(yàn)結(jié)論本次實(shí)訓(xùn)得到了

22、期望中的結(jié)果。本次實(shí)訓(xùn)意在加強(qiáng)我們對(duì)AT89C51單片機(jī)主要功能的了解與掌握，數(shù)字時(shí)鐘的設(shè)計(jì)制作是掌握AT89C51單片機(jī)的一個(gè)很好的實(shí)踐，原理能付于實(shí)踐中，是對(duì)原理加深了解的最好方法。A T89C51單片機(jī)是一個(gè)微型的計(jì)算機(jī)模型，因?yàn)樗邆淞艘慌_(tái)計(jì)算機(jī)最基本的構(gòu)成部分：CPU,ROM,RAM,定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，I/O口等，它是計(jì)算機(jī)的完美縮影。AT89C51單片機(jī)應(yīng)用范圍很廣，例如：在工業(yè)自動(dòng)化方面，在儀器儀表方面，在家用電器方面，在信息和通信產(chǎn)品方面以及軍事方面等，總之它與我們的生活密切相關(guān)，另外開(kāi)發(fā)前景也很不錯(cuò)。因此，掌握AT89C51單片機(jī)等類似芯片，對(duì)我們以后的工作與生活非常有用。六、心得體會(huì) 近兩周的單片機(jī)實(shí)訓(xùn)，讓我獲得了很多知識(shí)，進(jìn)一步加深了我對(duì)AT89C51單片機(jī)的掌握，另外