單片機數(shù)碼鐘設計實例

1、單片機原理及應用 課程教案第六章：單片機應用實例主要內(nèi)容6.1 單片機應用系統(tǒng)設計的基本準則6.2 單片機應用系統(tǒng)的設計方法6.3 數(shù)碼管時鐘電路的設計6.1.1 可靠性 高可靠性是單片機系統(tǒng)應用的前提，在系統(tǒng)設計的每一個環(huán)節(jié)，都應該將可靠性作為首要的設計準則。提高系統(tǒng)的可靠性通常從以下幾個方面考慮： 1. 使用可靠性高的元器件 2. 采用雙機系統(tǒng) 3. 設計電路板時布線和接地要合理，嚴格安裝硬件設備及電路6.1 單片機應用系統(tǒng)設計的基本準則 4. 對供電電源采用抗干擾措施 5. 輸入輸出通道抗干擾措施 6. 進行軟硬件濾波 7. 系統(tǒng)自診斷功能6.1.2 操作維護方便6.1.3 性價比6.1

2、.4 設計周期短 。6.2.1 系統(tǒng)總體設計 系統(tǒng)總體設計是單片機系統(tǒng)設計的前提，合理的總體設計是系統(tǒng)成敗的關鍵。總體設計關鍵在于對系統(tǒng)功能和性能的認識和合理分析，系統(tǒng)單片機及關鍵芯片的選型，系統(tǒng)基本結構的確立和軟、硬件功能的劃分 6.2 單片機應用系統(tǒng)的設計方法單片機系統(tǒng)的研制過程圖 明確系統(tǒng)的功能與性能 系統(tǒng)單片機選型 劃分系統(tǒng)軟、硬件功能 4. 確定系統(tǒng)結構組成 1. 程序存儲器 2. 數(shù)據(jù)存儲器 3. I/O接口 4. 譯碼電路 5. 總線驅(qū)動器 6. 抗干擾電路 6.2.2 硬件設計6.2.3 軟件設計 軟件設計流程 軟件設計通常分作系統(tǒng)定義、軟件結構設計和程序設計等三個步驟（見上圖

3、）。 1. 系統(tǒng)定義 定義說明各輸入/輸出口的功能，確定信息交換的方式、與系統(tǒng)接口方式、所占口地址、讀取和輸出方式等。 在程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器區(qū)域中，合理分配存儲空間，其中包括系統(tǒng)主程序、常數(shù)表格、數(shù)據(jù)暫存區(qū)域、堆棧區(qū)域和入口地址等。 對面板控制開關、按鍵等輸入量以及顯示、打印等輸出量也必須給予定義，以此作為編程依據(jù)。 針對可能出現(xiàn)的由干擾引起的錯誤進行容錯設計，給出錯誤處理方案，以達到提高軟件可靠性的目的。 明確所設計的用戶程序應達到的精度、速度指標。 2. 軟件結構設計3. 程序設計圖 6.4 系統(tǒng)調(diào)試包括硬件調(diào)試、軟件調(diào)試和軟、硬件聯(lián)調(diào)。根據(jù)調(diào)試環(huán)境不同，系統(tǒng)調(diào)試又分為模擬調(diào)試與現(xiàn)場調(diào)

4、試。各種調(diào)試所起的作用是不同的，它們所處的時間段也不一樣，不過它們的目的都是為了查出用戶系統(tǒng)中存在的錯誤或缺陷。系統(tǒng)調(diào)試的一般過程如圖6.5。 6.2.4 系統(tǒng)總體調(diào)試圖 6.51. 單片機應用系統(tǒng)調(diào)試工具 (1) 單片機開發(fā)系統(tǒng) (2) 萬用表 (3) 邏輯筆 (4) 邏輯脈沖發(fā)生器與模擬信號發(fā)生器 (5) 示波器 (6) 邏輯分析儀 2. 單片機應用系統(tǒng)的一般調(diào)試方法 (1) 硬件調(diào)試 靜態(tài)調(diào)試 動態(tài)調(diào)試 (2) 軟件調(diào)試 先獨立后聯(lián)機 先分塊后組合 先單步后連續(xù) (3) 系統(tǒng)聯(lián)調(diào) 軟、硬件能否按預定要求配合工作。 系統(tǒng)運行中是否有潛在的設計時難以預料的錯誤。 系統(tǒng)的動態(tài)性能指標(包括精度

5、、速度參數(shù))是否 滿足設計要求。(4) 現(xiàn)場調(diào)試 6.3 數(shù)碼管時鐘電路的設計6.3.1 系統(tǒng)設計引言 LED數(shù)碼管時鐘電路采用24 h計時方式，時、分、秒用六位數(shù)碼管顯示。該電路采用AT89C2051單片機，使用3 V電池供電。 6.3.2 系統(tǒng)設計原理以AT89C2051單片機來實現(xiàn)時鐘計時顯示有如下幾個要點：1. 計算計數(shù)初值 時鐘計時的關鍵問題是秒的產(chǎn)生，因為秒是最小時鐘單位，但使用MCS-51的定時器/計數(shù)器進行定時，即使按工作方式1，其最大定時時間也只能達到131ms，離1s還差很遠。為此，我們把秒計時用硬件定時和軟件計數(shù)相結合的方法實現(xiàn)，即：把定時器的定時時間定為125ms，這樣

6、計數(shù)溢出8次就可得到1s，而8次計數(shù)可用軟件方法實現(xiàn)。 為得到125ms定時，我們可使用定時器/計數(shù)器0，以工作方式1進行，假定單片機為6MHZ晶振，設計數(shù)初值為X，則有如下等式：（216 X）2=125000 計算得計數(shù)初值X=3036，二進制表示為110011011100B，十六進制表示為0CDCH。2. 設定定時器定時方式 定時器采用中斷定時方式完成，以便于通過中斷服務程序進行溢出次數(shù)(每次125ms)的累計，計滿8次即得到秒計時。3. 實現(xiàn)方法 通過在程序中的數(shù)值累加和數(shù)值比較來實現(xiàn)從秒到分和從分到時的計時。4. 設置時鐘顯示及顯示緩沖區(qū) 假定時鐘時間在6位LED數(shù)碼管上進行顯示(時、

7、分、秒各占兩位)。為此，要在內(nèi)部RAM中設置顯示緩沖區(qū)，共6個單元，與數(shù)碼管對應關系如圖6.12所示。顯示緩沖區(qū)從左向右依次存放時、分、秒的數(shù)值。 LED5LED4LED3LED2LED1LED07EH7DH7CH7BH7AH79H圖6.12 LED顯示器的緩沖單位 6.3.3 系統(tǒng)硬件設計 數(shù)碼管時鐘電路如圖6.13所示，其采用AT89C2051單片機最小化應用設計，LED顯示用動態(tài)掃描方式實現(xiàn)，P1口輸出段碼數(shù)據(jù)，P3.0P3.5口作掃描輸出，P3.7接按鈕開關。了提供LED數(shù)碼管的驅(qū)動電流，用三極管9012作電源驅(qū)動輸出。為了提高秒計時的精確度，本設計中的計時采用定時器T0中斷完成，其余

8、狀態(tài)循環(huán)調(diào)用顯示子程序，當P3.7端口開關按下時，轉(zhuǎn)入調(diào)時功能程序。 圖6.13 采用AT89C2051的六位時鐘電路 供陽低電平有效低電平導通6.3.4 系統(tǒng)軟件設計1. 主程序(MAIN) 主程序的主要功能是進行定時器計數(shù)器的初始化編程，然后通過反復調(diào)用顯示子程序的方法，等待125ms定時中斷的到來。系統(tǒng)主程序流程圖如圖6.14所示。 調(diào)用顯示子程序設置循環(huán)次數(shù)開中斷定時開始計數(shù)初值定時器0工作方式1顯示緩沖區(qū)單元清0定義堆棧區(qū)MAIN等待定時中斷請求圖 6.14 主程序流程ORG0000H；程序執(zhí)行開始地址LJMPSTART；跳到標號START執(zhí)行ORG000BH；定時器0中斷程序入口L

9、JMPINTTO；跳到標號INTTO執(zhí)行ORG 0030HSTART:MOVSP,#60H；確立堆棧區(qū)MOVR0,#79H；顯示緩沖區(qū)首地址MOVR7,#06H；顯示位數(shù)ML1:MOVR0,#00H；顯示緩沖單元清0INCR0DJNZR7,ML1主程序清單如下：MOVTMOD ,# 01H；設置定時器0為方式1MOVTL0,# 0DCH；裝計數(shù)器初值MOVTH0,# 0CHSETBEA；總中斷開放SETBET0；允許T0中斷SETBTR0；開啟T0定時器MOV30H,#08H；計數(shù)溢出次數(shù)ML0: LCALLDISPLAY；調(diào)用顯示子程序JNBP3.7 SETMM1；調(diào)整程序SJMPML0SE

10、TMM1:LJMP SETMM；轉(zhuǎn)到調(diào)整程序2. 加1子程序(DAADl) 加1子程序用于完成對秒、分和時的加1操作，中斷服務程序中在秒、分、時加1時共有三處調(diào)用此子程序。加l操作共包括以下三項內(nèi)容： 加1子程序清單： DAA1: MOVA,R0；加1子程序，十位送ADECR0SWAP A；十位數(shù)占高4位ORLA,R0；個位數(shù)占低4位ADDA,#01H；加1DAA；十進制調(diào)整MOVR2,A；全值暫存R2中ANLA,#0FH；屏蔽十位數(shù)，取個位數(shù)MOVR0,A；個位值送顯示緩沖單元MOVA,R2INCR0ANLA, # 0F0H；屏蔽個位數(shù)取出十位數(shù)SWAP A；使十位數(shù)占低4位MOVR0，A；

11、十位數(shù)送顯示緩沖單元RET；返回十位數(shù)送緩沖單元把十位數(shù)交換到低半字節(jié)個位數(shù)送緩沖單元十進制調(diào)整加1取個位數(shù)，并占A低半字節(jié)使十位數(shù)占A高半字節(jié)取十位數(shù)DISPLAY圖 6.5 加1子程序流程3. 中斷服務程序(PITO) 中斷服務程序的主要功能是進行計時操作。程序開始先判斷計數(shù)溢出是否滿了8次，不滿8次表明還沒達到最小計時單位秒，中斷返回；如滿8次則表明已達到最小計時單位秒，程序繼續(xù)向下執(zhí)行，進行計時操作。中斷服務程序流程如圖11.16所示。 中斷子程序清單： INTT0: PUSHACC；現(xiàn)場保護PUSHPSWSETBPSW.3；選1組通用寄存器MOVTL0,#0DCH；計數(shù)器重新加載MO

12、VTH0,#0CHMOV A,30H；循環(huán)次數(shù)減1DEC AMOV 30H,AJNZ RET0；不滿8次轉(zhuǎn)移MOV 30H,#08H；滿8次開始計時MOV R0,#7AH；秒顯示緩沖單元ACALL DAAD1；秒加1MOVA,R2；加1后秒值在R2XRL A,#60H；判是否到60秒JNZ RET0；不到轉(zhuǎn)移ACALL CLR0；到60S顯示單元清0MOV R0,#7CH；分顯示緩沖單元地址ACALLDAAD1；分加1MOVA,R2XRLA,#60H；判是否到60分JNZRET0ACALLCLR0；到60分顯示單元清0MOVR0,#7EH；時顯示緩沖單元地址ACALLDAAD1；時加1MOVA

13、,R2XRLA,#24H；判是否24小時JNZRET0ACALLCLR0；到24小時清緩沖單元RET0:POPACC；現(xiàn)場恢復POPPSWRET1；中斷返回CLR0: CLRA；清緩沖單元子程序MOVR0,A；十位數(shù)緩沖單元清0DECR0MOVR0,A；個位數(shù)緩沖單元清0RET；返回4、 清緩沖單元子程序：秒顯示緩沖單元清0秒加1循環(huán)次數(shù)減1計數(shù)器重新加載現(xiàn)場保護PITO是否滿8次是否60秒時顯示緩沖單元清0是否24小時是否60分分值加1現(xiàn)場恢復時值加1分顯示緩沖單元清0返回圖 11.16 中斷服務程序流程5. 顯示子程序 數(shù)碼管顯示的數(shù)據(jù)存放在內(nèi)存單元79H一7EH中，其中79H7AH存放秒數(shù)據(jù)，7BH7CH存放分數(shù)據(jù)，7DH7EH存放時數(shù)據(jù)，每一地址單元內(nèi)均為十進制BCD碼。 由于采用軟件動態(tài)掃描實現(xiàn)數(shù)據(jù)顯示功能，顯示用十進制BCD碼數(shù)據(jù)的對應段碼存放在ROM表中。顯示時，先取出79H7EH某一地址中的數(shù)據(jù)，然后查得對應的顯示用段碼從P1口輸出。P3口將對應的數(shù)碼管選中，就能顯示該地址單元的數(shù)據(jù)值。 DISPLAY: MOVR0,#79H；建立顯示緩沖區(qū)首址MOVR3, # FEH；從右數(shù)第一位顯示MOVA,R3；掃描字放入ALD0: MOVP3,A；從P3口輸出MOVA,R0；取顯示數(shù)據(jù)到A