大工16秋《單片機(jī)原理及應(yīng)用》大作業(yè)完整版

網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院《單片機(jī)原理及應(yīng)用》大作業(yè)題目：單片機(jī)電子時鐘設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)中心：層次：專升本專業(yè)：電氣工程及其自動化年級：學(xué)號：學(xué)生姓名：一、課題背景1957年,Ventura創(chuàng)造了世界上第一個電子表，從而奠定了電子時鐘的根底，電子時鐘開始迅速開展起來?，F(xiàn)代的電子時鐘是基于單片機(jī)的一種計(jì)時工具，采用延時程序產(chǎn)生一定的時間中斷，用于一秒的定義，通過計(jì)數(shù)方式進(jìn)行滿六十秒分鐘進(jìn)一，滿六十分小時進(jìn)一，滿二十四小時小時清零。從而到達(dá)計(jì)時的功能，是人們?nèi)粘Ｉ畈豢扇鄙俚墓ぞ摺，F(xiàn)在高精度的計(jì)時工具大多數(shù)都使用了石英晶體振蕩器，由于電子鐘、石英鐘、石英表都采用了石英技術(shù)，因此走時精度高，穩(wěn)定性好，使用方便，不需要經(jīng)常調(diào)試，數(shù)字式電子鐘用集成電路計(jì)時時，譯碼代替機(jī)械式傳動，用LED顯示器代替指針顯示進(jìn)而顯示時間，減小了計(jì)時誤差，這種表具有時、分、秒顯示時間的功能，還可以進(jìn)行時和分的校對，片選的靈活性好。二、時鐘的根本原理分析利用單片機(jī)定時器完成計(jì)時功能，定時器0計(jì)時中斷程序每隔0.01s中斷一次并當(dāng)作一個計(jì)數(shù)，設(shè)定定時1秒的中斷計(jì)數(shù)初值為100，每中斷一次中斷計(jì)數(shù)初值減1，當(dāng)減到0時，那么表示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)儲存器等較多硬件，可采用動態(tài)顯示法實(shí)現(xiàn)LED顯示，通過對每位數(shù)碼管的依次掃描，使對應(yīng)數(shù)碼管亮，同時向該數(shù)碼管送對應(yīng)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(yīng)，使數(shù)碼管看起來總是亮的，從而實(shí)現(xiàn)了各種顯示。三、51單片機(jī)介紹及時鐘設(shè)計(jì)分析針對要實(shí)現(xiàn)的功能，采用AT89S51單片機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)，AT89S51單片機(jī)是一款低功耗，高性能CMOS8位單片機(jī)，片內(nèi)含4KB在線可編程〔ISP〕的可反復(fù)擦寫1000次的Flash只讀程序存儲器，器件采用高密度、非易失性存儲技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)及80C51引腳結(jié)構(gòu)。這樣，既能做到經(jīng)濟(jì)合理又能實(shí)現(xiàn)預(yù)期的功能。在程序方面，采用分塊設(shè)計(jì)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(xiàng)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(yùn)用這種方法，關(guān)鍵在于各模塊的兼容和配合，假設(shè)各模塊不匹配會出現(xiàn)意想不到的錯誤。首先，在編程之前必須了解硬件結(jié)構(gòu)尤其是各引腳的用法，以及內(nèi)部存放器、存儲單元的用法，否那么，編程無從下手，電路也無法設(shè)計(jì)。這是前期準(zhǔn)備工作。第二局部是硬件局部：依據(jù)想要的功能分塊設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)，比方輸入需要開關(guān)電路，輸出需要顯示驅(qū)動電路和數(shù)碼管電路等。第三局部是軟件局部：先學(xué)習(xí)理解匯編語言的編程方法再根據(jù)設(shè)計(jì)的硬件電路進(jìn)行分塊的編程調(diào)試，最終完成程序設(shè)計(jì)。第四局部是軟件畫圖局部：設(shè)計(jì)好電路后進(jìn)行畫圖，包括電路圖和仿真圖的繪制。第五局部是軟件仿真局部：軟硬件設(shè)計(jì)好后將軟件載入芯片中進(jìn)行仿真，仿真無法完成時檢查軟件程序和硬件電路并進(jìn)行修改直到仿真成功。第六局部是硬件實(shí)現(xiàn)局部：連接電路并導(dǎo)入程序檢查電路，假設(shè)與設(shè)計(jì)的完全一樣一般能實(shí)現(xiàn)想要的功能。最后進(jìn)行功能擴(kuò)展，在已經(jīng)正確的設(shè)計(jì)根底上，添加額外的功能！四、時鐘的設(shè)計(jì)A.電路設(shè)計(jì)1.整體設(shè)計(jì)此次設(shè)計(jì)主要是應(yīng)用單片機(jī)來設(shè)計(jì)電子時鐘，硬件局部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(jìn)行顯示，從而防止了譯碼器的使用，同時節(jié)約了I/0端口，使電路更加簡單。單片機(jī)采用AT89S51系列，這種單片機(jī)應(yīng)用簡單，適合電子鐘設(shè)計(jì)。電路的總體設(shè)計(jì)框架如下：單片機(jī)單片機(jī)輸入局部晶振和復(fù)位輸出局部2.分塊設(shè)計(jì)模塊電路主要分為：輸入局部、輸出局部、復(fù)位和晶振電路。2.1輸入局部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。以下為輸入局部樣例：在本實(shí)驗(yàn)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(shí)現(xiàn)開關(guān)功能，給其添加上拉電阻，具體如下列圖所示：2.2輸出局部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(shí)驗(yàn)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，如下列圖：鬧鈴由P2.6端輸出，模塊如下：2.3晶振與復(fù)位電路本實(shí)驗(yàn)單片機(jī)時鐘用內(nèi)部時鐘，模塊如下：復(fù)位電路為手動復(fù)位構(gòu)成，模塊如下：各模塊拼接組合，電路總體設(shè)計(jì)圖如下：B.程序設(shè)計(jì)B.1程序總體設(shè)計(jì)本實(shí)驗(yàn)用匯編程序完成.程序總的流程圖如下：主程序開始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(jìn)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(shè)置定時設(shè)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(fù)按4鍵按8鍵按0鍵按0鍵倒計(jì)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B.2程序主要模塊B.2.1延時模塊數(shù)碼管顯示動態(tài)掃描時，用到延時程序，這里使用延遲1ms的程序，此程序需反復(fù)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中斷效勞程序本實(shí)驗(yàn)中，計(jì)數(shù)器T0,T1中斷都有運(yùn)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(jì)數(shù)1次，時長1us，故計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)10000次，進(jìn)入中斷，計(jì)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，假設(shè)不到那么秒加一，然后返回，假設(shè)到，那么秒賦值為0，分加一，依次類推。包括日期顯示的功能也是如此。另外，由于要實(shí)現(xiàn)倒計(jì)時功能，因此在中斷程序中還要參加減一的存放器，需要時將其進(jìn)行顯示?；谝陨峡紤]，以R3為倒計(jì)時中的秒，R4為倒計(jì)時的分，當(dāng)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(jì)數(shù)器T1工作于方式1，當(dāng)調(diào)用響鈴程序時，其計(jì)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。其中斷效勞程序就是根據(jù)音調(diào)改變音樂方波輸出口電平的上下，用語句CPL實(shí)現(xiàn)。中斷效勞程序中日歷的實(shí)現(xiàn)較為復(fù)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，假設(shè)能整除，那么將年份除以400，假設(shè)還能整除，那么為閏年，假設(shè)不能，那么為平年；假設(shè)不能被100整除，那么判斷是否能被4整除，假設(shè)能，那么為閏年，假設(shè)不能那么為平年。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，假設(shè)是那么在相應(yīng)的年中進(jìn)行日期的增加，假設(shè)不是那么轉(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(jìn)位判斷流程圖如下：年份能否被100整除年份能否被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假設(shè)月份為1、3、5、7、8、10、12月那么調(diào)用31天的程序假設(shè)月份為4、6、9、11那么調(diào)用30天的程序本實(shí)驗(yàn)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。年比擬特殊，由兩個存放器存儲，個位，十位為0時，說明年數(shù)能被100整除，假設(shè)此時千位，百位組成兩位數(shù)能被4整除，那么年數(shù)被400整除，為閏年。假設(shè)十位，個位組成兩位數(shù)能被4整除，那么年數(shù)能被4整除，為閏年。B.2.3主程序主程序主要對按鍵進(jìn)行掃描，以及判斷定時和鬧鈴時間是否已到，假設(shè)到那么調(diào)用相關(guān)程序。B.2.4顯示子程序8個數(shù)碼管輪流進(jìn)行顯示，分別顯示1ms，依賴人的視覺暫留效應(yīng)，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(jì)時的顯示，調(diào)鬧鈴，調(diào)定時的顯示，閃爍的顯示程序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(diǎn)直接嵌套在相應(yīng)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)試及仿真本程序通過Keil單片機(jī)開發(fā)平臺實(shí)現(xiàn)程序的編譯，鏈接，生成HEX文件。通過Keil和硬件仿真平臺Proteus的聯(lián)合，可以將設(shè)計(jì)效果仿真出來，根據(jù)效果，有目的的改變設(shè)計(jì)，優(yōu)化程序。利用Proteus仿真實(shí)驗(yàn)過程截圖：普通時間顯示模式仿真圖，表示：星期一9點(diǎn)10分38秒五、總結(jié)本文先從整體論述了設(shè)計(jì)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，而軟件局部，那么依據(jù)要實(shí)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)整程序，延時程序等。最后將各模塊集成為一個整體,合成一個多功能的電子鐘。通過本次設(shè)計(jì)，我深深體會到了掌握知識的重要性，本次設(shè)計(jì)也使我熟悉了單片機(jī)的硬件特點(diǎn)和編程方法，并成功將學(xué)到的知識變成了實(shí)際的成果，雖然在設(shè)計(jì)過程中遇到了很多問題，例如知識的融會貫穿、調(diào)試遇到的BUG等，但通過努力都一一得到了克服，從而也提高了我學(xué)習(xí)的信心，堅(jiān)決了我繼續(xù)深入學(xué)習(xí)的決心。附錄：延時程序：D_1MS:MOVR7,#2D_5:MOVR2,#250DJNZR2,$DJNZR7,D_5RET主程序：MAIN:JNBP3.0,DATETZ;按下0鍵，顯示日期并可對日期進(jìn)行調(diào)整JNBP3.1,ZSTZ1;按下1鍵，顯示時間，并可調(diào)時JNBP3.2,NLTZZ;按下2鍵，進(jìn)行鬧鈴設(shè)置JNBP3.3,DSTZ;按下3鍵，進(jìn)行定時設(shè)置JNBP3.4,CESHI;鬧鈴測試JNBP3.6,STOPWATCHTZ;按下6鍵，進(jìn)入秒表方式ACALLDISP;調(diào)用時鐘顯示子程序JNBP0.6,RERING;判斷是否開啟鬧鈴重響功能RE:JNBP2.7,DSPDKQ;判斷是否開啟鬧鈴功能，沒開那么去判斷定時FMQPD:;判斷定時值R4,R3是否到零、鬧鈴時刻是否已到MOVA,HOUR;SUBBA,38H;JZFEN;判斷小時數(shù)是否到鬧鈴所定時間，假設(shè)到，那么對分進(jìn)行判斷；假設(shè)不到，那么對定時進(jìn)行判斷AJMPDSPDKQFEN:MOVA,MINUTE;SUBBA,37H;JZMIAO;判斷分是否到鬧鈴所定時間，假設(shè)到，那么對秒進(jìn)行判斷；假設(shè)不到，那么對定時進(jìn)行判斷AJMPDSPDKQMIAO:MOVA,SECONDSUBBA,#0JZSHENGYIN1;判斷秒是否到鬧鈴所定時間，假設(shè)到，那么時，分，秒都到達(dá)鬧鈴時刻，進(jìn)入響鈴子程序；假設(shè)不到那么判斷定時AJMPDSPDKQRERING:;鬧鈴重響判斷程序JNBF0,RE;標(biāo)志位F0為0，不進(jìn)行鬧鈴重響設(shè)定CPLF0MOV3CH,#1;定時判斷標(biāo)志位賦1，定時判斷功能開啟JNBP0.7,M1;鬧鈴重響間隔時間選取MOVR4,#0;鬧鈴重響間隔30秒MOVR3,#30AJMPMAINM1:;鬧鈴重響間隔60秒MOVR4,#1MOVR3,#0AJMPMAINDSPDKQ:;判斷是否應(yīng)該進(jìn)行定時判斷MOVA,3CH;3CH是引入的判斷因子，當(dāng)其為0時，不對定時時間是否到0進(jìn)行判斷JNZDSPD2;當(dāng)3CH不是0時，跳轉(zhuǎn)到定時判斷程序AJMPMAINDSPD2:MOVA,R4;JZS_PD;R4所存定時分?jǐn)?shù)為0,那么轉(zhuǎn)而判斷R3所存定時秒數(shù)AJMPMAIN;S_PD:MOVA,R3;JNZMAIN;R4,R3所存參數(shù)減為0，定時長度已到JNBP0.6,SHENGYIN2;鬧鈴重響功能開啟時，跳入響鈴程序AJMPTISHI;不是鬧鈴重響定時，那么定時時間到時，跳入提示程序AJMPMAINCESHI:ACALLRINGAJMPMAINSHENGYIN1:;調(diào)用響鈴子程序LCALLRINGAJMPMAINSHENGYIN2:SETBF0;鬧鈴重響標(biāo)志位設(shè)定LCALLRING;響鈴CLRF0;標(biāo)志位復(fù)位AJMPMAINNLTZZ:AJMPNLTZ1;跳入鬧鈴調(diào)整程序DSTZ:AJMPDSTZ1;跳入定時調(diào)整程序DATETZ:AJMPDATETZ1;跳入日期調(diào)整程序STOPWATCHTZ:AJMPSTOPWATCHTZ1;跳入秒表程序顯示子程序：DISP:;時間顯示子程序JNBP3.7,OUT1;判斷節(jié)能開關(guān)7是否按下，按下那么數(shù)碼管不顯示，延長其壽命MOVDPTR,#LEDTABMOVA,SECOND;顯示當(dāng)前時間秒位MOVB,#10D