电子时钟课程设计文档格式.docx
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定时计数器
1引言
时钟,自他发明的那天起,就成为人类的朋友,但随着时间的推移,科学技术不断的发展,人们对时间计量的进度要求越来越高,应用越来越广。
怎样让时钟更好地为人类服务,怎样让我们的老朋友焕发青春呢?
这就要求人们不断设计出新型时钟。
现金,高精度的计时工具大多数都使用了石英晶体振荡器,由于电子钟,石英表,石英钟都使用了石英技术,因此走时精度高,稳定性好,使用方便,不需要经常调校,数字式电子钟用集成电路计时时,译码代替机械式传动,用LED显示器代替指针显示器,减小了计时误差,这种表具有时、分、秒显示的功能,还可以进行时、分的校对,片选的灵活性好。
时钟电路在计算机系统中起着非常重要的作用,是保证系统正常工作的基础。
在一个单片机应用系统中,时钟有两方面的含义:
一是指为保障系统正常工作的基准震荡定时信号,主要由晶振和外围电路组成,晶振频率的大小决定了单片机系统工作的快慢;
二是指系统的标准定时时钟,及定时时间,它通常有两种方法实现:
一是软件实现,即用单片机内部的可编程定时/计数器来实现,但误差很大,主要用在对时间精度要起不高的场合;
二是用专门的时钟芯片实现,在对时间精度要求很高的情况下,通常采用这种方法。
本文主要介绍用单片机内部的定时计数器来实现电子时钟的方法,以单片机为核心,辅以必要电路,构成了一个单片机电子时钟。
单片机应用系统由硬件系统和软件系统两部分组成。
硬件系统是指单片机以及扩展的存储器、I\O接口、外围扩展的功能芯片以及接口电路。
软件系统包括监控程序和各种应用程序。
在单片机应用系统中,单片机是整个系统的核心,对整个系统的信息输入、处理、信息输出进行控制。
与单片机配套的有相应的复位电路、时钟电路以及扩展的存储器和I\O接口,使单片机应用系统能够运行。
在一个单片机应用系统中,往往都会输入信息和显示信息,这就涉及键盘和显示器。
在单片机应用系统中,一般都根据系统的要求配置相应的键盘和显示器。
配置键盘和显示器一般都没有统一的规定,有的系统功能复杂,需输入的信息和显示的信息量大,配置的键盘和显示器功能相对强大,而有些系统输入/输出的信息少,这时可能用几个按键和几个LED指示灯就可以进行处理了。
在单片机应用系统在中配置的键盘可以是独立键盘,也可能是矩阵键盘。
显示器可以是LED指示灯,也可以是LED数码管,也可以是LCD显示器,还可以使用CRT显示器。
单片机应用系统中键盘一般用的比较多的是矩阵键盘,显示器用的比较多的是LED数码管还有LCD显示器。
2设计方案及原理
2.1中断系统简介
MCS-51单片机提供5个硬件中断源,2个外部中断源,2个定时计数器T0和T1的溢出中断TF0和TF1,1个串行口发送TI和接收RI中断。
MCS-51单片机中没有专门的开中断和关中断指令,对各个中断源的允许和屏蔽是由内部的中断允许寄存器IE的各位来控制的。
中断允许寄存器IE的字节地址为A8H,可以进行位寻址。
系统复位时,中断允许寄存器IE的内容为00H,如果要开放某个中断源,则必须使IE中的总控置位和对应的中断允许位置“1”。
MCS-51单片机有5个中断源,为了处理方便,每个中断源有两级控制,高优先级和低优先级。
通过由内部的中断优先级寄存器IP来设置,中断优先级寄存器IP的字节地址为B8H,可以进行位寻址。
如果某位被置“1”,则对应的中断源被设为高优先级;
如果某位被清零,则对应的中断源被设为低优先级。
对于同级中断源,系统有默认的优先权顺序,从高到低优先权顺序为外部中断0、定时计数器T0中断、外部中断1、定时计数器T1中断、串行口中断。
通过设置中断优先级寄存器IP能够改变系统默认的优先级顺序。
2.2计数器定时器简介
MCS-51系列中51子系列有两个16位的可编程定时\计数器T0和定时\计数器T1。
它由加法计数器、方式寄存器TMOD、控制寄存器TCON等组成。
方式寄存器用于设定定时计数器T0和T1的工作方式,控制寄存器用于对定时计数器启动、停止进行控制。
每个定时计数器既可以对系统时钟计数实现定时,也可以外部信号计数实现计数功能通过编程设定来实现。
定时计数器有四种工作方式,通过编程可设定工作于某种方式。
四种工作方式为:
13位定时\计数器、16位定时\计数器、8位自动重置定时\计数器、两个8位定时\计数器(只有T0有)。
每一个定时计数器定时计数时间到时产生溢出,使相应的溢出位置位,溢出可通过查询或中断方式处理。
2.3键盘和数码管简介
键盘是单片机应用系统中最常用的输入设备,在单片机应用系统中,操作人员一般都是通过键盘向单片机系统输入指令、地址和数据,实现简单的人机通信。
键盘实际上是一组按键开关的集合,平时按键开关总是处于断开状态,当按下键时它才闭合。
键盘的结构形式一般有两种:
独立式键盘和矩阵式键盘。
矩阵式键盘的工作方式有3种:
查询工作方式、定时扫描工作方式和中断工作方式。
LED数码显示管在单片机应用系统中,经常用到LED数码管作为显示输出设备,LED数码管显示器虽然显示信息简单,但它具有显示清晰、亮度高、使用电压低、寿命长、与单片机接口方便等特点,基本上能够满足单片机应用系统的需要,所以在单片机应用系统中经常用到。
LED数码管显示器是由发光二极管按一定的结构组合起来的显示器件。
在单片机应用系统中通常使用的是8段式LED数码管显示器,它有共阴极和共阳极两种。
所谓译码方式是指由显示字符转换得到对应的字段码的方式。
对于LED数码管显示器,通常的译码方式有两种:
硬件译码方式和软件译码方式。
LED数码管在显示时,通常有两种显示方式:
静态显示方式和动态显示方式。
在使用时可以把它们组合起来。
在实际应用时,如果数码管个数较少,通常用硬件译码静态显示,在数码管个数较多时,则通常用软件译码动态显示。
2.4设计思想
电子时钟是利用单片机内部的定时器\计数器来实现的,它的处理过程如下:
首先设定单片机内部的一个定时器\计数器工作于定时方式,对机器周期计数形成基准时间,然后对基准时间计数形成秒,秒计60次形成分,分计60次形成小时,小时计24次则计满一天。
然后通过数码管把它们的内容在相应位置显示出来即可。
数码管显示可以采用静态显示方法或动态显示方法。
静态显示方法需要数据锁存器等硬件,接口复杂,时钟显示一般用6个或8个数码管。
由于系统没有其他的复杂的任务处理,而且显示的时钟信息随时都可能变化,一般采用动态显示方式。
动态显示方法线路相对简单,但需动态扫描,扫描频率要大于人眼视觉暂留频率,信息看起来才稳定。
在具体处理时,定时器计数器采用中断方式工作,对时钟的形成在中断服务程序中实现。
在主程序中只需对定时器计数器初始化、调用显示子程序和控制子程序。
时间调整的方法,设计了简单的按键,可以通过按键实现时、分的调整,在主程序中加入了键盘设置子程序。
用定时/计数器T0,工作于定时,采用方式1,对12MHZ的系统时钟进行定时计数,形成定时时间为50ms,所以定时初值为15536(3CB0H)。
用片内RAM的7BH单元对50ms计数,计20次秒计数器78H单元加1,秒计数器加到60则分计数器79H单元加1,分计数器加到60则时计数器7AH单元加1,时计数器加到24则时计数器清0。
然后把秒、分、时计数器分成十位和个位放到8个数码管的显示缓冲区,通过数码管显示出来。
显示格式为小时十位、小时个位---分十位、分个位---秒十位、秒个位。
3硬件设计
图2.1硬件原理图1
图2.2硬件原理图2
4软件设计
4.1设计模块
程序分为4个部分:
主程序,中断服务程序,显示程序,按键处理程序。
4.1.1主程序
主程序设置显示缓冲区以及定时计数器T0初始值,并开始计数,反复调用键盘扫描与显示子程序。
流程如图3.1。
图3.1主程序流程图
4.1.2中断服务程序
定时计数器T0用于时间计时。
选择方式1,重复定时,定时时间设为50ms,定时时间到则中断,在中断服务程序中用7BH对50ms计数,计20次则对秒单元(78H)加1,秒单元加到60则对分单元(79H)加1,同时秒单元清0;
分单元加到60则对时单元(80H)加1,同时分单元清0;
时单元加到24则对时单元清0,标志一天时间计满。
中断服务程序流程图如图3.2
图3.2中断服务程序流程图
4.1.3显示程序
本系统共采用8个显示块,从右向左依次是秒各位、秒十位、横线、分各位、分十位、横线、时各位、时十位,分别连接P2.7、P2.6、P2.5、P2.4、P2.3、P2.2、P2.1、P2.0,对应显示缓冲区70H、71H、72H、73H、74H、75H、76H、77H。
P2口作为位选线,P0口作为段码线,数码块为共阳极连接,采用动态显示的方法。
4.1.4按键处理程序
按键从上到下依次为K0、K1、K2,分别与P1.0、P1.1、P1.2相连接。
按下K0键后,时钟停止计时,并进入小时调整状态,按K1或K2键可进行加1或减1操作,再按一次K0键,进入分钟调整状态,同样按K1或K2键可进行加1或减1操作,再按下K0键则恢复计时状态。
4.2程序清单
ORG0000H
LJMPSTART
ORG000BH;
定时器/计数器T0中断程序入口
LJMPINTT0
START:
MOVR0,#70H;
主程序
MOVR7,#0CH
INIT:
MOV@R0,#00H
INCR0
DJNZR7,INIT
MOV72H,#0AH
MOV75H,#0AH
MOVTMOD,#01H
MOVTL0,#0B0H
MOVTH0,#03CH
SETBEA
SETBET0
SETBTR0
START1:
LCALLSCAN
LCALLKEYSCAN
SJMPSTART1
DL1MS:
MOVR6,#14H;
延时1MS子程序
DL1:
MOVR7,#19H
DL2:
DJNZR7,DL2
DJNZR6,DL1
RET
DL20MS:
ACALLSCAN;
延时20MS子程序
ACALLSCAN
RET
SCAN:
MOVA,78H;
数码管显示程序
MOVB,#0AH
DIVAB
MOV71H,A
MOV70H,B
MOVA,79H
MOV74H,A
MOV73H,B
MOVA,7AH
MOV77H,A
MOV76H,B
MOVR1,#70H;
循环扫描显示
MOVR5,#80H;
选通最右边的第一个数码块
MOVR3,#08H
SCAN1:
MOVA,R5
MOVP2,A
MOVA,@R1
MOVDPTR,#TAB
MOVCA,@A+DPTR
MOVP0,A
LCALLDL1MS
INCR1
MOVA,R5
RRA
MOVR5,A
DJNZR3,SCAN1
MO