单片机课程动静态显示设计方案.docx

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单片机课程动静态显示设计方案

单片机课程动静态显示设计方案

一、设计任务与要求

1.1设计背景

随着科学技术的发展和电子技术产业结构调整，单片机开始迅速发展，由于家用电器逐渐普及，市场对于智能时钟控制系统的需求也越来越大。

单片机以其芯片集成度高、处理功能强、可靠性高等优点，成功应用于工业自动化、智能仪器仪表、家电产品等领域。

近些年，人们对数字钟的要求也越来越高，传统的时钟已不能满足人们的需求。

多功能数字钟不管在性能还是在样式上都发生了质的变化，有电子闹钟、数字闹钟等等。

单片机在多功能数字钟中的应用已是非常普遍的，人们对数字钟的功能及工作顺序都非常熟悉。

但是却很少知道它的部结构以及工作原理。

由单片机作为数字钟的核心控制器，可以通过它的时钟信号进行计时实现计时功能，将其时间数据经单片机输出，利用显示器显示出来。

通过键盘可以进行定时、校时功能。

输出设备显示器可以用液晶显示技术和数码管显示技术。

单片机系统作为一种典型的嵌入式系统，其系统设计包括硬件设计和软件编程设计两个方面，其调试过程一般分为软件调试、硬件测试、系统调试。

1.2 课程设计目的

通过《单片机原理与应用》课程设计，使学生掌握单片机及其扩展系统设计的方法和设计原则及相应的硬件调试的方法。

进一步加深单片机及其扩展系统设计和应用的理解

1.3设计要求

1、主电路系统由秒信号发生器、“时、分、秒”计数器、译码器及显示器、校时电路、整点报时电路组成

2、秒信号产生器是整个系统的时基信号，它直接决定计时系统的精度，一般用石英晶体振荡器加分频器来实现。

将标准秒信号送入“秒计数器”，“秒计数器”采用60进制计数器，每累计60秒发出一个“分脉冲”信号，该信号将作为“分计数器”的时钟脉冲。

“分计数器”也采用60进制计数器，每累计60分钟，发出一个“时脉冲”信号，该信号将被送到“时计数器”。

“时计数器”采用24进制计时器，可实现对一天24小时的累计

3、译码显示电路将“时”、“分”、“秒”计数器的输出状态菁七段显示译码器译码，通过六位LED七段显示器显示出来

4、校时电路时用来对“时”、“分”、“秒”显示数字进行校对调整的

二、总体方案设计

2.1电路的总体原理框图

根据以上的电子时钟的设计要求可以分为以下的几个硬件电路模块：

单片机模块、数码显示模块与按键模块，模块之间的关系图如下面得方框电路图1所示

单片机

图1硬件电路方框图

2.2实现时钟计时的基本方法

利用STC系列单片机的可编程定时/计数器、中断系统来实现时钟计数。

（1）计数初值计算:

把定时器设为工作方式1，定时时间为50ms，则计数溢出20次即得时钟计时最小单位秒，而100次计数可用软件方法实现。

假设使用T/C0，方式1，50ms定时，fosc=12MHz。

则初值X满足（216-X）×1/12MHz×12μs=50000μs

X=15536→10000→3CB0H

（2）采用中断方式进行溢出次数累计,计满20次为秒计时（1秒）；

（3）从秒到分和从分到时的计时是通过累加和数值比较实现。

2.3电子钟的时间显示

电子钟的时钟时间在六位数码管上进行显示，因此，在部RAM中设置显示缓冲区共8个单元。

LED8    LED7    LED6   LED5    LED4    LED3  LED2    LED1

37H     36H     35H    34H     33H     32H   31H     30H

时十位  时个位  分隔   分十位  分个位  分隔  秒十位  秒个位

2.4电子钟的时间调整

电子钟设置3个按键通过程序控制来完成电子钟的时间调整。

A键按一次调整时，按第二次调整分钟，第三次推出时间调整；

B键对小时或分钟进行加一；

C键对小时或分钟进行减一；

2.5总体方案介绍

2.5.1计时方案

利用STC89C52单片机部的定时/计数器进行中断时，配合软件延时实现时、分、秒的计时。

该方案节省硬件成本，且能使读者在定时/计数器的使用、中断及程序设计方面得到锻炼与提高，对单片机的指令系统能有更深入的了解，从而对学好单片机技术这门课程起到一定的作用。

2.5.2控制方案

STC89C52的P0口和P1口外接由八个LED数码管（LED8～LED1）构成的显示器，用P0口作LED的段码输出口，P1口作八个LED数码管的位控输出线，P3口外接四个按键A、B、C构成键盘电路。

STC89C52是一种低功耗，高性能的CMOS8位微型计算机。

它带有8KFlash可编程和擦除的只读存储器（EPROM），该器件采用ATMEL的高密度非易失性存储器技术制造，与工业上标准的80C51和80C52的指令系统及引脚兼容，片Flash集成在一个芯片上，可用与解决复杂的问题，且成本较低。

简易电子钟的功能不复杂，采用其现有的I/O便可完成，所以本设计中采用此的设计方案。

三、数字钟的硬件设计

3.1最小系统

3.1.1芯片分析

STC89C52单片机引脚图如下：

图3-1STC89C52引脚图

MCS-51单片机是标准的40引脚双列直插式集成电路芯片，其各引脚功能如下：

VCC：

+5V电源。

VSS：

接地。

RST：

复位信号。

当输入的复位信号延续两个机器周期以上的高电平时即为有效，用完成单片机的复位初始化操作。

XTAL1和XTAL2：

外接晶体引线端。

当使用芯片部时钟时，此二引线端用于外接石英晶体和微调电容；当使用外部时钟时，用于接外部时钟脉冲信号。

P0口：

P0口为一个8位漏极开路双向I/O口，当作输出口使用时，必须接上拉电阻才能有高电平输出；当作输入口使用时，必须先向电路中的锁存器写入“1”，使FET截止，以避免锁存器为“0”状态时对引脚读入的干扰。

P1口：

P1口是一个部提供上拉电阻的8位双向I/O口，它不再需要多路转接电路MUX；因此它作为输出口使用时，无需再外接上拉电阻，当作为输入口使用时，同样也需先向其锁存器写“1”，使输出驱动电路的FET截止。

P2口：

P2口电路比P1口电路多了一个多路转接电路MUX，这又正好与P0口一样。

P2口可以作为通用的I/O口使用，这时多路转接电路开关倒向锁丰存器Q端。

P3口：

P3口特点在于，为适应引脚信号第二功能的需要，增加了第二功能控制逻辑。

当作为I/O口使用时，第二功能信号引线应保持高电平，与非门开通，以维持从锁存器到输出端数据输出通路的畅通。

当输出第二功能信号时，该位应应置“1”，使与非门对第二功能信号的输出是畅通的，从而实现第二功能信号的输出，具体第二功能如表3-1所示。

P3引脚

兼用功能

P3.0

串行通讯输入（RXD）

P3.1

串行通讯输出（TXD）

P3.2

外部中断0（INT0）

P3.3

外部中断1（INT1）

P3.4

定时器0输入（T0）

P3.5

定时器1输入（T1）

P3.6

外部数据存储器写选通WR

P3.7

外部数据存储器写选通RD

表3-1　P3端口引脚兼用功能表

3.1.2晶振电路

右图所示为时钟电路原理图，在AT89S51芯片部有一个高增益反相放大器，其输入端为芯片引脚XTAL1，输出端为引脚XTAL2。

而在芯片部，XTAL1和XTAL2之间跨接晶体振荡器和微调电容，从而构成一个稳定的自激振荡器。

时钟电路产生的振荡脉冲经过触发器进行二分频之后，才成为单片机的时钟脉冲信号。

图3-2晶振电路

3.2数码显示模块设计

显示器普遍地用于直观地显示数字系统的运行状态和工作数据，按照材料及产品工艺，单片机应用系统中常用的显示器有：

发光二极管LED显示器、液晶LCD显示器、CRT显示器等。

LED显示器是现在最常用的显示器之一，如下图所示。

图3-4LED显示器的符号图

发光二极管（LED）由特殊的半导体材料砷化镓、磷砷化镓等制成，可以单独使用，也可以组装成分段式或点阵式LED显示器件（半导体显示器）。

分段式显示器（LED数码管）由7条线段围成8字型，每一段包含一个发光二极管。

外加正向电压时二极管导通，发出清晰的光。

只要按规律控制各发光段亮、灭，就可以显示各种字形或符号。

LED数码管有共阳、共阴之分。

图是共阳式、共阴式LED数码管的原理图和符号。

图3-5共阳式、共阴式LED数码管的原理图和数码管的符号图

系统采用动态显示方式，用P0口来控制LED数码管的段控线，而用P2口来控制其位控线。

动态显示通常都是采用动态扫描的方法进行显示，即循环点亮每一个数码管，这样虽然在任何时刻都只有一位数码管被点亮，但由于人眼存在视觉残留效应，只要每位数码管间隔时间足够短，就可以给人以同时显示的感觉。

四、系统软件设计

4.1软件设计分析

在编程上，首先进行了初始化，定义程序的的入口地址以及中断的入口地址，在主程序开始定义了一组固定单元用来储存计数的时.分.秒，在显示初值之后，进入主循环。

在主程序中，对不同的按键进行扫描，实现秒表，时间调整，复位清零等功能。

4.2源程序清单

DISBEGEQU30H

CALBEQUP1.7

TIMCONEQU2FH

ORG0000H;程序开始

LJMPMAIN

ORG0003H;关外中断0

RETI

ORG000BH;定时器T0中断程序入口

LJMPINTT0;跳至INTTO执行

ORG0013H;关中断1

RETI

ORG001BH;定时器T1中断程序入口

LJMPINTT1;跳至INTT1执行

ORG0023H;关串行中断

RETI

TAB:

DB0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0F8H,80H,90H,0FFH,88H,0BFH

;共阳段码表"0""1""2""3""4""5""6""7""8""9""不亮""A""-"

I_TAB:

DB0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0F8H,80H,90H,0FFH,0C6H,0BFH,88H

;显示数"0123456789不亮C-A"

;存数"01234567890AH0BH0CH0DH"

;STAB表，启动时显示2013年06月07日、A01-01-15（学号）用

STAB:

DB0AH,0AH,0AH,0AH,0AH,0AH,05H,01H,0CH,01H,00H,0CH,01H,00H,0DH,0AH,0AH

DB07H,00H,0CH,06H,00H,0CH,03H,01H,00H,02H,0AH,0AH,0AH,0AH,0AH,0AH

DLY1M:

MOVR6,#14H;1毫秒延时

DL_LOOP:

MOVR7,#19H

DL_LOOP1:

DJNZR7,DL_LOOP1

DJNZR6,DL_LOOP

RET

DLY20M:

CLRCALB;20毫秒延时

LCALLD_II_PLAY

LCALLD_II_PLAY

LCALLD_II_PLAY

SETBCALB

RET

DL_LOOPS:

LCALLDL05S

LCALLDL05S

RET

DL05S:

MOVR3,#20H;8毫秒*32=0.196秒

DL05S1:

LCALLD_II_PLAY

DJNZR3,DL05S1

RET

;程序开始;;

;整点报时用

CTIME:

MOVA,#10H

MOVB,79H

MULAB

ADDA,78H

MOVTIMCON,A

CLOOP:

LCALLDLY20M

LCALLDL_LOOPS

LCALLDL_LOOPS

LCALLDL_LOOPS

DJNZTIMCON,CLOOP

CLR08H

AJMPMLOOP1

;主程序开始

MAIN:

LCALLST;上电显示年月日及班级学号

MOVR0,#00H;清00H-7FH存单元

MOVR7,#80H;

MLOOP:

MOVR0,#00H;

INCR0;

DJNZR7,MLOOP;

MOV20H,#00H;清20H（标志用）

MOV7AH,#0AH;放入"熄灭符"数据

MOVTMOD,#11H;设T0、T1为16位定时器

MOVTL0,#0B0H;50MS定时初值（T0计时用）

MOVTH0,#3CH;50MS定时初值

MOVTL1,#0B0H;50MS定时初值（T1闪烁定时用）

MOVTH1,#3CH;50MS定时初值

SETBEA;总中断开放

SETBET0;允许T0中断

SETBTR0;开启T0定时器

MOVR4,#14H;1秒定时用计数值（50MS×20）

MOVDISBEG,#70H;显示单元为70-75H

;以下主程序循环

MLOOP1:

LCALLD_II_PLAY;调用显示子程序

JNBP1.0,T_SETSC;P1.0口为0时转时间调整程序

JNBP1.1,DLY5;秒表功能，P1.1按键调时时作减1加能

JNBP1.2,FUNBT;秒表STOP,PUSE,CLR

JNBP1.3,TSET

JB08H,CTIME

AJMPMLOOP1;P1.0口为1时跳回MLOOP1

FUNBT:

LJMPDLY6

TSET:

LCALLDLY20M

JBP1.3,MLOOP1;

TS_LOOP:

JNBP1.3,TS_LOOP;等待键释放

JB05H,CLRBELL

MOVDISBEG,#50H

MOV50H,#0CH;"-"-

MOV51H,#0AH;"黑"

MINCHG:

SETBEA

LCALLD_II_PLAY

JNBP1.2,DLY1;分加1

JNBP1.0,DLY3;分减1

JNBP1.3,DLY;进入时调整

AJMPMINCHG

CLRBELL:

CLR05H

CLRCALB

AJMPMLOOP1

DLY:

LCALLDLY20M;消抖

JBP1.3,MINCHG

LJMPDLY8;进入时调整

T_SETSC:

LJMPR_SETTIM;转到时间调整程序R_SETTIM

DLY1:

LCALLDLY20M;消抖

JBP1.2,MINCHG

DLY2:

LCALLD_II_PLAY;等键释放

JNBP1.2,DLY2

CLREA

MOVR0,#53H;

LCALLADD_1

MOVA,R3;分数据放入A

CLRC;清进位标志

CJNEA,#60H,ADD_M;

ADD_M:

JCMINCHG;小于60分时返回

ACALLCLR_H;大于或等于60分时分计时单元清0

AJMPMINCHG

DLY3:

LCALLDLY20M;消抖

JBP1.0,MINCHG

DLY4:

LCALLD_II_PLAY;等键释放

JNBP1.0,DLY4

CLREA

MOVR0,#53H;

LCALLSUB_M

LJMPMINCHG

;以下秒表功能/时钟转换程序

;按下P1.1可进行功能转换

DLY5:

LCALLDLY20M

JBP1.1,T_MLOOP1

JNBP1.1,$

CPL03H

JNB03H,DIS_SET

MOVDISBEG,#60H;显示秒表数据单元

MOV60H,#00H

MOV61H,#00H

MOV62H,#00H

MOV63H,#00H

MOV64H,#00H

MOV65H,#00H

MOVTL1,#0F0H;10MS定时初值（）

MOVTH1,#0D8H;10MS定时初值

SETBTR1

SETBET1

T_MLOOP1:

LJMPMLOOP1

DIS_SET:

MOVDISBEG,#70H;显示时钟数据单元

CLRET1

CLRTR1

T_MLOOP11:

LJMPMLOOP1

;以下秒表暂停\清零功能程序

;按下P1.2暂停或清0,按下P1.1退出秒表回到时钟计时

DLY6:

LCALLDLY20M

JBP1.2,T_MLOOP11

T_EST11:

JNBP1.2,T_EST11

CLRET1

CLRTR1

T_EST22:

JNBP1.1,DLY5

JBP1.2,T_EST21

LCALLDLY20M

JBP1.2,T_EST22

T_EST55:

JNBP1.2,T_EST51

MOV60H,#00H

MOV61H,#00H

MOV62H,#00H

MOV63H,#00H

MOV64H,#00H

MOV65H,#00H

T_EST33:

JNBP1.1,DLY5

JBP1.2,T_EST31

LCALLDLY20M

JBP1.2,T_EST33

T_EST44:

JNBP1.2,T_EST41

SETBET1

SETBTR1

AJMPMLOOP1

;以下键等待释放时显示不会熄灭用

T_EST411:

LCALLD_II_PLAY

AJMPT_EST11

T_EST21:

LCALLD_II_PLAY

AJMPT_EST22

T_EST31:

LCALLD_II_PLAY

AJMPT_EST33

T_EST41:

LCALLD_II_PLAY

AJMPT_EST44

T_EST51:

LCALLD_II_PLAY

AJMPT_EST55

;1秒计时程序

;T0中断服务程序

INTT0:

PUSHACC;累加器入栈保护

PUSHPSW;状态字入栈保护

CLRET0;关T0中断允许

CLRTR0;关闭定时器T0

MOVA,#0B7H;中断响应时间同步修正

ADDA,TL0;低8位初值修正

MOVTL0,A;重装初值（低8位修正值）

MOVA,#3CH;高8位初值修正

ADDCA,TH0

MOVTH0,A;重装初值（高8位修正值）

SETBTR0;开启定时器T0

DJNZR4,I_INT0;20次中断未到中断退出

A_DDS:

MOVR4,#14H;20次中断到（1秒）重赋初值

CPL07H

MOVR0,#71H;指向秒计时单元（71H-72H）

ACALLADD_1;调用加1程序（加1秒操作）

MOVA,R3;秒数据放入A（R3为2位十进制数组合）

CLRC;清进位标志

CJNEA,#60H,A_DDM

A_DDM:

JCI_INT0;小于60秒时中断退出

ACALLCLR_H;大于或等于60秒时对秒计时单元清0

MOVR0,#77H;指向分计时单元（76H-77H）

ACALLADD_1;分计时单元加1分钟

MOVA,R3;分数据放入A

CLRC;清进位标志

CJNEA,#60H,A_DDH;

A_DDH:

JCI_INT0;小于60分时中断退出

ACALLCLR_H;大于或等于60分时分计时单元清0

LCALLDLY20M;正点报时

SETB08H

MOVR0,#79H;指向小时计时单元（78H-79H）

ACALLADD_1;小时计时单元加1小时

MOVA,R3;时数据放入A

CLRC;清进位标志

CJNEA,#24H,RSTART;

RSTART:

JCI_INT0;小于24小时中断退出

ACALLCLR_H;大于或等于24小时小时计时单元清0

I_INT0:

MOV72H,76H;中断退出时将分、时计时单元数据移

MOV73H,77H;入对应显示单元

MOV74H,78H;

MOV75H,79H;

LCALLBELL

POPPSW;恢复状态字（出栈）

POPACC;恢复累加器

SETBET0;开放T0中断

RETI;中断返回

;闪动调时程序\秒表功能程序

;T1中断服务程序，用作时间调整时调整单元闪烁指示或秒表计时

INTT1:

PUSHACC;中断现场保护

PUSHPSW

JB03H,R_ADDS;=1时秒表

MOVTL1,#0B0H;装定时器T1定时初值

MOVTH1,#3CH

DJNZR2,I_INT1;0.3秒未到退出中断（50MS中断6次）

MOVR2,#06H;重装0.3秒定时用初值

CPL02H;0.3秒定时到对闪烁标志取反

JB02H,FLASH0;02H位为1时显示单元"熄灭"

MOV72H,76H;02H位为0时正常显示

MOV73H,77H

MOV74H,78H

MOV75H,79H

I_INT1:

POPPSW;恢复现场

POPACC

RETI;中断退出

FLASH0:

JB01H,FLASH1;01H位为1时，转小时熄灭控制

MOV72H,7AH;01H位为0时，"熄灭符"数据放入分

MOV73H,7AH;显示单元（72H-73H），将不显示分数据

MOV74H,78H

MOV75H,79H

AJMPI_INT1;转中断退出

FLASH1:

MOV72H,76H;01H位为1时，"熄灭符"数据放入小时MOV73H,77H;显示单元（74H-75H），小时将不显示

MOV74H,7AH

MOV75H,7AH

AJMPI_INT1;转中断退出

R_ADDS:

CLRTR1

MOVA,#0F7