基于proteus和单片机的时钟设计报告.docx

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基于proteus和单片机的时钟设计报告

一、设计题目：

基于单片机的时钟设计

二、设计目的：

1、通过课程设计，进一步巩固、深化和扩充在单片机原理及相关课程方面的基本知识、基本理论和基本技能。

2、掌握单片机开发软件Keil的使用和调试。

3、学习Keil与Protel的联合使用，以及主要技术指标的测试方法。

三、设计要求及主要技术指标：

设计要求：

用试验箱设计一个时钟，可以用来显示当前时间。

用六位数码管显示增强功能：

可以校正时间。

主要技术指标：

1、准确计时，以数字形式显示时、分、秒的时间。

2、小时以24小时计时形式，分秒计时为60进位。

3、校正时间功能,即能随意设定走时时间。

4、设计系统晶振电路、时钟电路、复位电路。

一、方案论证与比较

1.1方案提出

方案1：

采用实时时钟芯片。

现在市场上有很多实时时钟芯片具备年、月、日、时、分、秒计时功能和多点定时功能，计时数据的更新每秒自动进行一次，不需要程序干预。

因此，在工业实时测控系统中多采用这一类专用芯片来实现实时时钟功能。

方案2：

使用单片机内部的可编程定时器。

利用单片机内部的定时计数器进行中端定时，配合软件延时实现时、分、秒的计时。

该方案节省硬件成本，但程序设计较为复杂。

方案3：

:

通过硬件译码实现时间显示

系统采用通用的89C51芯片，显示器为6个共阳极LED数码管，用1个BCD7段译码器74LS47驱动数码管，用3-8译码器74LS138的输出作为动态扫描时数码管的位选信号，因为采用了上述两个芯片，所以在对数码管进行扫描显示时，只需要单片机的7条I/O线就能完成显示功能了。

1.2设计方案的论证和选择

方案1：

要用到实时时钟芯片，计时数据的更新每秒自动进行一次，不需要程序干预，因此不适用于软件设计过程中，而且成本相对也比较高。

方案2：

利用单片机内部的定时计数器进行中端定时，配合软件延时实现时、分、秒的计时该方案节省硬件成本，但程序设计较为复杂。

方案3：

采用通用的89C51芯片，电路简单，实现的功能齐全，按键设置简单，程序的设计相对也比较容易，总的来说，此方案可行性比较高。

综上利弊，我们采用方案3。

二、系统的功能及设计框图

2.1系统的全部功能、要求及技术指标。

时间以24小时为一个周期，时钟的格式为：

XXXXXX，由左向右分别为：

时、分、秒。

完成显示由秒加1，一直加1至529，再恢复为00；分加1，一直加1至59，再恢复00；时加1，一直加1至23，再恢复00。

按键功能：

1.启动时，数字时钟从23：

59：

00开始自动计时；

2.接P1.0按键控制对“时”的调整，每按一次时计数值加1；

3.接P1.1按键控制对“分”的调整，每按一次分计数值加1；

4.接P1.2按键控制对“秒”的调整，每按一次秒计数值加1；

5.接P1.3按键控制对“时”的调整，每按一次时计数值减1；

6.接P1.4按键控制对“分”的调整，每按一次分计数值减1；

7.接P1.5按键控制对“秒”的调整，每按一次秒计数值减1。

8.接RST的按键按下时，时钟恢复初值23：

59：

00

2.2确定设计框图（系统包含的单元电路及结构）和总体设计方案

时钟设计原理图

该系统采用通用的89C51芯片，用1个BCD7段译码器74LS47驱动数码管，用3-8译码器74LS138的输出作为动态扫描时数码管的位选信号，在6个共阳极LED数码管上显示。

2.3软件流程图

主程序：

首先进行初始化，设置数字时钟的计时初值为23：

59：

00，启动T0进行50ms定时，且允许T0中断。

然后检测S1--S6是否按下，当按键S1--S6按下时，转入时、分、秒计数值的调整程序，系统主程序流程图如图所示。

主程序流程图

定时器T0中断子程序：

中断服务子程序的作用是进行时、分、秒的计时与显示。

定时器T0用于定时，定时周期设为50ms，中断累计20次（即1s）。

定时器T0中断服务程序流程图如图所示。

定时器流程图

时、分、秒计数值调整子程序TIME：

时间计数单元分别在40H（s）,41H（min）,42H（h）内存单

元中，在计数单元中采用组合BCD码计数。

TIME子程序的作用是当满1秒时，对秒计数单元

进行加1操作，满60向分进位；对分计数单元进行加1操作，满60向时进位；对时计数单元

进行加1操作，满24清零。

显示子程序VIEW：

VIEW子程序的作用是分别将时间计数单元40H（s）,41H（min）,42H（h）中的十进制时间值（组合BCD码）转化为个位和十位（分离BCD码）存放在显示缓冲区中，显示缓冲区地址为30H--35H。

其中30H--31H存放秒数据，32H--33H存放分数据，34H--35H存放时数据。

由于每一个地址单元内均为分离BCD码，用BCD一个7段译码器74LS47直接进行译码，因此不需要软件方式对BCD码数据进行译码。

扫描子程序SCAN：

SCAN子程序的作用是把显示缓冲区中的数据依次送往显示器显示。

把扫

描值作为高4位，显示数据值作为低4位，输出P0口，以完成显示，因为采用了3-8译码器74LS47作为扫描输出，所以用36H单元存放扫描指针，即36H中存放的是数码管的序号，显示时，只需取出30H--35H某一地址中的数据，并从P0口的低4位输出，同时P0口的高4位作为扫描值输出，就能保证数码管的正常工作。

三、系统调试分析

3.1软件仿真原理图

3.2模拟仿真过程

本次设计主要采用软件模拟仿真的方法。

在Proteus中画图、连线形成可用电路。

在KEIL中编写汇编程序，并产生HEX文件，接着将其导入Proteus中，模拟运行。

3.3各项指标测试

1.启动时，数字时钟从23：

59：

00开始自动计时；

2.接P1.0按键控制对“时”的调整，每按一次时计数值加1；

3.接P1.1按键控制对“分”的调整，每按一次分计数值加1；

4.接P1.2按键控制对“秒”的调整，每按一次秒计数值加1；

5.接P1.3按键控制对“时”的调整，每按一次时计数值减1；

6.接P1.4按键控制对“分”的调整，每按一次分计数值减1；

7.接P1.5按键控制对“秒”的调整，每按一次秒计数值减1；

8.接RST的按键按下时，时钟恢复初值23：

59：

00。

四、结束语（结论及体会）

两周的单片机课程设计很快就结束了，在这期间，开始比较困难，但是经过慢慢摸索，合

理地进行设计安排，我们终于顺利地完成了本次单片机课程设计，同时也学到了很多东西。

在本次课程设计中，我们通过对proteus和keil软件的结合利用，进一步学习和掌握了单片机原理的有关知识，特别是程序的编程方面，加深了对单片机原理及应用技术的认识，进一步巩固了对单片机知识的理解，掌握简单单片机应用系统的设计、制作的方法。

在设计时根据课题要求，复习相关的知识，查询相关的资料。

根据实验条件，找到适合的方案，找到需要的元器件及工具，进行实验。

这次的单片机课程设计重点是通过实践操作和理论相结合，提高科学的思维能力，更在短短两周时间了解了更多的有关单片机的知识，使知识更加丰富。

在设计的过程中，一次性成功的可能性小之又小，在设计完思路之后，要用proteus软件找出元器件进行连接实验，因为平时接触proteus较少，在找一些实验所需的元器件时也花了不少功夫。

而在成功连接并运行时却又发现实验结果与连线有差错，于是我们又对源程序和电路图的连接进行缜密的阅读与检查，也查阅了不少资料并请教了指导老师，终于能够实现我们要的功能。

因此，要做好一个课程设计，就必须做到：

在设计程序之前，对所用单片机的内部结构有一个系统的了解；要有一个清晰的思路和一个完整的的软件流程图；在设计程序时，要进过反复修改、不断改进；还有注释程序，一个程序不仅仅是实现功能还，应该让人一看就能明白设计思路，这样也为资料的保存和交流提供了方便。

五、参考文献

（1）李朝青编著.《单片机原理及接口技术》.北京：

航空航天大学出版社，1999.3；

（2）谢维成等.《单片机原理与运用及C51程序设计》.北京：

清华大学出版社；

（3）李广第主编.单片机基础.北京：

北京航天工业出版社.2002；

（4）丁元杰主编.单片微型计算机.北京：

机械工业出版社.2003。

（5）

附录1：

设计中用到的元器件、芯片的外引脚图及引脚功能说明。

元器件：

1、AT89C51单片机

2、BCD7段译码器74LS47

3、3-8线译码器74LS138

4、LED数码管（7SEG-MPX6-CA）

5、CAP电容

6、CRYSTAL晶振

7、BUTTON按键

使用芯片：

（1）AT89C51单片机

89C51单片机管脚图

P0端口（P0.0-P0.7）:

P0口是一个漏极开路的8位准双向I/O端口。

P1端口（P1.0-P1.7）：

P1是一个带有内部上拉电阻的8位准双向I/O端口。

RST：

复位输入。

当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。

它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。

PSEN：

外部程序存储器的选通信号。

EA：

当EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。

XTAL1：

反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。

XTAL2：

来自反向振荡器的输出。

2、BCD7段译码器74LS47

74LS47管脚图

（1）LT：

试灯输入，是为了检查数码管各段是否能正常发光而设置的。

当LT=0时，无论输入A3，A2，A1，A0为何种状态，译码器输出均为低电平，若驱动的数码管正常，是显示8。

（2）BI：

灭灯输入，是为控制多位数码显示的灭灯所设置的。

BI=0时。

不论LT和输入A3，A2，A1，A0为何种状态，译码器输出均为高电平，使共阳极7段数码管熄灭。

（3）RBI：

灭零输入，它是为使不希望显示的0熄灭而设定的。

当对每一位A3=A2=A1=A0=0时，本应显示0，但是在RBI=0作用下，使译码器输出全1。

其结果和加入灭灯信号的结果一样，将0熄灭。

（4）RBO：

灭零输出，它和灭灯输入BI共用一端，两者配合使用，可以实现多位数码显示的灭零控制。

3、3-8线译码器74LS138

当一个选通端（E1）为高电平，另两个选通端（/E2）和/（E3））为低电平时，可将地址端（A、B、C）的二进制编码在一个对应的输出端以低电平译出。

74LS138管脚图

4、LED数码管

该系统使用的是共阳极的LED数码管，ABCDEFGK控制段选，123456控制位选，DP为小数点。

附录2：

（1）时钟电路原理图：

（2）晶振电路原理图：

（3）复位电路原理图：

（4）按键电路原理图：

附录3：

源程序

ORG0000H

LJMPSTART

ORG000BH

LJMPTT0

ORG0050H

START:

MOVSP,#70H

MOV36H,#00H

MOV40H,#00H

MOV41H,#59H

MOV42H,#23H

MOV30H,#00H

MOV31H,#00H

MOV32H,#09H

MOV33H,#05H

MOV34H,#03H

MOV35H,#02H

MOVTMOD,#01H

MOVTL0,#0B0H

MOVTH0,#3CH

MOVIE,#82H

MOV50H,#20

SETBTR0

LOOP:

JBP1.0,N2

CALLDE

MOVA,42H

ADDA,#01H

DAA

MOV42H,A

CJNEA,#24H,N1

MOV42H,#00H

N1:

JNBP1.0,$

CALLDE

N2:

JBP1.1,N4

CALLDE

MOVA,41H

ADDA,#01H

DAA

MOV41H,A

CJNEA,#60H,N3

MOV41H,#00H

N3:

JNBP1.1,$

CALLDE

N4:

JBP1.2,N6

CALLDE

MOVA,40H

ADDA,#01H

DAA

MOV40H,A

CJNEA,#60H,N5

MOV40H,#00H

N5:

JNBP1.2,$

CALLDE

N6:

JBP1.3,N8

CALLDE

MOVR7,34H

CJNER7,#00H,N60

MOVR6,35H

CJNER6,#00H,N61

MOV42H,#23H

JMPN7

N60:

MOVA,34H

DECA

MOV34H,A

MOVA,35H

SWAPA

ADDA,34H

MOV42H,A

JMPN7

N61:

MOV34H,#09H

MOVA,35H

DECA

SWAPA

ADDA,34H

MOV42H,A

N7:

JNBP1.3,$

CALLDE

N8:

JBP1.4,N10

CALLDE

MOVR7,32H

CJNER7,#00H,N80

MOVR6,33H

CJNER6,#00H,N81

MOV41H,#59H

JMPN9

N80:

MOVA,32H

DECA

MOV32H,A

MOVA,33H

SWAPA

ADDA,32H

MOV41H,A

JMPN9

N81:

MOV32H,#09H

MOVA,33H

DECA

SWAPA

ADDA,32H

MOV41H,A

N9:

JNBP1.4,$

CALLDE

N10:

JBP1.5,N11

CALLDE

MOVR7,30H

CJNER7,#00H,N100

MOVR6,31H

CJNER6,#00H,N101

MOV40H,#59H

JMPN11

N100:

MOVA,30H

DECA

MOV30H,A

MOVA,31H

SWAPA

ADDA,30H

MOV40H,A

JMPN11

N101:

MOV30H,#09H

MOVA,31H

DECA

MOV31H,A

SWAPA

ADDA,30H

MOV40H,A

N11:

JNBP1.5,$

CALLDE

TT0:

MOVTH0,#3CH

MOVTL0,#0B0H

PUSHACC

PUSHPSW

DJNZ50H,TINT0

CALLTIME

CALLVIEW

TINT0:

CALLSCAN

POPPSW

POPACC

LJMPLOOP

SCAN:

MOVR0,#36H

SCAN0:

MOVA,@R0

ADDA,#30H

MOVR1,A

MOVA,@R0

SWAPA

ORLA,@R1

MOVP0,A

CALLDELAY

INC@R0

CJNE@R0,#06H,SCAN0

MOV@R0,#00H

RET

TIME:

MOVA,40H

ADDA,#01H

DAA

MOV40H,A

CJNEA,#60H,TTI

MOV40H,#00H

MOVA,41H

ADDA,#01H

DAA

MOV41H,A

MOVA,41H

CJNEA,#60H,TTI

MOV41H,#00H

MOVA,42H

ADDA,#01H

DAA

MOV42H,A

CJNEA,#24H,TTI

MOV42H,#00H

TTI:

RET

VIEW:

MOVA,40H

ANLA,#0FH

MOV30H,A

MOVA,40H

SWAPA

ANLA,#0FH

MOV31H,A

MOVA,41H

ANLA,#0FH

MOV32H,A

MOVA,41H

SWAPA

ANLA,#0FH

MOV33H,A

MOVA,42H

ANLA,#0FH

MOV34H,A

MOVA,42H

SWAPA

ANLA,#0FH

MOV35H,A

RET

DELAY:

MOVR7,#65

DJNZR7,$

RET

DE:

MOVR4,#10

DE1:

MOVR5,#100

DJNZR5,$

DJNZR4,DE1

RET

END