单片机课程设计时钟.docx

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单片机课程设计时钟

第一章绪论

一个单片机应用系统从提出任务到正式投入运行的过程，称为单片机的开发。

开发过程所用的设备即开发工具。

一般用计算机来调试单片机，所用开发工具为仿真器和调试器，两者一起构成硬件平台。

软件平台是指装入通用PC的软件开发调试系统，它的作用是编辑、汇编、编译、仿真与调试，称为WINDOWS下的集成开发环境。

集成开发环境是单片机厂家为用户提供的产品开发环境，包括单片机的硬件平台和软件平台。

20多年来，世界上出现过几种用于51系列单片机的开发软件，下面以伟福6000和Proteus为例。

1.1WAVE6000软件说明

这个软件是南京伟福公司的单片机开发软件，一般就是用在C51单片机，具备双工作模式和真正的集成调试环境。

此软件可不需要购买仿真器，使用软件模拟仿真器即可，使用很方便。

也配有硬件仿真设备，但需购买。

它集成了编辑器、编译器、调试器，源程序编辑、编译、下载、调试全部可以在一个环境中完成。

且伟福的多种仿真器及所支持各种CPU仿真全部集成在一个环境下。

由于此软件风格统一，从而可节省用户的时间和精力。

1.2PROTEUS软件说明

PROTEUS是一款集单片机和SPICE分析于一身的仿真软件，功能极其强大，是其他任何一款软件不能相比的。

1.2.1软件的特点

①全部满足我们提出的单片机软件仿真系统的标准，并在同类产品中具有明显的优势。

②具有模拟电路仿真、数字电路仿真、单片机及其外围电路组成的系统的仿真、RS232动态仿真、I2C调试器、SPI调试器、键盘和LCD系统仿真的功能；有各种虚拟仪器，如示波器、逻辑分析仪、信号发生器等。

③目前支持的单片机类型有：

68000系列、8051系列、AVR系列、PIC12系列、PIC16系列、PIC18系列、Z80系列、HC11系列以及各种外围芯片。

④支持大量的存储器和外围芯片。

1.2.2ISIS智能原理图输入系统

ISIS是Proteus系统的中心，具有控制原理图画图的超强的设计环境。

ISIS有以下特性：

1、出版质量的原理图

ISIS提供给用户图形外观，包括线宽、填充类型、字符等的全部控制，使用尸能够生成如杂志上看到的精美的原理图，画完图可以以图形文件输出，画图的外形由风格模板定义。

2、良好的用户界面

ISIS有一个无连线方式，用户只需单击元件的引脚或者先前布好的线，就能实现布线。

此外，摆放、编辑、移动和删除操作能够直接用鼠标实现．无需去单击菜单或图标。

3、自动走线

只要单击想要连接的两个引脚，就能简单地实现走线。

在特殊的位置需要布线时，使用者只需在中间的角落单击。

自动走线也能在元件移动的时候操作，自动解决相应连线。

节点能够自动布置和移除。

既节约了时间，又避免了其他可能的错误。

4、层次设计

ISIS支持层次图设计，模块可画成标准元件，特殊的元件能够定义为通过电路图表示的模块，能够任意设定层次，模块可画成标准元件，在使用中可放置和删除端口的子电路模块。

5、总线支持

ISIS提供的不仅是一根总线，还能用总线引脚定义元件和子电路。

因此，一个连线在处理器和存储器之间的32位的处理器总线可以用单一的线表示，节省绘图的时间和空间。

6、元件库

ISIS的元件库包含8000个元件，有标准符号、三极管、二极管、热离子管、TTL

CMOS、ECL、微处理器，以及存储器元件、PLD、模拟Ic和运算放大器。

7、可视封装工具

原理图和PCB库元件的匹配是由封装工具简化的。

在原理图部分的引脚旁边将显示PCB的封装，并允许每个引脚名对应文本和图形的引脚号码。

8、复合元件

ISIS的元件库表达方式有很多种，无论是单个元件、同态复合元件、异态复合元件，还是连接器，都可以在原理图上以独立引脚来表达，不用所有线都连到一个独立元件上。

9、元件特性

设计中的每个元件都有一定数日的属性或特性。

某些特性控制软件的特定功能（如PCB封装或仿真）用户也可以添加自己的特性。

一旦库建立，就能提供默认值及特性定义。

特性定义提供大量的特性描述，当修改元件时，将显示在编辑区域内。

10、报告

ISIS支持许多第三方网表格式，因此能为其他软件所使使用．设置元件清单后可以添加用户所需的元件属性，也可设置属性列以挑选一定数目的属性。

ERC报告可列出可能的连线错误，如末连接的输入、矛盾的输出及未标注的网络标号。

1.3MCS-51单片机系统简介

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数码管和LCD显示器。

1.3.1定时器\计数器

1、MCS-51系列中51子系列有两个16位的可编程定时\计数器可：

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。

2、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。

3、每个定时计数器都有多种工作方式，其中T0有四种工作方式，T1有三种工作方式，T2有三种工作方式。

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）。

4、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。

1.3.2中断系统

1、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。

2、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”。

3、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。

4、MCS-51单片机响应中断的条件为：

中断源有请求且中断允许。

1.3.3LED数码管显示器

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。

第二章硬软件设计与分析

像一般的计算机系统一样，单片机的应用系统也是有硬件和软件组成的。

硬件和软件只有紧密配合，协调一致，才能组成高性能的单片机应用系统。

在系统的研制过程中，软、硬件的功能总是在不断的调整，以便相互适应，相互配合，达到最佳性能价格比。

单片机应用系统的研制过程包括总体设计、硬件设计、软件设计、在线调试等几个阶段，但他们不是绝对分开的，有时是交叉进行的。

2.1总体设计

该课程设计是利用MCS-51单片机内部的定时／计数器、中断系统、以及行列键盘和LED显示器等部件，设计一个单片机电子时钟。

设计的电子时钟通过数码管显示，并能通过按键实现设置初始时间和暂停、复位、启动控制等。

总体步骤如下：

1、在PROTEUS中设计硬件

2、在WAVE6000中编写程序，编译、连接形成HEX文件。

3、在PROTEUS中把HEX文件加载到单片机芯片上。

4、运行仿真看结果。

2.2硬件设计

硬件电路可通过Proteus软件进行设计。

2.2.1硬件设计电路

上图采用8位LED软件译码动态显示程序，使用AT89C51单片机，12MHZ晶振，P0输出字段码，P2口输出位选码，用共阳接法LED数码管，P1.0为暂停、恢复计时和调时位选择按键，P1.1为加1键，P1.2为减1键，P1.3为复位键。

2.2.2PROTEUS软件使用过程

1）选择元器件

2）放置元器件

3）连线

4）添加程序

5）运行仿真

2.2.3元器件清单如下

单片机：

AT89C51

按键：

BUTTON

电阻：

RES

电容：

CAP

晶振：

CRYSTAL

LED数码管：

7SEG-MPX8-CA-BLUE（CA：

共阳，CC：

共阴）

地：

GROUND

电源：

POWER

2.3软件设计

程序可通过WAVE6000软件来设计。

2.3.1电子时钟设计思想

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，初值设为XXYY（自己计算），形成定时时间为50ms。

用片内RAM的7BH单元对50ms计数，计20次产生秒计数器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。

在处理过程中加上了按键判断程序，能对按键处理。

2.3.2片内RAM存储分配

1、片内RAM的70H到77H单元为LED数码管的显示缓冲区

2、78H，79H，7AH分别为秒、分、小时计数单元

3、7BH为50ms计数器，7CH为调时按键计数器

2.3.3程序设计

程序设计的流程图如下：

图2-1主程序流程图图2-2定时器/计数器T0中断服务程序流程图

具体程序如下：

主程序先对显示单元和定时器/计数器初始化，然后重复调用数码管显示模块和按键处理模块，当有键按下，则转入相应的功能程序。

延时子程序，便于调用。

共阳极顺序数码管常用字型表。

本系统共用8个数码管，从右到左依次显示秒个位、秒十位、横线、分个位、分十位、横线、时个位和时十位。

采用软件译码动态显示。

定时器/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一个计数器对50ms计数，计20次则对秒单元加1，秒单元加到60则对分单元加1，同时秒单元清0；分单元加到60则对时单元加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。

在对各单元计数的同时，把它们的值放到存储单元的指定位置。

第三章调试结果

3.1仿真工具栏

仿真控制按钮

1*运行

2*单步运行

3*暂停

4*停止

3.2仿真结果

按键处理设置为：

如没有按键，则时钟正常走时。

当按下K0按键时，进入调分状态，时钟停止走动即暂停；按K1或K2按键可进行加1或减1操作；继续按K0键可分别进行分和小时的调整；最后按K0键将退出调整状态，时钟开始计时运行；按K3键可进行复位，即计数重新从零开始。

第四章心得体会

1、此次的课程设计使我熟悉了WAVE6000集成环境和PROTEUS仿真软件的使用。

2、用此软件练习电脑时钟的设计，不仅能够掌握此软件的使用方法，而且复习了原来的C51汇编语言，对电脑时钟的原理和电脑时钟的汇编程序有了更进一步的理解。

3、仿真可把抽象的东西具体化，把理论和实际结合起来，更利于对单片机程序的理解与掌握。

要想熟练应用编程指令和相关软件，必须多多实践，找一些有趣的程序来分解、消化、操作甚至重新编程。

4、一个单片机应用程序的完成是个不断修改和仿真的过程，在此过程中，对指令的印象和理解也会更深，对指令的使用也会更加灵活和多变。

参考文献与网站

【1】张迎新等编著.单片机原理及应用.2版.北京：

电子工业出版社，2010.1

【2】XX网

【3】张俊模编著.单片机中级教程.北京：

航空航天大学出版社，2000.8

【4】王幸之等编著.AT89系列单片机原理与接口技术.北京：

航空航天大学出版社，2004.5