#51单片机的数字时钟.docx

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#51单片机的数字时钟

中北大学信息商务学院

课程设计说明书

学生姓名：

王春鸣学号：

08050642X39

学院：

信息商务学院

专业：

电子信息项目

题目：

专业综合实践之单片机信息处理部分

：

单片机控制的数字钟的设计

指导教师：

王浩全职称:

副教授

2018年12月12日

中北大学信息商务学院

课程设计任务书

2018-2018学年第一学期

学院：

信息商务学院

专业：

电子信息项目

学生姓名：

王春鸣学号：

08050642X39

课程设计题目：

专业综合实践之单片机信息处理部分:

单片机控制的数字钟的设计

起迄日期：

2018年12月12日～2018年12月24日

课程设计地点：

系专业实验室，201

指导教师：

王浩全

系主任：

王浩全

下达任务书日期:

2018年12月12日

课程设计任务书

一．设计目的：

巩固掌握单片机工作原理及应用

提高编程能力

二．设计内容和要求<包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等）：

单片机选用89C51

要求实现时、分、秒显示

三．设计工作任务及工作量的要求〔包括课程设计计算说明书（论文>、图纸、实物样品等〕：

<1）提供核心器件的工作原理与应用介绍；

<2）提供用Protel设计的电路原理图，印刷板电路图；

<3）提供用Multisim、MaxPlus、Proteus、Medwin、KeilC等软件对电路的仿真、编程与分析；

<4）提供符合规定要求的课程设计说明书；

<5）提供参考文献不少于15篇，且必须是相关的参考文献；

课程设计任务书

四．主要参考文献：

[1]王守中，聂元铭,51单片机开发入门与典型实例.北京：

人民邮电出版社，2009

[2]徐爱钧,单片机原理实用教程--基于proteus虚拟仿真.北京：

电子工业出版社，2018

[3]周润景，袁伟亭，景晓松,Proteus在MCS-51&ARM7系统中的应用百例.北京:

电子工业出版社，2006

[4]雷思孝，冯育长,单片机系统设计及项目应用.西安:

西安电子科技大学出版社，2005

[5]先锋工作室,单片机程序设计实例.北京：

清华大学出版社，2003

[6]AT89C51Datasheet,ATMEL,2004

五．设计成果形式及要求：

说明书一份

六．工作计划及进度：

12月12日~12月15日：

查资料；

12月16日~12月20日：

在指导教师指导下设计方案；

12月21日~12月23日：

在指导教师辅导下完成实验；撰写课程设计说明书；

12月24日：

答辩

系主任审查意见：

签字：

年月日

1设计方案简介1

1.1设计分析1

1.2方案选择与论证1

1.2.1方案简介1

1.2.2方案的论证4

1.3设计条件及主要参数表4

1.4系统设计框图5

2硬件电路设计6

2.1ProteusISIS仿真原理图6

2.2基于ARES7professional的PCB图和3D图示6

3实验源程序7

4仿真结果与说明10

5课程设计心得体会10

6参考文献11

1.设计方案简介

1.1设计分析

利用89C51单片机结合数码管显示器设计一能够显示时、分、秒的电子时钟，因为用LED数码管显示数据，在夜晚或黑暗的场合里也可以使用，具有一定的实用性；电子时钟的设计利用单片机的输入输出功能、定时/计数功能和中断功能，因此，是对前面讲的单片机基本功能知识的一次复习、总结和提高；因为设计单片机时钟时应尽量减少硬件，所以丰富的功能只能由软件来完成，因此使程序语句比较多，看起来较复杂。

所以，在学习设计过程中会给我们带来两点启发。

<1）注意程序的模块化设计与分析。

在程序设计时，一般将比较复杂的大程序分解若干个功能模块，然后再把各模块通过主程序有机地联系在一起。

分析程序是设计程序的逆过程，首先要弄清程序是由几个模块所组成，每个模块主要功能是什么，模块之间是怎样联系在一起的。

先有一个粗线条、总轮廓，然后再逐步深入分析。

每个子程序就是一个模块，子程序段的特征是：

开始行有程序标号，以便主程序调用；末尾行有子程序返回指令RET或RETI。

<2）每个典型模块既可在这个程序使用，也可以在其他程序中使用。

所以，掌握一些典型模块的功能。

原理，建立一个模块库，一旦设计新的程序需要使用时就不必重新编写，可以减少重复劳动。

1.2方案选择与论证

1.2.1方案简介

方案一：

单片机时钟的结构分硬件和软件两部分。

其中，硬件部分比较简单，主要由单片机、LED数码管显示器和按键开关组成，单片机P0端口接有4位共阳极LED数码管显示器。

数码管的8个引脚依照a、b、c、d、e、f、g、dp顺序依次与P0端口的8个引脚P0.1、P0.2、P0.3、P0.4、P0.5、P0.6、P0.7相连，R是限流电阻。

4位LED数码管的共阳极引脚分别于V1~V4三极管的集电极相连，三极管的基极通过限流电阻分别接在单片机P2端口的P2.0~P2.3引脚上。

4位数码管显示器分别由4只三极管控制，例如，P2.0输出为低电平时，V4三极管导通，与其相连的共阳极数码管显示器开始工作；P2.0输出为高电平时，V4三极管截止，与其相连的数码管显示器停止工作。

例如，设置定时器T0工作在模式0状态下，设置每隔5ms中断一次，中断200次正好是1s。

中断服务程序里记载着中断的次数，中断200次为1秒，60秒为1分，60分为1小时，24小时为1天。

时钟的显示是使用4位LED数码管，其软件设计原理是：

由中断产生的秒、分、小时数据，经转换子程序转换成适应LED数码管显示的数据，并通过单片机的输出功能输入到数码管显示器，再通过显示其扫描程序，显示出时钟的走时时间。

调整时钟时间是利用了单片机的输入功能，把按键开关作为单片机的输入信号，通过检测被按下的开关，从而执行赋予该开关调整时间功能。

因此，在设计程序时把单片机时钟功能分解为走时、显示和调整时间3个主要部分，每一部分的功能通过编写相应的子程序来完成，然后再通过主程序调用子程序，使这3部分有

机地连在一起，完成单片机的时钟设计。

电路设计下图：

方案二：

利用8051单片机片内定时器,设计一台可调数字钟,能通过按键进行时、分、秒的调整，采用8位LED数码管以24小时方式进行显示。

8051单片机的P0口通过三台总线收发器74LS245接到8位共阴极LED数码管的数字输入端，单片机的P3口作为数码管的数位控制，从P0口输出显示字符段码，从P3口输出循环扫描控制位，利用人眼的视觉暂留功能，达到8位数码管同时显示的效果。

单片机的P1.0~P1.2引脚通过三个按钮开关接地，通过判断P1.0~P1.2引脚电平的高低，决定是否进行数字钟的时、分、秒调整。

本设计利用8051单片机片内定时器T0的中断来实现数字钟功能，T0定时时间设为50ms，每隔50ms产生一次定时中断，如果中断20次即达到1秒。

程序设计是预先安排时、分、秒内存单元，在中断服务程序中根据中断次数来决定秒单元是否加1，当秒单元达到60时分单元加1，同时秒单元清0，分单元达到60时，时单元加1，同时分单元清0，时单元达到24时，时、分、秒单元同时清0，又从头开始计时。

方案三：

本方案利用AT89C51的定时器和6位7段数码管，设计一个电子时钟。

显示格式“XXXXXX”，由左向右分别是：

时、分、秒。

1.2.2方案的论证

三个方案中，方案一因为引脚限制只能显示小时，分钟的计时，且线路较为繁琐，以蜂鸣器连续两次发出响声，同时工作指示灯LED闪动，作为程序开始的指示，加大了相关汇编程序的难度；方案二中时可调的数字时钟，单片机的P1.0~P1.2引脚通过三个按钮开关接地，通过判断P1.0~P1.2引脚电平的高低，决定是否进行数字钟的时、分、秒调整。

功能完善但采用的是8051单片机与课程设计要求内容不一致。

方案三中采用89C51单片机可以实现简单的计时功能，并且该芯片简单易控制，成本低，性能稳定，因此选择方案三。

1.3设计条件及主要参数表

ProteusISIS，keilc51,ProteusARES编辑环境。

元件清单

元件名称

所属类

所属子类

AT89C51

MicroprocessorICs

8051Family

CAP

Capacitors

Generic

CAP-ELEC

Capacitors

Generic

CRYSTAL

Miscellaneous

---

RES

Resistors

Generic

7SEG-MPX6-CC-BLUE

Optoelectronics

7-SegmentDisplays

74LS245

TTL74LSseries

Transceivers

1.4系统设计框图

2、硬件电路设计

2.1proteusISIS仿真原理图

2.2基于ARES7Professional的PCB图

3、源程序

LEDBUFEQU30H。

显示缓冲

HOUREQU40H

MINUTEEQU41H

SECONDEQU42H

C100usEQU43H

TICKEQU10000。

设置中断次数

T100usEQU256-100。

设置定时器初始值

LJMPSTART。

跳至主程序

ORG00BH。

定时器0中断入口

T0INT:

PUSHPSW。

状态保护

PUSHACC

MOVA,C100us+1

JNZGOON。

计数值是否为0

DECC100us

GOON:

DECC100us+1

MOVA,C100us

ORLA,C100us+1

JNZEXIT

MOVC100us,#HIGH（TICK>。

重置计数值

MOVC100us+1,#LOW（TICK>

INCSECOND。

秒值加1

MOVA,SECOND

CJNEA,#60,EXIT。

秒值是否为60

MOVSECOND,#0。

秒值为60则清0

INCMINUTE。

分值加1

MOVA,MINUTE

CJNEA,#60,EXIT。

分值是否为60

MOVMINUTE,#0。

分值为60则清0

INCHOUR。

小时值加1

MOVA,HOUR

CJNEA,#24,EXIT。

小时值是否为24

MOVHOUR,#0。

小时值为24则清0

EXIT:

POPACC

POPPSW

RETI

DELAY:

MOVR7,#0FFH。

延时子程序

DELAYLOOP:

DJNZR7,DELAYLOOP

DJNZR6,DELAYLOOP

RET

LEDMAP:

DB3FH,06H,5BH,4FH。

8段管显示码

DB66H,6DH,7DH,07H

DB7FH,6FH,77H,7CH

DB39H,5EH,79H,71H

DISPLAYLED:

MOVC100us+6,#0。

右边两位不显示

MOVC100us+7,#0

MOVR0,#LEDBUF

MOVR1,#6。

共6个8段管

MOVR2,#01111111B。

从左边开始显示

LOOP:

MOVA,#0

MOVP0,A。

关闭所有8段管

MOVA,@R0

MOVP0,A

MOVA,R2

MOVP3,A。

显示1位8段管

MOVR6,#01H

CALLDELAY

MOVA,R2。

显示下一位

RRA

MOVR2,A

INCR0

DJNZR1,LOOP

RET

T0LED:

MOVDPTR,#LEDMAP。

将字段码转换显示码

MOVCA,@A+DPTR

RET

START:

MOVTMOD,#02H。

模式2，定时器

MOVTH0,#T100us。

设置定时器初始值

MOVTL0,#T100us

MOVIE,#10000010B。

EA=1，IT0=1

MOVHOUR,#0。

显示初始值

MOVMINUTE,#0

MOVSECOND,#0

MOVC100us,#HIGH（TICK>

MOVC100us+1,#LOW（TICK>

SETBTR0。

启动定时器0

MLOOP:

MOVA,HOUR。

显示小时十位值

MOVB,#10H

DIVAB

CALLT0LED

MOVLEDBUF,A。

将十位值送显示缓存

MOVA,B。

显示小时个位值

CALLT0LED

ORLA,#80H。

显示小数点

MOVLEDBUF+1,A。

送显示缓存

MOVA,MINUTE。

显示分钟十位值

MOVB,#10

DIVAB

CALLT0LED

MOVLEDBUF+2,A。

将十位值送显示缓存

MOVA,B。

显示分钟个位值

CALLT0LED

ORLA,#80H。

显示小数点

MOVLEDBUF+3,A。

送显示缓存

MOVA,SECOND

MOVB,#10。

显示秒十位值

DIVAB

CALLT0LED

MOVLEDBUF+4,A。

送显示缓存

MOVA,B

CALLT0LED

MOVLEDBUF+5,A

CALLDISPLAYLED。

调用显示子程序

LJMPMLOOP

END

4、仿真结果与说明

本设计使用单片机内部计数器的定时功能，有关设置主要针对定时器/计数器工作方式寄存器TMOD。

具体内容为：

工作方式选择位，设置为方式2；计数/定时方式选择位，设置为定时器工作方式。

定时器每100μs中断一次，在中断服务程序中，对中断次数进行计数，100μs计数10000次就是1s。

然后在对秒计数得到分和小时值，并送入显示缓存。

单片机P0口输出字段码，P3出输出位码。

5、课程设计心得体会

本设计能够准确显示时间<显示格式为时时：

分分：

秒秒，24小时制），设计以硬件软件化为指导思想，充分发挥了单片机功能，大部分功能通过软件编程来实现，电路简单明了，系统稳定性高。

基于单片机的数字时钟系统具有显示准确，直观等特点，单片机所被占用的I/O口不多，因此系统具有一定的可扩展性。

电子时代已经到来，作为新时代的我们，更应该提高自身能力，适应新世代的发展，知识来自实践，多去生活中探寻所需要的。

对于上述所提到的课程设计，应尽量考虑到人为因素，增强时钟的实用性和操作性，为使用者提供切实的方便。

所以，在设计的时候，应该从多方面，多角度去考虑问题，而且应该进一步提高时钟的质量。

此次课程设计，学到了很多课内学不到的东西，比如独立思考解决问题，出现差错的随机应变，和与人合作共同提高，都受益非浅，对今后这类工作有着和大的帮助，日后也可以高质量的完成项目。

这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多专业知识问题，最后在王老师的辛勤指导下，终于游逆而解。

同时，在王老师的身上我们学也到很多实用的知识，在此我们表示感谢！

同时，对给过我帮助的所有同学和各位指导老师再次表示忠心的感谢！

6、参考文献

[1]王守中，聂元铭,51单片机开发入门与典型实例.北京：

人民邮电出版社，2009

[2]徐爱钧,单片机原理实用教程--基于proteus虚拟仿真.北京：

电子工业出版

社，2018

[3]周润景，袁伟亭，景晓松,Proteus在MCS-51&ARM7系统中的应用百例.北京:

电子工业出版社，2006

[4]雷思孝，冯育长,单片机系统设计及项目应用.西安:

西安电子科技大学出版

社，2005

[5]先锋工作室,单片机程序设计实例.北京：

清华大学出版社，2003

[6]AT89C51Datasheet,ATMEL,2004