基于单片机的作息时间系统精品.docx

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基于单片机的作息时间系统精品

毕业设计（论文）

题　　目:

基于单片机的作息时钟系统

专　　业:

电子测量技术与仪器

班　　级:

09251班

学　　号:

19号

姓　　名:

尹林

指导老师:

高燕

成都电子机械高等专科学校

二〇一二年六月

论文摘要

本设计是作息时钟系统设计，由单片机最小系统、按键模块、数码管显示模块、闹钟模块组成。

采用单片机AT89C52与12MHZ晶振相连；通过按键K1、K2、K3、K4、K5控制时间的显示、校正、闹钟时间设定。

数码管显示模块用来显示时间，显示格式为“时分”，并能够根据需要显示年、月、日，由数码管小数点闪动作为秒计数；闹钟模块进行到时提醒并作出相应动作：

发光二极管闪亮，同时播放一段音乐。

本设计中，利用单片机定时器设计时间计时处理，采用单片机内部的T0定时器溢出中断来实现，工作在模式1方式下，定时50ms，则连续中断20次即为一秒，得到了我们所需时间的最小单位秒，60秒为一分，60分为一小时，24小时为一天，1、3、5、7、8、10、12月为31天，4、6、9、11月为30天，闰年二月为29天，非闰年二月为28天，12个月为一年。

采用这种时间设计思想来进行时间设置。

在整个系统的设计中，单片机的P0口输出显示信号；P1口按键输入控制；P2口用来扫描，为动态显示；P3口闹钟模块。

该设计用C51编写程序，由于汇编语言的移植性比较差，而C语言则比较灵活。

许多子函数都可以直接移植过去。

关键词：

单片机AT89C52C语言作息时间系统

Abstract

Thedesignoftherestoftheclocksystemdesign,fromthesmallestsingle-chipsystem,keymodule,digitaltubedisplaymodule,alarmmodule.Usingsingle-chipAT89C52and12MHZcrystalconnectedthroughkeys;K1,K2,K3,K4,K5controltimedisplay,correction,alarmtimesetting.Digitaltubedisplaymoduletodisplaythetime,thedisplayformatfor"time",andaccordingtotheneedsofdisplayyear,month,day,bythedigitaltubedecimalpointflashingcountsasasecondalarmmodule;thenremindandmakecorrespondingaction:

theLEDflashes,whileplayingapieceofmusic.

Thisdesign,usesinglechiptimerdesigntimeprocessing,usingSCMinternaltimertoachieveT0,workinginT1mode,timing50subtle,continuouslyinterrupted20timesasecond,iswhatweneedthesmallestunitoftimeinseconds,60secondsforabranch,isdividedintoa60hours,24hoursaday,1,3,5,7,8,10,Decemberfor31days,4,6,9,Novemberfor30days,aleapyearinFebruaryfor29days,aleapyearinFebruaryfor28days,12monthsforayear.Bythistimedesignideastosetuptime.

Inthedesignoftheentiresystem,SCMP0portoutputdisplaysignal;P1exportkeyinputcontrol;P2portusedtoscan,dynamicdisplay;P3alarmmodule.

ThedesignusingC51programming,duetothelessportableassemblylanguage,Clanguageismoreflexible.Manyfunctionscanbetransplanteddirectlypast.

KeyWords:

SCMAT89C52languageCschedulesystem

目录

论文摘要I

AbstractII

目录III

第一章引言-1-

第二章概述-2-

2.151单片机-2-

2.24位数码管的驱动方式-5-

2.3设计要求-6-

2.4设计实现的功能-6-

第三章系统总体方案及硬件设计-7-

3.1系统总体方案框图-7-

3.2单片机最小系统-8-

3.3按键控制模块-8-

3.4时间显示模块-9-

3.5闹钟模块-10-

第四章软件设计-11-

4.1keil软件介绍-11-

4.2系统软件设计思想-12-

4.3系统主程序-12-

4.4中断子程序-13-

4.5按键扫描子程序-14-

4.6系统程序（见附录3）-15-

第五章Proteus软件仿真-16-

5.1Proteus软件简介-16-

5.2Proteus软件仿真-17-

5.3系统原理图（见附录1）-20-

5.4硬件实物图（见附录2）-20-

5.5原件清单-20-

第六章硬件调试-21-

6.1STC-ISP软件介绍-21-

6.2焊接及程序下载-23-

6.3硬件调试-23-

第七章毕业设计体会-26-

第八章致谢-27-

参考文献-28-

附录1-29-

附录2-30-

附录3-31-

第一章引言

时钟，自从它发明的那天起，就成为人类的朋友，但随着时间的推移，科学技术的不断发展，人们对时间计量的精度要求越来越高，应用越来越广。

怎样让时钟更好的为人民服务，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。

现今，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，石英钟都采用了石英技术，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，译码代替机械式传动，用LED显示器代替显示器、指针显示，减小了计时误差，这种表具有时，分，秒显示时间的功能，还可以进行时和分的校对，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振荡定时信号，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，即定时时间，它通常有两种实现方法：

一是用软件实现，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求不高的场合；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，典型的时钟芯片有：

DS1302，DS12887，X1203等都可以满足高精度的要求。

单片机自20世纪70年代问世以来，以其极高的性能价格比，受到人们的重视和关注，应用很广、发展很快。

单片机体积小、重量轻、抗干扰能力强、环境要求不高、价格低廉、可靠性高、灵活性好、开发较为容易。

由于具有上述优点，在我国，单片机已广泛地应用在工业自动化控制、自动检测、智能仪器仪表、家用电器、电力电子、机电一体化设备等各个方面，而51单片机是各单片机中最为典型和最有代表性的一种。

这次毕业设计通过对它的学习、应用，由单片机AT89S52、LED数码管及闹钟模块为核心，辅以必要的电路，设计了一个简易的电子时钟，它能够准确显示时间，调整时间，以及闹钟的设定。

第二章概述

本章主要介绍51单片机的基本概念，数码管的驱动方式，设计要求和设计实现的功能。

2.151单片机

1、51单片机简介

51单片机是对目前所有兼容Intel8031指令系统的单片机的统称。

该系列单片机的始祖是Intel的8031单片机，后来随着Flashrom技术的发展，8031单片机取得了长足的进展，成为目前应用最广泛的8位单片机之一，其代表型号是ATMEL公司的AT89系列，它广泛应用于工业测控系统之中。

目前很多公司都有51系列的兼容机型推出，在目前乃至今后很长的一段时间内将占有大量市场。

51单片机是基础入门的一个单片机，还是应用最广泛的一种。

需要注意的是52系列的单片机一般不具备自编程能力。

当前常用的51系列单片机主要产品有：

　*Intel的：

80C31、80C51、87C51，80C32、80C52、87C52等；　　

*ATMEL的：

89C51、89C52、89C2051等；　　

*Philips、华邦、Dallas、Siemens（Infineon）等公司的许多产品　　

目前，国产宏晶STC单片机以其低功耗、廉价、稳定性能，占据着国内51单片机较大市场。

2、主要功能

·8位CPU

·4kbytes程序存储器（ROM）（52为8K）　　

·256bytes的数据存储器（RAM）（52有384bytes的RAM）　　

·32条I/O口线·111条指令，大部分为单字节指令　　

·21个专用寄存器　　

·2个可编程定时/计数器

·5个中断源，2个优先级（52有6个）　

·一个全双工串行通信口　　

·外部数据存储器寻址空间为64kB　

·外部程序存储器寻址空间为64kB　　

·逻辑操作位寻址功能

·双列直插40PinDIP封装　

·单一+5V电源供电　

CPU：

由运算和控制逻辑组成，同时还包括中断系统和部分外部特殊功能寄存器；　　

RAM：

用以存放可以读写的数据，如运算的中间结果、最终结果以及欲显示的数据；　　

ROM：

用以存放程序、一些原始数据和表格；　

I/O口：

四个8位并行I/O口，既可用作输入，也可用作输出；　

T/C：

两个定时/记数器，既可以工作在定时模式，也可以工作在记数模式；　

五个中断源的中断控制系统；　

一个全双工UART（通用异步接收发送器）的串行I/O口，用于实现单片机之间或单片机与微机之间的串行通信；　　

片内振荡器和时钟产生电路，石英晶体和微调电容需要外接。

最高振荡频率为12M。

图2-151单片机实物图图2-251单片机管脚图

3、51单片机仿真

1、主要功能和特性

（1）可以仿真63K程序空间,接近64K的16位地址空间；　　

（2）可以仿真64Kxdata空间,全部64K的16位地址空间；　　

（3）可以真实仿真全部32条IO脚；　　

（4）完全兼容keilC51UV2调试环境,可以通过UV2环境进行单步,断点,全速等操作；　　

（5）可以使用C51语言或者ASM汇编语言进行调试；　　

（6）可以非常方便地进行所有变量观察,包括鼠标取值观察,即鼠标放在某变量上就会立即显示出它此的值；　　

（7）可选使用用户晶振，支持0－40MHZ晶振频率；　　

（8）片上带有768字节的xdata,您可以在仿真时选使用它们,进行xdata的仿真；　　

（9）可以仿真双DPTR指针；　　

（10）可以仿真去除ALE信号输出.；　　

（11）自适应300-38400bps的所有波特率通讯；　　

（12）体积非常细小,非常方便插入到用户板中.插入时紧贴用户板,没有连接电缆,这样可以有效地减少运行中的干扰,避免仿真时出现莫名其妙的故障；

　（13）仿真插针采用优质镀金插针,可以有效地防止日久生锈,选择优质园脚IC插座，保护仿真插针，同时不会损坏目标板上的插座.；　　

（14）仿真时监控和用户代码分离,不可能产生不能仿真的软故障；　　

（15）RS-232接口不计成本采用MAX202集成电路,串行通讯稳定可靠,绝非一般三极管的简易电路可比。

2、功能限制

　　仿真器占用单片机串口及定时器2，与KeilC（PC）通讯，故不支持串口及定时器2的仿真功能。

全速运行时单片机串口及定时器2可供用户使用。

3、仿真器使用方法

（1）将仿真器插入需仿真的用户板的CPU插座中，仿真器由用户板供电；　　

（2）将仿真器的串行电缆和PC机接好，打开用户板电源；　　

（3）通过KeilC的IDE开发仿真环境UV2下载用户程序进行仿真、调试。

2.24位数码管的驱动方式

1、静态驱动也称直流驱动。

静态驱动是指每个数码管的每一个段码都由一个单片机的I/O端口进行驱动，或者使用如BCD码二-十进制译码器译码进行驱动。

静态驱动的优点是编程简单，显示亮度高，缺点是占用I/O端口多，如驱动5个数码管静态显示则需要5×8=40根I/O端口来驱动，而一个89S52单片机可用的I/O端口才32个，实际应用时必须增加译码驱动器进行驱动，增加了硬件电路的复杂性。

2、数码管动态显示接口是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一，动态驱动是将所有数码管的8个显示笔划"a,b,c,d,e,f,g,dp"的同名端连在一起，另外为每个数码管的公共极COM增加位选通控制电路，位选通由各自独立的I/O线控制，当单片机输出字形码时，所有数码管都接收到相同的字形码，但究竟是那个数码管会显示出字形，取决于单片机对位选通COM端电路的控制，所以我们只要将需要显示的数码管的选通控制打开，该位就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮。

通过分时轮流控制各个数码管的的COM端，就使各个数码管轮流受控显示，这就是动态驱动。

在轮流显示过程中，每位数码管的点亮时间为1～2ms，由于人的视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应，尽管实际上各位数码管并非同时点亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显示数据，不会有闪烁感，动态显示的效果和静态显示是一样的，能够节省大量的I/O端口，而且功耗更低。

图2-34位数码管实物图

图2-44位数码管管脚图

2.3设计要求

本设计是作息时间控制器，其设计实现的功能主要有：

使用4位七段显示器来显示现在的时间，显示格式为“时分”，由LED闪动作为秒计数表示。

可以设定时间和闹钟时间，当现在时间与闹钟设定时间相同时，闹钟响起，此时播放一段音乐。

2.4设计实现的功能

本设计实现的功能为：

使用七段显示器显示时间，显示格式为“时分”，并可显示日期，显示格式为“月日”，年份单独显示。

可以设定作息时间，进行到时提示，并作出相应动作：

发光二极管闪亮，同时播放音乐。

第三章系统总体方案及硬件设计

这一章主要介绍本设计的系统总体方案和硬件设计图，这是设计的主体。

3.1系统总体方案框图

系统总体方案由四个模块构成：

即单片机最小系统、按键控制模块、闹钟模块、数码管显示模块。

图3-1系统方案方框图

本次设计实现的功能主要有：

使用4位七段显示器来显示现在的时间，显示格式为“时分”，由LED小数点闪动作为秒计数表示。

可以设定作息时间，并进行到时提示。

由按键输入控制设置年月日以及当前时间、并可设置闹钟定时，时间到由蜂鸣器发出响声并作出相应动作：

二极管闪亮，同时播放一段音乐。

3.2单片机最小系统

图3-2单片机最小系统

单片机最小系统由复位电路，一个晶振，两个瓷片电容构成。

当复位引脚（RESET）连接高电平超过2个机器周期，即可产生复位的操作。

3.3按键控制模块

图3-3按键控制模块

按键控制模块主要有由五个按键组成：

K1、K2、K3、K4、K5。

其中K1的功能是模式切换键；K2的作用是加一；K3的作用是闹钟使能；K4的作用是减一；K5的作用是显示年月日及时间。

当需要校正时间或是设定闹钟时间时，即可按下模式切换键来进行。

校正时间：

按第一次K1键，进入小时校正状态，通过按K2、K4键进行小时校正，按一下K2键则加一，按一下K3键则减一；按第二次K1键，进入分校正状态，通过按K2、K4键进行分钟校正；按第三次K1键，进入闹钟小时设定状态，此时若不需要设置则不操作；按下第四次K1键，进入闹钟分钟设定状态，若此时不需要设置则不操作；按下第五次K1键进入月份校正状态，通过按K2、K4键进行月份校正；按下第六次K1键，进入日校正状态，通过按K2、K4键进行日校正；按下第七次K1键进入年份校正状态，通过按K2、K4键来进行年份校正；校正完毕后，再按一次K1键，则退出时间校正状态，并显示当前校正后的准确时间。

设定时间：

按第一次K1键进入小时校正状态，此时若不需要设置，则不操作;以此类推，到第三次按下K1键，进入闹钟小时设定状态，通过按K2、K4键进行小时设定；按下第四次K1键，进入闹钟分钟设定状态，通过按K2、K4键进行分钟设定，设定完毕后，按一下K3键（闹钟使能）；继续按K1键，若不需要设置，则不操作，以此类推，到按最后一次K1键则退出时间设定状态并显示当前时间，当时间与我们设定的时间一致时，通过闹钟电路响声提示，若要关闭闹钟，此时再按一次K3键即可停止响声。

3.4时间显示模块

图3-4显示模块

时间显示模块主要由四位数码管来显示，配合按键控制模块的校正与设定时间，相应的显示。

时间正常显示时，LED小数点每闪动60次，分钟自动加一；每六十分钟小时自动加一；每24小时天自动加一。

3.5闹钟模块

图3-5闹钟音乐模块

闹钟模块的主要功能：

闹铃及二极管闪烁。

当设定时间与当前时间一致时，则闹钟自动闹铃进行提示，同时二极管闪亮一分钟后，自动退出响铃状态，若按K3键，闹钟退出响铃状态。

第四章软件设计

4.1keil软件介绍

Keil软件是目前最流行开发MCS-51系列单片机的软件，Keil提供了包括C编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，通过一个集成开发环境（uVision）将这些部份组合在一起。

运行Keil软件需要Pentium或以上的CPU，16MB或更多RAM、20M以上空闲的硬盘空间、WIN98、NT、WIN2000、WINXP等操作系统。

如果使用C语言编程，那么Keil几乎就是不二之选，即使不使用C语言而仅用汇编语言编程，其方便易用的集成环境、强大的软件仿真调试工具也会事半功倍。

1.系统概述

KeilC51是美国KeilSoftware公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统，与汇编相比，C语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，因而易学易用。

用过汇编语言后再使用C来开发，体会更加深刻。

KeilC51软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具，全Windows界面。

另外重要的一点，只要看一下编译后生成的汇编代码，就能体会到KeilC51生成的目标代码效率非常之高，多数语句生成的汇编代码很紧凑，容易理解。

在开发大型软件时更能体现高级语言的优势。

2.KeilC51单片机软件开发系统的整体结构

　C51工具包的整体结构，其中uVision与Ishell分别是C51forWindows和forDos的集成开发环境（IDE），可以完成编辑、编译、连接、调试、仿真等整个开发流程。

开发人员可用IDE本身或其它编辑器编辑C或汇编源文件。

然后分别由C51及A51编译器编译生成目标文件（.OBJ）。

目标文件可由LIB51创建生成库文件，也可以与库文件一起经L51连接定位生成绝对目标文件（.ABS）。

ABS文件由OH51转换成标准的Hex文件，以供调试器dScope51或tScope51使用进行源代码级调试，也可由仿真器使用直接对目标板进行调试，也可以直接写入程序存贮器如EPROM中。

使用独立的Keil仿真器时，注意事项

*仿真器标配11.0592MHz的晶振，但用户可以在仿真器上的晶振插孔中换插其他频率的晶振。

*仿真器上的复位按钮只复位仿真芯片，不复位目标系统。

*仿真芯片的31脚（/EA）已接至高电平，所以仿真时只能使用片内ROM，不能使用片外ROM；但仿真器外引插针中的31脚并不与仿真芯片的31脚相连，故该仿真器仍可插入到扩展有外部ROM（其CPU的/EA引脚接至低电平）的目标系统中使用。

4.2系统软件设计思想

本系软件设计中，利用单片机定时器设计时间计时处理，采用单片机内部的T0定时器溢出中断来实现，工作在模式1方式下，定时50ms，则连续中断20次即为一秒，得到了我们所需时间的最小单位。

由公式TX初值=2n-（fosc/12）*t,对于本设计中的初值，TX0初值=216-（12*106/12）*50*10-3=15536，所以TH0=ox3c，TL0=oxb0.

该设计用C51编写程序，由于汇编语言的移植性比较差，而C语言则比较灵活。

许多子函数都可以直接移植过去。

在程序中除了有主函数外还包含许多子函数，如延时函数、按键扫描函数、初始化函数、时间显示函数、设定闹钟显示函数、设定日期显示函数、设定年份显示函数、月份选择函数、年份显示辅助函数。

4.3系统主程序

在主控程序循环中主要工作为扫描是否有按键，若有按键则做相应的功能处理，同时也扫描显示器显示时间数据，并检查所设置的时间是否到了。

时间计时处理程序是等过了1s后，则更新时间数据，将最新的时、分的数据转换为数字数据并显示在七段显示器上。

主程序流程图见图4-1。

图4-1主程序流程图

4.4中断子程序

中断子程序的主要功能：

提供时间基准。

当连续中断20次时，即为一秒，此时秒加一；当秒值为60时，分钟加一，同时秒清零;当分钟值为60时，小时加一，同时分钟值清零；当小时为24时，天值加一，同时小时清零；由于每月天数不定，1、3、5、7、8、10、12月为31天，当计数到此类月份时，天值为32时，月值加一，同时天值为1；4、6、9、11月为30天，当计数到此类月份时，天值为31时，月值加一，同时天值为1；如果是闰年，则2月为29天，当计数到此类月份时，天值为30时，月值加一，同时天值为一；如果不是闰年，则2月为28天，当计数此类月份时，天值为29时，月值加一，同时天值为一；当月值为13时，则年值加一，同时月值为一。

如图4-2所示：

图4-2定时器中断函数

4.5按键扫描子程序

按键扫描子程序是程序计中相当重要的一部分。

按键扫描子程序的功能是：

扫描是否有按键按下，若有键按下，则执行相应功能。

如图4-3所示：

图4-3按键扫描子程序

4.6系统程序（见附录3）

第五章Proteus软件仿真

5.1Proteus软件简介

Proteus软件是来自英国Labcenterelectronics公司的EDA工具软件，