基于单片机的电子时钟的设计.docx

1、基于单片机的电子时钟的设计苏 州 市 职 业 大 学课程设计任务书 课程名称： 单片机原理与应用课程设计 起讫时间： 2011年6月22日-6月28日 院 系： 电子信息工程系 班级： 09电子3班 指导教师： XXXX 系 主 任： XXXX 一、 课程设计课题基于单片机的电子时钟的设计二、 课程设计要求1. 掌握使用proteus软件的方法。2. 理解单片机的时钟显示方法。3. 明确设计指标，写出设计方案，设计出硬件原理图。4. 基于硬件的软件设计与调试。5. 将结果向指导教师演示，由教师提问验收通过；6. 打印程序清单，撰写程序说明，完成课程设计报告书，进行分组讨论设计心得。三、 课程设

2、计工作量1. 第一天：明确课程设计任务和目标，熟悉单片机系统调试软件仿真实现。 2. 第二天：明确设计指标，设计电路原理图。3. 第三、四天：基于硬件的软件设计与调试。 4.第五天：学生演示设计调试结果，教师提问验收。打印程序清单，撰写程序说明，完成课程设计报告书。 四、 课程设计说明书内容（有指导书的可省略）1， 单片机结构、原理。2， 电子时钟硬件设计（原理图，原理图分析）。3， 软件设计（软件简介，调试过程）。4， 硬件、软件程序清单。苏 州 市 职 业 大 学课程设计说明书 名称 基于单片机的电子时钟的设计 2011年6月22日至2011年6月28日共一周院 系 电子信息工程系 班 级

3、 09电子3班 姓 名 于宁 学 号 097302340 系主任 张红兵 教研室主任 陆春妹 指导教师 金小华 目录第一章 电子时钟 11.1 电子时钟简介 11.2 电子时钟的基本特点 11.3 电子时钟的原理 1第二章 单片机识的相关知识 22.1单片机简介 22.2单片机的发展史 22.3 单片机的特点 32.4 89C51单片机介绍 3第三章 控制系统的硬件设计 63.1 单片机型号的选择 63.2 数码管显示工作原理 63.3 键盘电路设计 73.4系统工作原理 73.5整个电路原理图 9第四章 控制系统的软件设计 104.1 程序设计 104.2程序流程图 134.3伟福硬件仿真器

4、简介 144.4仿真图及结果分析 15第五章 附录程序 17第六章 结束语 19参考文献 20第一章 电子时钟1.1 电子时钟简介 本作品采用Atmel公司的AT89C51单片机，以汇编语言为程序设计的基础，设计一个用四位数码管显示时、分的时钟。现代的电子时钟是基于单片机的一种计时工具，采用延时程序产生一定的时间中断，用于一秒的定义，通过计数方式进行满六十秒分钟进一，满六十分小时进一，满二十四小时小时清零。从而达到计时的功能，是人民日常生活补课缺少的工具。1.2 电子时钟的基本特点 现在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、石英钟、石英表都采用了石英技术，因此走时精度高，稳

5、定性好，使用方便，不需要经常调试，数字式电子钟用集成电路计时时，译码代替机械式传动，用LED显示器代替指针显示进而显示时间，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。1.3 电子时钟的原理 该电子时钟由89C51，BUTTON，六段数码管等构成，采用晶振电路作为驱动电路，由延时程序和循环程序产生的一秒定时，达到时分秒的计时，六十秒为一分钟，六十分钟为一小时，满二十四小时为一天。而电路中唯一的一个控制键却拥有多种不同的功能，按下又松开，可以实现屏蔽数码管显示的功能，达到省电的目的；直接按下不松开，则可以通过按键实现分钟的累加，每按一次分钟加一；而

6、连续两次按下按键不放松，则可实现小时的调节，同样每按一次小时加一。第二章 单片机识的相关知识2.1单片机简介 单片机是指一个集成在一块芯片上的完整计算机系统。尽管他的大 部分功能集成在一块小芯片上，但是它具有一个完整计算机所需要的大部分部件：CPU、内存、内部和外部总线系统，目前大部分还会具有外 存。同时集成诸如通讯接口、定时器，实时时钟等外围设备。而现在最强大的 单片机系统甚至可以将声音、图像、网络、复杂的输入输出系统集成在一块芯片上。2.2单片机的发展史单片机诞生于20世纪70年代末，经历了SCM、MCU、SoC三大阶段。 起初模型1.SCM即单片微型计算机（Single Chip Mic

7、rocomputer）阶段，主要是寻求最佳的单片形态嵌入式系统的最佳体系结构。“创新模式”获得成功，奠定了SCM与通用计算机完全不同的发展道路。在开创嵌入式系统独立发展道路上，Intel公司功不可没。 Micro Controller Unit2.MCU即微控制器（Micro Controller Unit）阶段，主要的技术发展方向是：不断扩展满足嵌入式应用时，对象系统要求的各种外围电路与接口电路，突显其对象的智能化控制能力。它所涉及的领域都与对象系统相关，因此，发展MCU的重任不可避免地落在电气、电子技术厂家。从这一角度来看，Intel逐渐淡出MCU的发展也有其客观因素。在发展MCU方面，最

8、著名的厂家当数Philips公司。 Philips公司以其在嵌入式应用方面的巨大优势，将MCS-51从单片微型计算机迅速发展到微控制器。因此，当我们回顾嵌入式系统发展道路时，不要忘记Intel和Philips的历史功绩。 嵌入式系统单片机是嵌入式系统的独立发展之路，向MCU阶段发展的重要因素，就是寻求应用系统在芯片上的最大化解决；因此，专用单片机的发展自然形成了SoC化趋势。随着微电子技术、IC设计、EDA工具的发展，基于SoC的单片机应用系统设计会有较大的发展。因此，对单片机的理解可以从单片微型计算机、单片微控制器延伸到单片应用系统。2.3 单片机的特点 1 . 单片机的存储器ROM和RAM

9、时严格区分的。ROM称为程序存储器，只存放程序，固定常数，及数据表格。RAM则为数据存储器，用作工作区及存放用户数据。 2 . 采用面向控制的指令系统。为满足控制需要，单片机有更强的逻辑控制能力，特别是单片机具有很强的位处理能力。 3 . 单片机的I/O口通常时多功能的。由于单片机芯片上引脚数目有限，为了解决实际引脚数和需要的信号线的矛盾，采用了引脚功能复用的方法，引脚处于何种功能，可由指令来设置或由机器状态来区分。 4 . 单片机的外部扩展能力很强。在内部的各种功能部件不能满足应用的需求时，均可在外部进行扩展，与许多通用的微机接口芯片兼容，给应用系统设计带来了很大的方便。2.4 89C51单

10、片机介绍 VCC：电源。 GND：接地。 P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程 序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。 P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作 输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。 P

11、2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻 拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存 储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器 的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。 P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后

12、，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：口管脚 备选功能P3.0 RXD（串行输入口）P3.1 TXD（串行输出口）P3.2 /INT0（外部中断0）P3.3 /INT1（外部中断1）P3.4 T0（记时器0外部输入）P3.5 T1（记时器1外部输入）P3.6 /WR（外部数据存储器写选通）P3.7 /RD（外部数据存储器读选通） P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。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。ALE

13、/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE 端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器 时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时， ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。 PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访

14、问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时， /EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。 o图2.1 89C51单片机第三章 控制系统的硬件设计3.1 单片机型号的选择 通过对多种单片机性能的分析，最终认为89C51是最理想的电子时钟开发芯片。89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压，高性能CMOS8位微处理器，器件采用ATMEL高密度非易

15、失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的89C51是一种高效微控制器，而且它与MCS-51兼容，且具有4K字节可编程闪烁存储器和1000写/擦循环，数据保留时间为10年等特点，是最好的选择。3.2 数码管显示工作原理数码管是一种把多个LED显示段集成在一起的显示设备。有两种类型，一种是共阳型，一种是共阴型。共阳型就是把多个LED显示段的阳极接在一起，又称为公共端。共阴型就是把多个LED显示段的阴极接在一起，即为公共商。阳极即为二极管的正极，又称为正极，阴极即为二极管的负极，又称为负极。通常的数码管又分

16、为8段，即8个LED显示段，这是为工程应用方便如设计的，分别为A、B、C、D、E、F、G、DP，其中DP 是小数点位段。而多位数码管，除某一位的公共端会连接在一起，不同位的数码管的相同端也会连接在一起。即，所有的A段都会连在一起，其它的段也是如此，这是实际最常用的用法。数码管显示方法可分为静态显示和动态显示两种。静态显示就是数码管的8段输入及其公共端电平一直有效。动态显示的原理是，各个数码管的相同段连接在一起，共同占用8 位段引管线；每位数码管的阳极连在一起组成公共端。利用人眼的视觉暂留性，依次给出各个数码管公共端加有效信号，在此同时给出该数码管加有效的数据信号，当全段扫描速度大于视觉暂留速度

17、时，显示就会清晰显示出来。 图 3.1 共阴数码管3.3 键盘电路设计 该设计只用了一个键盘，但实现的功能却是比较完善，减少了硬件资源的损耗，该键盘可以实现小时和分钟的调节以及控制是否进入省电模式。当按键按下又松开，可以实现屏蔽数码管显示的功能，达到省电的目的；直接按下不松开，则可以通过按键实现分钟的累加，每按一次分钟加一；而连续两次按下按键不放松，则可实现小时的调节，同样每按一次小时加一。达到时间调节的目的。图3.2 多功能控制键 经多方论证硬件我们小组采用AT89C51单片机和7SED六位共阴极数码管等来实现单片机电子时钟的功能，详细元器件列表如表3.1所示：表3.1 详细元器件列表AT8

18、9c511片7SED六位共阴极数码管1片NPN三极管6个10uf电容1个30p电容2个10K电阻11个360欧姆电阻8个1.5k欧姆电阻8个开关1个3.4系统工作原理（1） 单片机发送的信号通过程序控制最终在数码管上显示出来。（2） 单片机通过输出各种电脉冲信号来驱动控制各部分正常工作。（3） 为使时钟走时与标准时间一致，校时电路是必不可少的，键盘用来校正数码管上显示的时间。（4） 设计的电路主要由三模块构成：单片机控制电路，显示电路、及校正电路。此设计原理框图如图3-3所示，此电路包括以下三个部分：单片机，键盘及显示电路图3.3 设计原理框图本设计采用汇编语言程序设计，使单片机控制数码管显示

19、时、分、秒，当秒计数计满60时就向分进位，分计数器计满60后向时计数器进位，小时计数器按“23翻0”规律计数。时、分、秒的计数结果经过数据处理可直接送显示器显示。当计时发生误差的时候可以用校时电路进行校正。设计采用的是时、分、秒显示，单片机对数据进行处理同时在数码管上显示3.5整个电路原理图 图3.4 系统电路原理图 第四章 控制系统的软件设计 4.1 程序设计 本系统的软件系统主要可分为主程序、定时计数中断程序、时间调整程序、延时程序四大模块。在程序设计过程中，加强了部分软件抗干扰措施，下面对部分模块作介绍。我们用定时器1采用方式1定时，M=65536，如果要求定时时间为50ms，采用12M

20、Hz晶振，则机器周期为1us，由（65536Z）*1=50*1000得Z=65536-50000=15536=3CB0H将3C、B0H分别预置给TH1、TL1，即TH1=3CH，TH=0B0H根据需要开始定时器/计数器工作-将TR0或TR1置“1”。GATE=0时，直接由软件置位启动，即SETB TR0或SETB TR1;GATE=1时，除软件置位外，还必须在外中断引脚（P3.3）处输入高电平值才能启动。定时计数中断程序： MOV TMOD,#11H ;设T0、T1为16位定时器 MOV TL0,#0B0H ;50MS定时初值（T0计时用） MOV TH0,#3CH ;50MS定时初值 MOV

21、 TL1,#0B0H ;50MS定时初值（T1闪烁定时用） MOV TH1,#3CH ;50MS定时初值 SETB EA ;总中断开放SETB ET0 ;允许T0中断SETB TR0 ;开启T0定时器AJMP $ 时间调整程序：SETMM: cLR ET0 ;关定时器T0中断CLR TR0 ;关闭定时器T0LCALL DL1S ;调用1秒延时程序JB P3.3,CLOSEDIS ;键按下时间小于1秒，关闭显示（省电） MOV R2,#06H ;进入调时状态，赋闪烁定时初值 SETB ET1 ;允许T1中断SETB TR1 ;开启定时器T1SET2: JNB P3.3,SET1 ;P3.7口为0

22、（键未释放），等待SETB 00H ;键释放，分调整闪烁标志置1SET4: JB P3.3,SET3 ;等待键按下LCALL DL05S ;有键按下，延时0.5秒JNB P3.3,SETHH ;按下时间大于0.5秒转调小时状态MOV R0,#77H ;按下时间小于0.5秒加1分钟操作LCALL ADD1 ;调用加1子程序MOV A,R3 ;取调整单元数据CLR C ;清进位标志CJNE A,#60H,HHH ;调整单元数据与60比较HHH: JC SET4 ;调整单元数据小于60转SET4循环LCALL CLR0 ;调整单元数据大于或等于60时清0CLR C ;清进位标志AJMP SET4 ;

23、跳转到SET4循环CLOSEDIS:SETB ET0 ;省电（LED不显示）状态。开T0中断SETB TR0 ;开启T0定时器（开时钟）CLOSE: JB P3.3,CLOSE ;无按键按下，等待。LCALL DISPLAY ;有键按下，调显示子程序延时削抖JB P3.3,CLOSE ;是干扰返回CLOSE等待WAITH: JNB P3.3,WAITH ;等待键释放LJMP START1 ;返回主程序（LED数据显示亮）SETHH: CLR 00H ;分闪烁标志清除（进入调小时状态）SETHH1: JNB P3.3,SET5 ;等待键释放SETB 01H ;小时调整标志置1SET6: JB P

24、3.3,SET7 ;等待按键按下LCALL DL05S ;有键按下延时0.5秒JNB P3.3,SETOUT ;按下时间大于0.5秒退出时间调整MOV R0,#79H ;按下时间小于0.5秒加1小时操作LCALL ADD1 ;调加1子程序MOV A,R3 ;CLR C ;CJNE A,#24H,HOUU ;计时单元数据与24比较HOUU: JC SET6 小于24转SET6循环LCALL CLR0 ;大于或等于24时清0操作AJMP SET6 ; 跳转到SET6循环SETOUT: JNB P3.3,SETOUT1 ;调时退出程序。等待键释放LCALL DISPLAY ;延时削抖JNB P3.3

25、,SETOUT ;是抖动，返回SETOUT再等待CLR 01H ;清调小时标志CLR 00H ;清调分标志CLR 02H ;清闪烁标志CLR TR1 ;关闭定时器T1CLR ET1 ;关定时器T1中断SETB TR0 ;开启定时器T0SETB ET0 ;开定时器T0中断（计时开始）LJMP START1 ;跳回主程序SET1: LCALL DISPLAY ;键释放等待时调用显示程序（调分）AJMP SET2 ;防止键按下时无时钟显示SET3: LCALL DISPLAY ;等待调分按键时时钟显示用AJMP SET4SET5: LCALL DISPLAY ;键释放等待时调用显示程序（调小时）AJ

26、MP SETHH1 ;防止键按下时无时钟显示SET7: LCALL DISPLAY ;等待调小时按键时时钟显示用AJMP SET6SETOUT1: LCALL DISPLAY ;退出时钟调整时键释放等待AJMP SETOUT ;防止键按下时无时钟显示 延时程序：1MS延时程序，LED显示程序用DL1MS: MOV R6,#14HDL1: MOV R7,#19HDL2: DJNZ R7,DL2DJNZ R6,DL1RET20MS延时程序，采用调用显示子程序以改善LED的显示闪烁现象DS20MS: ACALL DISPLAYACALL DISPLAYACALL DISPLAYRET4.2程序流程图

27、 主程序主程序主要是循环调用显示子程序及键盘扫描功能设置子程序，其流程图如图4.1所示。图4.1 主程序框图定时中断子程序时间计时使用定时器t0完成，中断定时周期设为50ms。中断进入后，判断时钟计时累计中断到20次（即1s）时，对秒计数单元进行加1操作。计时单元的最大值为23时59分59秒。在计数单元中采用十进制BCD码计数，满60进位。T0中断服务程序流程图如图4.2所示。 图4.2 中断服务程序流程图T1中断服务程序用于指示调整单元数字的亮闪。在时间调整状态下，每过0.3秒，将对应单元的显示数据换成“熄灭符”数据（#0AH）。这样在调整时间时，对应调整单元的显示数据会间隔闪亮。T1中断服

28、务程序流程图如图4.3所示。 图4.3 中断服务程序4.3伟福硬件仿真器简介主机+POD（仿真头）组合，通过更换POD，可以对各种CPU进行仿真。对待不同的应用场合，用户往往会选择不同的CPU，从而需要更换仿真器，伟福仿真软件WINDOWS版本支持本公司多种仿真器。支持多类CPU仿真。仿真器则采用主机+POD组合，通过更换不同的POD，可对各种不同类型的单片机进行仿真。为用户提供了一种灵活的多CPU仿真系统。1双平台DOS版本，WINDOWS版本。其中WINDOWS版本功能强大。中文界面，英文界面可任选，用户源程序的大小不再有任何限制，支持ASM，C，PLM语言混合编程，具有项目管理功能，为用

29、户的资源共享，课题重组提供强有力的手段。支持点屏显示，用鼠标左键点一下源程序中的某一变量，即可显示该变量的数值。有丰富的窗口显示方式，多方位，动态地显示仿真的各种过程，使用极为便利。本操作系统一经推出，立即被广大用户所喜爱。2双工作模式1 软件模拟仿真（不要仿真器也能模拟仿真）。2 硬件仿真。双CPU结构，100% 不占用户资源。全空间硬件断点，不受任何条件限制，支持地址、数据、外部信号、事件断点、支持实时断点计数、软件运行时间统计。3双集成环境编辑、编译、下载、调试全部集中在一个环境下。飞利蒲公司的552LPC764DALLAS320，华邦438等51增强型CPU。为了跟上形势，现在很多工程

30、师需要面对和掌握不同和项目管理器、编辑器、编译器。他们由不多种仿真器，多类CPU仿真全部集成在一个环境下。可仿真51系列，196系列，PIC系列，同的厂家开发，相互不兼容，使用不同的界面。学习使用都很吃力。伟福 WINDOWS调试软件为您提供了一个全集成环境，统一的界面，包含一个项目管理器，一个功能强大的编辑器，汇编Make、Build和调试工具并提供一个与第三方编译器的接口。4.4仿真图及结果分析单片机右上角红色发光二极管秒灯，每闪烁一次表示时间走动一秒钟；按键正下方黑色按键是设置灯，当时间正常走动时此时灯亮，当第一次按下设置键时，同时秒时熄灭，且分钟的两位数码管出现闪烁，时间停止走动，进入校时状态，表示此时可以进行分钟的调整，当按一次加一键（调整键）可实现分钟的加一功能，分钟以60分为极限，超出60分则返回数值0，从0再重新算起；如果再次按下设置键时，这时秒灯和设置灯仍旧保持熄灭和点亮状态，表示分钟的数码管停止闪烁，反过来表示小时的两位数码管则开始闪烁，此时可进行小时的调整，按加1键可实现小时的加1功能，小时调整以24为上限，同样超出24小时则从新回0；当第三次按下设置键时，数码管停止闪烁，设置灯熄灭，秒灯重新闪烁，时间以设定值计时。 图4.4 伟福软件模拟图第五章 附录程序 ORG 0000H LJMP START ORG 0003H RETI OR