电子表设计.docx

1、电子表设计 摘要单片机自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。这次设计是以AT89C51芯片为核心，辅以必要的电路，设计了一个简易的电子表，它由5V直流电源供电，通过6个共阴极七段数码管能够准确显示时间的时、分、秒，还可以通过键盘校准时间，设置闹钟以及整点报时，和闹铃。

2、该电子表的校准时间可以校准到秒，精确度极高。关键词：键盘；MAX7219；AT89C51；共阴极七段数码管目录摘要3关键词3引言5一、方案的选择和比较51.1、数字时钟方案51.2、数码管显示方案51.3、单片机型号的选择5二、硬件电路设计62.1、系统总体设计62.2、振荡电路设计62.3、复位电路62.4、键盘电路设计72.5、显示电路设计72.6、蜂鸣器电路设计8三、 软件设计83.1、软件规划83.2、主程序83.3、中断子程序83.4、LED显示子程序83.5、键盘子程序9四、元件清单14五、系统调试14六、小结14参考文献14附录一 程序清单15附录二 电路图23引言 自从电子表发

3、明以来，由于电子表电子表计时准确，不用每天上弦，价格便宜，很受消费者喜爱，。这次根据老师提供的微机课程设计的题目，我决定选择了电子表设计，设计中以AT89C51芯片为核心，并且选用专门驱动LED共阴极数码管的MAX7219芯片制作显示电路，通过软件设计，可以正常的完成时间的调整，闹钟的设置，整点报时以及闹铃功能， 我经过仔细分析设计题目的要求，确定了电子表的设计方案，并且用Proteus软件画出原理图，再用Keil51软件把程序调试出来，最后用Proteus软件把硬件电路和软件结合起来进行硬件和软件的整体调试。最后才把硬件和软件都调试到最佳。一、 方案的选择和比较1.1、数字时钟方案。方案一：

4、本方案采用美国DALLAS公司推出的一种高性能、低功耗、带RAM的实时时钟电路的DS1302，它可以对年、月、日、周日、时、分、秒进行计时，具有闰年补偿功能，工作电压为2.5V5.5V。采用三线接口与CPU进行同步通信，并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号或RAM数据。DS1302内部还有有一个318的用于临时性存放数据的RAM寄存器。DS1302是DS1202的升级产品，与DS1202兼容，但增加了主电源/后备电源双电源引脚，同时提供了对后备电源进行涓细电流充电的能力。方案二：本方案完全用软件实现数字时钟。原理为：在单片机内部存储器设三个字节分别存放时钟的时、分、秒信息。利用定时器与软

5、件结合实现1秒定时中断，每产生一次中断，存储器内相应的秒值加1；若秒值达到60，则将其清零，并将相应的分字节值加1；若分值达到60，则清零分字节，并将时字节值加1；若时值达到24，则将十字节清零。该方案具有硬件电路简单的特点。但由于每次执行程序时，定时器都要重新赋初值，所以该时钟精度不高。而且，由于是软件实现，当单片机不上电，程序不执行时，时钟将不工作。基于硬件电路和实际情况的考虑，本设计采用方案二完成数字时钟的功能。1.2、数码管显示方案方案一：静态显示。所谓静态显示，就是当显示器显示某一字符时，相应的发光二极管恒定的导通或截止。该方式每一位都需要一个8 位输出口控制。静态显示时较小的电流能

6、获得较高的亮度，且字符不闪烁。但当所显示的位数较多时，静态显示所需的I/O口太多，造成了资源的浪费。方案二：动态显示。所谓动态显示就是一位一位的轮流点亮各个位，对于显示器的每一位来说，每隔一段时间点亮一次。利用人的视觉暂留功能可以看到整个显示，但必须保证扫描速度足够快，字符才不闪烁。显示器的亮度既与导通电流有关，也于点亮时间与间隔时间的比例有关。调整参数可以实现较高稳定度的显示。动态显示节省了I/O口，降低了能耗。从节省I/O口和降低能耗出发，本设计采用方案二。1.3、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

7、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。二、硬件电路设计2.1、系统总体设计本系统利用单片机AT89C51制作简易电子表，用一个44的编码键盘作为电子表的输入设备，由MAX7219驱动六个LED数码管分别显示小时十位、小时个位、分钟十位、分钟个位、秒钟十位、秒钟个位。系统的

8、而总体框图如图1所示。2.2、振荡电路设计AT89C51芯片内部有一个高增益反相放大器，其输入端为引脚XTAL1,输出端为引脚XTAL2。通过这两个引脚在芯片外并接石英晶体振荡器和两只电容器（电容C1和C2一般取30pF）。石英晶体振荡器为感性元器件，与电容构成振荡电路，为片内放大器提供正反馈和振荡所需的移相条件，从而构成一个稳定的自激振荡器，如图2所示。 图2、振荡电路2.3、复位电路 本次设计的复位电路为按键电平复位电路其电路如图3所示。图3、复位电路 图1、系统总体框图2.4、键盘电路设计 44键盘为矩阵键盘，采用逐行扫描查询工作方式。由于按键数量比较少（16个键），为了节省元件，降低成

9、本，和简化电路，采用非编码键盘，按键信息通过键盘子程序来获取。键盘的布局示意图如图4所示。其中09为数字键，另外6个键为功能键。 0 1 2 3 4 5 6789校时报时开关设置闹钟闹钟开关确认取消图4 键盘布局示意图按键的去抖动采用软件方式。在检测到有键按下时，执行延时子程序，再确认该键是否仍保持闭合状态。若仍然保持为闭合状态，则确认为该键闭合；若延时后，没闭合，则说明是抖动。2.5、显示电路设计由于系统需要6位显示，采用LED数码管进行显示是一种经济实用的方法。由于动态显示速度更新快，电路比较简单，成本也比较低，所以我们采用动态显示。MAX7219是一种串行接口的8位LED数码管显示驱动器

10、。它与通用微处理器只有3根串行线相连，最多可驱动8个共阴极数码管或64个发光二极管。它内部有可存储的显示信息的88静态RAM，并且动态扫描电路，以及段、位驱动器。可以节省IO口，以及可以减小编程难度。6个LED排成一行，最左一个显示时间的秒的个位。从右往左，依次是时的十位、个位，分的十位、个位，秒的十位、个位。其电路如图5所示。 图5、显示电路2.6、蜂鸣器电路设计 用Q9012晶体管进行声音放大，Q9012价格便宜，设计的电路也简单，能够节省成本。其电路如图6所示。 图6、蜂鸣器电路三、 软件设计3.1、 软件规划采用模块程序设计的思想编写软件，整个系统的软件由一个主程序和多个子程序组成，每

11、个子程序作为一个相对独立的模块，实现一个基本的功能，可以为多个程序共享。这样，便于程序的编写、调试，也容易分工完成。体现了结构化编程的优势。电子表系统的整个软件由主程序和显示子程序、键盘扫描子程序、延时子程序、蜂鸣器子程序等多个子程序组成。在程序中，6EH,6DH,6CH,6BH,6AH,69H分别存放时的十位，个位，分的十位，个位，秒的十位，个位。5BH,5AH,59H,分别存放显示的时，分，秒。58H,57H,26H分别存放闹钟设置的时间的时，分，秒。4FH存放中断计时的次数。红灯的亮灭代表闹钟的开启关闭，绿灯的亮灭代表整点报时的开启关闭。3.2、主程序主程序的功能包括对系统的初始化，定时

12、器T0装载初始值，开启定时器T0中断，调用显示子程序，然后调用键盘子程序，再判断整点报时是否开启，闹钟是否开启。如果整点报时开启，则转到相应的子程序判断它是否是整点，如果是整点，则蜂鸣器响1秒钟，否则返回到主程序如果闹钟开启，则转到相应的子程序判断它是否是到了设置的闹钟时间，如果是到了，则蜂鸣器响15秒钟，否则返回到主程序。主程序流程图如图7所示。3.3、中断子程序中断子程序的功能主要是自动计时，每50ms中断一次，中断了20次，则代表1秒钟，则59H单元内容加1，同时4FH单元内容清零，如果59H单元内容满了60，则5AH单元内容加1，同时59H单元内容清零，如果5AH单元内容满了60，则5

13、BH单元内容加1，同时59H单元内容清零，如果5BH单元内容满了24，则5BH单元内容清零，中断返回到主程序中断子程序图如图8所示。3.4、LED显示子程序LED显示采用了MAX7219驱动芯片，该芯片简单，实用。只要对MAX7219的控制寄存器进行准确地设置，把显示的的亮度设置为最亮，扫描范围设置为6个数码管，设置译码方式为BCD译码。设置MAX7219的工作方式为正常即可。再把显示时间的时的十位，个位，分的十位，个位，秒的十位，个位分别存放到MAX7219的01H、02H、03H、04H、05H、06H显示内容寄存器中，该芯片会自动扫描，显示在相应的数码管上。LED显示子程序流程图如图9所

14、示。3.5、键盘子程序键盘扫描程序的功能，首先判断键盘上有无键按下。如果有按下，则延时一段时间，再判断是否按下，再等待键释放，最后将相应的键码存放到R1存储单元中，再判断是数字键，还是功能键，如果是功能键则执行相关的功能，如是数字，看是否按了校时键或者设置闹钟键，如果按了，则要将相关数字存到相应的存储单元。否则返回到主程序该键盘采用延时的方法去除键的抖动影响，延时时间为10ms。键盘程序流程图如图10所示。图7、主程序流程图重装定时器初值循环次数加1否满20次？是秒单元加1否60s到？是秒单元清0，分单元加1否60分到？是分单元清0，时单元加1否24小时到？是时单元清0图8、中断程序流程图 图

15、9、LED显示子程序流程图 图10、键盘程序流程图四、 元件清单元件名称 数量AT89C51 1个1K电阻 3个12MHZ晶振 1个30PF电容 2个100欧电阻 1个按钮开关 17个蜂鸣器 1个Q9012晶体管 1个红色发光二极管 1个 绿色发光二极管 1个共阴极七段数码管 6个MAX7219 1个10K电阻 1个330欧电阻 1个10uF电解电容 1个五、 系统调试 我首先运用软件Keil51检查程序是否有语法错误，再生成Hex文件，装载到AT89C51芯片中，再运用Proteus软件进行硬件的调试，以及修改程序，完成相应的功能。该系统调试主要是键盘程序调试和显示程序调试，特别是显示时延时

16、间的掌握，我采取一步一步调试的方法，先调试键盘程序，再调试显示程序，最后整体调试。每次调试都会遇到很多问题，要一个一个功能键去调试，最后要每个功能键都能正常发挥功能。这次运用Proteus软件将硬件和软件结合起来一起调试，方便简单，很容易分析自己程序的故障。六、 小结 通过这次的设计使我认识到本人对单片机方面的知识知道的太少了，对于书本上的很多知识还不能灵活运用，尤其是对程序设计语句的理解和运用，不能够充分理解每个语句的具体含义，导致编程的程序过于复杂，使得需要的存储空间增大。损耗了过多的内存资源，但我经过我不断的优化，程序已经比先前更短一些。 通过本次设计程序，也加深了我对汇编语言的指令的理

17、解，特使跳转指令的范围要特别注意，还要注意十进制和十六进制的BCD码转换的问题。也让我深深体会到编程时一定要严谨，才能减少不必要的错误。当我们发现错误时，我们要学会分析错误的原因，不断的分析自己的程序，一定要思维严谨，可能一个小问题的忽视，就会导致程序的不成功。 通过不断的查阅相关的资料，也让我学会了读懂别人的程序，也学会了修改别人的程序，来达到为我所用的目的。经过几天的努力，最后我终于成功了，我感到非常高兴，因为我曾经想过放弃编写了，当我经过一段思想挣扎，我决定再尝试一下，不断的尝试，不断的失败，到最后才成功。也让我体会到我们不要轻易的放弃自己想做的事。参考文献【1】 严天峰单片机应用系统设

18、计与仿真调试【M】北京：北京航空航天大学出版社，2005【2】 王守中，聂元铭51单片机开发入门与典型实例（第二版）【M】北京：人民邮电出版社，2009【3】 李广弟，朱月秀，冷祖祁单片机基础（第三版）【M】北京：北京航空航天大学出版社，2007【4】 李朝青单片机原理及串行外设接口技术【M】北京：北京航空航天大学出版社，2008附录一 程序清单DIN BIT P2.0LOAD BIT P2.1CLK BIT P2.2ORG 0000HLJMP MAINORG 000BHLJMP CLOCKORG 0100HMAIN:MOV SP,#70H ；初始化MOV 6EH,#00HMOV 6DH,#0

19、0HMOV 6CH,#00HMOV 6BH,#00HMOV 6AH,#00HMOV 69H,#00HMOV 59H,#00HMOV 5AH,#00HMOV 5BH,#00HMOV 58H,#00HMOV 57H,#00HMOV 56H,#00HMOV 4FH,#00HCLR P1.1CLR P1.2MOV TMOD,#01H ；设置定时器T0的工作方式为1MOV TL0,#0B0H ；转载计数初值MOV TH0,#3CHSETB EA ；开启中断SETB ET0SETB TR0START:LCALL DISP ；调用显示程序 LCALL KEY ；调用键盘程序START1:JB P1.2,K1

20、 ；判断报时开关是否开启START2:JB P1.1,K2 ；判断闹钟开关是否开启LJMP STARTK1:LCALL BSLJMP START2K2:LCALL NZLJMP STARTKEY:MOV R4,#00H ；设置初值MOV R3,#0F7H ；扫描初值MOV R1,#00H ；键码寄存器清零L2:MOV A,R3 ；开始行扫描MOV P3,A ；将扫描值输出至P3MOV A,P3 ；读入P3值，判断是否有键被按下MOV R4,A ；存入R4，以判断是否放开SETB CMOV R5,#04H ；扫描P3.4P3.7L3:RLC A ；将按键值左移一位JNC KEY2 ；有键按下C=

21、0，跳至KEY2INC R1 ；C=1，没键按下，键码寄存器加1DJNZ R5,L3 ；4列扫描是否扫描完毕MOV A,R3 ；扫描值载入SETB CRRC A ；扫描下一行MOV R3,A ；存回扫描寄存器JC L2 ；C=1，程序转到L2处JNB P1.3,K5 ；判断是否是在设置闹钟JNB P1.4,K5 ；判断是否是在校时RETK5:LJMP KEY KEY2:LCALL DELAY1 ；调用显示子程序 D1:MOV A,P3 XRL A,R4 ；与上次读入值作比较JZ D1 ；判断键是否松开MOV A,R1 ；装载键码值CLR CSUBB A,#0AH ；判断是数字键还是功能键JNC

22、 GONGNENG RETGONGNENG:MOV A,R1 ；判断是什么功能键XRL A,#0AHJZ LOOP1MOV A,R1XRL A,#0BHJZ LOOP2MOV A,R1XRL A,#0CHJZ LOOP3MOV A,R1XRL A,#0DHJZ LOOP4MOV A,R1XRL A,#0EHJZ LOOP5MOV A,R1XRL A,#0FHJZ LOOP6LOOP1:CLR P1.4 ；校时功能键 CLR TR0 CLR ET0 LCALL HC LCALL KEYLOOP2:CPL P1.2 ；报时开关功能键LJMP STARTLOOP3:CLR P1.3 ；设置闹钟键 L

23、CALL HC LCALL KEYLOOP4:CPL P1.1 ；闹钟开关键LJMP STARTLOOP5:JNB P1.3,K3 ；确认键JNB P1.4,K4LJMP START K3:LCALL ZH2 SETB P1.3LJMP STARTK4:LCALL ZHLCALL DISPSETB P1.4SETB TR0SETB ET0LJMP STARTLOOP6:SETB P1.3 ；取消键SETB P1.4SETB TR0SETB ET0LJMP STARTDISP:LCALL LED8 ；显示子程序RETLED8:CLR LOAD ；MAX7219的控制寄存器设置MOV R0,#0F

24、H MOV R1,#0AH ；设置亮度为最亮LCALL TRT ；调用串行通信子程序LCALL T12MSMOV R0,#05H ；设置扫描范围MOV R1,#0BHLCALL TRTLCALL T12MSMOV R0,#0FFH ；设置译码方式为BCD译码MOV R1,#09HLCALL TRTLCALL T12MSMOV R0,#01H ；设置工作方式为正常MOV R1,#0CHLCALL TRTMOV A,5BH ；显示数据按BCD码分离ANL A,#0F0H SWAP AMOV R0,AMOV R1,#01HLCALL TRT ；第1位数据送出MOV A,5BHANL A,#0FHMO

25、V R0,AMOV R1,#02HLCALL TRT ；第2位数据送出MOV A,5AHANL A,#0F0HSWAP AMOV R0,AMOV R1,#03HLCALL TRT ；第3位数据送出MOV A,5AHANL A,#0FHMOV R0,AMOV R1,#04HLCALL TRT ；第4位数据送出MOV A,59HANL A,#0F0HSWAP AMOV R0,AMOV R1,#05HLCALL TRT ；第5位数据送出MOV A,59HANL A,#0FHMOV R0,AMOV R1,#06HLCALL TRT ；第6位数据送出RETTRT:CLR LOAD ；LOA信号为低NOP

26、MOV R2,#08H ；第1次传送8位数据MOV A,R1 ；地址传送T_1:CLR CLK ；CLK信号置低RLC A ；移位传送MOV DIN,CLCALL T88 ；调用指令延时子程序SETB CLKLCALL T88DJNZ R2,T_1LCALL T88MOV R2,#08H ；第2次传送8位数据MOV A,R0T2:CLR CLKT2T:LCALL T88RLC AMOV DIN,CLCALL T88SETB CLKLCALL T88DJNZ R2,T2SETB LOADCLR CLKLCALL T88RETZH:MOV R0,#6EH ；校时数据的整合子程序MOV A,R0SW

27、AP ADEC R0ORL A,R0MOV 5BH,A ；将6EH、6DH单元中的数据整合到5BH单元中MOV R0,#6CHMOV A,R0SWAP ADEC R0ORL A,R0MOV 5AH,A ；将6CH、6BH单元中的数据整合到5AH单元中MOV R0,#6AHMOV A,R0SWAP ADEC R0ORL A,R0MOV 59H,A ；将6AH、69H单元中的数据整合到59H单元中RETZH2:MOV R0,#6EH ；闹钟数据整合的子程序MOV A,R0SWAP ADEC R0ORL A,R0MOV 58H,A ；将6EH、6DH单元中的数据整合到58H单元中MOV R0,#6CHMOV A,R0SWAP ADEC R0ORL A,R0MOV 57H,A ；将6CH、6BH单元中的数据整合到57H单元中MOV R0,#6AHMOV A,R0SWAP ADEC R0ORL A,R0MOV 56H,A ；将6AH、69H单元中的数据整合到56H单元中RETHC:MOV R7,#06H ；时间数据缓存子程序 MOV R0,#6EHHC1:LCALL KEY MOV A,R1 MOV R0,A DEC R0 DJNZ R7,HC1 RETBS:MOV A,5AH ；报时子程序ADD A,59HXRL A,#00HJZ BS1RETBS1:LCALL SYLJ