用51单片机实现电子时钟单片机课程设计.doc

湖北文理学院湖北文理学院 单片机课程设计 题目：用 51 单片机实现电子时钟 院 部 物理与电子信息工程学院 专 业 名 称 电子信息科学与技术 班 级 1111 姓 名 杨庆月 学 号 2011111136 指 导 教 师 李刚 2013 年 12 月 09 日 目录 摘要-1 1 单片机的相关知识 -1 1.1 单片机的简介-1 1.2 单片机的特点-1 1.3 89c52单片机的基本特点-2 2 电子时钟-3 2.1电子时钟的基本特点-3 2.2电子时钟的原理-4 3 控制系统的硬件设计 -4 3.1单片机型号的选择-4 3.2 lcd1602工作的原理-4 3.3 键盘电路的设计-6 3.4 复位电路设计-6 3.5 时钟电路设计-7 3.6 整体电路原理图-7 4 控制系统的软件的设计 -8 4.1程序的设计-8 4.2程序源代码-8 5 仿真结果和实物图-19 5.1仿真结果-19 5.2实物图-19 6 总结-20 参考文献 -21 0 摘要：单片计算机即单片微型计算机。由 ram ,rom,cpu构成，定时，计数和多种接 口于一体的微控制器。它体积小，成本低，功能强，广泛应用于智能产业和工业自动化上。 而 51系列单片机是各单片机中最为典型和最有代表性的一种。这次课程设计通过对它的学 习，应用，从而达到学习、设计、开发软、硬的能力。 本设计主要设计了一个基于 at89c52单片机的电子时钟。并在 1602上显示相应的时间。并 通过一个控制键用来实现时间的调节和是否进入省电模式的转换。 具有时钟和日历的功能，年限显示范围是2013-2099（可修改），且具有闰年自动修 正功能 关键字：单片机；子时钟；键盘控制；lcd1602。 1 1 单片机识的相关知识 1.11.1 单片机简介 mcs-51是 intel公司在成功推广的 mcs-48单片机基础上加以改进而成的 8位单片机。 这种单片机大约是上世纪 70年代末推出的，内部程序可重写的为 8751，外扩程序的是 8031，一次性生产，不可改变程序的是 8051。外形一般 为 dip40封装。不久又推出了增强型的 8052，其资源更加丰富。以后又采用 chmos技术推出了 80c51,耗电大大降低。到了 90年代，intel公司把精力放到 更赚钱的计算机上，将 51单片机技术转让给了一此其它公司，如 atmel philips等半导体制造公司，使 51系列单片机的市场份额不断扩大。 尽管十多年前就有人认为 51单片机会很快淘汰，但事实证明 51单片机经 过不断的改进后，由于技术成熟，使用方便，至今在 8位单片机市场仍然拥有 庞大的用户。特别是 mcs-51技术的 20年专利期限到期后，大量的兼容型号不 断推出。从上世纪 90年代后期开始，美国 atmel公司在掌握快速擦写的存储器 后，推出了 at89c系列，此系列在中国获得了广泛的应用。 在此之前，由于可擦写的 8751价格昂贵，国内长时间采用 8031+27c64这 样的外扩存程序储器方式。 51单片机最初只有 dip40这种很古老的封装，后来推出了 chmos工艺的 80c51后开始有了 plcc44这种相对较小的方形封装。at89c系列中开始有 20脚 的 dip20的精简型封装，这极大方便了在一些相对简单的单片机应用，缩小了 pcb的体积。20脚的有 at89c1051、at89c1051、at89c1051，对应程序存储器分 别为 1k、2k、4k。 标准的 51为 4k程序空间，128字节的 ram，32条端口，5个中断，2个定 时/计数器，12个时钟周期执行一条基本指令，最长的除法为 48个周期。52为 8k程序空间，256字节的 ram，32条端口，6个中断，3个定时/计数器。 at89s51是可在板上直接下载程序的改进型号，并增加了看门狗功能，at89c51 只能在编程器下写入程序，所以经常会有人在 pcb上安装 ic插座，以便取下 来编程更新程序。 at的 51系列后来也推出了单周期的 51，但价格没什么优势，国内很少使 用。最近几年宏晶在国内大量推广 stc51系列单片机，最近又推出不少所谓 1t 1 的单片机，价格较低 stc采用串口直接下载程序，写入程序很方便。 1.21.2 单片机的特点 1 . 单片机的存储器rom 和ram 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。 1.31.3 89c5289c52 单片机介绍 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。 p2 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，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。 2 p3 口也可作为at89c52 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/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 3 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） 。 2 2 电子时钟 2.1 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，用用液晶 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。 2.2 电子时钟的原理 该电子时钟由89c52，1602 液晶等构成，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。而电路中有四个控制按键，一个是选择，一个进行加数， 一个进行减数，还有一个保存。例如按下选择键，然后1602显示光标，此时可 以用加或减来进行调节，在按下选择键，光标移到不同的单位上，同理进行调 节，最后待日期时间调节好后，按下保存键，时钟开始计时。 3 3 控制系统的硬件设计 3.1 单片机型号的选择 通过对51单片机的学习，认为stc89c52 是最理想的电子时钟开发芯片。 stc89c52，最终认为89c52是一种带8k 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，器件采用高密度非易失存储器制造技术制造， 与工业标准的mcs-52指令集和输出引脚相兼容。还有一点重要原因，就是采用 at89c52时不能用开发板进行程序的下载，所以最终选用stc89c52进行设计。 3.2 1602 工作原理及显示电路 字符型lcd 通常有14 条引脚线或16 条引脚线的lcd，多出来的2 条线是背 光电源线vcc(15 脚)和地线gnd(16 脚)，其控制原理与14 脚的lcd 完全一样 1602液晶的基本的操作分为以下四种： 4 状态字读操作：输入rs=低、rw=高、ep=高； 输出：db07 读出为状态字； 数据读出操作：输入rs=高、rw=高、ep=高； 输出：db07 读出为数据； 指令写入操作：输入rs=低、rw=低、ep=上升沿； 输出：无； 数据写入操作：输入rs=高、rw=低、ep=上升沿； 输出：无。 如图 1602 模块的引脚 lcd1602 正面 5 lcd1602 背面 1602 与单片机连接图 3.3 键盘电路设计 6 本时钟采用四个按键控制，一个(实物图蓝色线24号引脚)是选择，一个进 行加数（实物图紫色线25号引脚） ，一个进行减数（实物图灰色线26号引脚） ， 还有一个保存（实物图白色线27号引脚） 。例如按下选择键，然后1602显示光标， 此时可以用加或减来进行调节，在按下选择键，光标移到不同的单位上，同理 进行调节，最后待日期时间调节好后，按下保存键，时钟开始计时。 3.4 复位电路设计 单片机复位有上电复位和手动复位两种方式，上电复位是接通电源后利 用 rc 充电来实现复位。手动复位是通过人为干预，强制系统复位。 连接至9号复位引脚 复位电路如图所示，可以实现上电复位和手动复位功能。 3.5 时钟电路设计 7 系统时钟源由内部时钟方式产生，时钟电路由 12mh 晶振和两个 30pf 瓷片 电容组成，构成自激振荡，形成振荡源提供给单片机。电容可在 5pf 到 30pf 之间选择，电容的大小对振荡频率有微小影响，可起频率微调作用。 3.6 整体电路原理图 4 控制系统的软件设计 4.1 程序设计 由于c 语言程序设计较汇编可读性强，可移植性，且可以大大降低编程的 难 8 度和缩短开发周期，本系统程序采用c 语言设计。 4.2 程序源代码 #include /包含单片机寄存器的头文件 #include /包含_nop_()函数定义的头文件 #define uchar unsigned char #define uint unsigned int sbit rs=p20; /寄存器选择位，将rs位定义为p2.0引脚 sbit rw=p21; /读写选择位，将rw位定义为p2.1引脚 sbit e=p22; /使能信号位，将e位定义为p2.2引脚 sbit bf=p07; /忙碌标志位，将bf位定义为p0.7引脚 uchar code table=“2013-12-07 week6“; /初始化液晶显示 16 uchar code table1=“time: 19-27-50“; /14 uchar count,s1num; char second,minute,hour,day,month,year,week; sbit s1=p23; /功能键 sbit s2=p24; /加键 sbit s3=p25; /减键 sbit s4=p26; /保存并退出 /* 延时若干毫秒 */ void delay(uchar n) uchar i,a,b; for(i=0;i0;b-) for(a=1;a0;a-); /* 函数功能：判断液晶模块的忙碌状态 返回值：result。result=1，忙碌;result=0，不忙 */ uchar busytest(void) bit result; rs=0; /根据规定，rs为低电平，rw为高电平时，可以读状态 rw=1; e=1; /e=1，才允许读写 9 _nop_(); /空操作 _nop_(); _nop_(); _nop_(); /空操作四个机器周期，给硬件反应时间 result=bf; /将忙碌标志电平赋给result e=0; /将e恢复低电平 return result; /* 函数功能：写指令 入口参数：dictate */ void writeinstruction(uchar dictate) while(busytest()=1); /如果忙就等待 rs=0; /根据规定，rs和r/w同时为低电平时，可以写入指令 rw=0; e=0; /e置低电平(根据表8-6，写指令时，e为高脉冲， /就是让e从0到1发生正跳变，所以应先置“0“ _nop_(); _nop_(); /空操作两个机器周期，给硬件反应时间 p0=dictate; /将数据送入p0口，即写入指令或地址 _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); /空操作四个机器周期，给硬件反应时间 e=1; /e置高电平 _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); /空操作四个机器周期，给硬件反应时间 e=0; /当e由高电平跳变成低电平时，液晶模块开始执行命令 /* 函数功能：写数据 入口参数：y(为字符常量) */ void writedata(uchar y) while(busytest()=1); rs=1; /rs为高电平，rw为低电平时，可以写入数据 rw=0; 10 e=0; /e置低电平(根据表8-6，写指令时，e为高脉冲， /就是让e从0到1发生正跳变，所以应先置“0“ p0=y; /将数据送入p0口，即将数据写入液晶模块 _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); /空操作四个机器周期，给硬件反应时间 e=1; /e置高电平 _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); /空操作四个机器周期，给硬件反应时间 e=0; /当e由高电平跳变成低电平时，液晶模块开始执行命令 /* 函数功能：对lcd的显示模式进行初始化设置 */ void lcdinitiate(void) uchar num; second=50; minute=27; hour=19; week=6; day=7; month=12; year=13; count=0; s1num=0; e=0; delay(15); /延时15ms，首次写指令时应给lcd一段较长的反应时间 writeinstruction(0x38); /显示模式设置：162显示， /57点阵，8位数据接口 delay(5); /延时5ms?，给硬件一点反应时间 writeinstruction(0x38); delay(5); writeinstruction(0x38); /连续三次，确保初始化成功 delay(5); writeinstruction(0x0c); /显示模式设置：显示开，无光标， /光标不闪烁 delay(5); writeinstruction(0x06); /显示模式设置：光标右移，字符不移 11 delay(5); writeinstruction(0x01); /清屏幕指令，将以前的显示内容清除 delay(5); writeinstruction(0x80); for(num=0;num7) s1num=1; if(s1num=1) /第一个键被按一次 tr0=0; writeinstruction(0x80+0x40+13); writeinstruction(0x0f); if(s1num=2) writeinstruction(0x80+0x40+10); if(s1num=3) 13 writeinstruction(0x80+0x40+7); if(s1num=4) writeinstruction(0x80+9); if(s1num=5) writeinstruction(0x80+6); if(s1num=6) writeinstruction(0x80+3); if(s1num=7) writeinstruction(0x80+15); if(s1num!=0) /如果功能键被按下 if(s2=0) /第二个按下 delay(5); if(s2=0) while(!s2); if(s1num=1) /第一个键被按一次，秒钟加一 second+; if(second=60) second=0; write_sfm(12,second); writeinstruction(0x80+0x40+13); if(s1num=2) /第一个键被按二次，分钟加一 minute+; if(minute=60) minute=0; write_sfm(9,minute); writeinstruction(0x80+0x40+10); 14 if(s1num=3) /第一个键被按三次，时钟加一 hour+; if(hour=24) hour=0; write_sfm(6,hour); writeinstruction(0x80+0x40+7); if(s1num=4) /日期加一 day+; if(day=32) day=1; write_nyr(8,day); writeinstruction(0x80+9); if(s1num=5) /月加一 month+; if(month=13) month=1; write_nyr(5,month); writeinstruction(0x80+6); if(s1num=6) /年加一 year+; if(year=99) year=0; write_nyr(2,year); writeinstruction(0x80+3); if(s1num=7) /星期加一 week+; if(week=8) week=1; write_week(15,week); writeinstruction(0x80+15); if(s3=0) /第三个键被按下 15 delay(5); if(s3=0) while(!s3); if(s1num=1) /秒减一 second-; if(second=-1) second=59; write_sfm(12,second); writeinstruction(0x80+0x40+13); if(s1num=2) /分减一 minute-; if(minute=-1) minute=59; write_sfm(9,minute); writeinstruction(0x80+0x40+10); if(s1num=3) /时减一 hour-; if(hour=-1) hour=23; write_sfm(6,hour); writeinstruction(0x80+0x40+7); if(s1num=4) /日减一 day-; if(day=0) day=31; write_nyr(8,day); writeinstruction(0x80+9); if(s1num=5) /月减一 month-; if(month=0) month=12; write_nyr(5,month); writeinstruction(0x80+6); 16 if(s1num=6) /年减一 year-; if(year=-1) year=99; write_nyr(2,year); writeinstruction(0x80+3); if(s1num=7) /日期减一 week-; if(week=0) week=7; write_week(15,week); writeinstruction(0x80+15); if(s4=0) /保存并退出 s1num=0; writeinstruction(0x0c); tr0=1; /* main function */ void main(void) uchar k=0; lcdinitiate(); /调用lcd初始化函数 while(1) keyscan(); k=1; /* 函数功能：定时器t0的中断服务函数 17 */ void timer0() interrupt 1 count+; if(count=13) count=0; second+; if(second=60) /秒计满60，秒归0，分+1 second=0; minute+; if(minute=60)/分计满60，分归0，时+1 minute=0; hour+; if(hour=24) /时计满24，时归0，星期+1，日+1 hour=0; week+; day+; if(week=8) week=1; /星期计满7，星期归1 if(month=1|month=3|month=5|month=7|month=8|month