毕业设计（论文）基于AT89S51单片机的电子时钟设计1

1、毕业论文 选取日期选取日期 1 摘要摘要 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。正是由于具有以上优点，目前已广泛应用于军 事、工业及生活的各个领域，更成为实现自动化系统的有力工具。 而 51 单片机是个单片机中最为典型和最具代表性的一种。这次毕业 设计通过对它的学习、应用，以 at89s51 单片机为核心，辅以必要 的电路，设计了一个简易的电子时钟，它由 4.5v 的直流电源供电， 通过数码管能够准确的显示时间，调整时间，从而到

2、达学习、设计、 开发软、硬件的能力。 关键词：关键词：单片机 性能 at89s51 电子时钟 led 数码管 显示 毕业论文 选取日期选取日期 2 目录目录 摘要摘要 .1 关键词：关键词：.1 第一章第一章 前言前言.3 第二章第二章 总体方案依据总体方案依据.3 2.12.1 确定技术指标确定技术指标.3 2.22.2 机型选择机型选择 .3 2.32.3 软、硬件功能的划分软、硬件功能的划分.3 第三章第三章 设计方案论证设计方案论证.3 3.13.1 总体方案论证总体方案论证.3 3.23.2 显示模块选择方案显示模块选择方案 .3 3.33.3 数码管显示方案数码管显示方案.3 3.

3、43.4 键盘控制方案选择键盘控制方案选择 .3 第四章第四章 系统设计系统设计.3 4.14.1 系统说明系统说明 .3 4.24.2 系统框图系统框图 .3 第五章第五章 硬件设计硬件设计.3 5.15.1 at89s51at89s51 单片机的简介单片机的简介.3 5.1.1 at89s51 的结构组成.3 5.1.2 at89s51 的引脚介绍.3 5.35.3 键盘接口工作原理键盘接口工作原理 .3 5.3.1 开关的去除抖动功能.3 5.3.2 键盘的接口电路.3 5.45.4 显示电路的工作原理显示电路的工作原理.3 5.55.5 电源电路设计电源电路设计.3 毕业论文 选取日期

4、选取日期 3 第六章第六章 测试方法及结果测试方法及结果.3 6.16.1 测试方法测试方法 .3 6.26.2 测试结果测试结果 .3 6.2.1 基本要求.3 6.36.3 工艺设计工艺设计 .3 第七章第七章 系统软件设计思路系统软件设计思路 .3 7.17.1 系统定义系统定义 .3 7.27.2 设计细节设计细节 .3 7.37.3 软件结构设计软件结构设计.3 7.47.4 程序设计的基本方法程序设计的基本方法.3 7.4.1 分析题目.3 7.4.2 确定方法.3 7.4.3 程序结构的设计.3 7.4.4 流程图的绘制.3 7.4.5 编写源程序.3 7.4.6 汇编和调试.3

5、 第八章第八章 硬件调试硬件调试.3 8.18.1 硬件调试方法硬件调试方法.3 8.1.1 常见的硬件故障.3 8.1.2 调试方法.3 第九章第九章 软件调试软件调试.3 9.19.1 软件调试方法软件调试方法.3 结结 论论.3 毕业论文 选取日期选取日期 4 第一章第一章 前言前言 单片机也称为芯片（cpu） ，通俗上讲，单片机相当于电脑里面 的 cpu。你知道电脑的核心芯片 cpu 吧，比如英特尔公司生产的什 么“奔腾” “酷睿” “酷睿双核”等等。单片机和这些电脑芯片一样 都可以叫做 cpu。不同的是单片机的应用领域比电脑芯片的应用领 域大的多，单片机在我们生活中无处不在，常见的如

6、手机、psp、数 毕业论文 选取日期选取日期 5 字电视、空调、各种智能玩具、汽车上的广告机等等，而单片机系 统就是构成这些产品功能核心的部分。 设计电子时钟的最终目的是能把它应用到实际中去。如车站的 日期时间显示，仪器仪表，家用电器等各个领域。由于它的应用领 域广，技术要求各不相同，因此应用系统的硬件设计是多样化的， 但总设计方法和研制步骤相同。本论文主要介绍一下电子时钟的设 计过程与方法，以及在单片机系统上的调试方法。 另一方面通过本论文可以了解电子时钟的时钟走时、显示等的 工作方式以及时钟的控制编程方法。时钟走时是利用定时器计数进 行的，显示由键盘显示接口电路与四个数码 led 显示组成

7、，利用可 实现对键盘、显示器的自动扫描并且可以减轻对的负担，具 有显示稳定、程序简单、不会出现误动作的特点。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 毕业论文 选取日期选取日期 6 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。 时钟控制就是利用键盘输入一个时设定的时间值，再经过程序 中的比较判断程序来控制时钟走。 第二章第二章 总体方案依据总体方案依据 2.12.1 确定技术指标确定技术指标 在开始设计前，必需明确应用系统的功能和技术要求，综合考 虑系统的先进性、可靠性、可

8、维护性、成本及经济效益等。再参考 国内外同类产品的资料，提出合理可行的技术指标，以达到最高的 性价比。 2.22.2 机型选择机型选择 机型选择的出发点及依据，可根据市场情况，选择成熟、稳定、 货源充足的机型产品。同时还应根据应用系统的要求考虑所选的单 毕业论文 选取日期选取日期 7 片机应具有很高的性价比。 另一方面为提高经济效率，缩短研制周期，最好选用最熟悉的 机种和器件。采用性能优良的单片机开发工具也很能加快系统的研 制过程。 2.32.3 软、硬件功能的划分软、硬件功能的划分 系统的软件与硬件的设计是紧密联系在一起的，在某场合硬件 和软件具有一定的互换性。为了降低成本、简化硬件结构，某

9、些功 能可由软件来完成。若为了提高工作速度、精度、减少软件的工作 量、提高可靠性，也可以采用硬件来完成。总之，硬件、软件两者 是相辅相成的，可根据实际应用情况来合理选择。 第三章第三章 设计方案论证设计方案论证 3.13.1 总体方案论证总体方案论证 数字时钟是本设计中的最主要的部分，根据需要，可利用两种 方案实现。 毕业论文 选取日期选取日期 8 方案一：本方案采用 dallas 公司的专用时钟芯片 d s12887a。该 芯片内部采用石英晶体振荡器，其芯片精度不大于 10ms/年，且具 备完善的时钟闹钟功能，因此，可直接对其以用于显示或设置，使 得软件编程相对简单，为保证电网电压不足或突然

10、掉电等突发情况 下仍能正常工作，芯片内部含锂电池，以备随时提供正确的时间。 方案二：采用 at89s51 单片机来实现系统的控制。此系统硬件 简洁，将复杂的硬件功能用软件实现，因此系统控制灵活，能很好 地满足本题的基本要求和扩展要求简洁、灵活、可扩展性好，能完 全达到设计要求。但 由于每次执行程序时，定时器都必须重新赋值， 所以时钟精度不高。而且，由于软件实现，当单片机不上电，程序 不执行时，时钟将不工作。 基于硬件电路的考虑，本设计采用方案二来实现数字时钟的功 能。 毕业论文 选取日期选取日期 9 3.23.2 显示模块选择方案显示模块选择方案 显示模块是电子时钟的不可或缺的一部分，如下两种

11、方案可供 我们选择。 方案一：方案一：采用数码管显示。数码管亮度高、体积小、重量轻， 但其显示信息简单、有限。 方案二：方案二：采用液晶显示。液晶显示功耗低，轻便防震。由于本 题显示信息比较简单，采用液晶显示界面不清晰，操作不方便。 根据本题目的设计需求，选择方案一来实现显示的功能。 3.33.3 数码管显示方案数码管显示方案 方案一：静态显示。静态显示由于占用较多的接口，在单片机 设计中常采用串行扩展来完成。该方案占用接口资源多，显示亮度 由保证，但硬件开销大，电路复杂，信息刷新速度慢，实用于并行 接口资源较少以及对显示没有要求的场合 方案二：动态显示。led 动态显示硬件连接简单，但动态扫

12、描 毕业论文 选取日期选取日期 10 的显示方式需占用 cpu 较多的时间，在该系统中由于单片机除了扫 描 at89c51 芯片外没有太多的实时测控任务，故选用动态扫描方式 在 6 个数码管上显示当前时间。 3.43.4 键盘控制方案选择键盘控制方案选择 键盘分为独立式键盘和行列式键盘，我们根据需要其实用依据 来选择。 方案一：独立式键盘接口电路配置灵活，硬件结构简单，工作 可靠但每个按键必须占用一根 i/o 接口线，i/o 接口线浪费较大， 在单片机应用系统中，有时只需要几个简单的按键向系统输入信息， 可将按键直接在一根 i/o 接口线上，故只在按键数量不多时采用。 方案二；行列式键盘每条行

13、线与列线在交接处不直接相通，而 是通过一个按键用以连接，当按键较多时可采用行列式键盘以节省 i/o 接口。 本设计采用三个按键，所以这里选用独立式键盘，即方案一。 毕业论文 选取日期选取日期 11 第四章第四章 系统设计系统设计 4.14.1 系统说明系统说明 电路的核心采用 at89s51 单片机。设计中有 4 位 led 显示， 显示时、分。显示格式：时间按时分排列，例如：08 点 25 分显示 为 08.25。3 个按键接口通过 3 个按键进行调整，调整范围：时、分。 按键 p2.1 按一次表示待调整，按键 p2.2 每按一次按键调整值加一。 按键 p2.3 每按一次按键值减一。即可进行

14、时间设定，在新的时间点 上运行，实现时间设置功能。 4.24.2 系统框图系统框图 电源部分 直流电源4.5v 复位电路 按键 s1、 s2、 s3 控制部分 单片机（at89s51) 显示部分 六个七段共阴极数码管 显示秒、分钟和小时位 毕业论文 选取日期选取日期 12 图 4-1 第五章第五章 硬件设计硬件设计 硬件设计的主要任务是根据总体设计要求，以及在所选的机型 上的基础上，确定系统扩展所用到的外围电路等，然后设计出系统 电路原理图。 对于电路芯片的选择原则应根据系统对它的速度、精度、价格 的要求而确定。除此之外，还应考虑和系统中的传感器、放大器相 匹配问题。 1.地址译码电路的设计：

15、mcs-51 系统有充足的存储空间，包括 64kb 程序存储器和 64kb 的数据存储器，在应用系统中一般不需要 这么大的容量。为了简化硬件线路，同时还要使用到的存储器空间 地址连续，通常采用译码器、线选法相结合的办法。 毕业论文 选取日期选取日期 13 2.线驱动器的设计：mcs-51 系统单片机扩展功能比较强，但扩 展总线负载能力有限。若所扩展的电路负载超过总线负载能力时， 系统便不能可靠地工作。此情况下必须在部线上加驱动器。 3. 其它电路的设计：由于单片机具有很多的特点，它被大量地 应用于工业测控系统中，而在这些系统中，经常要对一些现场物理 量进行测量或者将其采集下来进行信号处理之后，

16、再反过来去控制 被测对象或相关设备。在这种情况下，应用系统的硬件设计就应该 包括与此有关的外围电路。例如，键盘、显示器、开关、输入输出 设备、采样、放大、应用系统各部分的驱动能力等外围电路，要进 行全盘合理的设计。 4.可靠性设计：课题设计的可靠性是一项最重要最基本的技术 指标，这是硬件设计时必须考虑的一个指标。 可靠性是指在规定的条件规定的时间内完成规定功能的能力。 规定的条件包括环境条件（如温度、湿度、振动等） 、供电条件等。 毕业论文 选取日期选取日期 14 规定的时间一般指平均故障时间，平均无故障时间、连续正常运行 时间等。规定的功能随单片机的应用系统不同而不同。单片机应用 系统在实际

17、工件中，可能会受到各种外部和内部的干扰，使系统工 作产生错误或故障，为了降低错误和故障的产生机率，常采用以下 可提高可靠性的措施： (1)提高元件的可靠性； (2)提高印刷电路板和组装的质量，设计电路板时布线及接地方法要 符合要求； (3)对供电电源采用扩干扰措施； (4)输入输出通道扩干扰措施。 5.15.1 at89s51at89s51 单片机的简介单片机的简介 5.1.15.1.1 at89s51at89s51 的结构组成的结构组成 at89s52 是单片机中的典型产品，at89s52 单片机包含中央处理 器、程序存储器(rom)、数据存储器(ram)、定时/计数器、并行接口、 毕业论文

18、 选取日期选取日期 15 串行接口和中断系统等几大单元及数据总线、地址总线和控制总线 等三大总线，如图 5.1 所示。 图 5.1 单片机内部结构示意图 现分别加以说明： 1、中央处理器 中央处理器(cpu)是整个单片机的核心部件，是 8 位数据宽度的 处理器，能处理 8 位二进制数据或代码，cpu 负责控制、指挥和调 度整个单元系统协调的工作，完成运算和控制输入输出功能等操作。 定时器/计数器中断系统 cpu 并行i/o接口 并行i/o接口 存儲器 毕业论文 选取日期选取日期 16 2、数据存储器(ram) at89s51 内部有 128 个 8 位用户数据存储单元和 128 个专用寄 存器

19、单元，它们是统一编址的，专用寄存器只能用于存放控制指令 数据，用户只能访问，而不能用于存放用户数据，所以，用户能使 用的 ram 只有 128 个，可存放读写的数据，运算的中间结果或用户 定义的字型表。 3、程序存储器(rom) at89s51 共有 4kb 掩膜 rom，最大可扩展 64k 字节，用于存放用 户程序，原始数据或表格。 4、定时/计数器： at89s51 有两个 16 位的可编程定时/计数器，以实现定时或计 数产生中断用于控制程序转向。 5、并行输入输出(i/o)口： at89s51 共有 4 组 8 位 i/o 口(p0、 p1、p2 或 p3)，用于对外 毕业论文 选取日期

20、选取日期 17 部数据的传输。 6、中断系统 at89s51 具备较完善的中断功能，有两个外中断、两个定时/计 数器中断和一个串行中断，可满足不同的控制要求，并具有 2 级的 优先级别选择。 5.1.25.1.2 at89s51at89s51 的引脚介绍的引脚介绍 at89s51 单片机内部总线是单总线结构,即数据总线和地址总线 是公用的. at89s51 有 40 条引脚, 这 40 条引脚可分为 i/o 接口线、 电源线、控制线、外接晶体线 4 部分。 at89s51 单片机为双列直插 式封装结构, 如图 5.2 所 p2.0/a8 21 p2.1/a9 22 p2.2/a10 23 p2

21、.3/a11 24 p2.4/a12 25 p2.5/a13 26 p2.6/a14 27 p2.7/a15 28 psen 29 ale 30 p0.7/ad7 32 p0.6/ad6 33 p0.5/ad5 34 p0.4/ad4 35 p0.3/ad3 36 p0.2ad2 37 p0.1/ad1 38 p0.0/ad0 39 p1.0 1 p1.1 2 p1.2 3 p1.3 4 p1.4 5 p1.5 6 p1.6 7 p1.7 8 p3.0/rxd 10 p3.1/txd 11 p3.2/int0 12 p3.3/int1 13 p3.4/t0 14 p3.5/t1 15 p3.6

22、/wr 16 p3.7/rd 17 rst 9 gnd 20 ea 31 vcc 40 x1 19 x2 18 u3 at89s51 毕业论文 选取日期选取日期 18 图 5.2 at89s52 引脚分配图 at89s521 单片机的电源线有以下两种： （1）vcc：+5v 电源线。 （2）gnd：接地线。 at89s51 单片机的外接晶体引脚有以下两种: （1）xtal1：片内振荡器反相放大器的输入端和内部时钟工作的输 入端。采用内部振荡器时，它接外部石英晶体和微调电容的一个引 脚。 （2）xtal2：片内振荡器反相放大器的输出端，接外部石英晶体和 微调电容的另一端。采用外部振荡器时，该引脚

23、悬空。外接晶体引 脚。 控制线 at89s51 单片机的控制线有以下几种： （1）rst：复位输入端，高电平有效。 毕业论文 选取日期选取日期 19 (2）ale: 地址锁存允许/编程线。 （3）psen：外部程序存储器的读选通线。 (4）ea/vpp：片外 rom 允许访问端/编程电源端 。 5.25.2 at89s51at89s51 单片机复位方式单片机复位方式 单片机在开机时或在工作中因干扰而使程序失控，或工作中程 序处于某种死循环状态，在这种情况下都需要复位。 复位的作用是 使中央处理器 cpu 以及其他功能部件都恢复到一个确定的初始状态， 并从这个状态重新开始工作。 at89s51

24、单片机的复位靠外部电路实现，信号由 reset(rst)引 脚输入，高电平有效，在振荡器工作时，只要保持 rst 引脚高电平 两个机器周期，单片机即复位。复位后，pc 程序计数器的内容为 0000h，片内 ram 中内容不变。复位电路一般有上电复位、手动开关 复位和自动复位电路 3 种，在本设计中用手动复位方式，如图 5.3 所示。 毕业论文 选取日期选取日期 20 图 5-3 手动复位电路 5.35.3 键盘接口工作原理键盘接口工作原理 在单片机应用系统中，常用键盘作为输入设备，通过它将数据、 内存地址、命令及指令等输入到系统中，来实现简单的人机通信。 在设计中运用了 4 个按键接口，按键运

25、用时要注意它自身的抖动情 况，和键盘的连接方法。 5.3.15.3.1 开关的去除抖动功能开关的去除抖动功能 目前,at89s51 单片机应用系统上的按键常采用机械触点式按键,它 在断开、闭合时输入电压波形如图 5-4 所示.可以看出机械触点在闭 vcc rst gnd s1 1k r1 8.2k r2 10uf c1 +5v 毕业论文 选取日期选取日期 21 合及断开瞬间均有抖动过程,时间长短与开关的机械特性有关,一般 为 510ms。由于抖动，会造成被查询的开关状态无法准确读出。 例如，一次按键产生的正确开关状态，由于键的抖动，cpu 多次采 集到底电平信号，会被误认为按键被多次按下，就会

26、多次进行键输 入操作，这是不允许的。为了保证 cpu 对键的一次闭合仅在按键稳 定时作一次键输入处理，必须消除产生的前沿（后沿）抖动影响 。 图 5-4 按键过程 5.3.25.3.2 键盘的接口电路键盘的接口电路 独立式键盘的接口电路：在单片机应用系统中，有时只需要几 个简单的按键向系统输入信息。这时，可将每个按键直接接在一根 i/o 接口线上，这种连接方式的键盘称为独立式键盘。如图 5-5 所 示，每个独立按键单独占有一根 i/o 接口线，每根 i/o 接口线的工 毕业论文 选取日期选取日期 22 作状态不会影响到其他 i/o 接口线。这种按键接口电路配置灵活， 硬件结构简单，但每个按键必

27、须占用一根 i/o 线，i/o 接口线浪费 较大。故只在按键数量不多时采用这种按键电路。 在此电路中，按键输入都采用低电平有效。上拉电阻保证了按 键断开时，i/o 接口线有确定的高电平。当 i/o 接口内部有上拉电 阻时，外电路可以不配置上拉电阻。本设计中采用独立式按键接口 电路。根据设计要求需要进行时间调整，所以设计中采用 4 个按键。 p2.1 用做时间的待调整按键，p2.2 用做时间的依次加一，p2.3 用 做时间的依次减一，p2.4 用做启动定时按键。 5.45.4 显示电路的工作原理显示电路的工作原理 led 显示器是由发光二极管显示字段的 at89s51 单片机输出设 备。单片机应

28、用系统常采用七段 led 数码管作为显示器，这重显示 器具有耗电低、配置灵活、线路简单、安装方便、耐转动、价格低 廉且寿命长等优点。因此应用比较广泛。 毕业论文 选取日期选取日期 23 1、led 数码管显示器的分类 led 数码管显示器可以分为共阴极和共阳极两种结构。 (1)共阴极结构：如果所有的发光二极管的阴极接在一起，称为共阴 极结构，则数码显示段输入高电平有效，当某段输入高电平该段便 发光，如图 5-6 所示。 (2)共阳极结构：如果所有的发光二极管的阳极接在一起，称为共阳 极结构，则数码显示段输入低平有效，当某段输入低电平该段便发 光， a b c d e f g dp r x 8

29、图 5-6 共阴极七段 led 显示器 2、led 显示接口 显示电路中分动态显示和静态显示： 毕业论文 选取日期选取日期 24 （1）静态显示方式：led 的静态显示是指当数码管显示某一字符时， 相应段的发光二极管处于恒定的导通或截止状态，直到需要显示另 一字符为止。 （2）led 动态显示就是利用单片机依次输出每一位数码管的段选码 和对应于该位数码管的位选控制信号，一位一位轮流点亮各七段数 码管。对每位数码管来说，每隔一段时间点亮一次，如此循环。利 用人眼的“视觉暂留”效应，只要每位显示间隔足够短就可以给人 以同时显示的感觉。在动态显示方式中，同一时刻，只有一位 led 数码管在显示，其他

30、各位是关闭的。在段选码和位选码每送出一次 后，应保持 1ms 左右，这个时间应根据实际情况而定。不能太小， 因而发光二极管从导通到发光有一定的延时，导通时间太小，发光 太弱人眼无法看清。但也不能太大，因为毕竟要受限于临界闪烁频 率，而且此时间越长，占用 cpu 时间也越多。 采用动态显示方式比较节省 i/o 接口，硬件电路也较静态显示 毕业论文 选取日期选取日期 25 方式简单，但其亮度不如静态显示方式，而且在显示位数较多时， cpu 要依次扫描，占用 cpu 较多的时间。 通过静态显示方式和动态显示方式的比较，我们会选择一种比 较适用的显示方式，所以根据我们的设计要求我们需要显示六位数 码管

31、。因此在实际应用中常采用动态显示方式。 用 at89c51 单片机构建七段数码管动态显示系统时，6 位数码 管均采用共阴极 led，p0 接口作为段选码输出口，8 路驱动采用 74ls244 总线驱动器作为字形驱动芯片，经过 8 路驱动电路后接至 数码管的各段，字形驱动输出 0 时发光。p2 接口作为位选码输出口， 6 路驱动采用 74ls07（oc 门驱动器） ，当 c 接口线输出 1 时，选通 相应位的数码管工作。如图 5-7 所示。 5.55.5 电源电路设计电源电路设计 毕业论文 选取日期选取日期 26 第六章第六章 测试方法及结果测试方法及结果 6.16.1 测试方法测试方法 采用先

32、分别调试各单元模块，调通后再进行整机调试的方法，以 提高调试效率。 时钟测试 在带有单片机的电路板上编程调试，使其在液晶上显 示出时分，并可以通过键盘控制设定时间和闹铃开关的时间。利用 仿真机调试成功后通过编程器将程序写入芯片中调试，调试结果显 示，该模块可以显示时和分，可以正常工作。 毕业论文 选取日期选取日期 27 6.26.2 测试结果测试结果 6.2.16.2.1 基本要求基本要求 1.显示范围：时、分、秒正常显示，显示格式：时间按时分秒 排列，例如：08 点 25 分 52 秒显示为 08.25.52。 2.通过 3 个按键进行调整，调整范围：时、分。按键 p2.1 按一 次表示待调

33、整，按键 p2.2 每按一次按键调整值加一。按键 p2.3 每 按一次按键值减一。即可进行时间设定，在新的时间点上运行，实 现时间设置功能。 6.36.3 工艺设计工艺设计 包括机箱、面板、配线、接插件等，这也是一个初次进行系统 设计人员容易疏忽但又十分重要的问题。在设计时要充分考虑到安 装、调试、维修的方便。 毕业论文 选取日期选取日期 28 第七章第七章 系统软件设计思路系统软件设计思路 7.17.1 系统定义系统定义 系统定义是指在软件设计前，首先要进一步明确设计软件所要 完成的任务，然后结合硬件结构，而确定软件承担的任务细节。其 软件定义内容有： （1）确定各输入/输出的功能，信号的类

34、别，电平范围，与系统接 口方式，占用口地址，读取的输入方式等。 （2）定义分配存储器空间，包括系统主程序，常数表格，功能子程 序块的划分，入口地址等。 （3）若有断电保护措施，应定义数据暂存区标志单元等。 （4）面板开关，按键等控制输入量的定义与软件编制密切有关，系 统运行过程的显示，运算结果的显示，正常运行和出错显示等也是 由软件完成的。所以事先要给予以定义。 毕业论文 选取日期选取日期 29 7.27.2 设计细节设计细节 （1）根据软件功能要求，将系统软件分成若干个相对独立的部分。 根据它们之间的联系和时间上的关系，设计出合理的软件总体结构， 使其清晰、简捷、流程合理。 （2）培养结构化

35、程序设计风格，各功能程序实行模块化、子程序化。 既便于调试、链接，又便于移植、修改。 （3）建立正确的数学模型。即根据功能要求，描述出各个输入和输 出变量之间的数学关系，它是关系到系统性能好坏的重要因素。 （4）为提高软件设计的总体效率，以简明、直观的方法对任务进行 描述，在编写应用软件之前，应绘制出程序流程图。这不仅是程序 设计的一个重要组成部分，而且是决定成败的关键部分。从某种意 义上讲，多花一份时间来设计程序流程图，就可以节约几倍源程序 编辑调试时间。 （5）注意在程序的有关位置处写上功能注释，提高程序的可读性。 毕业论文 选取日期选取日期 30 （6）加强软件抗干扰设计，它是提高计算机

36、应用系统可靠性的有力 措施。 7.37.3 软件结构设计软件结构设计 合理的软件结构是设计出一个性能优良的单片机应用于系统软 件的基础，必须充分重视。依据系统的定义，把整个工作分解为若 干相对独立的操作，再考虑各操作之间的相互联系及时间关系而设 计出一个合理的软件结构。 对于简单的课题设计，可采用顺序结构设计方法，其系统软件 由主程序和若干个中断服务程序构成。明确主次序和中断服务程序 完成的操作及指定各中断的优先级。 对于复杂的课题设计，可采用实时多任务操作系统，此操作系 统应具备任务调度，实时控制，实时时钟，输入输出和中断控制， 系统调用，多个任务并行运行等功能。以提高系统的实时性和并行 性

37、。 毕业论文 选取日期选取日期 31 在程序设计方法上，模块程序设计是单片机应用中常用的程序设计 方法。这种模块化程序便于设计和调试，容易完成可供多个程序共 享的优点，但各个模块之间的连接有一定的难度。根据需要也可以 采用自上而下的程序设计方法，此方法先从主程序开始设计，然后 再编制个从属的程序和子程序。这种方法比较符合人伞兵日常思维。 缺点是上一级的程序错误会对整个程序产生影响。 软件结构设计和程序设计方法确定后，根据系统功能定义，可 先画出程序粗框图，再对粗框图进行扩充和具体化，即对存储器， 寄存器，标志位等工作单元作具体的分配和说明。再绘制出详细 的 流程图（细框图） 。 程序流程图设计

38、出以后，便可着手编写程序，单片机应用程序 一般采用汇编语言较好，编写完成后可以手工或通过主处理器连机 用开发系统上的交叉汇编程序汇编成目标码程序，再经过调试正常 运行后，固化到 eprom 中去，完成了整个应用系统的设计。 毕业论文 选取日期选取日期 32 7.47.4 程序设计的基本方法程序设计的基本方法 当给定一个题目，进行程序设计时，一般应按以下几个步骤进 行：分析题目，确定算法，程序结构的设计，编写源程序，汇编和 调试。 7.4.17.4.1 分析题目分析题目 分析题目就是明确题目的任务，弄清所给顶的原始数据和应得 到的结果，以及运算精度和速度的要求等。分析题目是整个程序设 计的重点。

39、若任务比较简单，其原始数据和目的要求等比较清楚， 就容易确定设计方法。而对于比较复杂的课题，必须作全面深入的 分析，才能为以后的工作打下基础。 7.4.27.4.2 确定方法确定方法 确定方法就是选择解决问题的方法。例如，对于单纯的数值计 算问题，汇编语言指令本身只能进行加、减、乘、除.等基本运算， 但是实际问题可能是计算某个函数之后才解方程。在这种情况下， 毕业论文 选取日期选取日期 33 确定算法就是设法用基本运算方法来解决其它的复杂问题。往往算 法不是唯一的。不同的方法在占用存储单元数，计算精度，编程工 作量等方面是有差别的，这就需要进行比较和选择。 7.4.37.4.3 程序结构的设计

40、程序结构的设计 程序结构的设计是算法转化为程序的准备阶段。如果算法比较 简单，这一不可以省掉，直接按算法编写程序。如果比较复杂，同 需要进行程序结构的设计。程序结构的设计一般采用流程图法。流 程图是有规定的图形符号配合文字说明来表示算法或处理总是的步 骤。客观存在具有直观.易懂的特点，是程序结构设计的有力工具。 7.4.47.4.4 流程图的绘制流程图的绘制 有一个由粗到细的过程，需要反复修改，求得完善。程序的基 本结构是有顺序结构，分支结构和子程序结构等四类。当程序较大 时，应根据功能将整个程序分类若干模块。 毕业论文 选取日期选取日期 34 7.4.57.4.5 编写源程序编写源程序 程序

41、结构设计完成之后，下一步是编写程序。在编程之前要规 划好寄存器和存储器的使用。对于程序区，表格，数据缓冲区，档 志单元等作好系统安排。编程根据程序流程图来进行，所编写的源 程序要力求简单明了，层次清晰，运行时间短，占用存储空间小。 7.4.67.4.6 汇编和调试汇编和调试 对于编好的程序，要进行汇编和调试。汇编是将源程序变为可 执行的目的程序。在汇编过程中，可能发现源程序的某些错误，需 作修改。汇编完成后还要通过调试来检查所 编程序是否正常运行。调试方法一般是输入给定的数据，使程序运 行，检查程序运行结果是否正确。调试工作可以先部分（或模块） 而后总体。在调试过程中一般总会发生不正常情况，而

42、要反复修改 程序，直到获得正确的结果为止。 毕业论文 选取日期选取日期 35 第八章第八章 硬件调试硬件调试 8.18.1 硬件调试方法硬件调试方法 电子时钟的硬件和软件调试是分不开的，许多硬件故障是在软 件设计时才发现的。但通常是应先排除系统中明显的硬件故障后才 和软件结合起来调试。 8.1.18.1.1 常见的硬件故障常见的硬件故障 （1 1）常见的错误：）常见的错误：样机硬件的逻辑错误是由于设计错误或加工 过程中的工艺性错误所造成的。这类错误包括错线.开路.短路.相位 错等。 （2 2）器件失效：）器件失效：有两方面的原因，一是器件本身已损坏或性能 不符合要求；二是由于组装错误造成元器件

43、失效，如电解电容.二极 管的极性错误，集成块安装方向错误等。 （3 3）可靠性差：）可靠性差：引起可靠性差的原因很多，如金属化孔与接插 件接触不良会造成系统时好时坏，经不起振动；内部和外部的干扰. 毕业论文 选取日期选取日期 36 电源纹波系数大.器件负载过大等造成逻辑电平不稳定；走线和布局 不合理等也会引起系统可靠差。 （4 4）电源故障：）电源故障：若样机存在电源故障，系统加电后将造成器件 损坏。电源故障包括：电压值不符合设计要求电源引线和插座不对. 功率不足.负载能力差等。 8.1.28.1.2 调试方法调试方法 （1 1）脱机调试：）脱机调试：在样机加电之前，先用万用表等工具，根据硬件

44、电 气原理图和装配图仔细检查站样机线路的正确性，并核对元器件的 型号.规格和安装是否符合要求。应特别注意电源的下走线，防止电 源之间的适中和极性错误，并重点检查扩展系统总线是否存在相互 间的适中或与其他信号线的短路。对于样机所用电源事先必须单独 调试，调试好后，检查其电压值.负载能力.极性等均符合要求，才 能加到系统的各个部件上。在不插片子的情况下，加电检查各插件 上引脚的电位，仔细测量各点电位是否正常，尤其应注意单片机插 毕业论文 选取日期选取日期 37 座上各点电位是否正常，若有高压，联机时将会损坏开发机。 （2 2）联机调试：）联机调试：通过脱机调试可排除一些明显的硬件故障。有些故 障还

45、是要通过联机调试才能发现和排除。 联机前先断电，将单片机开发系统的仿真头插到样机的单片机 插座上，检查一下开发机与样机之间的电源.接地是否良好。一切正 常，即可打开电源。通电后执行开发机的读写指令，对用户样机的 存储器 i/o 端口进行读写操作逻辑检查，若有故障，可用示波器观 察有关波形（如选中的译码器输出波形.主导写控制信号.地址数据 波形以及有关控制电平） 。通过对波形的观察分析，寻找故障原因， 并进一步排除故障。可能的故障有：线路连接上有逻辑错误.有短路 和断路现象.集成电路失效等。在用户系统的样机（主机部分）调试 好后，可以插上用户系统的其他外围部件如.键盘.显示器输出驱动 板、a/d

46、、d/a 板等。 再对这些板进行初步的调试。在调试过程中 若发现用户系统工作不稳定，可能有下列情况：电源系统供电电流 毕业论文 选取日期选取日期 38 不足，联机时公共地线接触不良；拥护系统主板负载过大；用户的 各级电源滤波不完善等。对这些问题一定要认真查处原因，加以排 除。 第九章第九章 软件调试软件调试 9.19.1 软件调试方法软件调试方法 软件调试与所选用的软件结构和程序设计技术有关。如果采用 模块程序设计技术，则逐个模块分别调试。调试各子程序暗无天日 定要符合现场环境，即入口条件和出口条件。调试的手段可采用单 步运行或段点运行方式，通过检查用户系统 cpu 的现场、ram 的内 容和

47、 i/o 口的状态，检查程序执行结果是否符合设计要求。通过检 测可以发现程序中的死循环错误、机器码错误及转移地址的错误， 同时也可以发现用户系统中的硬件故障、软件算法及硬件设计故障。 在调试过程中不断调整用户系统的软件和硬件，逐步通过一个一个 程序模块。 毕业论文 选取日期选取日期 39 各模块通过以后，可以把有关的功能模块联合起来一起进行综 合调试。在这个阶段若发生故障，可以考虑各子程序在运行时是破 坏现场，缓冲单元是否发生冲突，标志位的建立和清除上设计上有 没有失误，堆栈区有没有溢出。输入设备的状态是否正常等等。若 用户系统是在开发机的监控程序下运行时，还要考虑用户缓冲单元 是否和监控程序

48、的工作单元发生冲突。 经单步和断点运行调试后，还应进行连续调试，这是因为单步运 行只能验证程序的正确与否，而不能确定定时的精度、cpu 的实时 响应等问题。待全部调试完成后应反复运行多次，除了观察稳定性 之外，还要观察用户系统的操作是否符合原始设计要求、安排的用 户操作是否合理等，必要时再作适当的修正。 如果采用实时多任务操作系统，一般是逐个任务进行调试，调试 方法与上相似只是实时多任务操作系统的应用程序是由若干个任务 程序组成，一般是逐个进行调试，在调试某一个任务时，同时也调 毕业论文 选取日期选取日期 40 试相关的子程序、中断服务程序和一些操作系统的程序。调试完后， 再使各任务同时运行，

49、如果操作系统无错误，一般情况下系统就能 正常运行。 软件和硬件联调完成后，反复运行正常则可将用户系统固化到 eprom 中，插入用户样机后，用户系统即能脱机工作，至此系统研 制完成。 结结 论论 本系统以 at89s51 为核心部件，利用软件编程，通过键盘控制 和 led 显示实现了时钟功能，能实现题目的基本要求。尽量做到硬 件电路简单稳定，减小电磁干扰和其他环境干扰，充分发挥软件 编程的优点，减小因元器件精度不够引起的误差。由于时间有限和 本身知识水平的发挥，我们认为本系统还有需要改进和提高的地方， 例如选用更高精度的元器件，硬件电路更加精确稳定，软件测量算 法进一步的改进与完善等。 毕业论

50、文 选取日期选取日期 41 此次毕业设计中，我们组做的是一个可在线调整的单片机电子 打铃，从毕业设计任务下达到设计任务的完成，整个过程经历了确 定设计目标、拟订设计项目、执行设计任务、完成设计任务四个步 骤。在这四个步骤中，执行设计任务是最艰辛的，但同时也是我们 组团队精神得到最大发挥的时候，是我们组最具有成就感的阶段。 在执行设计任务的过程中，零件的选购、实物的焊接以及到后 来论文的完成都不是最难的，最难的是硬件的调试，因为理论与实 践总是存在着差距，想出来的东西没有经过实践的检验是不可靠的， 任何一个小小的疏忽大意都能导致失败。比如说，因为 p0 口与其它 口的区别，要在 at89s51

51、单片机的 p0 口上驱动 led 的显示必须加上 上拉电阻（资料书上只简单地用一句话来描述） ，但是我们在拟订设 计项目的过程中忽略了这一点，以至在调试的过程中没有达到原定 的计划，即无法驱动 led 发光。在查阅了大量的资料书并对实物进 行详细的检查分析后，我们组终于发现问题地所在并及时地解决了 毕业论文 选取日期选取日期 42 问题，之后再一次对硬件进行调试，这次终于成功了。这只是一个 例子，在设计的过程中遇到的问题远远不止这一个。从这一方面来 说，我认识到要做成一件事是很难的，期中必定有很多的阻碍，但 是我们一定要慢慢来，一点一点地找出问题，再一点一点地解决它， 这样的话，到达成功的彼岸

52、也就仅仅是时间的问题了。我想，通过 这次设计，特别是通过对硬件的制作而不单单是对原理的论述，我 学到的不仅仅是电子方面的知识，更重要的是，我学到了作为一名 电子设计者所必需的心理素质，那就是决心加上耐心！ 当然，在制作的过程中我也强烈地感受到团队的力量，没有团队地 共同努力是不可能完成设计任务地。除此之外，没有老师的关心与 帮助也是很难达到设计要求的，在此再次向三位指导老师：高学英 老师表示感谢！ 经过本次毕业课题设计，在为不经意中我已掌握了不少关于单 片机的实用知识。我深感自豪、充实、略有些成就感。同时也使我 毕业论文 选取日期选取日期 43 的能力进一步提高。为我毕业后能更好的适应社会工作

53、打下一定的 基础。为此，我忠心的感谢各级领导及指导老师的大力支持。 经过这几周电子时钟课题的设计，我从中学到了很多东西。如： 如何设计硬件电路，如何编写、调试软件程序等。这使我受益非浅， 感受很深。这不仅使我重温了单片机的基本结构及工作原理，接口 技术，而且进一步熟悉了如何使用单片机汇编语言编写程序和调用 程序的方法与技巧。能够熟练地对小键盘进行操作，对单片机常用 的几种芯片也有了更深一步的了解，而且学会了如何利用计算机进 行程序汇编和写入程序存储进行调试，使我对整个制作流程有了深 刻的了解和体会。特别是认识到使用单片机进行软件、硬件的开发 过程中应注意设计要求、经过及解决一些客观存在问题的重要性及 其意义。在电子打铃课题的设计制作过程使我们对单片机的设计、 开发产生了更加深厚的兴趣，但是也遇到了很多问题和挫折，然而 经过自己不断的探索和请教学习后，还是将它们一一解决，并得到 毕业论文 选取日期选取日期 44 了很多很深刻的教训和许多宝贵经验，找出自身整个设计过程中所 存在的问题，并认识到自己在以后应该怎样去克服它们。在整个设 计过程中我的动手能力与解决问题的能力也进一步提高。 虽本次设计中我走了不少的弯路，吃了不少的苦头。但是，我 从中得到了更多。使我对单片机的开