单片机数字时钟设计报告书

1、存档资料 成绩： 华东交通大学理工学院课 程 设 计 报 告 书所属课程名称 单片机原理及应用 题 目 单片机数字时钟 分 院 电 信 分 院 专业班级 学生姓名 学生学号 指导教师 2013年6月1日 序号项 目等级优秀良好中等及格不及格1课程设计态度评价2出勤情况评价3任务难度评价4工作量饱满评价5任务难度评价6设计中创新性评价7论文书写规范化评价8综合应用能力评价综合评定等级课程设计（论文）评阅意见评阅人 陈芳 职称 首席教授 2013年6月6日 目录第一章 课程设计内容及要求41.1设计内容及要求4第二章 硬件电路设计52.1单片机数字时钟proteus原理图52.2 at89c205

2、1芯片52.2.1 at89c2051芯片介绍引脚功能介绍62.3 系统时钟电路的设计72.3.1 晶振的作用与原理82.3.2晶振与芯片实现时钟功能原理92.4 系统复位电路的设计92.4.1 复位电路与芯片实现复位功能原理102.5 数字钟的显示电路设计102.5.1数码管的内部结构112.5.2 pnp型三极管的结构及工作原理11第三章 软件设计133.1keil工程的建立133.2数字电子钟的程序流程图：193.3数字电子钟程序：21第四章 系统调试32第五章 课程设计心得34第六章 参考文献35第七章 致谢36第一章 课程设计内容及要求1.1设计内容及要求设计内容：利用定时器设计一个

3、数字时钟，并设置一个启动键，当按下该键时，数字时钟从当前设定值开始走时，按秒刷新，要求在led屏上显示。设计要求：要求学生掌握单片机i/o口和中断等资源的使用；要求学生用所提供的元件来完成对数字时钟的硬件设计；要求学生用所学语言（汇编语言或c语言）来完成数字时钟的软件设计；要求学生掌握电路调试的方法，培养解决实际问题的能力。第二章 硬件电路设计2.1单片机数字时钟proteus原理图 图2.1数字时钟proteus原理图2.2 at89c2051芯片 图2.2 at89c2051封装形式 2.2.1 at89c2051芯片介绍引脚功能介绍1、vcc：电源电压。2、gnd：地。3、p1口：p1口

4、是一个8位双向i/o口。口引脚p1.2p1.7提供内部上拉电阻，p1.0和p1.1要求外部上拉电阻。p1.0和p1.1还分别作为片内精密模拟比较器的同相输入(ani0)和反相输入(ain1)。p1口输出缓冲器可吸收20ma电流并能直接驱动led显示。当p1口引脚写入“1”时，其可用作输入端，当引脚p1.2p1.7用作输入并被外部拉低时，它们将因内部的写入“1”时，其可用作输入端。当引脚p1.2p1.7用作输入并被外部拉低时，它们将因内部的上拉电阻而流出电流。4、p3口：p3口的p3.0p3.5、p3.7是带有内部上拉电阻 的七个双向i/o口引脚。p3.6用于固定输入片内比较器的输出信号并且它作

5、为一通用i/o引脚而不可访问。p3口缓冲器可吸收20ma电流。当p3口写入“1”时，它们被内部上拉电阻拉高并可用作输入端。用作输入时，被外部拉低的p3口脚将用上拉电阻而流出电流。p3口还用于实现at89c2051的各种第二功能，如下表所列：引脚口功 能p3.0rxd串行输入端口p3.1txd串行输出端口p3.2int0外中断0p3.3int1外中断1p3.4t0定时器0外部输入p3.5t1定时器1外部输入p3口还接收一些用于闪速存储器编程和程序校验的控制信号。5、rst：复位输入。rst一旦变成高电平所有的i/o引脚就复位到“1”。当振荡器正在运行时，持续给出rst引脚两个机器周期的高电平便可

6、完成复位。每一个机器周期需12个振荡器或时钟周期。6、xtal1：作为振荡器反相器的输入和内部时钟发生器的输入。7、xtal2：作为振荡器反相放大器的输出。2.3 系统时钟电路的设计 x1，c1，c2组成震荡电路，和内部的振荡电路共同构成单片机的工作基准-时钟电路。它含有单片机数字电路系统的工作基准，为数字电路提供稳定的时钟信号。x1为晶体，它的标称频率越高，数字电路系统的工作频率也就越高。本课设的系统时钟电路如下图所示： 图2.3 系统时钟电路2.3.1 晶振的作用与原理 晶振是石英振荡器的简称，英文名为crystal，它是时钟电路中最重要的部件，它的主要作用是向显卡、网卡、主板等配件的各部

7、分提供基准频率，它就像个标尺，工作频率不稳定会造成相关设备工作频率不稳定，自然容易出现问题。晶振还有个作用是在电路产生震荡电流,发出时钟信号. 晶振用一种能把电能和机械能相互转化的晶体在共振的状态下工作，以提供稳定，精确的单频振荡 ，晶振的作用是为系统提供基本的时钟信号。通常一个系统共用一个晶振，便于各部分保持同步。晶振，在电气上它可以等效成一个电容和一个电阻并联再串联一个电容的二端网 络， 晶振等效为一个电感，所以只要晶 振的两端并联上合适的电容它就会组成并联谐振电路 ，晶振有一个重要的参数，那就是负载电容值，选择与负载电容值相等的并联电容，就可以得到晶振标称的谐振频率。 一般的晶振振荡电路

8、都是在一个反相放大器（注意是放大器不是反相器）的两端接入晶振，再有两个电容分别接到晶振的两端，每个电容的另一端再接到地，这两个电容串联的容量值就应该等于负载电容，请注意一般ic的引脚都有等效输入电容，这个不能忽略。一般的晶振的负载电容为15p或12.5p ，如果再考虑元件引脚的等效输入电容，则两个22p的电容构成晶振的振荡电路就是比较好的选择。2.3.2晶振与芯片实现时钟功能原理 使用at98c2051芯片内部时钟时，xtal1，xtal2这两个引脚上外接石英晶体和微调电容，当使用外部时钟时，用于接外部时钟脉冲信号，本课设由给出的元器件c1，c2，x1我们使用芯片内部时钟。 内部时钟方式：利用

9、其内部的振荡电路在xtal1和xtal2引线上外接定时元件，内部振荡电路便产生自激振荡，用示波器可以观察到xtal2输出的时钟信号。最常用的是在xtal1和xtal2之间连接晶体振荡器与电容构成稳定的自激震荡器，如图3-1所示。 晶体可在1.212mhz之间选择。mcs-51单片机在通常应用情况下，使用振荡频率为6mhz的石英晶体，而12hz频率的晶体主要是在高速串行通信情况下才使用。c1和c2可在20100pf之间取值，一般取30pf左右。2.4 系统复位电路的设计 电路中c4，r1，复位ret组成复位电路，该电路采用的是上电复位，即整个系统从开始工作。复位电路有很多种，分别可由不同的原件组

10、成，可靠性也各有不同，本课设采用简单的上电复位。如下图所示： 图2.4 系统复位电路 2.4.1 复位电路与芯片实现复位功能原理 mcs-51单片机的复位是靠外部电路实现的，外部电路由复位开关，极性电容和电阻组成，接芯片rst引脚。rst为复位信号输入端。mcs-51单片机工作后，只要在它的rst引线保持两个机器周期单片机就能够实现有效地复位。2.5 数字钟的显示电路设计 驱动数码管采用动态显示。动态驱动是将所有的数码管的8个显示笔画“a,b,c,d,e,f,g”同名端连在一起，另外每个数码管中的公共极com增加位选通控制电路，位选通由各自独立的i/o线控制，通过分别轮流控制各个数码管的com

11、端，就使每个数码管轮流受控制显示。 r1-r7是p1口的上拉电阻，p端口必须外接上拉电阻才能正常输出“0”，“1”电平，保证p1端口所接的led数码管能够正常显示数字和软件相配合来驱动数码管显示时，分，秒。 2.5.1数码管的内部结构 图2.5.1 数码管内部结构及引脚图 led数码管是由发光二极管构成的,亦称半导体数码管.将条状发光二极管按照共阴极(负极)或共阳极(正极)的方法连接,组成8字,再把发光二极管另一电极作笔段电极,就构成了led数码管.若按规定使某些笔段上的发光二极管就能显示从09的系列数字。 这次课设的数码管是共阳极，接芯片的p1口，则p1口接低电平该段亮2.5.2 pnp型三

12、极管的结构及工作原理 图2.5.2 pnp三极管符号图 pnp型三极管和npn型三极管在结构特点和工作原理方面基本上是相同的。只是由于它的三个区掺杂情况与npn管不同,所以在外加电压、电流方向等方面存在着差别。因为pnp型锗三极管较多,所以这里以锗管为例介绍pnp型三极管的特点。pnp三极管的内部结构和外加电压为了保证三极管工作在放大状态,要求发射结正向偏置,集电结反向偏置。第三章 软件设计3.1keil工程的建立进入keil后，屏幕如图所示3.1.1，紧接着出现编辑界面，如图3.1.2所示。 图3.1.1进入keil后，屏幕 图3.1.2编辑界面 建立一个新工程，单击project菜单中的n

13、ew project选项，如图3.1.3所示 图3.1.3选择保存路径，例如 danpianji，然后单击保存按钮。如图3.1.4所示 图3.1.4 这时会弹出这样对话框，如图3.1.5所示。我们现在atmel的at89c2051，然后单击确定按钮。 图3.1.5完成上个步骤后，窗口界面如图3.1.6所示。 图3.1.6 到此为止，我们还没有建立好一个完整的工程，虽然工程名有了，但工程当中还没有任何文件及代码，接下来我们添加文件及代码如图3.1.7所示，单击file菜单中的new菜单项，然后单击保存 图3.1.7 回到编辑界面，单击taarget前面的+号，然后在source group1选项

14、中单击右键，然后选择add file to group source group1菜单项。单击add按钮，再单击close按钮，就完成了工程的建立，如图3.1.8所示 图3.1.83.2数字电子钟的程序流程图： 本课设中采用定时器t0中断完成，其余状态调用显示子程序，当芯片烧入程序，转入调试功能程序。其主程序执行流程图如图3.2.1所示；子程序流程图如图3.2.2所示；显示子程序流程图如图3.2.3所示。 开始t0中断 保护现场 显示单元清零1秒到？设置外部中断为定时器0方式1模式，装入初值，中断为50ms 阿ny秒单位加1 允许t0中断=60s? 调用显示子程序ny秒单位清零，分加1图3.2

15、.1主程序流程图=60分？ n分清零，时加1y=24时？n 时单元清零y 恢复现场，中断返回 图3.2.2中断服务程序 子程序开始 选通第1,2,3,4,5,6第一个数码管显示第1,2,3,4,5,6个数码管的值调用延时子程序，延时5ms 图3.2.3显示子程序3.3数字电子钟程序：;中断入口程序;org0000hljmpstartorg0003hretiorg000bhljmpintt0org0013hretiorg001bhljmpintt1org0023hreti;主程序start:movr0,#70hmovr7,#0bhcleardisp:movr0,#00hincr0djnzr7,c

16、leardispmov20h,#00hmov7ah,#0ahmovtmod,#11hmovtl0,#0b0hmovth0,#3chmovtl1,#0b0hmovth1,#3chsetbeasetbet0setbtr0movr4,#14hstart1:lcalldisplayjnbp3.7,setmm1sjmpstart1setmm1:ljmpsetmm;1s计时程序;t0 中断服务程序intt0:pushaccpushpswclret0clrtr0mova,#0b7hadda,tl0movtl0,amova,#3chaddca,th0movth0,asetbtr0djnzr4,outt0add

17、ss:movr4,#14hmovr0,#71hacalladd1mova,r3clrccjnea,#60h,addmmaddmm:jcoutt0acallclr0movr0,#77hacalladd1mova,r3clrccjnea,#60h,addhhaddhh:jcoutt0acallclr0movr0,#79hacalladd1mova,r3clrccjnea,#24h,hourhour:jcoutt0acallclr0outt0:mov72h,76hmov73h,77hmov74h,78hmov75h,79hpoppswpopaccsetbet0reti;闪动调时程序intt1:pus

18、haccpushpswmovtl1,#0b0hmovth1,#3chdjnzr2,intt1outmovr2,#06hcpl02hjb02h,flash1mov72h,76hmov73h,77hmov74h,78hmov75h,79hintt1out:poppswpopaccretiflash1:jb01h,flash2mov72h,7ahmov73h,7ahmov74h,78hmov75h,79hajmpintt1outflash2:mov72h,76hmov73h,77hmov74h,7ahmov75h,7ahajmpintt1out;加1子程序add1:mova,r0decr0swapa

19、orla,r0adda,#01hdaamovr3,aanla,#0fhmovr0,amova,r3incr0swapaanla,#0fhmovr0,aret;清零程序;对计时单元复零用clr0:clramovr0,adecr0movr0,aret;时钟调整程序setmm:clret0clrtr0lcalldl1sjbp3.7,closedismovr2,#06hsetbet1setbtr1set2:jnbp3.7,set1setb00hset4:jbp3.7,sethhmovr0,#77hlcalladd1mova,r3clrccjnea,#60h,hhhhhh:jcset4lcallclr0

20、clrcajmpset4closedis:setbet0setbtr0close:jbp3.7,closelcalldisplayjbp3.7,closewaith:jnbp3.7,waithljmpstart1sethh:clr00hsethh1:jnbp3.7,set5setb01hset6:jbp3.7,set7lcalldl05sjnbp3.7,setoutmovr0,#79hlcalladd1mova,r3clrccjnea,#24h,houuhouu:jcset6lcallclr0ajmpset6setout:jnbp3.7,setout1lcalldisplayjnbp3.7,s

21、etoutclr01hclr00hclr02hclrtr1clret1setbtr0setbet0ljmpstart1set1:lcalldisplayajmpset2set3:lcalldisplayajmpset4set5:lcalldisplayajmpsethh1set7:lcalldisplayajmpset6setout1:lcalldisplayajmpsetout;显示程序;显示数据在70h75h单元内，用6位led（共阳）数码管显示，p1口输出数码管数据，p3口作;扫描控制，每个led数码管亮1ms再逐位循环display:movr1,#70hmovr5,#0fehplay:

22、mova,r5movp3,amova,r1movdptr,#tabmovca,a+dptrmovp1,alcalldl1msincr1mova,r5jnbacc.5,endoutrlamovr5,aajmpplayendout:setbp3.5movp1,#0ffhrettab:db0c0h,0f9h,0a4h,0b0h,99h,92h,82h,0f8h,80h,90h,0ffh;延时程序;1ms延时程序，led显示程序用dl1ms:movr6,#14hdl1:movr7,#19hdl2:djnzr7,dl2djnzr6,dl1ret;20ms延时程序，采用调用显示子程序以改善led的显示闪烁

23、现象ds20ms:acalldisplayacalldisplayacalldisplayret;延时程序，通过按键时间的长短判断dl1s:lcalldl05slcalldl05sretdl05s:movr3,#20hdl05s1:lcalldisplaydjnzr3,dl05s1retend 第四章 系统调试 图4.1焊的板子的正反面 程序烧进仿真图可以实现功能，焊板子也是按照仿真图焊接，板子功能完全与proteus仿真一致，实现数字电子钟的计数功能。但是对于p3.7口连接的按键调时功能只能实现一部分，原因是编程的不完善，此方面还有很大提高。 第五章 课程设计心得 经过两三天的努力，在指导老师的帮助下，终于完成了该单片机数字时钟的课程设计，在此次的时钟的设计过程中，更进一步地熟悉了单片机