51单片机电子时钟课程设计试验报告

1、单片机原理与应用课程设计总结报告题目：单片机电子时钟的设计与实现设计人员：学 号：班 级：指导老师：日 期：目 录1. 题目与主要功能要求,22. 整体设计框图及整机概述,33. 各硕件单元电路的设计、参数分析及原理说明,34. 软件流程图和流程说明，,，45. 总结设计及调试的体会,10附 录1. 图一：系统电路原理图，,，112. 图二：系统电路PCB ,123. 表一：元器件清单,134. 时钟程序源码,14-i -题目：单片机电子时钟的设计与实现课程设计的目的和意义课程设计的目的与意义在于让我们将理论与实践相结合。培养我们综合运用电子课程中的理论知识解决实际性问题的能力。让我们对电子电

2、路、 电子元器件、印制电路板等方面的知识进一步加深认识，同时在软件编程、排错调试、焊接技术、相关仪器设备的使用技能等方面得到较全面的锻炼和提高，为今后能够独立完成某些单片机应用系统的开发和设计打下一个 坚实的基础。课程设计的基本任务利用89S51单片机最小系统，综合应用单片机定时器、中断、数码显示、键盘输入、蜂鸣报 警等知识，设计一款单片机和简单外设控制的电子时钟。主要功能要求最基本要求1）使用6位数码管，前两位显示小时（24小时制），中间两位显示分钟，后两位显示秒。时 钟每走1秒，秒数码管加1显示，60秒后分钟数码管加 1显示，60分钟后小时数码管加 1 显示。2）设计89S51单片机最小系

3、统3）掌握使用Protel99 绘制原理图和布板的过程、方法和技巧。4）掌握单片机开发软件（Keil C51或Wave）的使用和调试。5）编写并调试单片机定时及其中断程序，以实现电子时钟的功能。6）设计八段数码管显示电路并编写驱动程序，输入并调试拆字程序和数码显示程序。7）掌握硬件和软件联合调试的方法。8）完成系统硬件电路的设计和制作。9）完成系统程序的设计。10）完成整个系统的设计、调试和制作。11）完成课程设计报告。基本要求1）实现最基本要求的 110部分。2） 键盘输入可以控制电子时钟的走时/调试。3）设计键盘输入电路和程序并调试。4）掌握键盘和显示配合使用的方法和技巧。提高发挥部分1）

4、添加“闹时”功能，设计蜂鸣器闹铃电路和程序并调试。2）添加“整点闹时”功能。为走时准确性设计解决算法并编程实现。3）用液晶模块代替数码管显示，设计相应硬件电路和软件程序并调试。3）使用专用时钟芯片，设计硬件电路和软件程序实现年月日和星期显示。整体设计框图及整机概述整体设计框图整机概述1） 开机为走时模式，正常显示时间。在此模式下整点闹时，定点闹时有效。2） 共设置3个按键，分别为模式键、功能键 1、功能键2。按动模式键，模式将在走时 / 调时/日期显示及调整/闹钟显示及调整4个模式下切换。3） 走时模式下，按动功能键1/功能键2停止闹时。4） 调时模式下，功能键 1调整分钟数值，功能键 2调整

5、小时数值。5） 日期显示及调整模式下，功能键1调整日期数值，功能键 2调整月份数值。6） 闹钟显示及调整模式下，功能键1调整闹钟分钟数值，功能键 2调闹钟时钟数值。7） 由于按键设定原因：只有2个功能键，年份调整功能取消，闹钟开关默认为开。8） 年月日通过代码而不是外部芯片实现。初始值2010年12月24号。数码管显示101224。9） 由于开机时钟与闹钟都为00: 00: 00,闹钟默认开启。开机会报时1分钟。各硬件单元电路的设计、参数分析及原理说明电源电路元件有限没有制作电源电路部分。使用开发板或者实验箱上的5V电源进行供电。按键参考书本P232的键盘接口电路原理图， 采用4.7 KQ的电

6、阻防止输入口电流过大烧坏 89S51 芯片。按键释放时，P1 口通过4.7 KQ电阻与电源相连，得到一个高电平。按下按键时，P1口接地，得到一个低电平。通过内部代码将其转换为正逻辑。模式键接P1.0 口，功能键1接P1.1 口，功能键2接P1.2 口。单片机最小系统参考实验指导书与课本及网络资料设计按键电平复位。LED数码管首先P0 口作为段码输出。由于P0 口输出级无上拉电阻， 故需添加一排阻为其上拉电阻。其次采用共阳极数码管。段码端为低电平时导通LED,此时数码管向89S51芯片P0 口灌电流，为防止芯片烧坏，还需加 1个1 KQ的限流电阻。考虑到数码管的亮度问题，采用了PNP三极管做驱动

7、电路。基极接上1 KQ电阻后再与P2 口相连(P2.0P2.5 )进行位选。发射极接5V电源，集电极接数码管位选。蜂鸣器蜂鸣器接P3.7 口。由于使用的是有源蜂鸣器， 代码的编写简单化了。 只需对P3.7 口清零与 置位。P3.7 口先接上1 K Q电阻后再接PNP三极管的基极。发射极接 5V电源，集电极接蜂 鸣器正极，蜂鸣器负极则接地。软件流程图和流程说明软件流程图1)主程序流程图流程图说明等待定时器中断初始化：包括定时器赋 初值，初始化各内存单 元。开定时器中断，开 CPU中断，送段码表头 地址给DPTR-5 -2）显示子程序流程图3）按键扫描子程序-6 -4）模式查询子程序-8 -模式查

8、询子程序模式值送累加器AA值为0?走时模式设置A值为1?调时模式设置A值为2?日期显示及调整模式闹钟显示及调整模式日期显示及调整子程序与闹钟显示及调整子程序流程图与调时模式子程序大同小异。a）日期显示及调整子程序送给R3/R4/R5的数据为日/月/年，按功能键1日期加1,按功能键2月份加1。至于数值的合法性在程序里有具体的判断。b）闹钟显示及调整子程序送给R3/R4/R5的数据为闹钟开关值/闹钟分/闹钟时，按功能键 1闹钟分加1,按功能键2闹钟时加1。至于数值的合法性在程序里有具体的判断。-27 -5）闹钟查询子程序6）定时器中断子程序数值合法性在程序中处理与判断，流程图中不表现。总结设计及调

9、试体会硬件设计部分：首先要通过计算与参考资料等决定参数。而后通过仿真软件 等调试，确定参数无误后再开始用 Protel99 SE画原理图，进而生成PCB进行布 板。软件设计部分：设计软件首先要考虑要做的功能，确定出合理的算法。合理 的算法不仅要可以实现功能，而且在添加功能的时候要方便灵活。 有的人为了实 现某种功能用了各种各样的方法来实现， 结果程序结构吃死，当想要添加功能或 者修改其他功能的时候，将修改程序大部分结构，也就是说要破坏程序现有的结 构。关于调试：Keil软件调试单片机程序的时候，编译通过并不代表程序是正确 的。编译通过只能说明程序没有语法上的错误。进行软件仿真或者下载到开发板

10、上进行调试，经常会出现各种各样的错误。许多超出预期效果的现象往往是一些 微小错误引起的。例如没有现场保护跟恢复现场等，所以养成良好的编程习惯也 很重要。有些想达成某些功能而添加的语句， 实际上确一点效果也没有。举个编 程中的小问题：当有按键按下时，我们都要有软件防抖。正常的方法是调用一个 延时。在实际调试中，要跳过这个抖动，需要100MS左右。如果使用正常的延时，会导致按键按下时CPU100MS内无法进行其他操作，也就是说。平均1S内 100MS不调用显示子程序，这样就会导致亮度降低。这时候，考虑到显示子程 序一次有十几毫秒，就特别写了一个调用7次显示的子程序来作为按键防抖的延 时，实际上效果

11、也是很不错的。这个想法就是在修改了多次程序未达到想要的效 果（有按键按下时显示亮度不降低）后最终想出来的办法。最后在做完板，焊完电路后，在接通电源之前，要用万用表仔细检查电路是 否有连接错，以免烧坏芯片和数码管。五天以来的其他体会：态度要积极，不要认为很简单就不紧不慢。很多东西 并不是自己设想的那么顺利，有时候一个小问题可以花上你半天甚至一天的时 问。虽然自己在程序上并没遇到太大的问题， 但是因为态度不够积极，对于没画 过的PCB图迟迟不去下手，在周四晚上才解决。本以为周五一天可以做完板并完 成整机调试，可是各种突发事件让自己措手不及。 发现板来不及做完后才将程序 功能进行扩展。这是我在这次实

12、验中的一个教训，也让我明白了对于自己不能太 过于自信，态度决定一切。图一：系统电路原理图，亍辐用=IT十H十; MMb 3-M? Bia> 2*， nltJ.- WE3F7U MUMT 二 71、 SM 71， ? 史 2! ? 寻 a- JMEllb h？ J_4 npD3b图二：系统电路PCB表一：元器件清单器件名称编p1K电阻R121K电阻R81K电阻R71K电阻R91K电阻R101K电阻R111K电阻R131K电阻R181K电阻R171K电阻R201K电阻R191K电阻R61K电阻R151K电阻R161K电阻R144.7k电阻R34.7k电阻R44.7k电阻R210K电阻R511

13、.0592M 晶振Y122u电容C180C51单片机U3104电容C4104电容C84148二极管D1PNP三极管Q5PNP三极管Q6PNP三极管Q4PNP三极管Q2PNP三极管Q3PNP三极管Q7PNP三极管Q1排阻J1数码管J2数码管J3按键（小时）S3按键（分钟）S2按键（模式）S1电源插针J4按键（复位）S4蜂鸣器LS1时钟程序源码YEAR_H EQU 30H；年份的高位YEAR_L EQU 31H；年份的低位MONTH EQU 32H;月份DAY EQU 33H; 日期DAY_MAX EQU 34HHOUR EQU 35HMINUTE EQU 36HSECOND EQU 37HBOT

14、TON EQU 38H;每月最大大数;时钟;分钟;秒钟;键值FLAG EQU 39H 开关/BEEPH EQU 40HBEEPM EQU 41HENBEEP EQU 42HORG 0000HAJMP MAINORG 001BHAJMP SERVE;模式标记/0走时/1调时/2日期显示及调整/3闹钟调整及闹钟;闹钟时钟;闹钟分钟;闹钟开关MAIN: MOV TMOD,#10HMOV YEAR_H,#20HMOV YEAR_L,#10HMOV MONTH,#12HMOV DAY,#24HMOV R2,#14H;设为模式1;年高位赋初值20;年低位赋初值10;月份赋初值01;日期赋初值01;装入20

15、次中断CLR A;A清零MOV HOUR,A;小时清零MOV MINUTE,AMOV SECOND,AMOV FLAG,ACLR P3.7MOV ENBEEP,#01HMOV TH1,#4CHMOV TL1,#00HSETB ET1SETB EASETB TR1MOV DPTR,#TABDIS:LCALL DISPLAYLCALL KEYLCALL NEXTLCALL BEEPSJMP DISSERVE: PUSH PSWPUSH ACCMOV TH1,#4CHMOV TL1,#00H;重新赋计数初值DJNZ R2,BRIDGEAJMP BREAK1BRIDGE: LJMP RETURNBRE

16、AK1: MOV R2,#14HMOV A,#01H;分钟清零;秒钟清零;初始化模式;关蜂鸣器;闹钟默认开;赋初值;开中断;启动T1;送段码表头;重复调用显示子程序;扫描按键状态;查询当前模式;查询闹钟开关;保护现场;未满10次，返回;重置中断次数;秒加1ADD A,SECONDDA A;转为 BCDMOV SECOND,ACJNE A,#60H,BRIDGE ;未满 60 秒，返回MOV SECOND,#00H;秒清零MOV A,#01H;分加 1ADD A,MINUTEDA A;转为 BCDMOV MINUTE,ACJNE A,#60H,RETURN ;未满 60 分，返回MOV MINU

17、TE,#00H;分钟清零MOV A,#01H;时加 1ADD A,HOURDA A;转为 BCDMOV HOUR,ACJNE A,#24H,RETURN ;未满 24 小时，返回MOV HOUR,#00H;小时清零MOV A,MONTHDA A;转为 BCD;不是1月，转跳;不是3月，转跳;不是5月，转跳;不是7月，转跳;不是8月，转跳;不是10月，转跳CJNE A,#1H,JUDGE2AJMP SETDAT_MAX1JUDGE2: CJNE A,#3H,JUDGE3AJMP SETDAT_MAX1JUDGE3: CJNE A,#5H,JUDGE4AJMP SETDAT_MAX1JUDGE4:

18、 CJNE A,#7H,JUDGE5AJMP SETDAT_MAX1JUDGE5 :CJNE A,#8H,JUDGE6AJMP SETDAT_MAX1JUDGE6: CJNE A,#10H,JUDGE7AJMP SETDAT_MAX1JUDGE7: CJNE A,#12H,SETDAT_MAX2 ;不是 12 月，转跳 SETDAT_MAX1:MOV DAY_MAX,#32H;夭上限为 31AJMP CONTINUE;返回SETDAT_MAX2:CJNE A,#2H,SETDAT_MAX3 ;不是 2 月，转跳;2月，天上限28;天上限为30MOV DAY_MAX,#29HSETDAT_MAX

19、3:MOV DAY_MAX,#31HCONTINUE:MOV A,#01H;夭加 1ADD A,DAYDA A;转为 BCDMOV DAY,ACJNE A,DAY_MAX,RETURN ;未满夭数上限，返回MOV DAY,#01H;夭数置 1MOV A,#01H;月份加 1ADD A,MONTHDA A;转为 BCDMOV MONTH,ACJNE A,#13,RETURN;未满 12 月，返回MOV MONTH,#01H;月份置 1MOV A,#01H;年低位加1ADD A,YEAR_LDA A;转为 BCDMOV YEAR_L,ACJNE A,#99H,RETURN ;未满 99 年，返回M

20、OV YEAR_L,#00H;年低位清零MOV A,#99H;年高位加1ADD A,YEAR_HDA A;转为 BCDMOV YEAR_H,ACJNE A,#99H,RETURN ;未满 99 年，返回MOV YEAR_H,#00H;年高位清零RETURN: POP ACCPOP PSW;恢复现场RETI;中断返回;=显示子程序=DISPLAY:PUSH PSWPUSH ACCMOV A,R3ANL A,#0FHMOVC A,A+DPTRMOV P2,#0DFHMOV P0,ALCALL DELAYMOV A,R3SWAP AANL A,#0FHMOVC A,A+DPTRMOV P2,#0EF

21、HMOV P0,ALCALL DELAYMOV A,R4ANL A,#0FHMOVC A,A+DPTRMOV P2,#0F7HMOV P0,ALCALL DELAYMOV A,R4SWAP AANL A,#0FHMOVC A,A+DPTRMOV P2,#0FBHMOV P0,ALCALL DELAYMOV A,R5ANL A,#0FHMOVC A,A+DPTRMOV P2,#0FDHMOV P0,ALCALL DELAYMOV A,R5SWAP AANL A,#0FHMOVC A,A+DPTRMOV P2,#0FEHMOV P0,ALCALL DELAYPOP ACCPOP PSWRET;=*

22、 键扫描程序=KEY:MOV P1,#0FFHMOVA,P1CPLAANLA,#07HJNZKEY1RETKEY1: LCALL DADMOVA,P1CPLAANLA,#07HJNZKEY2RETKEY2: MOV BOTTON,AJB ACC.0,SETMODERETSETMODE:MOV A,FLAGINC AMOV FLAG,ACJNE A,#04H,NEXTMOV FLAG,#00HRET;=模式查询程序=NEXT: MOV A,FLAGCJNE A,#00H,SETTIMESETB TR1MOV R3,SECONDMOV R4,MINUTEMOV R5,HOURMOV A,BOTTO

23、NJB ACC.1,STOPJB ACC.2,STOPRET;=|闹钟开关 / 查询=BEEP: MOV A,FLAGCJNE A,#00H,STOPMOV A,ENBEEPCJNE A,#01H,STOPBEEPLAY:MOV A,HOURCJNE A,BEEPH,STOPMOV A,MINUTECJNE A,BEEPM,STOPCLR P3.7RETSTOP: SETB P3.7MOV BOTTON,#00HRET;=羽时程序=SETTIME:CLR TR1CJNE A,#01H,SETDATEMOV R3,SECONDMOV R4,MINUTEMOV R5,HOURMOV A,BOTTO

24、NJB ACC.1,MINJB ACC.2,HORRETMIN:MOV A,#01HADD A,MINUTEDA AMOV MINUTE,ACJNE A,#60H,BACKMOV MINUTE,#00HMOV BOTTON,#00HRETHOR:MOV A,#01HADD A,HOURDA AMOV HOUR,ACJNE A,#24H,BACKMOV HOUR,#00HMOV BOTTON,#00HRETBACK: MOV BOTTON,#00HRET;=日期显示及调整子程序=SETDATE:CJNE A,#02H,SETBEEPMOV R3,DAYMOV R4,MONTHMOV R5,YEA

25、R_LMOV A,BOTTONJB ACC.1,DAYSJB ACC.2,MORETDAYS: MOV A,MONTHDA A;转为 BCD;不是1月，转跳;不是3月，转跳;不是5月，转跳;不是7月，转跳;不是8月，转跳;不是10月，转跳CJNE A,#1H,JUDGEAAJMP SETDAT_MAXAJUDGEA:CJNE A,#3H,JUDGEBAJMP SETDAT_MAXAJUDGEB: CJNE A,#5H,JUDGECAJMP SETDAT_MAXAJUDGEC: CJNE A,#7H,JUDGEDAJMP SETDAT_MAXAJUDGED :CJNE A,#8H,JUDGEEAJMP SETDAT_MAXAJUDGEE: CJNE A,#10H,JUDGEFAJMP SETDAT_MAXAJUDGEF: CJNE A,#12H,SETDAT_MAXB ;不是 12 月，转跳SETDAT_MAXA:MOV DAY_MAX,#32H;夭上限为 31AJMP CONTINUE1;返回SETDAT_MAXB:CJNE A,#2H,SETDAT_MAXC