单片机课程设计论文_电子时钟设计[1]1资料

1、1 电子时钟 11.1 电子时钟简介 11.2 电子时钟的基本特点 11.3 电子时钟的原理 12单片机识的相关知识 12.1 单片机简介 22.2 单片机的发展史 22.3单片机的特点 32.4 89C51单片机介绍 33 控制系统的硬件设计 43.1 单片机型号的选择 53.2 数码管显示工作原理 53.3 键盘电路设计 63.4 整个电路原理图 74控制系统的软件设计 84.1程序设计 94.2程序流程图 104.3仿真图 104.4仿真结果分析 105 结束语 11参考文献 121电子时钟1.1电子时钟简介1957年,Ventura发明了世界上第一个电子表，从而奠定了电子时钟的基础，电

2、 子时钟开始迅速发展起来。现代的电子时钟是基于单片机的一种计时工具，采用延时程序产生一定的时间中断，用于一秒的定义，通过计数方式进行满六十秒分钟进一， 满六十分小时进一，满二十四小时小时清零。从而达到计时的功能，是人民日常生活 补课缺少的工具。1.2 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、秒显示时间的功能，还可以进 行时和分的校对，片选的灵活

3、性好。1.3 电子时钟的原理该电子时钟由89C51, BUTTON六段数码管等构成，采用晶振电路作为驱动电路， 由延时程序和循环程序产生的一秒定时，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。而电路中唯一的一个控制键却拥有多种不同的 功能，按下又松开，可以实现屏蔽数码管显示的功能，达到省电的目的；直接按下不 松开，则可以通过按键实现分钟的累加， 每按一次分钟加一；而连续两次按下按键不 放松，则可实现小时的调节，同样每按一次小时加一。2单片机识的相关知识2.1 单片机简介单片机全称为单片机微型计算机(Single Chip Microsoftcomputer)。从应用

4、领 域来看，单片机主要用来控制，所以又称为微控制器(MicrocontrollerUnit )或嵌入式控制器。单片机是将计算机的基本部件微型化并集成在一块芯片上的微型计算 机。2.2 单片机的发展史1 . 4位单片机1975年，美国德克萨斯仪器公司首次推出 4位单片机TMS-1000此后，各个计 算机公司竞相推出四位单片机。日本松下公司的MN140C系列，美国洛克威尔公司的PPS/1系列等。四位单片机的主要应用领域有：PC机的输入装置，电池充电器，运动 器材，带液晶显示的音/视频产品控制器，一般家用电器的控制及遥控器，电子玩具， 钟表，计算器，多功能电话等。2.8位单片机1972年，美国Int

5、el公司首先推出8位微处理器8008,并于1976年9月率先推 出MCS-48系列单片机。在这以后，8位单片机纷纷面市。例如，莫斯特克和仙童公 司合作生产的3870系列，摩托罗拉公司生产的6801系列等。随着集成电路工艺水平 的提高，一些高性能的8位单片机相继问世。例如，1978年摩托罗拉公司的MC6801 系列及齐洛格公司的Z8系列，1979年NEC公司的UPD78X系列。这类单片机的寻址 能力达64KB,片内ROM容量达4-8KB，片内除带有并行IO 口外，还有串行IO 口， 甚至还有AD转化器功能。8位单片机由于功能强，被广泛用于自动化装置、智能仪 器仪表、智能接口、过程控制、通信、家用

6、电器等各个领域。3.16位单片机1983年以后，集成电路的集成度可达几十万只管/片，各系列16位单片机纷纷 面市。这一阶段的代表产品有1983年In tel公司推出的MCS-96系列，1987年In tel 推出了 80C96美国国家半导体公司推出的 HPC16O40NEC公司推出的783XX系列等。 16位单片机主要用于工业控制，智能仪器仪表，便携式设备等场合。4.32位单片机随着高新技术只智能机器人，光盘驱动器，激光打印机，图像与数据实时处理， 复杂实时控制，网络服务器等领域的应用与发展，20世纪80年代末推出了 32位单片机，如Motorlora公司的MC683X系列，Intel的809

7、60系列，以及近年来流行的 ARMS列单片机。32位单片机是单片机的发展趋势，随着技术的发展及开发成本和产 品价格的下降，将会与8位单片机并驾齐驱。5.64位单片机近年来，64位单片机在引擎控制，智能机器人，磁盘控制，语音图像通信，算 法密集的实时控制场合已有应用，如英国Inmos公司的Transputer T800是高性能的64位单片机。2.3 单片机的特点1 .单片机的存储器ROM和RAM寸严格区分的。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

8、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。2.4 89C51单片机介绍VCC :电源。GND接地。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

9、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

10、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FLASHS程和校 验时接收高八位地址信号和控制信号。XTAL1P0.0/AD0P0.1/AD1P0.2/AD2XTAL2P0 3/AD3P0.4/AD4P0.5/AD5P0.6/AD6RSTP0 7/AD7P2.0/A8P2.1/A9P2.2/A10PSENP2.3/A11aleP2 4/A12

11、EAP2.5/A13P2.6/A14P2.7/A15P1.0P3.0/RXDP1.1P3.1/TXDP1.2P3.2/INT0P1 3P3 3/INT1P1.4P3.4/T0P1 5P3 5/T1P1.6P3.6/WRP1.7P3.7/RD-U419189AT89C5110111213141516172930311234567839-8" 3736 35 34 332123"24252627-28图2.1 89C51单片机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“T后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输

12、入，由于 外下拉为低电平，P3 口将输出电流（ILL ）这是由于上拉的缘故。P3 口也可作为AT89C51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

13、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SFR8E®址上置0。此时，ALE只有在执行MOV， MOV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

14、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（OOOOH-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 。3控制系统的硬件设计3.1 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字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压，高性能 CMOS位微 处理器，器件采用ATME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

15、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勺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。3.2 数码管显示工作原理数码管是一种把多个LED显示段集成在一起的显示设备。有两种类型，一种是共 阳型，一种是共阴型。共阳型就是把多个LED显示段的阳极接在一起，又称为公共端。 共阴型就是把多个LED显示段的阴极接在一起，即为公共商。阳极即为二极管的正极， 又称为正极，阴极即为二极管的负极，又称为负极。通常的数码管又分为8段，即8个LED显示段，这是为工

16、程应用方便如设计的，分别为 A、B C、D E、F、G DP, 其中DP是小数点位段。而多位数码管，除某一位的公共端会连接在一起，不同位的 数码管的相同端也会连接在一起。即，所有的A段都会连在一起，其它的段也是如此， 这是实际最常用的用法。数码管显示方法可分为静态显示和动态显示两种。静态显示 就是数码管的8段输入及其公共端电平一直有效。 动态显示的原理是，各个数码管的 相同段连接在一起，共同占用8位段引管线；每位数码管的阳极连在一起组成公共 端。利用人眼的视觉暂留性，依次给出各个数码管公共端加有效信号，在此同时给出该数码管加有效的数据信号，当全段扫描速度大于视觉暂留速度时， 显示就会清晰显 示

17、出来。图3.1 共阴数码管3.3 键盘电路设计该设计只用了一个键盘，但实现的功能却是比较完善，减少了硬件资源的损耗， 该键盘可以实现小时和分钟的调节以及控制是否进入省电模式。当按键按下又松开， 可以实现屏蔽数码管显示的功能， 达到省电的目的；直接按下不松开，则可以通过按 键实现分钟的累加，每按一次分钟加一；而连续两次按下按键不放松，则可实现小时 的调节，同样每按一次小时加一。达到时间调节的目的。多功能控需険-1* IC * O1 TECT 亠-* -图3.2多功能控制键3.4 整个电路原理图1&XTXL1pan-'AtoFCJfADCPIDADSPIL4M“F0JGTAWPHU

18、TASg1佃 P23A1O F23A11 F2.WA1S P2SA13J&A1*P.2.7/A15阳 pairo®P33HTT «.*zra FJSTf pajarw pjjmT=341&21二 |15*2芋77疋11 e<修 B5图3.3 系统电路原理图4控制系统的软件设计4.1 程序设计本系统的软件系统主要可分为主程序、 定时计数中断程序、时间调整程序、延时 程序四大模块。在程序设计过程中，加强了部分软件抗干扰措施，下面对部分模块作 介绍。定时计数中断程序：MOV TMOD,#OOH;写控制字MOV TH0,#0F0H;写定时常数MOV TLO,#

19、0CHSETB TR0;启动 T0SETB ETO;允许T0中断SETB EA;开放 CPU中断AJMP $关定时器T0中断关闭定时器T0调用1秒延时程序键按下时间小于1秒，关闭显示（省电） 进入调时状态，赋闪烁定时初值允许T1中断开启定时器T1;P3.7口为0 （键未释放），等待键释放，分调整闪烁标志置1时间调整程序：SETMM: cLR ET0;CLR TR0;LCALL DL1S;JB P3.7,CLOSEDISMOV R2,#06H;SETB ET1;SETB TR1;SET2: JNB P3.7,SET1SETB 00H;SET4: JB P3.7,SET3:LCALL DL05S;

20、JNB P3.7,SETHH;MOV R0,#77H;LCALL ADD1;MOV A,R3;CLR C;CJNE A,#60H,HHH;HHH: JC SET4;LCALL CLR0;CLR C;AJMP SET4;CLOSEDIS:SETB ET0 SETB TR0;CLOSE: JB P3.7,CLOSE LCALL DISPLAY;JB P3.7,CLOSE;WAITH:JNB P3.7,WAITHLJMP START1;SETHH: CLR 00H;SETHH1: JNB P3.7,SET5 SETB 01H;SET6: JB P3.7,SET7 LCALL DL05S;JNB P3

21、.7,SETOUT;MOV R0,#79H;LCALL ADD1;等待键按下有键按下，延时0.5秒按下时间大于0.5秒转调小时状态按下时间小于0.5秒加1分钟操作调用加1子程序取调整单元数据清进位标志调整单元数据与60比较调整单元数据小于60转SET4循环调整单元数据大于或等于60时清0清进位标志跳转到SET4循环省电（LED不显示）状态。开T0中断 开启T0定时器（开时钟） 无按键按下，等待。有键按下，调显示子程序延时削抖 是干扰返回CLOSE!待等待键释放返回主程序（LED数据显示亮） 分闪烁标志清除（进入调小时状态） 等待键释放小时调整标志置1等待按键按下有键按下延时0.5秒按下时间大于

22、0.5秒退出时间调整 按下时间小于0.5秒加1小时操作 调加1子程序HOUU: JC SET6LCALL CLR0;AJMP SET6;SETOUT: JNB P3.7,SETOUT1 LCALL DISPLAY;JNB P3.7,SETOUT;CLR 01H;CLR 00H;CLR 02H;CLR TR1;CLR ET1;SETB TR0;SETB ET0;LJMP START1;SET1: LCALL DISPLAY;AJMP SET2;SET3: LCALL DISPLAY;AJMP SET4SET5: LCALL DISPLAY;AJMP SETHH1;SET7: LCALL DISP

23、LAY;AJMP SET6SETOUT1: LCALL DISPLAY AJMP SETOUT;MOV A,R3 ;CLR C;CJNE A,#24H,HOUU;计时单元数据与24比较小于24转SET6循环大于或等于24时清0操作跳转到SET6循环;调时退出程序。等待键释放延时削抖是抖动，返回SETOU再等待清调小时标志清调分标志清闪烁标志关闭定时器T1关定时器T1中断开启定时器T0开定时器T0中断（计时开始）跳回主程序键释放等待时调用显示程序（调分）防止键按下时无时钟显示等待调分按键时时钟显示用键释放等待时调用显示程序（调小时）防止键按下时无时钟显示等待调小时按键时时钟显示用退出时钟调整时键

24、释放等待防止键按下时无时钟显示延时程序：1MS延时程序，LED显示程序用DL1MS: MOV R6,#14HDL1: MOV R7,#19HDL2: DJNZ R7,DL2DJNZ R6,DL1RET20MS延时程序，米用调用显示子程序以改善 LED的显示闪烁现象DS20MS: ACALL DISPLAYACALL DISPLAYACALL DISPLAYRET4.2程序流程图系统的流程图如图4.1和图4.2所示:4.3仿真结果图4.3开始运行程序仿真图图4.4 运行一段时间后仿真图4.4 仿真结果分析功能太过单调，只能实现时分秒的显示，设计比较简单。电路图的设计过于单调， 用的器件太少，实现调节时间的按钮太少，不能很好的实现时间的调节。在测试过程 中，六位数码显示管只显示五位数字，有一位数字不亮，通过多次的修改程序并在 PROTEU软件环境中进行仿真，最终解决了这个问题，同时也透露出本人在单片机电 路设计和程序设计方面