基于單片機(jī)技術(shù)數(shù)字鐘電路的設(shè)計(jì)

1、課程綜合實(shí)踐報(bào)告課題名稱： 基于單片機(jī)技術(shù)數(shù)字鐘電路的設(shè)計(jì) 系 部： 電子工程系 2010年 6 月 13 目錄 第1節(jié) 摘要4第2節(jié) 引言5第3節(jié) 設(shè)計(jì)方案的選擇與論證6第4節(jié) 基于單片機(jī)的數(shù)字鐘的電路設(shè)計(jì)7 4.1 設(shè)計(jì)思想74.2 電路設(shè)計(jì)及其工作原理7 4.2.1控制部分：at89c51單片機(jī)7 4.2.2數(shù)碼管顯示部分9 protel原理圖11 pcb圖12第5節(jié) 軟件設(shè)計(jì)13 5.1 程序原理概述13 5.2 總的設(shè)計(jì)思想13第6節(jié) 結(jié)束語14附錄1、數(shù)字鐘控制程序152、數(shù)字鐘模塊器件焊接清單183、usb下載at89c51單片機(jī)的使用說明194、照片215、自繪封裝6、原理圖

2、第1節(jié) 摘要 近年來隨著計(jì)算機(jī)在社會(huì)領(lǐng)域的滲透和大規(guī)模集成電路的發(fā)展，單片機(jī)的應(yīng)用正在不斷地走向深入，由于它具有功能強(qiáng)，體積小，功耗低，價(jià)格便宜，工作可靠，使用方便等特點(diǎn)，因此特別適合于與控制有關(guān)的系統(tǒng)，越來越廣泛地應(yīng)用于自動(dòng)控制，智能化儀器，儀表，數(shù)據(jù)采集，軍工產(chǎn)品以及家用電器等各個(gè)領(lǐng)域，單片機(jī)往往是作為一個(gè)核心部件來使用，在根據(jù)具體硬件結(jié)構(gòu)，以及針對(duì)具體應(yīng)用對(duì)象特點(diǎn)的軟件結(jié)合，以作完善。本文介紹了基于單片機(jī)的數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)，詳細(xì)討論了它從軟件上實(shí)現(xiàn)的過程，重點(diǎn)在時(shí)鐘調(diào)整的方式：查詢和中斷的比較，然后，對(duì)數(shù)字鐘的穩(wěn)定性和精確性作了相關(guān)的討論。在文章的最后，給出了采用中斷方式實(shí)現(xiàn)的數(shù)字鐘的源程序

3、。 關(guān)鍵字：單片機(jī)，數(shù)字鐘，數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，中斷，定時(shí)，消抖abstractin recent years， with computers in the in filtration and the development of large-scale integrated circuits. scm application is steadily deepening, as it has strong function, small size, low power dissipation, low prices, reliable, easy to use features, it is part

4、icularly suited to and control of the system, increasingly widely used in automatic control, intelligent instruments, gauges, data acquisition, military products and household appliances, and other areas, is often microcontroller as a core component to use, in light of specific hardware architecture

5、, and application-specific software features object combine to make perfect. in this paper, based on single-chip digital clock design, discussed in detail from the software realize the process, focusing on the clock adjust in the way: queries and disruption of comparison, then, on the digital clock

6、made of the stability and accuracy related discussion. in the last article, give way using interrupted realize the source of the digital clock. keywords: mcu, digital clock, data buffer, interruption, timing, elimination buffeting 第2節(jié) 引 言 本系統(tǒng)采用單片機(jī)at89c51控制，以at89c51為核心，它完成整個(gè)系統(tǒng)的信息處理及協(xié)調(diào)功能，本次設(shè)計(jì)我們選用atmel

7、公司的at89c51芯片，其功能強(qiáng)大，兼容性好，還支持軟件選擇的空間和掉電兩種節(jié)電方式。本設(shè)計(jì)的軟件，硬件都采用模塊化的設(shè)計(jì)方法，提高了設(shè)計(jì)的效率。 本次設(shè)計(jì)通過對(duì)一個(gè)實(shí)現(xiàn)定時(shí)、時(shí)鐘顯示等功能的時(shí)間系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，其中結(jié)合了數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換顯示、數(shù)碼管顯示、動(dòng)態(tài)掃描、單片機(jī)定時(shí)中斷等技術(shù)。系統(tǒng)由at89c51、led數(shù)碼管、按鍵、三極管、vd5026、vd5027、電阻、晶振等組成。能實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘時(shí)、分、秒的顯示，也具有時(shí)間設(shè)置。文章后附有電路圖、程序清單。 第3節(jié) 設(shè)計(jì)方案的選擇與論證 該課題主要有兩種方案：一種是用數(shù)字電路通過硬件實(shí)現(xiàn)，另一種是用單片機(jī)通過軟件編程實(shí)現(xiàn)。在以上兩種方案中：第一種是直接采用的

8、是數(shù)字電路，但是在外圍電路和控制比較麻煩，需要比較多的器件來控制；第二種是采用軟件來實(shí)現(xiàn)一些特定功能，硬件電路只需要一些顯示部件和控制部件，其他的都是由軟件來實(shí)現(xiàn)。第一種一切都由硬件實(shí)現(xiàn)，幾乎沒有軟件編程，但電路復(fù)雜、芯片多、后續(xù)制板及硬件調(diào)試麻煩而且成本高；第二種雖電路簡單、芯片少、成本低，但編寫程序相當(dāng)復(fù)雜。經(jīng)過一番利弊的權(quán)衡及對(duì)今后電子業(yè)發(fā)展趨勢(shì)的考量，最后敲定用單片機(jī)方案實(shí)現(xiàn)?？偟膩砜?，單片機(jī)已成為工控領(lǐng)域、尖端武器、日常生活中最廣泛使用的計(jì)算機(jī)，且將進(jìn)一步向著cmos化、低功耗、小體積、大容量、高性能、低價(jià)格方向發(fā)展，因此敲定用單片機(jī)加軟編程方案符合今后電子業(yè)發(fā)展趨勢(shì)；另外運(yùn)用此方案

9、既能將自己以前學(xué)過的模擬電路、數(shù)字電路、單片機(jī)、匯編語言、protel99等知識(shí)結(jié)合實(shí)踐進(jìn)行一次全面的檢測(cè)，又能為將來實(shí)際制作電路積累寶貴的經(jīng)驗(yàn)。另外用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)本設(shè)計(jì)也有兩種可選的子方案：第一種，用軟件編程實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)中的鐘控功能；另一種則選用單片機(jī)加時(shí)鐘芯片實(shí)現(xiàn)鐘控功能。在本次主要的是時(shí)間的設(shè)計(jì)，因此對(duì)時(shí)間的精度要求是比較高的，竟量是誤差減少到最小值，但是為了更好的練習(xí)復(fù)習(xí)自己在以前所學(xué)習(xí)的編程能力，所以不采用單片機(jī)加時(shí)鐘芯片的方案，直接用軟件編程實(shí)現(xiàn)鐘控功能。第4節(jié) 基于單片機(jī)的數(shù)字鐘電路的設(shè)計(jì)4.1 設(shè)計(jì)思想單片機(jī)控制系統(tǒng)是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心，它完成整個(gè)系統(tǒng)的信息處理及協(xié)調(diào)功能。本次我們選

10、用atmel公司的at89c51芯片；其功能強(qiáng)大，兼容性好。at89c51是與8051兼容的chmos微控制器。與chmos工藝的8051一樣，支持軟件選擇的空閑和掉電兩種節(jié)電方式。 在at89c51的p0.0p0.7是數(shù)碼管的段選；p2.0p2.5是數(shù)碼管的位選。p1.0調(diào)時(shí)接開關(guān)；單片機(jī)9腳接開關(guān)。4.2電路設(shè)計(jì)及其工作原理4.2.1控制部分:at89c51單片機(jī)at89c51單片機(jī)概述：at89c51單片機(jī)是國atmel公司生產(chǎn)的采用高性能的靜態(tài)89c51設(shè)計(jì)，是一個(gè)低電壓，高性能chmos 8位單片機(jī)，片內(nèi)含4kbytes的可反復(fù)擦寫的只讀flash程序存儲(chǔ)器和128 bytes的隨機(jī)

11、存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ram），器件采用atmel公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)mcs-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和flash存儲(chǔ)單元。 at89c51是一個(gè)功能強(qiáng)大的單片機(jī)，但它只有40個(gè)引腳，32個(gè)雙向輸入/輸出（i/o）端口，其中p1是一個(gè)完整的8位雙向i/o口，兩個(gè)外中斷口，兩個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器，兩個(gè)全雙向串行通信口，一個(gè)模擬比較放大器。此外，由于器件采用了動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)，可提供很寬的操作頻率范圍(頻率0hz24mhz)。即具備可用軟件設(shè)置的睡眠省電功能，系統(tǒng)的喚醒方式有ram、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、串行口和外中斷口，系統(tǒng)喚醒后即進(jìn)入繼續(xù)工作狀態(tài)。省電模式中，片內(nèi)ram將被

12、凍結(jié)，時(shí)鐘停止振蕩，所有功能停止工作，直至系統(tǒng)被硬件復(fù)位方可繼續(xù)運(yùn)行。圖4-1 at89c51時(shí)鐘電路連接在本設(shè)計(jì)中at89c51的時(shí)鐘電路采用內(nèi)部時(shí)鐘方式，此方式是在xtal1和xtal2兩端跨接晶體或陶瓷諧振器。在本設(shè)計(jì)中xtal1和xtal2兩端跨接12mhz晶體振蕩器，其發(fā)出的脈沖直接送入內(nèi)部時(shí)鐘電路。本設(shè)計(jì)采用按鍵手動(dòng)復(fù)位的按鍵電平復(fù)位。圖4-2 89c2051外部復(fù)位電路設(shè)計(jì)at89c51在本設(shè)計(jì)中的i/o口應(yīng)用：at89c51的p0.0p0.7控制244譯碼實(shí)現(xiàn)數(shù)碼管段選；at89c51的p2.0p2.5控制三極管電路實(shí)現(xiàn)數(shù)碼管位選；at89c51的p1.0連接按鈕，用于輸入校時(shí)

13、。4.2.2數(shù)碼管顯示部分 本設(shè)計(jì)中所涉及數(shù)碼管皆采用共陽數(shù)碼管，顯示電路為動(dòng)態(tài)掃描式顯示。圖4-3數(shù)碼管及顯示電路選擇數(shù)碼管顯示位選：at89c51的p2.0p2.5輸出控制數(shù)碼管位選，在本次設(shè)計(jì)的電路中，因?yàn)槭鞘褂玫氖枪碴枖?shù)碼管，因此由at89c51的p2.0p2.5的輸出控制公共端，使之輸出相應(yīng)的端口為低電平，控制數(shù)碼管點(diǎn)亮。 74ls138芯片簡介：圖4-4 74ls138芯片圖4-6 數(shù)碼管位選原理數(shù)碼管段選at89c51的p2.0p2.5控制7448譯碼實(shí)現(xiàn)數(shù)碼管段選，在本次設(shè)計(jì)的電路中，由于二級(jí)管使用的是共陽數(shù)碼管，在輸出的是要低電平。在設(shè)計(jì)的時(shí)候，怕在芯片輸出的電流信號(hào)過大，因

14、此在輸出的時(shí)候加了限流電阻，為保護(hù)數(shù)碼管，防止燒壞。 圖4-7 數(shù)碼管段選原理圖4-12 電路圖圖4-13 pcb圖第5節(jié) 軟件設(shè)計(jì) 5.1程序原理概述 在程序設(shè)計(jì)這一環(huán)節(jié)，本次將其分為時(shí)鐘中斷程序、時(shí)鐘顯示程序、鍵盤程序、主程序、各程序銜接程序。在以下幾節(jié)中將根據(jù)實(shí)際各個(gè)部分的編程及調(diào)試順序，依次介紹各程序的設(shè)計(jì)思想和流程。5.2總的設(shè)計(jì)思想 在本次主要是使用的是數(shù)字鬧鐘,因此主要部分是數(shù)字鐘的實(shí)現(xiàn),因此要實(shí)現(xiàn)這樣的功能必須要在硬件的電路上實(shí)現(xiàn)數(shù)字鐘的實(shí)現(xiàn),然后在此基礎(chǔ)上逐步實(shí)現(xiàn)其他的功能, 數(shù)字電子鐘的程序大概可以分為三個(gè)部分：時(shí)鐘主程序、時(shí)鐘顯示程序、時(shí)鐘中斷程序。時(shí)鐘主程就是對(duì)時(shí)鐘的各

15、個(gè)模塊的實(shí)現(xiàn)。時(shí)鐘顯示程序是將秒顯示用發(fā)光二極管顯示,每一秒點(diǎn)亮一次；將分個(gè)位、分十位、時(shí)個(gè)位、時(shí)十位數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元的計(jì)時(shí)數(shù)據(jù)通過設(shè)置段選和位選、由74ls47段選譯碼，最后顯示在相應(yīng)的數(shù)碼管上。時(shí)鐘中斷程序則通過重設(shè)計(jì)時(shí)、1秒計(jì)時(shí)與時(shí)鐘程序相結(jié)合實(shí)現(xiàn)秒個(gè)位、秒十位、分個(gè)位、分十位、時(shí)個(gè)位、時(shí)十位數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元的數(shù)據(jù)按計(jì)時(shí)規(guī)則加1進(jìn)位和清零，以配合時(shí)鐘顯示程序?qū)崿F(xiàn)數(shù)字電子鐘。在實(shí)現(xiàn)數(shù)字電子鐘的基礎(chǔ)上，逐一添加調(diào)試鍵盤程序，最后實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)目標(biāo)。鍵盤程序就是通過軟件掃描各按鍵狀態(tài)來實(shí)現(xiàn)各按鈕的功能。第6節(jié) 結(jié)束語快到設(shè)計(jì)的時(shí)候，我非常的擔(dān)心，因?yàn)榇舜握n程設(shè)計(jì)它是一個(gè)綜合能能力的考核，實(shí)際操作的部分我并不

16、擔(dān)心，可是一想到要在短短的一上午之內(nèi)畫好原理圖及pcb，我便緊張，一是因?yàn)槲耶媹D比較慢，二是因?yàn)槲覜]有辦法提前畫好原理圖。為了更好地完成此次任務(wù)，我在周一便緊張的準(zhǔn)備著畫原理圖的之前準(zhǔn)備，每個(gè)元件在庫內(nèi)的查找名稱，量它們的封裝大小，緊張的到了周二的晚上，我到老鄉(xiāng)那里畫原理圖，從六點(diǎn)一直畫到九點(diǎn)，畫了好多，改了好多，原理圖工作我只完成了1/3.，和老鄉(xiāng)說了一下，借他的電腦回宿舍繼續(xù)畫圖，不知不覺之中，已到十一點(diǎn)四十，看著畫好的原理圖，我高興的躺了，可是精神高度緊張，躺在床上，腦子還是在想著明天怎么畫pcb圖。周三上午，大家都在緊張的畫著自己的圖，之前做好準(zhǔn)備的同學(xué)，繼續(xù)畫圖與完善，之前沒做準(zhǔn)備的

17、同學(xué)，從別人那復(fù)制過來，也在繼續(xù)繼續(xù)著自己的工作。在短短的一個(gè)上午的時(shí)間里，我獨(dú)立的完成了自己的工作，我很開心。有一個(gè)用了別人之前準(zhǔn)備的同學(xué)，笑著對(duì)我說，“其實(shí)你昨晚沒有必要睡得那么晚的，我們不都是畫好課嗎？”我沒有作答，是的，大家都在規(guī)定的時(shí)間里完成了自己的任務(wù)，但我相信，每個(gè)人此刻的心情絕對(duì)是不同的，其實(shí)，成功不只是結(jié)果，而是我們?yōu)橹冻雠Φ倪^程。通過一周的緊張的學(xué)習(xí)與生活，我學(xué)到了很多，懂得了很多，只要敢想，只要肯動(dòng)腦筋，有條件的，利用條件，沒條件的就創(chuàng)造條件，那我們終究會(huì)得到應(yīng)有的收獲。附錄1數(shù)字鐘控制程序：data_segsegmentdata ;定義一個(gè)data段stackseg

18、mentidata ;定義一個(gè)堆棧段bit_segsegmentbit;定義一個(gè)位段bkeybitp1.0;idleconstequ50rseg stackds10h ;16個(gè)字節(jié)的堆棧rsegdata_seg;開始data_seg段buffer:ds6 ;6個(gè)字節(jié)的顯示緩沖區(qū)ms50:ds1;50ms計(jì)數(shù)ms250:ds1;250ms計(jì)數(shù)sec:ds1 ;秒min:ds1 ;分hour:ds1 ;時(shí)ms50_1:ds1;存放多少個(gè)50ms,用于記錄按鍵時(shí)間setpos:ds1;設(shè)置位置setpos1:ds1;需要屏蔽的數(shù)碼管rsegbit_segbidle:dbit1;省電模式btwinkl

19、e:dbit1;當(dāng)前設(shè)置位置閃爍csegat0;相當(dāng)于小匯編的orgljmpmaincsegat000bh;定時(shí)器t0中斷處理入口地址ljmpint_timer0csegat001bh;定時(shí)器t1中斷處理入口地址ljmpint_timer1csegat0100hmain:mov sp,#stack-1;堆棧clrbidleclrbtwinklemovms50,a;清零ms50movms250,amovhour,#12;設(shè)定初值: 12:59:50movmin,#59movsec,#50movth0,#60;定時(shí)中斷計(jì)數(shù)器初值movtl0,#176 ; 定時(shí)250nsmovtmod,#11h;定

20、時(shí)器0,1：方式一movie,#8ah;中斷初始化，ea=1，et0=1, et1 = 1setbtr0;開定時(shí)器t0movsetpos,#0ffh;main1:acalladjustbuffer;調(diào)整顯示緩沖區(qū)main2:acallkey;調(diào)用鍵掃描acalldisplayjnbf0,main2clrf0sjmpmain1;需要刷新顯示時(shí)間;中斷服務(wù)程序int_timer0:movtl0,#176+5movth0,#60push01hmovr1,#ms50incr1;50ms單元加1cjner1,#5,exitintmovr1,#0;恢復(fù)初值incr1mova,setposcjnea,#0f

21、fh,int_timer0_1sjmpint_timer0_2int_timer0_1:cplbtwinklesjmpexitint1int_timer0_2:incr1cjner1,#4,exitintmovr1,#0;恢復(fù)初值incr1incr1;秒加1cjner1,#60,exitint1movr1,#0incr1incr1;分加1cjner1,#60,exitint1movr1,#0incr1incr1;時(shí)加1cjner1,#24,exitint1movr1,#0exitint1:setbf0exitint:pop01hreti;中斷服務(wù)程序int_timer1:movtl0,#176

22、+5movth0,#60incms50_1retihextobcd:movb,#10divabmovr0,bincr0movr0,aincr0retadjustbuffer:movr0,#buffermova,secacallhextobcdmova,minacallhextobcdmova,houracallhextobcdret;顯示display:jnbbidle,display3ret;省電模式display3:pushbpushaccpushdplpushdphpush00hmovr0,#buffermovb,#0fehmovdptr,#seg_tabdisplay1:mova,r0

23、movca,a+dptr;取段碼movp0,amova,bjnbbtwinkle,display4orla,setpos1 display4:movp2,a ;選種數(shù)碼管calldelay1msmova,brlajnbacc.6,display2movb,aincr0sjmpdisplay1display2:pop00hpopdphpopdplpopaccpopbretseg_tab:db0c0h,0f9h,0a4h,0b0h,99h,92h,82h,0f8h;段碼db080h,90h,88h,83h,0c6h,0a1h,86h,8eh db0ffh,0bfh ;延時(shí)1msdelay1ms:p

24、ushaccmova,#230djnzacc,$mova,#230djnzacc,$popaccret;設(shè)置功能setfuntab:ajmpnoset;不需要調(diào)整ajmpsethour;調(diào)整小時(shí)ajmpsetmin;調(diào)整分鐘ajmpsetsec;調(diào)整秒鐘noset:clrbtwinkleret;不在設(shè)置狀態(tài)sethour:inchourmova,hourcjnea,#24,sethour1movhour,#0sethour1:sjmpsetfun1setmin:incminmova,mincjnea,#60,setmin1movmin,#0setmin1:sjmpsetfun1setsec:i

25、ncsecmova,seccjnea,#60,setfun1movsec,#0setfun1:setbf0ret;調(diào)整閃爍位置setpostab:ajmpnosetposajmpsethourposajmpsetminposajmpsetsecposnosetpos:movsetpos1,#0retsethourpos:movsetpos1,#30hretsetminpos:movsetpos1,#0chretsetsecpos:movsetpos1,#03hretkey:acalldisplayjnbbkey,key4jnbtr1,key3clrtr1setbbkeymova,ms50_1c

26、jnea,#10,$+3jnckey1;調(diào)整時(shí)間setfun:mova,setposincarlamovdptr,#setfuntabjmpa+dptrkey1:cjnea,#idleconst,$+3jnckey2;進(jìn)入設(shè)置狀態(tài)setposfun:incsetposmova,setposcjnea,#3,setposfun1movsetpos,#0ffh ;退出設(shè)置狀態(tài)setposfun1:mova,setposincarlamovdptr,#setpostabjmpa+dptrkey2:setbbidle ;進(jìn)入省電模式movp2,#0ffhkey3:retkey4:jnbtr1,key5

27、mova,ms50_1cjnea,#idleconst,$+3jnckey2retkey5:acalldisplayacalldisplayacalldisplayacalldisplayjnbbkey,key6sjmpkey3key6:clrbidlemovth1,#60movtl1,#176setbtr1movms50_1,#0retend附錄2 no.4 數(shù)字鐘模塊器件焊接清單品名封裝規(guī)格數(shù)量器件號(hào)功能焊接注意電阻直插（rj 1/4w）1006r1,r4，r7，r10，r14，r17負(fù)載電阻2001r13限流1k1r20限流2k6r2，r5，r8，r11，r15，r18偏置電阻5.1k6r3，r6，r9，r12，r16，r19偏置電阻排阻10k*81rn1上拉電阻注意方向電容直插(間距2.54)30pf2c9,c11與晶體構(gòu)成一個(gè)振蕩型網(wǎng)絡(luò)，完成對(duì)振蕩頻率的控制功能