時鐘計時器的設(shè)計

1、課程設(shè)計（論文）題目名稱課程名稱學(xué)生姓名學(xué)號系、專業(yè)指導(dǎo)教師摘要本次電子時鐘課程設(shè)計采用 MCS-51系列單片機80C51為基本芯片，外使用12MHz 晶振與單片機80C51相連接,通過軟件編程的方法實現(xiàn)以24小時為一個周期，同時8 位7段LED數(shù)碼管顯示小時、分鐘和秒的要求,并在計時過程中具有定時調(diào)時功能。 該電子鐘設(shè)置 3 個按鍵， 分別實現(xiàn)對時， 分加一以及開啟或暫停電子鐘的作用。 在具 體數(shù)碼顯示中能夠?qū)崿F(xiàn)自動記時，手動調(diào)時，滿 24小時自動清 0的作用。該電子時 鐘具有走時準確、顯示直觀、精度高、穩(wěn)定等優(yōu)點。關(guān)鍵詞：時鐘；80C51;單片機；計時器目錄1 問題描述 32 設(shè)計思想 3

2、3 硬件設(shè)計 33.1 定時器 計數(shù)器 33.2中斷系統(tǒng) 43.3鍵盤和 LED 數(shù)碼管顯示器 44 軟件設(shè)計 54.1主程序 54.2數(shù)碼管顯示模塊 54.3定時器 /計數(shù)器 T0 中斷服務(wù)程序 54.4 按鍵處理模塊 55 仿真分析 76 課程設(shè)計總結(jié) 7參考文獻 8附錄（源程序清單） 91 問題描述時鐘計時器廣泛應(yīng)用于各種繼電器、電磁開關(guān)，控制器、延時器、定時器等 的時間測試。 目前所使用的時鐘計時器大多是指針式或集成電路型的， 結(jié)構(gòu)相對 復(fù)雜、測試功能單一。本儀器應(yīng)當具有實時時鐘、整點報時、手動調(diào)時等功能。2 設(shè)計思想用定時/計數(shù)器TO，工作于定時，采用方式1,對12MHZ的系統(tǒng)時鐘進

3、行 定時計數(shù)，初值設(shè)為XXYY (自己設(shè)置)。形成定時時間為50ms。用片內(nèi)RAM 的7BH單元對50ms計數(shù)，計20次產(chǎn)生秒計數(shù)器78H單元加1,秒計數(shù)器加到 60則分計數(shù)器 79H 單元加 1，分計數(shù)器加到 60則時計數(shù)器 7AH 單元加 1，時計 數(shù)器加到 24 則時計數(shù)器清 0。然后把秒、分、時計數(shù)器分成十位和個位放到 8 個數(shù)碼管的顯示緩沖區(qū)， 通過數(shù)碼管顯示出來。 顯示格式為小時十位、 小時個位 -分十位、分個位 -秒十位、秒個位。在處理過程中加上了按鍵判斷程序，能對 按鍵處理。3 硬件設(shè)計3.1 定時器 計數(shù)器( 1 )、 M CS-5 1 系列中 51 子系列有兩個 16位的可

4、編程定時 計數(shù)器：定時 計 數(shù)器T0和定時計數(shù)器T1。它由加法計數(shù)器、方式寄存器 TMOD、控制寄存器 TCON 等組成。方式寄存器用于設(shè)定定時計數(shù)器 T0 和 T1 的工作方式，控制寄 存器用于對定時計數(shù)器啟動、停止進行控制。(2) 、每個定時計數(shù)器既可以對系統(tǒng)時鐘計數(shù)實現(xiàn)定時，也可以外部信號計 數(shù)實現(xiàn)計數(shù)功能通過編程設(shè)定來實現(xiàn)。(3) 、每個定時計數(shù)器都有多種工作方式，其中 T0 有四種工作方式， T1 有 三種工作方式， T2 有三種工作方式。通過編程可設(shè)定工作于某種方式。四種工 作方式為：13位定時 計數(shù)器、 16位定時 計數(shù)器、 8位自動重置定時 計數(shù)器、兩 個8位定時計數(shù)器(只有T

5、0有)(4) 、每一個定時計數(shù)器定時計數(shù)時間到時產(chǎn)生溢出，使相應(yīng)的溢出位置位， 溢出可通過查詢或中斷方式處理。3.2 中斷系統(tǒng)(1) 、MCS-51 單片機提供 5個硬件中斷源， 2 個外部中斷源， 2個定時計數(shù)器TO和T1的溢出中斷TFO和TF1, 1個串行口發(fā)送TI和接收RI中斷。(2) 、MCS-51 單片機中沒有專門的開中斷和關(guān)中斷指令，對各個中斷源的允許和屏蔽是由內(nèi)部的中斷允許寄存器 IE 的各位來控制的。 中斷允許寄存器 IE 的字節(jié)地址為 A8H ,可以進行位尋址。系統(tǒng)復(fù)位時,中斷允許寄存器 IE 的內(nèi)容為00H,如果要開放某個中斷源，則必須使IE 中的總控置位和對應(yīng)的中斷允許位

6、”。(3) 、MCS-51 單片機有 5 個中斷源,為了處理方便, 每個中斷源有兩級控制, 高優(yōu)先級和低優(yōu)先級。通過由內(nèi)部的中斷優(yōu)先級寄存器 IP 來設(shè)置,中斷優(yōu)先級 寄存器IP的字節(jié)地址為B8H，可以進行位尋址。如果某位被置“ T,則對應(yīng)的 中斷源被設(shè)為高優(yōu)先級； 如果某位被清零， 則對應(yīng)的中斷源被設(shè)為低優(yōu)先級。 對 于同級中斷源，系統(tǒng)有默認的優(yōu)先權(quán)順序，從高到低優(yōu)先權(quán)順序為外部中斷0、定時計數(shù)器TO中斷、外部中斷1、定時計數(shù)器T1中斷、串行口中斷。通過設(shè)置 中斷優(yōu)先級寄存器 IP 能夠改變系統(tǒng)默認的優(yōu)先級順序。3.24、 MCS-51 單片機響應(yīng)中斷的條件為：中斷源有請求且中斷允許。3.3

7、鍵盤和LED數(shù)碼管顯示器鍵盤是單片機應(yīng)用系統(tǒng)中最常用的輸入設(shè)備， 在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中， 操作人 員一般都是通過鍵盤向單片機系統(tǒng)輸入指令、 地址和數(shù)據(jù)，實現(xiàn)簡單的人機通信。 鍵盤實際上是一組按鍵開關(guān)的集合， 平時按鍵開關(guān)總是處于斷開狀態(tài)， 當按下鍵 時它才閉合。 鍵盤的結(jié)構(gòu)形式一般有兩種： 獨立式鍵盤和矩陣式鍵盤。 矩陣式鍵 盤的工作方式有 3 種：查詢工作方式、定時掃描工作方式和中斷工作方式。LED 數(shù)碼管顯示器：在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中，經(jīng)常用到 LED 數(shù)碼管作為顯示 輸出設(shè)備， LED 數(shù)碼管顯示器雖然顯示信息簡單，但它具有顯示清晰、亮度高、 使用電壓低、 壽命長、 與單片機接口方便等特點，

8、基本上能夠滿足單片機應(yīng)用系 統(tǒng)的需要，所以在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中經(jīng)常用到。 LED 數(shù)碼管顯示器是由發(fā)光二 極管按一定的結(jié)構(gòu)組合起來的顯示器件。在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中通常使用的是 8 段式 LED 數(shù)碼管顯示器，它有共陰極和共陽極兩種。所謂譯碼方式是指由顯示 字符轉(zhuǎn)換得到對應(yīng)的字段碼的方式。對于 LED 數(shù)碼管顯示器，通常的譯碼方式 有兩種：硬件譯碼方式和軟件譯碼方式。 LED 數(shù)碼管在顯示時，通常有兩種顯 示方式： 靜態(tài)顯示方式和動態(tài)顯示方式。 在使用時可以把它們組合起來。 在實際 應(yīng)用時，如果數(shù)碼管個數(shù)較少， 通常用硬件譯碼靜態(tài)顯示， 在數(shù)碼管個數(shù)較多時， 則通常用軟件譯碼動態(tài)顯示。4 軟件設(shè)計電

9、子時鐘的軟件系統(tǒng)由主程序和子程序組成， 主程序程序包含初始化參數(shù)設(shè) 置、按鍵處理、數(shù)碼管顯示模塊等。4.1 主程序主程序執(zhí)行流程如圖 1 所示，主程序先對顯示單元和定時器 /計數(shù)器初始化， 然后重復(fù)調(diào)用數(shù)碼管顯示模塊和按鍵處理模塊， 當有鍵按下， 則轉(zhuǎn)入相應(yīng)的功能 程序。4.2 數(shù)碼管顯示模塊本系統(tǒng)共用 8 個數(shù)碼管，從右到左依次顯示秒個位、 秒十位、橫線、分個位、 分十位、橫線、時個位和時十位。采用軟件譯碼動態(tài)顯示。4.3 .定時器/計數(shù)器TO中斷服務(wù)程序定時器/計數(shù)器TO用于時間計時。選擇方式1,重復(fù)定時，定時時間設(shè)為50ms, 定時時間到則中斷，在中斷服務(wù)程序中用一個計數(shù)器對50ms計數(shù)

10、，計20次則對秒單元加 1，秒單元加到 60 則對分單元加 1，同時秒單元清 0；分單元加到 60 則對時單元加 1，同時分單元清 0；時單元加到 24則對時單元清 0，標志一天時 間計滿。在對各單元計數(shù)的同時， 把它們的值放到存儲單元的指定位置。 定時器 /計數(shù)器 T0 中斷服務(wù)程序流程圖如圖 2所示。4.4 按鍵處理模塊按鍵處理設(shè)置為：如沒有按鍵，則時鐘正常走時。當按下 K0 按鍵時，進入 調(diào)分狀態(tài)，時鐘停止走動；按 K1 可 K2 按鍵可進行加 1 或減 1 操作；繼續(xù)按 K0 鍵可分別進行分和小時的調(diào)整；最后按 K0 鍵將退出調(diào)整狀態(tài)，時鐘開始計時運 行。流程圖如下所示:1、主程序流程

11、圖2、定時器/計數(shù)器TO中斷服務(wù)程序流程圖5仿真分析在Proteus ISIS 的80C51中載入程序生成的HEX文件，按開始符號運行， 在數(shù)碼管上觀察程序運行結(jié)果，系統(tǒng)仿真結(jié)果如圖5.1所示。設(shè)計功能如下：（1） 、初始狀態(tài)：未按鍵之前，上電，數(shù)碼顯示00-00-00。程序運行后，從秒針開始自動運行。當秒數(shù)到 59后，下一秒自動變?yōu)?0，分針變?yōu)?01，以此類推。（2）、調(diào)整狀態(tài)：仿真運行過程中，按 p0鍵，系統(tǒng)暫停，此時，繼續(xù)按 p0無效。第三次按p0,又開始，如此循環(huán)。（3） 、設(shè)置狀態(tài)：按下p0暫停后，按p1,則時針加一， 按下p2，則時針減一；按兩下p0，在按下p1，則分針加一，按下

12、p2，則分針減一。時間顯示格式為：時分秒；誤差分析：實際程序到實驗板中的電子鐘顯示存在一定的誤差，誤差來源可能為三個方面：第一，在程序運行過程中，時鐘周期的不精確導(dǎo)致機器周期與理 論值存在一定的差別；第二在中斷一秒顯示過程中，一些指令需要消耗一定的機 器周期，使得一秒延時比實際要長；第三在鍵抖動的反應(yīng)程度在運行中比較慢。5.1實例仿真6 課程設(shè)計總結(jié)通過這次的課程設(shè)計我認識到我對單片機的知識學(xué)的太少了，對于書本上 很多知識還不能靈活運用， 都需要去鞏固加強， 我會在以后的學(xué)習(xí)中彌補我的不 足。我也了解了 Keil C51 集成環(huán)境和 PROTEUS 仿真軟件的使用， 用此軟件練習(xí) 電子時鐘的設(shè)

13、計， 不僅使我熟悉了軟件的使用方法， 而且復(fù)習(xí)了單片機編程的相 關(guān)知識。在使用中，我體驗到了單片機的神奇之處，也激發(fā)了我不少的興趣，引 領(lǐng)著我不斷的探索單片機的未知世界。 本次的課程設(shè)計， 我也學(xué)到了一些更重要 的東西，那就是如何從理論到實踐的轉(zhuǎn)化， 怎樣將所學(xué)到的知識運用于實踐。 大 學(xué)的課堂只是在學(xué)習(xí)專業(yè)知識， 而我們應(yīng)當把所學(xué)的知識用到我們現(xiàn)實的生活中 去。此次的的電子時鐘設(shè)計給我奠定了一個實踐基礎(chǔ)， 我會在以后的學(xué)習(xí)生活中 磨練自己，使自己變得更加優(yōu)秀。在本次的設(shè)計中， 特別感申老師的指導(dǎo)， 在老師的講解和指導(dǎo)下， 我成功的 解決了設(shè)計中的許多問題， 也使我知道了認真的重要性。 也感謝

14、同學(xué)給我的幫助， 沒有他們的幫助，我一個人是無法完成的，他們讓我明白了學(xué)問的真正含義。參考文獻1 戴梅萼，史嘉權(quán)編著 . 微型計算機技術(shù)及應(yīng)用 （ 第三版 ）. 北京：清華大學(xué)出版社 ,20032 周明德編著 .微型計算機系統(tǒng)原理及應(yīng)用 （第四版）. 北京：清華大學(xué)出版社 ,20023 李順增，吳國東，趙河明等 . 微機原理及接口技術(shù) . 北京：機械工業(yè)出版社 ,20064 楊立新 . 微型計算機原理和應(yīng)用 M. 北京：科學(xué)技術(shù)文獻出版社， 1986.115 李大友 . 微型計算機原理 M. 北京：清華大學(xué)出版社， 1998.76 眭碧霞 . 微型計算機原理與組成 M. 人民郵電出版社， 20

15、03.8附錄（源程序清單）ORG0000HLJMPSTARTORG000BH；定時器 /計數(shù)器 T0 中斷程序入口LJMPINTT0；主程序START：MOVR0，#70HMOVR7，#0CHINIT：MOVR0，#00HINCR0DJNZR7，INITMOV72H，#10MOV75H，#10MOVTMOD ，#01HMOVTL0 ，#0B0HMOVTH0，#03CHSETBEASETBET0SETBTR0START1：LCALL SCAN LCALL KEYSCAN SJMP START1 ；延時 1MS 子程序 DL1MS ： MOV R6，#14H DL1 ：MOV R7，#19H DL

16、2 ：DJNZ R7，DL2 DJNZ R6，DL1 RET；延時 20MS 子程序 DL20MS ：ACALL SCANACALL SCANACALL SCANRET；數(shù)碼管顯示程序SCAN： MOV A ，78H；時間存入顯示緩沖區(qū)相應(yīng)位置MOV B，#0AH DIV ABMOV 71H，AMOV 70H，BMOV A ， 79HMOV B，#0AHDIV ABMOV 74H，AMOV 73H，BMOV A ， 7AHMOV B，#0AHDIV ABMOV 77H，AMOV 76H， BMOV R1， #70H；循環(huán)掃描顯示MOV R5，#80HMOV R3，#08HSCAN1： MOV

17、A ， R5MOV P2，AMOVA，R1MOVDPTR，#TABMOVCA ， A+DPMOVP0，AMOVA，R5LCALLDL1MSINC R1MOV A ， R5RR AMOV R5，ADJNZ R3，SCAN1MOV P2，#00HMOV P0，#0FFHRETTAB：DB 0C0H，0F9H，0A4H ，0B0H，99H，92H，82H，0F8H， 80H，90H，0BFH；“09，”“-”的共陽極字段碼；定時器 /計數(shù)器 T0 中斷服務(wù)程序INTT0 ： PUSH ACCPUSH PSWCLR ET0CLR TR0MOV TL0 ，#0B0HMOV TH0 ，#03CHSETB

18、TR0INC 7BHMOV A ， 7BHCJNE A ， #14H， OUTT0MOV 7BH ，#00INC 78HMOV A ， 78HCJNE A ， #3CH，OUTT0MOV 78H，#00INC 79HMOV A ， 79HCJNE A ， #3CH，OUTT0MOV 79H，#00INC 7AHMOV A ， 7AHCJNE A ， #18H， OUTT0MOV 7AH ，#00OUTT0：SETB ET0POP PSWPOP ACCRETI；按鍵處理程序KEYSCAN ：CLR EAJNBP1.0，KEYSCAN0JNBP1.1，KEYSCAN1JNBP1.2，KEYSCAN

19、2KEYOUT ：SETB EARETKEYSCAN0 ：LCALL DL20MSJB P1.0， KEYOUTWAIT0 ：JNBP1.0， WAIT0INC7CHMOVA，7CHCLRET0CLRTR0CJNEA，#03H，KEYOUTMOV7CH，#00SETBET0SETBTR0SJMPKEYOUTKEYSCAN1 ：LCALL DL20MSJB P1.1， KEYOUTWAIT1 ：JNB P1.1，WAIT1MOV A ， 7CHCJNE A ， #02H， KSCAN11INC 79HMOV A ， 79HCJNE A ，#3CH，KEYOUTMOV 79H，#00SJMP KE