課程設(shè)計(jì)（論文）基于單片機(jī)電子時(shí)鐘設(shè)計(jì)

1、 基于單片機(jī)的電子時(shí)鐘設(shè)計(jì) 摘要 設(shè)計(jì)背景：1957年,ventura發(fā)明了世界上第一個(gè)電子表，從而奠定了電子時(shí)鐘的基礎(chǔ)，電子時(shí)鐘開始迅速發(fā)展起來。現(xiàn)代的電子時(shí)鐘是基于單片機(jī)的一種計(jì)時(shí)工具，采用延時(shí)程序產(chǎn)生一定的時(shí)間中斷，用于一秒的定義，通過計(jì)數(shù)方式進(jìn)行滿六十秒分鐘進(jìn)一，滿六十分小時(shí)進(jìn)一，滿二十四小時(shí)小時(shí)清零。從而達(dá)到計(jì)時(shí)的功能，是人民日常生活不可缺少的工具。數(shù)字式電子鐘用集成電路計(jì)時(shí)時(shí)，譯碼代替機(jī)械式傳動(dòng)，用led顯示器代替指針顯示進(jìn)而顯示時(shí)間，減小了計(jì)時(shí)誤差，這種表具有時(shí)、分、秒顯示時(shí)間的功能，還可以進(jìn)行時(shí)和分的校對，片選的靈活性好。在這里我們將已學(xué)過的比較零散的數(shù)字電路的知識(shí)有機(jī)的、系統(tǒng)

2、的聯(lián)系起來用于實(shí)際，來培養(yǎng)我們的綜合分析和設(shè)計(jì)電路，寫程序、調(diào)試電路的能力。 設(shè)計(jì)目的：應(yīng)用單片機(jī)控制技術(shù)，設(shè)計(jì)出以89c51單片機(jī)為核心的電子時(shí)鐘，電子時(shí)鐘能夠顯示時(shí)、分、秒顯示時(shí)間的功能，還可以進(jìn)行時(shí)和分的校對，而且其片選的靈活性強(qiáng)。 設(shè)計(jì)目標(biāo)：在數(shù)碼管上顯示相應(yīng)的時(shí)間，并通過一個(gè)控制鍵來實(shí)現(xiàn)時(shí)間的調(diào)整和是否進(jìn)入省電模式的轉(zhuǎn)換。關(guān)鍵詞：單片機(jī)；電子時(shí)鐘；鍵盤控制 一 作品簡介 該電子時(shí)鐘由89c51，button，六段數(shù)碼管等構(gòu)成，采用晶振電路作為驅(qū)動(dòng)電路，由延時(shí)程序和循環(huán)程序產(chǎn)生的一秒定時(shí)，達(dá)到時(shí)分秒的計(jì)時(shí)，六十秒為一分鐘，六十分鐘為一小時(shí)，滿二十四小時(shí)為一天。而電路中唯一的一個(gè)控制鍵卻

3、擁有多種不同的功能，按下又松開，可以實(shí)現(xiàn)屏蔽數(shù)碼管顯示的功能，達(dá)到省電的目的；直接按下不松開，則可以通過按鍵實(shí)現(xiàn)分鐘的累加，每按一次分鐘加一；而連續(xù)兩次按下按鍵不放松，則可實(shí)現(xiàn)小時(shí)的調(diào)節(jié)，同樣每按一次小時(shí)加一并通過一個(gè)控制鍵用來實(shí)現(xiàn)時(shí)間的調(diào)節(jié)和是否進(jìn)入省電模式的轉(zhuǎn)換。應(yīng)用proteus的isis軟件實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)電子時(shí)鐘系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真，該方法仿真效果真實(shí)、準(zhǔn)確，節(jié)省了硬件資源。 二 方案論證與對比21 單片機(jī)的型號(hào)選擇 通過對多種單片機(jī)性能的分析，最終認(rèn)為89c51是最理想的電子時(shí)鐘開發(fā)芯片。89c51是一種帶4k字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的低電壓，高性能cmos8位微處理器，器件采用at

4、mel高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的mcs-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位cpu和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，atmel的89c51是一種高效微控制器，而且它與mcs-51兼容，且具有4k字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器和1000寫/擦循環(huán)，數(shù)據(jù)保留時(shí)間為10年等特點(diǎn)，是最好的選擇。22 數(shù)碼管顯示工作原理數(shù)碼管是一種把多個(gè)led顯示段集成在一起的顯示設(shè)備。有兩種類型，一種是共陽型，一種是共陰型。共陽型就是把多個(gè)led顯示段的陽極接在一起，又稱為公共端。共陰型就是把多個(gè)led顯示段的陰極接在一起，即為公共商。陽極即為二極管的正極，又稱為正極，陰極即為二極管的負(fù)極，又稱為負(fù)極。通

5、常的數(shù)碼管又分為8段，即8個(gè)led顯示段，這是為工程應(yīng)用方便如設(shè)計(jì)的，分別為a、b、c、d、e、f、g、dp，其中dp 是小數(shù)點(diǎn)位段。而多位數(shù)碼管，除某一位的公共端會(huì)連接在一起，不同位的數(shù)碼管的相同端也會(huì)連接在一起。即，所有的a段都會(huì)連在一起，其它的段也是如此，這是實(shí)際最常用的用法。數(shù)碼管顯示方法可分為靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)顯示兩種。靜態(tài)顯示就是數(shù)碼管的8段輸入及其公共端電平一直有效。動(dòng)態(tài)顯示的原理是，各個(gè)數(shù)碼管的相同段連接在一起，共同占用8 位段引管線；每位數(shù)碼管的陽極連在一起組成公共端。利用人眼的視覺暫留性，依次給出各個(gè)數(shù)碼管公共端加有效信號(hào)，在此同時(shí)給出該數(shù)碼管加有效的數(shù)據(jù)信號(hào)，當(dāng)全段掃描速度大

6、于視覺暫留速度時(shí)，顯示就會(huì)清晰顯示出來。 三 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì) 總體硬件原理圖如圖1所示 圖1 系統(tǒng)電路原理圖 at89c51因?yàn)槠浜粋€(gè)可擦除的rom，以及其存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的時(shí)間長度可達(dá)10年之久所以選其作為該設(shè)計(jì)的核心控制部件。3.1鍵盤電路設(shè)計(jì)該設(shè)計(jì)只用了一個(gè)鍵盤，但實(shí)現(xiàn)的功能卻是比較完善，減少了硬件資源的損耗，該鍵盤可以實(shí)現(xiàn)小時(shí)和分鐘的調(diào)節(jié)以及控制是否進(jìn)入省電模式。當(dāng)按鍵按下又松開，可以實(shí)現(xiàn)屏蔽數(shù)碼管顯示的功能，達(dá)到省電的目的；直接按下不松開，則可以通過按鍵實(shí)現(xiàn)分鐘的累加，每按一次分鐘加一；而連續(xù)兩次按下按鍵不放松，則可實(shí)現(xiàn)小時(shí)的調(diào)節(jié)，同樣每按一次小時(shí)加一。達(dá)到時(shí)間調(diào)節(jié)的目的。選擇的多功能

7、按鍵如圖2所示。 圖2 多功能控制鍵3.2主控模塊89c51 89c51是一個(gè)8位單片機(jī)，片內(nèi)rom全部采用flash rom技術(shù)，晶振時(shí)鐘為12mhz。89c51是標(biāo)準(zhǔn)的40引腳雙列直插式集成電路芯片，有4個(gè)八位的并行雙向i/o端口，分別記作p0、p1、p2、p3。第31引腳需要接高電位使單片機(jī)選用內(nèi)部程序存儲(chǔ)器；第40腳為電源端vcc，接+5v電源，第20引腳為接地端vss，通常在vcc和vss引腳之間接0.1f高頻濾波電容。 四 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 在主程序的開始定義了一組固定單元用來存儲(chǔ)計(jì)數(shù)的分、秒、時(shí)的存儲(chǔ)單元。在主程序中，對不同的按鍵進(jìn)行掃描，實(shí)現(xiàn)秒表，時(shí)間調(diào)整。系統(tǒng)總體流程圖如圖3所示

8、。開始t0中斷入口通過查表方式顯示數(shù)據(jù)數(shù)碼位選加1位選值=8ny位選數(shù)值=0秒計(jì)數(shù)加1秒計(jì)數(shù)=500ny秒計(jì)數(shù)=0second加1中斷返回圖3 總體流程圖系統(tǒng)子程序流程圖如圖4所示。yynnn子程序入口second=60second=0，并minute加1minute=60minute=0，并hour加1顯示數(shù)據(jù)處理中斷返回hour=24y圖4 子程序流程圖 五 系統(tǒng)測試 本系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)主要可分為主程序、定時(shí)計(jì)數(shù)中斷程序、時(shí)間調(diào)整程序、延時(shí)程序四大模塊。在程序設(shè)計(jì)過程中，加強(qiáng)了部分軟件抗干擾措施，下面對部分模塊作介紹。系統(tǒng)開始仿真的仿真圖如圖5系統(tǒng)仿真圖所示。 圖5系統(tǒng)仿真圖 六 總結(jié) 本次

9、的設(shè)計(jì)使我學(xué)到如何從理論到實(shí)踐的轉(zhuǎn)化，怎樣將我所學(xué)到的知識(shí)運(yùn)用到我以后的工作中去。通過單片機(jī)硬件電路的調(diào)試，實(shí)現(xiàn)了預(yù)先設(shè)定的功能，設(shè)計(jì)主要用到的元件不多，最主要的是程序也比較長比較麻煩，同時(shí)也遇到了不少困難，尤其是關(guān)于校時(shí)模塊的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。雖然過程中遇到了一些困難，但是在解決這些問題的過程無疑也是對自己自身專業(yè)素質(zhì)的一種提高。此次的電子時(shí)鐘設(shè)計(jì)給我奠定了一個(gè)實(shí)踐基礎(chǔ)，我會(huì)在以后的學(xué)習(xí)、生活中磨練自己，使自己適應(yīng)于以后的競爭，同時(shí)在查找資料的過程中我也學(xué)到了許多新的知識(shí)，在和同學(xué)協(xié)作過程中增進(jìn)同學(xué)間的友誼，使我對團(tuán)隊(duì)精神的積極性和重要性有了更加充分的理解。 參考文獻(xiàn)1 謝自美電子線路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)測試m

10、武漢：華中理工大學(xué)出版社，1992.2劉湘濤江世明單片機(jī)原理與應(yīng)用m. 北京:電子工業(yè)出版社,2006.3 樓然笛單片機(jī)開發(fā)m北京：人民郵電出版社，1994.4 付家才單片機(jī)控制工程實(shí)踐技術(shù)m北京：化學(xué)工業(yè)出版社 2004.3.5 李光才單片機(jī)課程設(shè)計(jì) 實(shí)例指導(dǎo)m 北京：北京航空航天大學(xué)出版社 2004.6 朱定華單片機(jī)原理及接口技術(shù)實(shí)驗(yàn)m北京：北方交通大學(xué)出版社2002.11. 附錄 部分程序清單 源程序org 0000h ;程序執(zhí)行開始地址ljmp start ;跳到標(biāo)號(hào)start執(zhí)行org 0003h ;外中斷0中斷程序入口reti ;外中斷0中斷返回org 000bh ;定時(shí)器t0中斷

11、程序入口ljmp intt0 ;跳至intto執(zhí)行org 0013h ;外中斷1中斷程序入口reti ;外中斷1中斷返回org 001bh ;定時(shí)器t1中斷程序入口ljmp intt1 ;跳至intt1執(zhí)行org 0023h ;串行中斷程序入口地址reti ;串行中斷程序返回start: mov r0,#70h ;清70h-7ah共11個(gè)內(nèi)存單元mov r7,#0bh ;cleardisp: mov r0,#00h ;inc r0 ;djnz r7,cleardisp ;mov 20h,#00h ;清20h（標(biāo)志用）mov 7ah,#0ah ;放入熄滅符數(shù)據(jù)mov tmod,#11h ;設(shè)t0

12、、t1為16位定時(shí)器mov tl0,#0b0h ;50ms定時(shí)初值（t0計(jì)時(shí)用）mov th0,#3ch ;50ms定時(shí)初值mov tl1,#0b0h ;50ms定時(shí)初值（t1閃爍定時(shí)用）mov th1,#3ch ;50ms定時(shí)初值setb ea ;總中斷開放setb et0 ;允許t0中斷setb tr0 ;開啟t0定時(shí)器mov r4,#14h ;1秒定時(shí)用初值（50ms20）start1: lcall display ;調(diào)用顯示子程序jnb p3.7,setmm1 ;p3.7口為0時(shí)轉(zhuǎn)時(shí)間調(diào)整程序sjmp start1 ;p3.7口為1時(shí)跳回start1setmm1: ljmp setmm

13、 ;轉(zhuǎn)到時(shí)間調(diào)整程序setmm ; 1秒計(jì)時(shí)程序 ;intt0: push acc ;累加器入棧保護(hù)push psw ;狀態(tài)字入棧保護(hù)clr et0 ;關(guān)t0中斷允許clr tr0 ;關(guān)閉定時(shí)器t0mov a,#0b7h ;中斷響應(yīng)時(shí)間同步修正add a,tl0 ;低8位初值修正mov tl0,a ;重裝初值（低8位修正值） mov a,#3ch ;高8位初值修正addc a,th0 ;mov th0,a ;重裝初值（高8位修正值） setb tr0 ;開啟定時(shí)器t0djnz r4, outt0 ;20次中斷未到中斷退出addss: mov r4,#14h ;20次中斷到（1秒）重賦初值mov

14、 r0,#71h ;指向秒計(jì)時(shí)單元（71h-72h）acall add1 ;調(diào)用加1程序（加1秒操作）mov a,r3 ;秒數(shù)據(jù)放入a（r3為2位十進(jìn)制數(shù)組合）clr c ;清進(jìn)位標(biāo)志cjne a,#60h,addmm ;addmm: jc outt0 ;小于60秒時(shí)中斷退出acall clr0 ;大于或等于60秒時(shí)對秒計(jì)時(shí)單元清0 mov r0,#77h ;指向分計(jì)時(shí)單元（76h-77h）acall add1 ;分計(jì)時(shí)單元加1分鐘mov a,r3 ;分?jǐn)?shù)據(jù)放入aclr c ;清進(jìn)位標(biāo)志 cjne a,#60h,addhh ;addhh: jc outt0 ;小于60分時(shí)中斷退出acall c

15、lr0 ;大于或等于60分時(shí)分計(jì)時(shí)單元清0 mov r0,#79h ;指向小時(shí)計(jì)時(shí)單元（78h-79h）acall add1 ;小時(shí)計(jì)時(shí)單元加1小時(shí) mov a,r3 ;時(shí)數(shù)據(jù)放入aclr c ;清進(jìn)位標(biāo)志cjne a,#24h,hour ;hour: jc outt0 ;小于24小時(shí)中斷退出acall clr0 ;大于或等于24小時(shí)小時(shí)計(jì)時(shí)單元清0outt0: mov 72h,76h ;中斷退出時(shí)將分、時(shí)計(jì)時(shí)單元數(shù)據(jù)移mov 73h,77h ;入對應(yīng)顯示單元mov 74h,78h ;mov 75h,79h ;pop psw ;恢復(fù)狀態(tài)字（出棧）pop acc ;恢復(fù)累加器setb et0 ;

16、開放t0中斷 reti ;中斷返回 ; 閃動(dòng)調(diào)時(shí) 程 序 ; ;t1中斷服務(wù)程序，用作時(shí)間調(diào)整時(shí)調(diào)整單元閃爍指示intt1: push acc ;中斷現(xiàn)場保護(hù)push psw ;mov tl1, #0b0h ;裝定時(shí)器t1定時(shí)初值 mov th1, #3ch ;djnz r2,intt1out ;0.3秒未到退出中斷（50ms中斷6次） mov r2,#06h ;重裝0.3秒定時(shí)用初值cpl 02h ;0.3秒定時(shí)到對閃爍標(biāo)志取反 jb 02h,flash1 ;02h位為1時(shí)顯示單元熄滅 mov 72h,76h ;02h位為0時(shí)正常顯示mov 73h,77h ;mov 74h,78h ;mov

17、 75h,79h ;intt1out: pop psw ;恢復(fù)現(xiàn)場pop acc ;reti ;中斷退出flash1: jb 01h,flash2 ;01h位為1時(shí)，轉(zhuǎn)小時(shí)熄滅控制mov 72h,7ah ;01h位為0時(shí)，熄滅符數(shù)據(jù)放入分mov 73h,7ah ;顯示單元（72h-73h），將不顯示分?jǐn)?shù)據(jù)mov 74h,78h ;mov 75h,79h ;ajmp intt1out ;轉(zhuǎn)中斷退出 flash2: mov 72h,76h ;01h位為1時(shí)，熄滅符數(shù)據(jù)放入小時(shí)mov 73h,77h ;顯示單元（74h-75h），小時(shí)數(shù)據(jù)將不顯示 mov 74h,7ah ;mov 75h,7ah ;

18、ajmp intt1out ;轉(zhuǎn)中斷退出 ; 加1子 程 序 ;add1: mov a,r0 ;取當(dāng)前計(jì)時(shí)單元數(shù)據(jù)到adec r0 ;指向前一地址swap a ;a中數(shù)據(jù)高四位與低四位交換orl a,r0 ;前一地址中數(shù)據(jù)放入a中低四位 add a,#01h ;a加1操作da a ;十進(jìn)制調(diào)整mov r3,a ;移入r3寄存器anl a,#0fh ;高四位變0mov r0,a ;放回前一地址單元mov a,r3 ;取回r3中暫存數(shù)據(jù)inc r0 ;指向當(dāng)前地址單元swap a ;a中數(shù)據(jù)高四位與低四位交換anl a,#0fh ;高四位變0mov r0,a ;數(shù)據(jù)放入當(dāng)削地址單元中 ret ;子

19、程序返回 ; 清零程序 ;clr0: clr a ;清累加器mov r0,a ;清當(dāng)前地址單元dec r0 ;指向前一地址mov r0,a ;前一地址單元清0ret ;子程序返回 ; 時(shí)鐘調(diào)整程序 ;當(dāng)調(diào)時(shí)按鍵按下時(shí)進(jìn)入此程序setmm: clr et0 ;關(guān)定時(shí)器t0中斷clr tr0 ;關(guān)閉定時(shí)器t0lcall dl1s ;調(diào)用1秒延時(shí)程序jb p3.7,closedis ;鍵按下時(shí)間小于1秒，關(guān)閉顯示（省電） mov r2,#06h ;進(jìn)入調(diào)時(shí)狀態(tài)，賦閃爍定時(shí)初值 setb et1 ;允許t1中斷setb tr1 ;開啟定時(shí)器t1set2: jnb p3.7,set1 ;p3.7口為0（

20、鍵未釋放），等待setb 00h ;鍵釋放，分調(diào)整閃爍標(biāo)志置1set4: jb p3.7,set3 ;等待鍵按下lcall dl05s ;有鍵按下，延時(shí)0.5秒jnb p3.7,sethh ;按下時(shí)間大于0.5秒轉(zhuǎn)調(diào)小時(shí)狀態(tài)mov r0,#77h ;按下時(shí)間小于0.5秒加1分鐘操作lcall add1 ;調(diào)用加1子程序mov a,r3 ;取調(diào)整單元數(shù)據(jù)clr c ;清進(jìn)位標(biāo)志cjne a,#60h,hhh ;調(diào)整單元數(shù)據(jù)與60比較hhh: jc set4 ;調(diào)整單元數(shù)據(jù)小于60轉(zhuǎn)set4循環(huán)lcall clr0 ;調(diào)整單元數(shù)據(jù)大于或等于60時(shí)清0clr c ;清進(jìn)位標(biāo)志ajmp set4 ;跳

21、轉(zhuǎn)到set4循環(huán)closedis:setb et0 ;省電（led不顯示）狀態(tài)。開t0中斷setb tr0 ;開啟t0定時(shí)器（開時(shí)鐘）close: jb p3.7,close ;無按鍵按下，等待。lcall display ;有鍵按下，調(diào)顯示子程序延時(shí)削抖jb p3.7,close ;是干擾返回close等待waith: jnb p3.7,waith ;等待鍵釋放ljmp start1 ;返回主程序（led數(shù)據(jù)顯示亮）sethh: clr 00h ;分閃爍標(biāo)志清除（進(jìn)入調(diào)小時(shí)狀態(tài)）sethh1: jnb p3.7,set5 ;等待鍵釋放setb 01h ;小時(shí)調(diào)整標(biāo)志置1set6: jb p3

22、.7,set7 ;等待按鍵按下lcall dl05s ;有鍵按下延時(shí)0.5秒jnb p3.7,setout ;按下時(shí)間大于0.5秒退出時(shí)間調(diào)整mov r0,#79h ;按下時(shí)間小于0.5秒加1小時(shí)操作lcall add1 ;調(diào)加1子程序mov a,r3 ;clr c ;cjne a,#24h,houu ;計(jì)時(shí)單元數(shù)據(jù)與24比較houu: jc set6 ;小于24轉(zhuǎn)set6循環(huán)lcall clr0 ;大于或等于24時(shí)清0操作ajmp set6 ;跳轉(zhuǎn)到set6循環(huán)setout: jnb p3.7,setout1 ;調(diào)時(shí)退出程序。等待鍵釋放lcall display ;延時(shí)削抖jnb p3.7,

23、setout ;是抖動(dòng)，返回setout再等待clr 01h ;清調(diào)小時(shí)標(biāo)志clr 00h ;清調(diào)分標(biāo)志clr 02h ;清閃爍標(biāo)志clr tr1 ;關(guān)閉定時(shí)器t1clr et1 ;關(guān)定時(shí)器t1中斷setb tr0 ;開啟定時(shí)器t0setb et0 ;開定時(shí)器t0中斷（計(jì)時(shí)開始）ljmp start1 ;跳回主程序set1: lcall display ;鍵釋放等待時(shí)調(diào)用顯示程序（調(diào)分）ajmp set2 ;防止鍵按下時(shí)無時(shí)鐘顯示set3: lcall display ;等待調(diào)分按鍵時(shí)時(shí)鐘顯示用ajmp set4set5: lcall display ;鍵釋放等待時(shí)調(diào)用顯示程序（調(diào)小時(shí)）ajmp sethh1 ;防止鍵按下時(shí)無時(shí)鐘顯示set7: lcall display ;等待調(diào)小時(shí)按鍵時(shí)時(shí)鐘顯示用ajmp set6setout1: lcall display ;退