單片機(jī)原理與應(yīng)用課程設(shè)計(jì) 電子時鐘設(shè)計(jì)

1、電子時鐘設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)： 單片機(jī)原理與應(yīng)用課程設(shè)計(jì) 專 業(yè)： 通信技術(shù) 班 級： 08通信（2）班 學(xué) 號： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 2010年 6 月 27 日設(shè)計(jì)內(nèi)容：設(shè)計(jì)一個簡易時鐘，設(shè)計(jì)內(nèi)容包括：（1） 使用8051單片機(jī)片內(nèi)定時器設(shè)計(jì)一個簡易時鐘。（2） 使用8位led對測量結(jié)果進(jìn)行顯示1）確定系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案；2）進(jìn)行系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)；3）完成必要的參數(shù)計(jì)算與元器件選擇；4）完成應(yīng)用程序設(shè)計(jì)；5）進(jìn)行軟硬件調(diào)試；（3） 能通過鍵盤對對時鐘設(shè)計(jì)內(nèi)容與設(shè)計(jì)要求進(jìn)行實(shí)時調(diào)整。（4） 具有鬧鐘功能注：帶者為選做設(shè)計(jì)要求：主 要 設(shè) 計(jì) 條 件1、教材2、單片機(jī)開發(fā)板、proteus軟件3、參考書：

2、1）單片機(jī)原理及運(yùn)用 電子工業(yè)出版社2）單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)新教程 電子工業(yè)出版社 目 錄設(shè)計(jì)內(nèi)容：1設(shè)計(jì)要求：1一、系統(tǒng)總體方案選擇與說明11.系統(tǒng)總體方案選擇12. 說明1二、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖與工作原理31. 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖32.工作原理4三、各單元硬件設(shè)計(jì)說明及計(jì)算方法51.定時器計(jì)數(shù)器52 .中斷系統(tǒng):63 .鍵盤64 .led數(shù)碼管顯示器：75 .led數(shù)碼顯示器有兩種連接方法7圖(1)led引腳排列8四、軟件設(shè)計(jì)與說明（包括流程圖）81主程序82數(shù)碼管顯示模塊93定時器/計(jì)數(shù)器t0中斷服務(wù)程序104按鍵處理模塊11五 、程序清單131.中斷子程序132.延時程序133.主程序和定時器中斷子程序

3、134.led顯示子程序145.按鍵控制子程序156.數(shù)字電子時鐘系統(tǒng)protues仿真19六、參考文獻(xiàn)20致 謝2123一、系統(tǒng)總體方案選擇與說明1.系統(tǒng)總體方案選擇該課程設(shè)計(jì)是利用mcs-51單片機(jī)內(nèi)部的定時計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)、以及行列鍵盤和led顯示器等部件，設(shè)計(jì)的一個單片機(jī)電子時鐘。設(shè)計(jì)的電子時鐘通過數(shù)碼管顯示，并能通過按鍵實(shí)現(xiàn)設(shè)置時間和暫停、啟動控制等，用定時計(jì)數(shù)器t0，工作于定時，采用方式1，對12mhz的系統(tǒng)時鐘進(jìn)行定時計(jì)數(shù)，初值設(shè)為50000。形成定時時間為50ms。計(jì)時周期為24小時，顯示滿刻度為23時59分59秒，另外還有校時功能。因此，一個基本的數(shù)字鐘電路主要由顯示器“時”

4、，“分”，“秒”和單片機(jī)，還有校時電路組成。8個數(shù)碼管的段選接到單片機(jī)的p0口，位選接到單片機(jī)的p2口。數(shù)碼管按照數(shù)碼管動態(tài)顯示的工作原理工作，將標(biāo)準(zhǔn)秒信號送入“秒單元”，“秒單元”采用60進(jìn)制計(jì)數(shù)器，每累計(jì)60秒發(fā)出一個“分脈沖”信號，該信號將作為“分單元”的時鐘脈沖?！胺謫卧币膊捎?0進(jìn)制計(jì)數(shù)器，每累計(jì)60分鐘，發(fā)出一個“時脈沖”信號，該信號將被送到“時單元”?！皶r單元”采用24進(jìn)制計(jì)時器，可實(shí)現(xiàn)對一天24小時的累計(jì)。顯示電路將“時”、“分”、“秒”通過七段顯示器顯示出來。校時電路時用來對“時”、“分”、“秒”顯示數(shù)字進(jìn)行校對調(diào)整，校時電路時用來對“時”、“分”、“秒”顯示數(shù)字進(jìn)行校對調(diào)

5、整，按一下second,秒單元就加1 ，按一下minute,分就加1，按一下hour，時就加1。 2. 說明2.1、系統(tǒng)由at89c51、led 數(shù)碼管、按鍵、電容、電阻等部分構(gòu)成，能實(shí)現(xiàn)時間的調(diào)整、輸出、調(diào)時間等功能。系統(tǒng)中按鈕button能對時間進(jìn)行調(diào)整功能的按鈕，采用單鍵控制調(diào)時功能，運(yùn)用軟件去抖判斷按鍵的時間從而選擇完成相對應(yīng)的功能2.2 、時鐘顯示：在此部分的設(shè)計(jì)中，在顯示時，首先將時間十進(jìn)制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為顯示段碼，然后送往數(shù)碼管顯示。顯示段碼采用動態(tài)掃描的方式。2.3 、時間調(diào)整：該設(shè)計(jì)需要校對時間，所以用三個按鍵來實(shí)現(xiàn)。按hour來調(diào)節(jié)小時的時間，按 minute來調(diào)節(jié)分針的時間，按

6、 sceond來調(diào)節(jié)秒的時間。按鍵處理是先檢測秒按鍵是否按下，秒按鍵如果按下，秒就加1；如果沒有按下，就檢測分按鍵是否按下，分按鍵如果按下，分就加1；如果沒有按下，就檢測時按鍵是否按下，時按鍵如果按下，時就加1；如果沒有按下，就把時間顯示出來。2.4、中斷：中斷技術(shù)在單片系統(tǒng)中有著十分重要的作用，它不僅可以提高單片機(jī)cpu的效率，也可以對突發(fā)事件處理。所謂中斷就是當(dāng)cpu正在執(zhí)行程序a時，發(fā)生了另一個急需處理的事件b，這是cpu暫停當(dāng)前執(zhí)行的程序a，立即轉(zhuǎn)去執(zhí)行處理事件b的程序，處理完事件b后，再返回到程序a繼續(xù)執(zhí)行，這個過程被叫做中斷。關(guān)于中斷的概念有下列幾個名詞：（1）程序a稱為主程序，（

7、2）處理事件b的程序稱為中斷服務(wù)程序，（3）主程序中轉(zhuǎn)向中斷服務(wù)程序的地方稱為斷點(diǎn)，（4）引起中斷的原因即事件b稱為中斷源，（5）轉(zhuǎn)去執(zhí)行中斷服務(wù)程序稱為中斷響應(yīng)。關(guān)于中斷的概念可以打個如下的比喻。領(lǐng)導(dǎo)（cpu）在自己的房間辦公（執(zhí)行主程序），下屬（外設(shè)）有問題打電話來請示（中斷源），領(lǐng)導(dǎo)停下正在進(jìn)行的工作，通過電話給下屬做指示（執(zhí)行中斷服務(wù)程序），指示完后，領(lǐng)導(dǎo)掛斷電話，繼續(xù)做自己的工作（返回主程序繼續(xù)執(zhí)行）。 二、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖與工作原理 1. 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖數(shù)字電子時鐘的原理圖2.工作原理軟時鐘是利用單片機(jī)內(nèi)部的定時器計(jì)數(shù)器來實(shí)現(xiàn)的，它的處理過程如下：首先設(shè)定單片機(jī)內(nèi)部的一個定時器計(jì)數(shù)器工作

8、于定時方式，對機(jī)器周期計(jì)數(shù)形成基準(zhǔn)時間，然后用另一個定時器計(jì)數(shù)器或軟件計(jì)數(shù)的方法對基準(zhǔn)時間計(jì)數(shù)形成秒，秒計(jì)60次形成分，分計(jì)60次形成小時，小時計(jì)24次則計(jì)滿一天。然后通過數(shù)碼管把它們的內(nèi)容在相應(yīng)位置顯示出來即可。數(shù)碼管顯示可以采用靜態(tài)顯示方法或動態(tài)顯示方法。靜態(tài)顯示方法需要數(shù)據(jù)鎖存器等硬件，接口復(fù)雜，時鐘顯示用8個數(shù)碼管。由于系統(tǒng)沒有其他的復(fù)雜的任務(wù)處理，而且顯示的時鐘信息隨時都可能變化，一般采用動態(tài)顯示方式。動態(tài)顯示方法線路相對簡單，但需動態(tài)掃描，掃描頻率要大于人眼視覺暫留頻率，信息看起來才穩(wěn)定。譯碼方式可分為軟件譯碼和硬件譯碼，軟件譯碼通過譯碼程序查得顯示信息的字段碼；硬件譯碼通過硬件譯

9、碼器得到顯示信息的字段碼，實(shí)際中通常采用軟件譯碼。在具體處理時，定時器計(jì)數(shù)器采用中斷方式工作，對時鐘的形成在中斷服務(wù)程序中實(shí)現(xiàn)。在主程序中只需對定時器計(jì)數(shù)器初始化、調(diào)用顯示子程序和控制子程序。另外，為了使用方便，設(shè)計(jì)了簡單的按鍵，可以通過按鍵實(shí)現(xiàn)時、分的調(diào)整，這樣在主程序中就加入了鍵盤設(shè)置子程序。 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩部分組成。硬件系統(tǒng)是指單片機(jī)以及擴(kuò)展的存儲器、io接口、外圍擴(kuò)展的功能芯片以及接口電路。軟件系統(tǒng)包括監(jiān)控程序和各種應(yīng)用程序。 在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，單片機(jī)是整個系統(tǒng)的核心，對整個系統(tǒng)的信息輸入、處理、信息輸出進(jìn)行控制。與單片機(jī)配套的有相應(yīng)的復(fù)位電路、時鐘電路以及擴(kuò)展

10、的存儲器和io接口，使單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)能夠運(yùn)行。 在一個單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，往往都會輸入信息和顯示信息，這就涉及鍵盤和顯示器。在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，一般都根據(jù)系統(tǒng)的要求配置相應(yīng)的鍵盤和顯示器。配置鍵盤和顯示器一般都沒有統(tǒng)一的規(guī)定，有的系統(tǒng)功能復(fù)雜，需輸入的信息和顯示的信息量大，配置的鍵盤和顯示器功能相對強(qiáng)大，而有些系統(tǒng)輸入/輸出的信息少，這時可能用幾個按鍵和幾個led指示燈就可以進(jìn)行處理了。在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)在中配置的鍵盤可以是獨(dú)立鍵盤，也可能是矩陣鍵盤。顯示器可以是led指示燈，也可以是led數(shù)碼管，也可以是lcd顯示器，還可以使用crt顯示器。單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中鍵盤一般用的比較多的是矩陣鍵盤，顯示器

11、用的比較多的是led數(shù)碼管還lcd顯示器。三、各單元硬件設(shè)計(jì)說明及計(jì)算方法1.定時器計(jì)數(shù)器 1、mcs-51系列中51子系列有兩個16位的可編程定時計(jì)數(shù)器可：定時計(jì)數(shù)器t0和定時計(jì)數(shù)器t1。它由加法計(jì)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(jì)數(shù)器t0和t1的工作方式，控制寄存器用于對定時計(jì)數(shù)器啟動、停止進(jìn)行控制。 2、每個定時計(jì)數(shù)器既可以對系統(tǒng)時鐘計(jì)數(shù)實(shí)現(xiàn)定時，也可以外部信號計(jì)數(shù)實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)功能通過編程設(shè)定來實(shí)現(xiàn)。 3、每個定時計(jì)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

12、位定時計(jì)數(shù)器、16位定時計(jì)數(shù)器、8位自動重置定時計(jì)數(shù)器、兩個8位定時計(jì)數(shù)器（只有t0有） 4、每一個定時計(jì)數(shù)器定時計(jì)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。2 .中斷系統(tǒng):1、mcs-51單片機(jī)提供5個硬件中斷源，2個外部中斷源，2個定時計(jì)數(shù)器t0和t1的溢出中斷tf0和tf1，1個串行口發(fā)送ti和接收ri中斷。2、mcs-51單片機(jī)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(jìn)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

13、中的總控置位和對應(yīng)的中斷允許位置“1”。3、mcs-51單片機(jī)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(jìn)行位尋址。如果某位被置“1”，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(rèn)的優(yōu)先權(quán)順序，從高到低優(yōu)先權(quán)順序?yàn)橥獠恐袛?、定時計(jì)數(shù)器t0中斷、外部中斷1、定時計(jì)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(rèn)的優(yōu)先級順序。4、mcs-51單片機(jī)響應(yīng)中斷的條件為：中斷源有請求且中斷允許。3 .鍵盤鍵盤是單

14、片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中最常用的輸入設(shè)備，在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，操作人員一般都是通過鍵盤向單片機(jī)系統(tǒng)輸入指令、地址和數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)簡單的人機(jī)通信。鍵盤實(shí)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(dāng)按下鍵時它才閉合。鍵盤的結(jié)構(gòu)形式一般有兩種：獨(dú)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。4 .led數(shù)碼管顯示器：led數(shù)碼管顯示器在單片機(jī)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(jī)接口方便等特點(diǎn)，基本上能夠滿足單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的需要，所以在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)

15、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(jī)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(shí)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。5 .led數(shù)碼顯示器有兩種連接方法（1）共陽極接法把發(fā)光二極管的陽極連在一起構(gòu)成公共陽極，使用時公共陽極接+5v

16、，每個發(fā)光二極管的陰極通過電阻與輸入端相連。當(dāng)陰極端輸入低電平時，段發(fā)光二極管就導(dǎo)通點(diǎn)亮，而輸入高電平時則不點(diǎn)亮。（2）共陰極接法。把發(fā)光二極管的陰極連在一起構(gòu)成公共陰極，使用時公共陰極接地。每個發(fā)光二極管的陽極通過電阻與輸入端相連。當(dāng)陽極端輸入高電平時，段發(fā)光二極管就導(dǎo)通點(diǎn)亮，而輸入低電平時則不點(diǎn)亮。在本設(shè)計(jì)中所采用的是共陰極led數(shù)碼顯示器，其引腳排列如下圖(1)所示： 圖(1)led引腳排列四、軟件設(shè)計(jì)與說明（包括流程圖）電子時鐘的軟件系統(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， 1主程序主程序執(zhí)行流程如下圖（2），主程序先對顯示單元和定時器/計(jì)數(shù)

17、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(dāng)有鍵按下，則轉(zhuǎn)入相應(yīng)的功能程序。 開始顯示單元清零t0、t1設(shè)為16位計(jì)數(shù)模式允許t0中斷調(diào)用顯示子程序進(jìn)入功能程序按下鍵否？否是 圖（2）主程序執(zhí)行流程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。流程圖如下圖（3）所示： 開始秒單元加1，50ms計(jì)數(shù)器清0，秒寫入秒個位和秒十位50ms 計(jì)數(shù)器=20？否是分單元加1，秒單元清0，分寫入分個位和分十位秒單元=60？時單元加1，分單元清0，時寫入時個位和時十位分單元=60？時單元清0時單元=24？結(jié)束否

18、否否是是是 圖（3） 數(shù)碼管顯示程序流程圖 3定時器/計(jì)數(shù)器t0中斷服務(wù)程序定時器/計(jì)數(shù)器t0用于時間計(jì)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(jì)數(shù)器對50ms計(jì)數(shù)，計(jì)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(biāo)志一天時間計(jì)滿。在對各單元計(jì)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(jì)數(shù)器t0中斷服務(wù)程序流程圖如下圖（4）： 開始現(xiàn)場保護(hù)，重置初值啟動下一個50ms50ms 計(jì)數(shù)器加1中斷返回圖（4）定時器/計(jì)數(shù)器t0中斷服務(wù)程序流程圖4

19、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(dāng)按下k0按鍵時，進(jìn)入調(diào)分狀態(tài)，時鐘停止走動；按k1可k2按鍵可進(jìn)行加1或減1操作；繼續(xù)按k0鍵可分別進(jìn)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(jì)時運(yùn)行 nynynyhour加1顯示時間結(jié)束開始sceond按鍵按下？sceond加1minute按鍵按下？minute加1hour按鍵按下？圖（5）按鍵控制程序流程圖五 、程序清單 采用8位led軟件譯碼動態(tài)顯示程序使用at89c51單片機(jī)，12mhz晶振，p0輸出字段碼，p2口輸出位選碼，用共陽led數(shù)碼管，p1.0為調(diào)時位選擇按鍵，p1.1為加1鍵，p1.2為減1鍵。1.中斷

20、子程序timer0 (void) interrupt 1 using 1 u+; th0=(65536-50000)/256; tl0=(65536-50000)%256; 2.延時程序void delay() unsigned int time,p; for(time=30;time0;time-) for(p=0;p10;p+); 3.主程序和定時器中斷子程序#includechar mod=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f;char sceond,minute,hour,i,k,l,j,x,y;int u;sbit p1_

21、0=p10;sbit p1_1=p11;sbit p1_2=p12;void main() tmod=0x01; th0=(65536-50000)/256; tl0=(65536-50000)%256; ea=1; et0=1; tr0=1; do kongzhi(); xianshi(); while(1);4.led顯示子程序void xianshi() if(u=20) u=0; sceond+; while(sceond=60) sceond=0; minute+; if(minute=60) minute=0; hour+ ; if(hour=24) hour=0; x=hour%

22、10; y=hour/10; l=minute%10; j=minute/10; i=sceond%10; k=sceond/10; p2=0x7f; p0=modi; delay(); p2=0xbf; p0=modk; delay(); p2=0xdf; p0=0x40; delay(); p2=0xef; p0=modl; delay(); p2=0xf7; p0=modj; delay(); p2=0xfb; p0=0x40; delay(); p2=0xfd; p0=modx; delay(); p2=0xfe; p0=mody; delay();5.按鍵控制子程序void kong

23、zhi() if(p1_0=0) tr0=0; while(p1_0=0); while(1) if(p1_1=0) sceond+; if(sceond=60) sceond=0; while(p1_1=0); if(p1_2=0) sceond-; if(sceond0) sceond=0; while(p1_2=0); i=sceond%10; k=sceond/10; p2=0x7f; p0=modi; delay(); p2=0xbf; p0=modk; delay(); if(p1_0=0) while(p1_0=0); while(1) if(p1_1=0) minute+;while(minute=60)minute=0; while(p1_1=0); if(p1_2=0) minute-; if(minute0) minute=0; while(p1_2=0); l=minute%10; j=minute/10; p2=0xef; p0=modl;delay();p2=0xf7; p0=modj;delay(); if( p1_0=0) hile(p1_0=0);while(1)if(p1_1=0) hour+; while(hour=24) h