(完整版)單片機的電子時鐘設(shè)計畢業(yè)設(shè)計.doc

1、以下文檔格式全部為word格式，下載后您可以任意修改編輯。濟源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計題目單片機的電子鐘設(shè)計系別電氣工程系專業(yè)應(yīng)用電子技術(shù)班級電技 0801姓名肖見學(xué)號指導(dǎo) 教 師苗紹強日期2010年 12 月設(shè)計任務(wù)書設(shè)計題目：單片機的電子鐘設(shè)計設(shè)計要求：1. 設(shè)計一個具有特定功能的電子鐘。 該電子鐘上電或按鍵復(fù)位后能自動顯示系統(tǒng)提示符“ P. ”， 進入時鐘準備狀態(tài)；第一次按電子鐘啟動調(diào)整鍵，電子鐘從 0 時 0 分 0 秒開始運行， 進入時鐘運行狀態(tài)； 再次按電子鐘啟動調(diào)整鍵， 則電子鐘進入時鐘調(diào)整狀態(tài)， 此時可利用各調(diào)整鍵調(diào)整時間，調(diào)整結(jié)束后可按啟動調(diào)整鍵再次進入時鐘運行狀態(tài)。2. 設(shè)計完

2、成上述功能的相應(yīng)的硬件調(diào)試和軟件調(diào)試。3. 完成焊接和實物電路的調(diào)試。設(shè)計進度要求：第一周：選定設(shè)計題目, 查找、搜集相關(guān)資料。第二周：了解各元器件、模塊的功能及使用方法。第三周：硬件電路的設(shè)計。第四周：相應(yīng)軟件設(shè)計（程序設(shè)計） 。第五周：利用相關(guān)的仿真軟件測試并記錄相關(guān)的數(shù)據(jù)和錯誤。第六周：焊接實物電路， 并且在實物電路上調(diào)試并且記錄相關(guān)的數(shù)據(jù)和問題。第七周：寫畢業(yè)論文。第八周：畢業(yè)答辯。指導(dǎo)教師（簽名）：摘要時鐘，自從它發(fā)明的那天起， 就成為人類的朋友， 但隨著時間的推移，科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展， 人們對時間計量的精度要求越來越高， 應(yīng)用越來越廣。怎樣讓時鐘更好的為人民服務(wù)， 怎樣讓我們的老朋

3、友煥發(fā)青春呢？這就要求人們不斷設(shè)計出新型時鐘。數(shù)字電子鐘的設(shè)計方法有多種， 其中，利用單片機實現(xiàn)的電子鐘具有編程靈活， 便于電子鐘功能的擴充， 即可用該電子鐘發(fā)出各種控制信號，精確度高等特點，同時可以用該電子鐘發(fā)出各種控制信號。本設(shè)計主要介紹用單片機內(nèi)部的定時計數(shù)器來實現(xiàn)電子時鐘的方法，本設(shè)計由單片機AT89C52芯片和 LED數(shù)碼管為核心，輔以必要的電路，構(gòu)成了一個單片機電子時鐘。與傳統(tǒng)機械表相比， 它具有走時精確 , 顯示直觀等特點。它的計時周期為24 小時，顯滿刻度為“ 23 時 59分 59 秒”，另外具有校時功能等特點。關(guān)鍵詞：電子鐘，單片機，匯編目錄摘要.II目錄.第 1 章 總體

4、方案的介紹 . .1.1電子鐘功能介紹 .1.2總體方案介紹 .1.3電子鐘電路原理圖 .1.4元件清單 . .第 2 章 硬件系統(tǒng)設(shè)計 .2.1單片機的選擇 .2.2復(fù)位電路 .2.3晶振電路 .2.4顯示電路 .2.5按鍵電路 .第 3 章 軟件系統(tǒng)設(shè)計 . .3.1電子鐘主程序流程框圖 .3.2鍵掃子程序流程框圖 .3.3中斷服務(wù)程序流程框圖 .3.4 “P. ”點顯示子程序流程框圖 .3.5顯示子程序流程框圖 .第 4 章電子鐘的使用說明及調(diào)試運行 .4.1使用說明書 . .4.2電子鐘運行結(jié)果 .4.4誤差分析 .參考資料 .致 謝 .第 1 章總體方案的介紹1.1 電子鐘功能介紹可

5、調(diào)整運行的電子鐘具有三種工作狀態(tài)：“P. ”狀態(tài)、運行狀態(tài)、調(diào)整狀態(tài)。（1）、“ P. ”狀態(tài)，依靠上電或按復(fù)位鍵進入，在此狀態(tài)下，按B、C、D 鍵均無效，按 A 鍵有效，進入運行狀態(tài)；（2）、運行狀態(tài)，按奇數(shù)次A 鍵進入，在此狀態(tài)下，按B、C、D鍵均無效，只有按 A 鍵有效，按下A 鍵后，退出運行狀態(tài)，進入調(diào)整狀態(tài)；（3）、調(diào)整狀態(tài)，按偶數(shù)次A 鍵進入，在此狀態(tài)下，按A、 B、 C、 D鍵均有效。如按下A 鍵，則退出調(diào)整狀態(tài)，進入運行狀態(tài)；按下B、C、D 鍵，則分別對時、分、秒加1，調(diào)整結(jié)束后必須按A 鍵，即可退出調(diào)整狀態(tài)，進入運行狀態(tài)。基本功能要求：“P. ”穩(wěn)定地顯示在LED顯示器的最左

6、端數(shù)碼管（LED5）上，無 A鍵按下（在“ P. ”狀態(tài)下，按下B、C、D鍵無效），則不進入電子鐘的運行狀態(tài)，繼續(xù)顯示“P. ”。按下A 鍵后，電子鐘以起始時間：00 時00 分 00 秒開始運行。再次按下A 鍵后，電子鐘退出運行狀態(tài)，進入調(diào)整狀態(tài)，利用B、C、D鍵把電子鐘的顯示時間修改為當(dāng)前實時時間，時間修改正確后可再次按下A 鍵，電子鐘則退出調(diào)整狀態(tài)，進入運行狀態(tài)。注意：每次按下B、C、D 鍵，只允許加一，不允許連加。（1）、在調(diào)整狀態(tài)下，按下B、C、D鍵，允許連加，而 A 鍵無論在何種狀態(tài)下，均不允許連擊；（2）、時、分、秒的間隔符“。 ”以一定頻率閃爍；（3）、時間顯示以“滅零”方式進

7、行；（4）、可調(diào)整運行的電子鐘用兩個按鍵（例如：A 鍵、 B 鍵）來控制。1.2 總體方案介紹1. 計時方案利用 AT89C52 單片機內(nèi)部的定時計數(shù)器進行中斷定時，配合軟件延時實現(xiàn)時、分、秒的計時。該方案節(jié)省硬件成本，且能使讀者在定時計數(shù)器的使用、 中斷及程序設(shè)計方面得到鍛煉與提高，對單片機的指令系統(tǒng)能有更深入的了解。2. 鍵盤顯示方案AT89C52的 P0 口和 P2口外接由六個 LED數(shù)碼管 (LED5LED0)構(gòu)成的顯示器， 用 P0 口作 LED的段碼輸出口， P2 口作六個 LED數(shù)碼管的位控輸出線， P1 口外接四個按鍵 A、B、C、 D構(gòu)成鍵盤電路。AT89C52 是一種低功耗

8、，高性能的CMOS 8位微型計算機。它帶有8K Flash可編程和擦除的只讀存儲器（EPROM），該器件采用 ATMEL的高密度非易失性存儲器技術(shù)制造，與工業(yè)上標準的80C52 和 80S52 的指令系統(tǒng)及引腳兼容，片內(nèi)Flash集成在一個芯片上，可用與解決復(fù)雜的問題，且成本較低。簡易電子鐘的功能不復(fù)雜，采用其現(xiàn)有的IO便可完成，所以本書中采用此的設(shè)計方案，結(jié)構(gòu)如圖1.1 如示。圖 1.1硬件框圖1.3 電子鐘電路原理圖電子鐘原理圖( 見附錄 1)1.4 元件清單電子鐘元件清單如表1 所示：表 1電子鐘元器件清單元件名稱規(guī)格型號數(shù)量（個）單片機AT89C5218 位一體的共陽 LED顯7SEG

9、-MPX8-CA-BLUE1示器晶振12MHz1電容33pF2電容22 F1按鍵BUTTON5電阻0.2K1電阻1K1限流電阻0.1K8第 2 章 硬件系統(tǒng)設(shè)計硬件電路主要包括：單片機、晶振電路、復(fù)位電路、顯示電路、按鍵電路以及電源等幾部分。 。單片機的選擇：選用AT89C52單片機，配備 11.0592MHz晶振。 P1.0 P1.3接的是按鍵電路， P0和P1口分別接的是位碼和斷碼。顯示電路的選擇：采用軟件譯碼器動態(tài)顯示，共陽極 LED數(shù)碼管。復(fù)位電路的選擇： RC復(fù)位電路。電源電路的選擇：采用直流 +5V電源供電。2.1 單片機的選擇單片機實質(zhì)上是一個芯片， 在實際應(yīng)用中， 必須外加各種

10、擴展接口電路、外部設(shè)備等相關(guān)硬件和軟件， 才能構(gòu)成一個單片機系統(tǒng)。 盡管各類單片機很多， 但無論是從世界范圍或是從全國范圍來看， 使用最為廣泛的應(yīng)屬 MCS-51單片機。單片微型計算機市指集成在一個芯片上的微型計算機， 也就是把組成微型計算機的各種功能部件，包括 CPU、隨機存儲器 RAM、只讀存儲器 ROM、基本輸入輸出接口電路、定時器計數(shù)器等部件都制作在一塊集成芯片上，構(gòu)成一個完整的微型計算機， 從而實現(xiàn)微型計算機的基本功能。89C52單片機是在一塊芯片中集成了CPU、存儲器、定時器計數(shù)器和多種功能的IO現(xiàn)等一臺計算機所需的基本功能部件。主要包括1 個8 位CPU、 1個片內(nèi)振蕩器及時鐘電

11、路、128B RAM、4KB ROM、2個16位定時器計數(shù)器、32 條可編程的 IO 線和一個可編程的全雙工串行接口、5 個中斷源、 2 個中斷優(yōu)先級套中斷結(jié)構(gòu)。1、中央處理器CPU 是單片機的內(nèi)部核心部件，是一個8 位二進制數(shù)的中央處理單元，主要由運算器，控制器和寄存器陣列構(gòu)成。2、控制器控制器是單片機內(nèi)部各部件按一定時序協(xié)調(diào)工作的控制核心，是分析和執(zhí)行指令的部件?？刂破髦饕沙绦蛴嫈?shù)器、 指令寄存器、指令譯碼器、振蕩和定時控制邏輯電路等構(gòu)成。3、寄存器陣列寄存器陣列式單片機內(nèi)部的臨時存儲單元或固定用途單元，包括通用寄存器組和專用寄存器組。4、存儲器程序存儲器是可讀不可寫的，用于存放編號的程

12、序和表格常數(shù)。5、數(shù)據(jù)存儲器是即可讀也可寫的，用于存放運算的中間結(jié)果，進行數(shù)據(jù)暫存及數(shù)據(jù)緩沖等。6、定時器計數(shù)器 89C52 內(nèi)部有 2 個 16 位可編程定時器計數(shù)器，簡稱為定時器 0(T0) 和定時器 1(T1) ，T0 和 T1 在定時器控制寄存器 TCON 和定時器方式選擇寄存器 TMOD的控制下，可工作在定時器模式或計數(shù)器模式下，每種模式又有不同的工作方式。89C52 有兩個 16 位的可編程定時計數(shù)器，以實現(xiàn)定時或計數(shù)產(chǎn)生中斷用于控制程序轉(zhuǎn)向。7、并行輸入輸出 (IO) 口 89C52 共有 4 組 8 位 IO 口 (P0、 P1 、P2或 P3)，用于對外部數(shù)據(jù)的傳輸。89C5

13、2單片機內(nèi)部總線是單總線結(jié)構(gòu)，即數(shù)據(jù)總線和地址總線是公用的。 89C52 有 40 條引腳， 與其他 51 系列單片機引腳是兼容的。這40 條引腳可分為 IO 接口線、電源線、控制線、外接晶體線 4 部分。89C52單片機為雙列直插式封裝結(jié)構(gòu)， 如圖 3.2 所示。圖 2.1 89C52 引腳分配圖 Pin40 ：電源腳。工作電壓為 +5V Pin20 ：接地端P0 口：P0 口為一個 8 位漏極開路的雙向IO 口，每腳可以吸收8TTL門電流。當(dāng) P0 口的管腳第一次寫“ 1”時，被定義為高阻輸入，P0口能夠用于外部數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)地址的第八位，在FLASH編程時， P0 口作為

14、原碼輸入口，當(dāng)FLASH進行校驗時， P0 口輸出原碼，此時， P0 外部必須被拉高。P1 口： P1 口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8 位雙向 IO 口， P1 口緩沖器能接收輸出4TTL 門電流， P1 口管腳寫入 1 時，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸出， P1 口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時， P1 口作為第八位地址接收。P2 口： P2 口為一個內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向 IO 口， P2 口緩沖器可以接收、輸出4 個 TTL 門電流，當(dāng) P2 口被寫“ 1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。因此作為輸入時，P2 口的管腳被外部拉低，

15、將輸出電流，這就是內(nèi)部上拉的緣故。P2 口當(dāng)用于外部程序存儲器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時， P2口輸出地址的高八位。在給出地址“ 1”時，它利用內(nèi)部上拉的優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時， P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2 口在 FLASH編程和校驗時接收八位地址信號和控制信號。P3 口： P3 口管腳是8 個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向IO口，可以接收輸出4 個TTL 門電流。當(dāng)P3 口寫入“1”時，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平；P3口將輸處電流（ ILL ），這就是上拉的緣故。P3 口也可以作為 AT89C52的一些特殊功能口，如

16、下所示：P3.0： RXD ( 串行輸入口 )P3.1： TXD ( 串行輸出口 )P3.2： ( 外部中斷 0)P3.3： (外部中斷 1)P3.4： T0(定時計數(shù)器 0)P3.5： T1(定時計數(shù)器 1)P3.6：(外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通線 )P3.7：(外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通線 )P3 口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號RST復(fù)位輸出： 當(dāng)振蕩器復(fù)位時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間。XTAL1：反向振蕩器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入；XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。振蕩器特性XTAL1 和 XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出，該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器，石英

17、振蕩器和陶瓷振蕩器均可采用，如果采用外部時鐘源驅(qū)動器件，XTAL2應(yīng)不連接，有余的輸入至內(nèi)部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器，因此對外部時鐘信號的脈沖沒有任何嚴格的要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。2.2 復(fù)位電路單片機在開機時或在工作中因干擾而使程序失控， 或工作中程序處于某種死循環(huán)狀態(tài)，在這種情況下都需要復(fù)位 . 復(fù)位的作用是使中央處理器 CPU以及其他功能部件都恢復(fù)到一個確定的初始狀態(tài) , 并從這個狀態(tài)重新開始工作 .89C52單片機的復(fù)位靠外部電路實現(xiàn), 信號由 RESET(RST)引腳輸入 ,高電平有效 , 在振蕩器工作時 , 只要保持 RST引腳高電平兩個機器周期 , 單片機

18、即復(fù)位 . 復(fù)位后 ,PC 程序計數(shù)器的內(nèi)容為 0000H,片內(nèi) RAM中內(nèi)容不變 .復(fù)位電路一般有上電復(fù)位、手動開關(guān)復(fù)位和自動復(fù)位電路3種 , 而本設(shè)計中用到的是手動開關(guān)復(fù)位電路。如圖4.3 所示 .圖 2.2單片機復(fù)位電路2.3 晶振電路1晶體振蕩器的作用：石英晶體振蕩器也稱石英晶體諧振器，它用來穩(wěn)定頻率和選擇頻率，是一種可以取代LC諧振回路的晶體諧振元件。2本次設(shè)計所用的晶體振蕩電路如圖4.4 所示：電圖 2.3晶體振蕩電路路所選用的石英晶振頻率為12MHZ。時鐘此晶振周期就是單片機外接晶振的倒數(shù)， 例如 12M的晶振，它的時間周期就是 112us），是計算機中最基本的、最小的時間單位。

19、在一個時鐘周期內(nèi)， CPU僅完成一個最基本的動作。對于某種單片機，若采用了 1MHZ的時鐘頻率，則時鐘周期為 1us；若采用 4MHZ的時鐘頻率，則時鐘周期為 250us。由于時鐘脈沖是計算機的基本工作脈沖，它控制著計算機的工作節(jié)奏（使計算機的每一步都統(tǒng)一到它的步調(diào)上來）。顯然，對同一種機型的計算機，時鐘頻率越高，計算機的工作速度就越快。但是，由于不同的計算機硬件電路和器件的不完全相同，所以其所需要的時鐘周頻率范圍也不一定相同。我們學(xué)習(xí)的 51 系列單片機的時鐘范圍是 1.2MHz-12MHz。2.4顯示電路顯示電路中運用到的顯示器為8 為一體的共陽極LED顯示器，P0和 P2分別對應(yīng)的是斷碼

20、和位碼， 共陽數(shù)碼管在應(yīng)用時應(yīng)將公共極COM接到 +5V，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陰極為低電平時，相應(yīng)字段就點亮。當(dāng)某一字段的陰極為高電平時，相應(yīng)字段就不亮。共陰數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陰極接到一起形成公共陰極(COM)的數(shù)碼管。 共陰數(shù)碼管在應(yīng)用時應(yīng)將公共極COM接到地線GND上，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陽極為高電平時，相應(yīng)字段就點亮。當(dāng)某一字段的陽極為低電平時，相應(yīng)字段就不亮。如圖所示圖 2.4顯示電路2.5按鍵電路電子鐘設(shè)置4 個按鍵通過程序控制來完成電子鐘的啟、停及時間調(diào)整。A 鍵控制電子鐘的啟、停；B 鍵調(diào)整時；C 鍵調(diào)整分；D 鍵調(diào)整秒。它們所對應(yīng)的管腳分別為：A 鍵對應(yīng)的是P1.

21、0 ，B 鍵對應(yīng)的是P1.1 ，C 鍵對應(yīng)的是P1.2 ， D 鍵對應(yīng)的是P1.3 。如圖所示：圖 2.5 按鍵電路圖第 3 章 軟件系統(tǒng)設(shè)計3.1 電子鐘主程序流程框圖上電后程序開始系統(tǒng)初始化顯示“P. ”然后判斷A 鍵是否按下，若按下，進入自動計時狀態(tài)，如果A 鍵再次按下則進入時間設(shè)置狀態(tài)，再次按 A鍵，則進入時間調(diào)整后的狀態(tài)， 若沒按下返回于時間設(shè)置狀態(tài)。見圖 3.1 所示3.2 鍵掃子程序流程框圖進入開始后判斷是否有鍵閉合若有，進入調(diào)顯示子程序，在判斷是否有鍵按下，若有判斷按鍵是否放開，若沒有放開調(diào)用顯示子程序，若放開保存鍵值（ A 中）。見圖 3.2 所示圖 3.2鍵掃子程序流程框圖

22、程框3.3 中斷服務(wù)程序流程框圖中斷程序開始后進入現(xiàn)場保護，改變寄存器組組號， 重裝定時器計數(shù)初值，中斷次數(shù)減1，然后判斷是否滿8 次，若滿 8 次秒值加 1，滿 60 秒后，秒緩沖單元清 0，分值加 1，滿 60 分后，分緩沖單元清 0，時值加 1，滿 24 時后，時緩沖單元清 0，恢復(fù)寄存器組組號， 現(xiàn)場保護。見圖 3.3 所示3.3 中斷服務(wù)程序流程框圖3.4 “P. ”點顯示子程序流程框圖開始后堆棧初始化， PSW初始化， RAM初始化，“P. ”字符序號送顯示緩沖區(qū)，然后調(diào)顯子程序。見圖 3.4 所示3.5 顯示子程序流程框圖開始后，程序進入現(xiàn)場保護， 開辟 3 組寄存器，地址指針

23、R0初始化、位控寄存器 R2初始化，進出查表取段碼，段控碼送 P0 口，段位碼送 P2口，延時 1 毫秒，位控碼左移，顯示緩沖區(qū)地址加 1,8 位 LED顯示完否，若顯示完恢復(fù)現(xiàn)場返回。若沒返回查表取段碼。電子鐘的時鐘時間在六位數(shù)碼管上進行顯示，因此，在內(nèi)部 RAM 中設(shè)置顯示緩沖區(qū)共 8 個單元。LED8LED7LED6LED5LED4LED3LED2LED137H36H35H34H33H32H31H30H時十位時個位分隔分十位分個位分隔秒十位秒個位見圖 3.5 所示圖 3.5顯示子程序框圖第 4 章電子鐘的使用說明及調(diào)試運行4.1 使用說明書1. 操作說明時間顯示：電子鐘上電后 ,8 個數(shù)

24、碼管顯示初始狀態(tài)即最左邊的一個數(shù)碼管顯示 P. 。如果未顯示 P. ，只需按一下復(fù)位鍵即可使其顯示出 P. 。按下 A鍵后電子鐘進入自動計時狀態(tài)，電子鐘顯示00 時 00 分 00 秒并開始運行。時間調(diào)整：若要進行時間調(diào)整， 則需再次按下 A 鍵，進入時間調(diào)整狀態(tài)， 然后分別按下 B 鍵調(diào)時，按下 C 鍵調(diào)分，按下 D 鍵調(diào)秒，按下 B、C、D 鍵并松開可使電子鐘的時，分，秒分別加一。 調(diào)整好時間后，按下 A 鍵就可以回到調(diào)整好的時間為基礎(chǔ)的自動計時狀態(tài)。 無論是在自動計時， 還是在調(diào)整校正時，都可按下復(fù)位鍵使系統(tǒng)回到顯示 P. 的初始狀態(tài)。其中 B 鍵顯示范圍為 0-23,0 為 25 點； C， D 鍵顯示范圍為 0-59,0 為 60 分。4.2 電子鐘運行結(jié)果1. 待機（如圖 4.1 所示）圖 4.1 待機框圖2. 啟動（如圖 4.2 所示）圖 4.2 啟動框圖3. 運行（如圖 4.3 所示）圖 4.3 運行框圖4.4誤差分析在調(diào)試運行過程中， 在所有參數(shù)正確的情況下， 我的結(jié)果仍出現(xiàn)運行緩慢情況。產(chǎn)生誤差的主要原因是我們用軟件計時， 計時 1 秒是采用定時器的中斷服務(wù)程序。 當(dāng)電子鐘運行 1 秒，執(zhí)行中斷程序需要一定時間，這個時間就是所產(chǎn)生的誤差，這個誤差是不可避免的。同時 , 單片機工作也會受到環(huán)境的影響， 比如溫度、濕度，以及