大工14春《單片機(jī)原理及應(yīng)用》大作業(yè)電子時(shí)鐘設(shè)計(jì)

1、 網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院單片機(jī)原理及應(yīng)用大作業(yè) 題 目： 基于51單片機(jī)的電子時(shí)鐘設(shè)計(jì) 學(xué)習(xí)中心： 陜西靖邊奧鵬學(xué)習(xí)中心 層 次： ?？破瘘c(diǎn)本科 專 業(yè)： 電氣工程及其自動(dòng)化 年 級(jí)： 2014年 春/秋 季 學(xué) 號(hào)： 200803051685 學(xué)生姓名： 劉青春 基于51單片機(jī)的電子時(shí)鐘設(shè)計(jì)摘 要：本文介紹了基于51單片機(jī)的電子時(shí)鐘的設(shè)計(jì)，從硬件和軟件兩個(gè)方面給出了具體實(shí)現(xiàn)過程。該時(shí)鐘的設(shè)計(jì)采用功能分塊的思想方法，將硬件電路劃分為開關(guān)電路，顯示驅(qū)動(dòng)電路和數(shù)碼管電路等若干獨(dú)立模塊，而軟件的實(shí)現(xiàn)則由鬧鐘的聲音程序、時(shí)間顯示程序、日期顯示程序，秒表顯示程序，時(shí)間調(diào)整程序、鬧鐘調(diào)整程序、定時(shí)調(diào)整程序，延時(shí)程序

2、等組成。文中給出了各個(gè)模塊的電路圖，并用Proteus的ISIS軟件對(duì)電子時(shí)鐘系統(tǒng)的各個(gè)功能進(jìn)行了仿真，并給出了相應(yīng)的仿真結(jié)果圖像。關(guān)鍵詞：單片機(jī)；電子時(shí)鐘；鍵盤控制一， 引言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，是人民日常生活補(bǔ)課缺少的工具?，F(xiàn)在高精度的計(jì)時(shí)工具大多數(shù)都使用了石英晶體振蕩器，由于電子鐘、石英鐘、石英表都采用了石英技術(shù)，因此走時(shí)精度

3、高，穩(wěn)定性好，使用方便，不需要經(jīng)常調(diào)試，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(duì)，片選的靈活性好。二，時(shí)鐘的基本原理分析利用單片機(jī)定時(shí)器完成計(jì)時(shí)功能，定時(shí)器0計(jì)時(shí)中斷程序每隔0.01s中斷一次并當(dāng)作一個(gè)計(jì)數(shù)，設(shè)定定時(shí)1秒的中斷計(jì)數(shù)初值為100，每中斷一次中斷計(jì)數(shù)初值減1，當(dāng)減到0時(shí)，則表示1s到了，秒變量加1，同理再判斷是否1min鐘到了，再判斷是否1h到了。為了將時(shí)間在LED數(shù)碼管上顯示，可采用靜態(tài)顯示法和動(dòng)態(tài)顯示法，由于靜態(tài)顯示法需要譯碼器，數(shù)據(jù)鎖存器等較多硬件，可采

4、用動(dòng)態(tài)顯示法實(shí)現(xiàn)LED顯示，通過對(duì)每位數(shù)碼管的依次掃描，使對(duì)應(yīng)數(shù)碼管亮，同時(shí)向該數(shù)碼管送對(duì)應(yīng)的字碼，使其顯示數(shù)字。由于數(shù)碼管掃描周期很短，由于人眼的視覺暫留效應(yīng)，使數(shù)碼管看起來總是亮的，從而實(shí)現(xiàn)了各種顯示。三，時(shí)鐘設(shè)計(jì)分析針對(duì)要實(shí)現(xiàn)的功能，采用AT89S51單片機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)，AT89S51 單片機(jī)是一款低功耗，高性能CMOS8位單片機(jī)，片內(nèi)含4KB在線可編程（ISP）的可反復(fù)擦寫1000次的Flash只讀程序存儲(chǔ)器，器件采用高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS- 51指令系統(tǒng)及80C51引腳結(jié)構(gòu)。這樣，既能做到經(jīng)濟(jì)合理又能實(shí)現(xiàn)預(yù)期的功能。在程序方面，采用分塊設(shè)計(jì)的方法，這樣既減小了編程難

5、度、使程序易于理解，又能便于添加各項(xiàng)功能。程序可分為鬧鐘的聲音程序、時(shí)間顯示程序、日期顯示程序，秒表顯示程序，時(shí)間調(diào)整程序、鬧鐘調(diào)整程序、定時(shí)調(diào)整程序，延時(shí)程序等。運(yùn)用這種方法，關(guān)鍵在于各模塊的兼容和配合，若各模塊不匹配會(huì)出現(xiàn)意想不到的錯(cuò)誤。首先，在編程之前必須了解硬件結(jié)構(gòu)尤其是各引腳的用法，以及內(nèi)部寄存器、存儲(chǔ)單元的用法，否則，編程無從下手，電路也無法設(shè)計(jì)。這是前期準(zhǔn)備工作。第二部分是硬件部分：依據(jù)想要的功能分塊設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)，比如輸入需要開關(guān)電路，輸出需要顯示驅(qū)動(dòng)電路和數(shù)碼管電路等。第三部分是軟件部分：先學(xué)習(xí)理解匯編語言的編程方法再根據(jù)設(shè)計(jì)的硬件電路進(jìn)行分塊的編程調(diào)試，最終完成程序設(shè)計(jì)。第四部分

6、是軟件畫圖部分：設(shè)計(jì)好電路后進(jìn)行畫圖，包括電路圖和仿真圖的繪制。第五部分是軟件仿真部分：軟硬件設(shè)計(jì)好后將軟件載入芯片中進(jìn)行仿真，仿真無法完成時(shí)檢查軟件程序和硬件電路并進(jìn)行修改直到仿真成功。第六部分是硬件實(shí)現(xiàn)部分：連接電路并導(dǎo)入程序檢查電路，若與設(shè)計(jì)的完全一樣一般能實(shí)現(xiàn)想要的功能。最后進(jìn)行功能擴(kuò)展，在已經(jīng)正確的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，添加額外的功能！四，時(shí)鐘的實(shí)現(xiàn)A.電路設(shè)計(jì)1. 整體設(shè)計(jì)此次設(shè)計(jì)主要是應(yīng)用單片機(jī)來設(shè)計(jì)電子時(shí)鐘，硬件部分主要分以下電路模塊：顯示電路用8個(gè)共陰數(shù)碼管分別顯示，星期（年份），小時(shí)、分鐘（月份）和秒（日），通過動(dòng)態(tài)掃描進(jìn)行顯示，從而避免了譯碼器的使用，同時(shí)節(jié)約了I/0端口，使電路更

7、加簡單。單片機(jī)采用AT89S51系列，這種單片機(jī)應(yīng)用簡單，適合電子鐘設(shè)計(jì)。電路的總體設(shè)計(jì)框架如下：單片機(jī)輸入部分晶振和復(fù)位輸出部分2. 分塊設(shè)計(jì)模塊電路主要分為：輸入部分、輸出部分、復(fù)位和晶振電路。2.1 輸入部分輸入信號(hào)主要是各種模式選擇和調(diào)整信號(hào)，由按鍵開關(guān)提供。以下為輸入部分樣例：在本實(shí)驗(yàn)中主要用用P3口輸入按鍵信號(hào)，還用到了特殊的P0口。對(duì)于P0口，由于其存在高阻狀態(tài)，為了實(shí)現(xiàn)開關(guān)功能，給其添加上拉電阻，具體如下圖所示：2.2 輸出部分本電路的輸出信號(hào)為7段數(shù)碼管的位選和段選信號(hào)，鬧鈴脈沖信號(hào)，提示燈信號(hào)。本實(shí)驗(yàn)的數(shù)碼管是共陰的，為了防止段選信號(hào)不能驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管，故在P1口連接上拉電阻后

8、，再送段選信號(hào)，以提高驅(qū)動(dòng)，位選信號(hào)直接從P2口接入，如下圖：鬧鈴由P2.6端輸出，模塊如下：2.3 晶振與復(fù)位電路本實(shí)驗(yàn)單片機(jī)時(shí)鐘用內(nèi)部時(shí)鐘，模塊如下：復(fù)位電路為手動(dòng)復(fù)位構(gòu)成，模塊如下：各模塊拼接組合，電路總體設(shè)計(jì)圖如下：B.程序設(shè)計(jì)B.1 程序總體設(shè)計(jì)本實(shí)驗(yàn)用匯編程序完成.程序總的流程圖如下：主程序開始顯示星期，時(shí)，分，秒是否有調(diào) 轉(zhuǎn)？T0中斷秒，分，時(shí)等進(jìn)位閃爍提示顯示日期并調(diào)整響鈴提示時(shí)間調(diào)整鬧鈴設(shè)置定時(shí)設(shè)置鈴聲測(cè)試秒表模式回主程序定時(shí)到按0鍵按0鍵鬧鈴到按1鍵按2鍵按3鍵按4鍵按5鍵按7鍵7鍵恢復(fù)按4鍵按8鍵按0鍵按0鍵倒計(jì)時(shí)啟動(dòng)并顯示回主程序秒表暫停秒表清零回主程序按7鍵 3.B.

9、2 程序主要模塊B.2.1 延時(shí)模塊數(shù)碼管顯示動(dòng)態(tài)掃描時(shí)，用到延時(shí)程序，這里使用延遲1ms的程序，此程序需反復(fù)調(diào),除數(shù)碼管動(dòng)態(tài)掃描外，數(shù)碼管的閃爍提示，以及音樂模塊也用到了延時(shí)，只是延時(shí)的長短不同罷了，在此不再贅述。B.2.2中斷服務(wù)程序本實(shí)驗(yàn)中，計(jì)數(shù)器T0,T1中斷都有運(yùn)用，其中T0中斷為時(shí)鐘定時(shí)所用，T1中斷用于音樂播放。T0的定時(shí)長度為0.01s,工作于方式1，計(jì)數(shù)1次，時(shí)長1us，故計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)10000次，進(jìn)入中斷，計(jì)數(shù)初值為65536-10000=55536=#0D8F0，裝滿定時(shí)器需要0.01s的時(shí)間，從而100次中斷為一秒，一秒之后，判斷是否到60秒，若不到則秒加一，然后返回，若

10、到，則秒賦值為0，分加一，依次類推。包括日期顯示的功能也是如此。另外，由于要實(shí)現(xiàn)倒計(jì)時(shí)功能，因此在中斷程序中還要加入減一的寄存器，需要時(shí)將其進(jìn)行顯示?；谝陨峡紤]，以R3為倒計(jì)時(shí)中的秒，R4為倒計(jì)時(shí)的分，當(dāng)秒加1時(shí)R3減一，減到0之后，秒賦值為59，分減一，直到分為0。計(jì)數(shù)器T1工作于方式1， 當(dāng)調(diào)用響鈴程序時(shí)，其計(jì)數(shù)功能開啟，為音樂音調(diào)不同頻率的方波的形成，提供延時(shí)。其中斷服務(wù)程序就是根據(jù)音調(diào)改變音樂方波輸出口電平的高低，用語句 CPL實(shí)現(xiàn)。 中斷服務(wù)程序中日歷的實(shí)現(xiàn)較為復(fù)雜，要考慮平年，閏年，特殊的2月，每月的天數(shù)的不盡相同。具體的邏輯判斷方法為：首先，要考慮年份是不是閏年，閏年的判斷方法

11、是：將年份除以100，若能整除，則將年份除以400，若還能整除，則為閏年，若不能，則為平年；若不能被100整除，則判斷是否能被4整除，若能，則為閏年，若不能則為平年。只有2月與平、閏年相關(guān)，因此在閏年和平年的子程序中，要判斷是不是2月，若是則在相應(yīng)的年中進(jìn)行日期的增加，若不是則轉(zhuǎn)入平時(shí)的月份。其中1、3、5、7、8、10、12月是每月31天，4、6、9、11月為每月30天。日歷進(jìn)位判斷流程圖如下：年份能否被100整除NY年份是否能被4整除年份是否能被400整除NN平年閏年YY是不是2月是不是2月Y日>=28之后返回為1NNY日>=29之后返回為1若月份為1、3、5、7、8、10、1

12、2月則調(diào)用31天的程序若月份為4、6、9、11則調(diào)用30天的程序本實(shí)驗(yàn)用8個(gè)數(shù)碼管，剛好能顯示年，月，日，掃描顯示與時(shí)間的掃描顯示類似。年比較特殊，由兩個(gè)寄存器存儲(chǔ)，個(gè)位，十位為0時(shí)，表明年數(shù)能被100整除，若此時(shí)千位，百位組成兩位數(shù)能被4整除，則年數(shù)被400整除，為閏年。若十位，個(gè)位組成兩位數(shù)能被4整除，則年數(shù)能被4整除，為閏年。B.2.3主程序主程序主要對(duì)按鍵進(jìn)行掃描，以及判斷定時(shí)和鬧鈴時(shí)間是否已到，若到則調(diào)用相關(guān)程序。B.2.4 顯示子程序8個(gè)數(shù)碼管輪流進(jìn)行顯示，分別顯示1ms，依賴人的視覺 暫留效應(yīng)，給人以數(shù)碼管持續(xù)高亮的錯(cuò)覺。日期的顯示，秒表的顯示，倒計(jì)時(shí)的顯示，調(diào)鬧鈴，調(diào)定時(shí)的顯示，閃爍的顯示程序與以上的的掃描相似，有的以子程序的方式出現(xiàn)，通過子程序調(diào)用語句ACALL調(diào)用；有點(diǎn)直接嵌套在相應(yīng)的程序里面，順序執(zhí)行，或者用調(diào)轉(zhuǎn)語句AJMP調(diào)用。C 程序調(diào)試及仿真本程序通過Keil單片機(jī)開發(fā)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)程序的編譯，鏈接，生成HEX文件。通過Keil和硬件仿真平臺(tái)Proteus的聯(lián)合，可以將設(shè)計(jì)效果仿真出來，根據(jù)效果，有目的的改變?cè)O(shè)計(jì)，優(yōu)化程序。利用Proteus仿真實(shí)驗(yàn)過程截