畢業(yè)設計（論文）基于stc89c52單片機的數(shù)字時鐘設計

1、 南京師范大學泰州學院 畢業(yè)論文 題 目： 基于STC89C52單片機的數(shù)字時鐘設計 院（系、部）： 電 力 工 程 學 院 姓 名： 年 級： 08級 學 號 13080318 專 業(yè)： 電氣工程及其自動化（自動化方向） 指導教師： 2012 年 4 月 20 日 目 錄目 錄2第一章 緒論31.1數(shù)字電子鐘的背景31.2數(shù)字電子鐘的應用與意義31.3數(shù)字電子鐘的設計任務3第二章 軟件環(huán)境介紹2.1 單片機的選擇4 2.2 Protel及Keil C軟件的使用 2.3 protus的使用第三章 數(shù)字鐘的硬件設計63.1 內(nèi)部系統(tǒng)設計63.2 LED顯示電路83.3 鍵盤控制電路10第四章 數(shù)

2、字鐘的軟件設計124.1 系統(tǒng)軟件設計流程圖124.2 數(shù)字鐘的原理154.3數(shù)字時鐘程序16第五章 總結與展望。17參考文獻17第一章 緒論1.1數(shù)字電子鐘的背景 20世紀末，電子技術獲得了飛速的發(fā)展，在其推動下，現(xiàn)代電子產(chǎn)品幾乎滲透了社會的各個領域，有力地推動了社會生產(chǎn)力的發(fā)展和社會信息化程度的提高，同時也使現(xiàn)代電子產(chǎn)品性能進一步提高，產(chǎn)品更新?lián)Q代的節(jié)奏也越來越快。 時間對人們來說總是那么寶貴，工作的忙碌性和繁雜性容易使人忘記當前的時間。忘記了要做的事情，當事情不是很重要的時候，這種遺忘無傷大雅。但是，一旦重要事情，一時的耽誤可能釀成大禍。目前，單片機正朝著高性能和多品種方向發(fā)展趨勢將是進

3、一步向著CMOS化、低功耗、小體積、大容量、高性能、低價格和外圍電路內(nèi)裝化等幾個方面發(fā)展。下面是單片機的主要發(fā)展趨勢。單片機應用的重要意義還在于，它從根本上改變了傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)設計思想和設計方法。從前必須由模擬電路或數(shù)字電路實現(xiàn)的大部分功能，現(xiàn)在已能用單片機通過軟件方法來實現(xiàn)了。這種軟件代替硬件的控制技術也稱為微控制技術，是傳統(tǒng)控制技術的一次革命。單片機模塊中最常見的是數(shù)字鐘，數(shù)字鐘是一種用數(shù)字電路技術實現(xiàn)時、分、秒計時的裝置，與機械式時鐘相比具有更高的準確性和直觀性，且無機械裝置，具有更更長的使用壽命，因此得到了廣泛的使用。1.2數(shù)字電子鐘的應用與意義 數(shù)字鐘已成為人們?nèi)粘Ｉ钪校罕夭豢缮俚?/p>

4、必需品，廣泛用于個人家庭以及車站、碼頭、劇場、辦公室等公共場所，給人們的生活、學習、工作、娛樂帶來極大的方便。由于數(shù)字集成電路技術的發(fā)展和采用了先進的石英技術，使數(shù)字鐘具有走時準確、性能穩(wěn)定、攜帶方便等優(yōu)點，它還用于計時、自動報時及自動控制等各個領域。所有這些，都是以鐘表數(shù)字化為基礎的。因此，研究數(shù)字鐘及擴大其應用，有著非?，F(xiàn)實的意義。1.3數(shù)字電子鐘的設計任務采用STC89C52芯片為核心，外加設計相關的顯示電路、鍵盤電路以及蜂鳴器電路，完成整個數(shù)字時鐘功能，并進行Proteus仿真實現(xiàn)。第二章 軟件環(huán)境介紹2.1 單片機的選擇 單片機應用面廣，使用數(shù)量大，帶來的直接好處就是成本的降低。目前

5、世界各大公司為了提高競爭力，在提高單片機性能的同時，十分注意降低其產(chǎn)品的價格。目前，我國生產(chǎn)很多型號的單片機，在此，我們采用型號為STC89C52的單片機。因為： STC89C52是一個低電壓，高性能CMOS 8位單片機，片內(nèi)含4k bytes的可反復擦寫的Flash只讀程序存儲器和128 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術生產(chǎn)，兼容標準MCS-52指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲單元，內(nèi)置功能強大的微型計算機的AT89C52提供了高性價比的解決方案。STC89C52是一個低功耗高性能單片機，40個引腳，32個

6、外部雙向輸入/輸出（I/O）端口，同時內(nèi)含2個外中斷口，2個16位可編程定時計數(shù)器,2個全雙工串行通信口，STC89C51可以按照常規(guī)方法進行編程，也可以在線編程。其將通用的微處理器和Flash存儲器結合在一起，特別是可反復擦寫的Flash存儲器可有效地降低開發(fā)成本。2.2 Protel及Keil C軟件的使用2.3 Proteus的使用 第三章 數(shù)字鐘的硬件設計3.1 內(nèi)部系統(tǒng)設計1.外接晶體引腳圖3-2 晶振連接的內(nèi)部、外部方式圖XTAL119XTAL218 XTAL1是片內(nèi)振蕩器的反相放大器輸入端，XTAL2則是輸出端，使用外部振蕩器時，外部振蕩信號應直接加到XTAL1，而XTAL2懸空

7、。內(nèi)部方式時，時鐘發(fā)生器對振蕩脈沖二分頻，如晶振為12MHz，時鐘頻率就為6MHz。晶振的頻率可以在1MHz-24MHz內(nèi)選擇。電容取30PF左右。系統(tǒng)的時鐘電路設計是采用的內(nèi)部方式，即利用芯片內(nèi)部的振蕩電路。AT89單片機內(nèi)部有一個用于構成振蕩器的高增益反相放大器。引腳XTAL1和XTAL2分別是此放大器的輸入端和輸出端。這個放大器與作為反饋元件的片外晶體諧振器一起構成一個自激振蕩器。外接晶體諧振器以及電容C1和C2構成并聯(lián)諧振電路，接在放大器的反饋回路中。對外接電容的值雖然沒有嚴格的要求，但電容的大小會影響震蕩器頻率的高低、震蕩器的穩(wěn)定性、起振的快速性和溫度的穩(wěn)定性。因此，此系統(tǒng)電路的晶體

8、振蕩器的值為12MHz，電容應盡可能的選擇陶瓷電容，電容值約為22F。2. 復位RST9在振蕩器運行時，有兩個機器周期（24個振蕩周期）以上的高電平出現(xiàn)在此引腿時，將使單片機復位，只要這個腳保持高電平，51芯片便循環(huán)復位。復位后P0P3口均置1引腳表現(xiàn)為高電平，程序計數(shù)器和特殊功能寄存器SFR全部清零。當復位腳由高電平變?yōu)榈碗娖綍r，芯片為ROM的00H處開始運行程序。復位是由外部的復位電路來實現(xiàn)的。片內(nèi)復位電路是復位引腳RST通過一個斯密特觸發(fā)器與復位電路相連，斯密特觸發(fā)器用來抑制噪聲，它的輸出在每個機器周期的S5P2，由復位電路采樣一次。復位電路通常采用上電自動復位和按鈕復位兩種方式，此電路

9、系統(tǒng)采用的是上電與按鈕復位電路。當時鐘頻率選用6MHz時，C取22F，Rs約為200，Rk約為1K。復位操作不會對內(nèi)部RAM有所影響。常用的復位電路如下圖所示：圖3-3 常用復位電路圖3.輸入輸出引腳(1) P0端口P0.0-P0.7 P0是一個8位漏極開路型雙向I/O端口，端口置1（對端口寫1）時作高阻抗輸入端。作為輸出口時能驅(qū)動8個TTL。對內(nèi)部Flash程序存儲器編程時，接收指令字節(jié);校驗程序時輸出指令字節(jié)，要求外接上拉電阻。在訪問外部程序和外部數(shù)據(jù)存儲器時，P0口是分時轉(zhuǎn)換的地址(低8位)/數(shù)據(jù)總線，訪問期間內(nèi)部的上拉電阻起作用。(2) P1端口P1.0P1.7 P1是一個帶有內(nèi)部上拉

10、電阻的8位雙向I/0端口。輸出時可驅(qū)動4個TTL。端口置1時，內(nèi)部上拉電阻將端口拉到高電平，作輸入用。對內(nèi)部Flash程序存儲器編程時，接收低8位地址信息。(3) P2端口P2.0P2.7 P2是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/0端口。輸出時可驅(qū)動4個TTL。端口置1時，內(nèi)部上拉電阻將端口拉到高電平，作輸入用。對內(nèi)部Flash程序存儲器編程時，接收高8位地址和控制信息。在訪問外部程序和16位外部數(shù)據(jù)存儲器時，P2口送出高8位地址。而在訪問8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器時其引腳上的內(nèi)容在此期間不會改變。(4) P3端口P3.0P3.7 P2是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/0端口。輸出時可驅(qū)動4個

11、TTL。端口置1時，內(nèi)部上拉電阻將端口拉到高電平，作輸入用。對內(nèi)部Flash程序存儲器編程時，接控制信息。除此之外P3端口還用于一些專門功能，具體請看下表。P3引腳兼用功能P3.0串行通訊輸入（RXD）P3.1串行通訊輸出（TXD）P3.2外部中斷0（ INT0）P3.3外部中斷1（INT1）P3.4定時器0輸入(T0)P3.5定時器1輸入(T1)P3.6外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通WRP3.7外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通RD表3-1P3端口引腳兼用功能表3.2 LED顯示電路顯示器普遍地用于直觀地顯示數(shù)字系統(tǒng)的運行狀態(tài)和工作數(shù)據(jù)，按照材料及產(chǎn)品工藝，單片機應用系統(tǒng)中常用的顯示器有： 發(fā)光二極管LED顯示器、

12、液晶LCD顯示器、CRT顯示器等。LED顯示器是現(xiàn)在最常用的顯示器之一，如下圖所示。圖3-4 LED顯示器的符號圖發(fā)光二極管（LED）由特殊的半導體材料砷化鎵、磷砷化鎵等制成，可以單獨使用，也可以組裝成分段式或點陣式LED顯示器件（半導體顯示器）。分段式顯示器（LED數(shù)碼管）由7條線段圍成8字型，每一段包含一個發(fā)光二極管。外加正向電壓時二極管導通，發(fā)出清晰的光。只要按規(guī)律控制各發(fā)光段亮、滅，就可以顯示各種字形或符號。LED數(shù)碼管有共陽、共陰之分。顯示電路顯示模塊需要實時顯示當前的時間,即時、分、秒，因此需要6個數(shù)碼管，另需兩個數(shù)碼管來顯示橫。采用動態(tài)顯示方式顯示時間，硬件連接如下圖所示，時的十

13、位和個位分別顯示在第一個和第二個數(shù)碼管，分的十位和個位分別顯示在第四個和第五個數(shù)碼管，秒的十位和個位分別顯示在第七個和第八個數(shù)碼管，其余數(shù)碼管顯示橫線。LED顯示器的顯示控制方式按驅(qū)動方式可分成靜態(tài)顯示方式和動態(tài)顯示方式兩種。對于多位LED顯示器，通常都是采用動態(tài)掃描的方法進行顯示，其硬件連接方式如下圖所示。圖3-6 數(shù)碼管的硬件連接示意圖數(shù)碼管使用條件：a、段及小數(shù)點上加限流電阻 b、使用電壓：段：根據(jù)發(fā)光顏色決定； 小數(shù)點：根據(jù)發(fā)光顏色決定c、使用電流：靜態(tài)：總電流 80mA（每段 10mA）；動態(tài)：平均電流 4-5mA 峰值電流 100mA3.3 鍵盤控制電路該設計需要校對時間，所以用四

14、個按鍵來實現(xiàn)。按s1,s2來調(diào)節(jié)小時的時間，按 s3,s4來調(diào)節(jié)分針的時間。下圖是按鍵硬件連接圖。圖3-7 按鍵控制電路的硬件連接圖當用手按下一個鍵時，如圖3-8所示，往往按鍵在閉合位置和斷開位置之間跳幾下才穩(wěn)定到閉合狀態(tài)的情況；在釋放一個鍵時，也回會出現(xiàn)類似的情況。這就是抖動。抖動的持續(xù)時間隨鍵盤材料和操作員而異，不過通?？偸遣淮笥?0ms。很容易想到，抖動問題不解決就會引起對閉合鍵的識別。用軟件方法可以很容易地解決抖動問題，這就是通過延遲10ms來等待抖動消失，這之后，在讀入鍵盤碼。鍵按下前沿抖動后沿抖動閉合穩(wěn)定圖3-8 按鍵抖動信號波形 第四章 數(shù)字鐘的軟件編程調(diào)試系統(tǒng)的軟件設計也是工具

15、系統(tǒng)功能的設計。單片機軟件的設計主要包括執(zhí)行軟件（完成各種實質(zhì)性功能）的設計和監(jiān)控軟件的設計。單片機的軟件設計通常要考慮以下幾個方面的問題：（1）根據(jù)軟件功能要求，將系統(tǒng)軟件劃分為若干個相對獨立的部分，設計出合理的總體結構，使軟件開發(fā)清晰、簡潔和流程合理；（2）培養(yǎng)良好的編程風格，如考慮結構化程序設計、實行模塊化、子程序化。既便于調(diào)試、鏈接，又便于移植和修改；（3）建立正確的數(shù)學模型，通過仿真提高系統(tǒng)的性能，并選取合適的參數(shù)；（4）繪制程序流程圖；（5）合理分配系統(tǒng)資源；（6）為程序加入注釋，提高可讀性，實施軟件工程；（7）注意軟件的抗干擾設計，提高系統(tǒng)的可靠性。4.1 系統(tǒng)軟件設計流程圖這次

16、的數(shù)字電子鐘設計用到很多子程序，它們的流程圖如下所示。開始啟動定時器按鍵檢測時間顯示主程序是先開始，然后啟動定時器，定時器啟動后在進行按鍵檢測，檢測完后，就可以顯示時間。圖4-1 主程序流程圖按鍵處理是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。 圖4-2 按鍵處理流程圖定時器中斷時是先檢測1秒是否到，1秒如果到，秒單元就加1；如果沒到，就檢測1分鐘是否到，1分鐘如果到，分單元就加1；如果沒到，就檢測1小時是否到，1小時如果到，時單元就加

17、1，如果沒到，就顯示時間。N24小時到？分單元清零，時單元加1NNNYY時單元清零時間顯示中斷返回開始一秒時間到？60秒時間到？60分鐘到？秒單元加1秒單元清零，分單元加1YY 圖4-3 定時器中斷流程圖時間顯示是先秒個位計算顯示，然后是秒十位計算顯示，再是分個位計算顯示，再然后是分十位顯示，再就是時個位計算顯示，最后是時十位顯示。時十位計算顯示結束開始秒個位計算顯示秒十位計算顯示分個位計算顯示分十位計算顯示時個位計算顯示 圖4-4 時間顯示流程圖4.2 數(shù)字鐘的原理數(shù)字電子鐘是一個將“ 時”，“分”，“秒”顯示于人的視覺器官的計時裝置。它的計時周期為24小時，顯示滿刻度為23時59分59秒，

18、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”，“分”，“秒”和單片機，還有校時電路組成。數(shù)碼管按照數(shù)碼管動態(tài)顯示的工作原理工作，將標準秒信號送入“秒單元”，“秒單元”采用60進制計數(shù)器，每累計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。“分單元”也采用60進制計數(shù)器，每累計60分鐘，發(fā)出一個“時脈沖”信號，該信號將被送到“時單元”。“時單元”采用24進制計時器，可實現(xiàn)對一天24小時的累計。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”顯示數(shù)字進行校對調(diào)整，按一下s1,時單元就加1 ，按一下s2,時單元就減1，按一下s

19、3,分單元就加1，按一下s3,分單元就減1。4.3數(shù)字時鐘程序#include<reg52.h> sbit s1=P23; /定義按鍵sbit s2=P24;sbit s3=P25;sbit s4=P26;sbit a=P11; /定義指示燈參數(shù)sbit b=P13; /喇叭code unsigned char tab=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f; /共陰數(shù)碼管 0-9unsigned char StrTab8; /定義緩沖區(qū)unsigned char minute=59,hour,second=55; /定義

20、并且初始化值 void delay(unsigned int cnt) /延時函數(shù) while(-cnt);void Displaypro(void) /顯示函數(shù) StrTab0=tabhour/10; /顯示小時StrTab1=tabhour%10;StrTab2=0x40; /顯示"-"StrTab3=tabminute/10; /顯示分鐘StrTab4=tabminute%10;StrTab5=0x40; /顯示"-" StrTab6=tabsecond/10; /顯示秒StrTab7=tabsecond%10;main()/主函數(shù) TMOD |=

21、0x01;/定時器0 10ms in 12M crystal 用于計時TH0=0xd8; /初值TL0=0xf0;ET0=1;TR0=1; TMOD |=0x10; /定時器1用于動態(tài)掃描TH1=0xF8; /初值TL1=0xf0;ET1=1;TR1=1; EA =1; Displaypro(); /調(diào)用顯示處理 while(1)/主循環(huán) if(!s1) /按鍵1去抖以及動作 delay(10000); if(!s1) hour+;if(hour=24)hour=0; /正常時間 小時 加1 Displaypro(); if(!s2) /按鍵2去抖以及動作 delay(10000); if(!

22、s2) hour-;if(hour=255)hour=23; /正常時間 小時減1 Displaypro(); if(!s3) /按鍵3去抖以及動作 delay(10000); if(!s3) minute+;if(minute=60)minute=0;/分加1 Displaypro(); if(!s4) /按鍵4去抖以及動作 delay(10000); if(!s4) minute-;if(minute=255)minute=59; /分減1 Displaypro(); /* 定時器1中斷 */void time1_isr(void) interrupt 3 using 0/定時器1用來動態(tài)

23、掃描 static unsigned char num; TH1=0xF8;/重入初值TL1=0xf0;switch (num) case 0:P2=0;P0=StrTabnum;break; /分別調(diào)用緩沖區(qū)的值進行掃描 case 1:P2=1;P0=StrTabnum;break; case 2:P2=2;P0=StrTabnum;break; case 3:P2=3;P0=StrTabnum;break; case 4:P2=4;P0=StrTabnum;break; case 5:P2=5;P0=StrTabnum;break; case 6:P2=6;P0=StrTabnum;bre

24、ak; case 7:P2=7;P0=StrTabnum;break; default:break; num+; /掃描8次，使用8個數(shù)碼管if(num=8) num=0;/* 定時器0中斷 */void tim(void) interrupt 1 using 1static unsigned char count;/定義內(nèi)部靜態(tài)變量TH0=0xd8; /重新賦值TL0=0xf0;count+; switch (count) case 100:Displaypro();break;/顯示跳動 case 50:a=a;break;/半秒閃爍 default:break; if (count=100) count=0; second+; /秒加1if(second=60) second=0; minute+; /分加1 if(minute=60) minute=0; hour+; /時加1 b=0; delay(80000); b=1; if(hour=24) hour=0; 第5章 總結與展望我在這一次數(shù)字電子鐘的設計過程中，很是受益