單片機(jī)課程設(shè)計(jì)數(shù)字鐘

1、單片機(jī)課程設(shè)計(jì)論文設(shè)計(jì)題目：基于單片機(jī)的數(shù)字鐘設(shè)計(jì)學(xué)院：班級(jí)：成員名單：1、姓名： 2、姓名： 3、姓名：指導(dǎo)教師： 課程設(shè)計(jì)時(shí)間：2012年5月14-2012年5月27目錄前言2摘要3一設(shè)計(jì)任務(wù)及方案分析31、課程設(shè)計(jì)目的32、課程設(shè)計(jì)要求43、設(shè)計(jì)方案4二芯片功能簡介61、89C51的引腳及相關(guān)功能6三硬件設(shè)計(jì)71、單片機(jī)的最小系統(tǒng)72、電路設(shè)計(jì)圖7四電路圖工作原理81、時(shí)鐘設(shè)計(jì)電路82、數(shù)碼管顯示電路83、接口電路9五軟件設(shè)計(jì)91、流程圖92、主程序:103、程序調(diào)試：164、仿真調(diào)試175、程序仿真圖18六設(shè)計(jì)總結(jié)18參考文獻(xiàn)：19前言 數(shù)字鐘是一種用數(shù)字電路技術(shù)實(shí)現(xiàn)時(shí)、分、秒計(jì)時(shí)的裝

2、置，與機(jī)械式時(shí)鐘相比具有更高的準(zhǔn)確性和直觀性，且無機(jī)械裝置，具有更更長的使用壽命，因此得到了廣泛的使用。數(shù)字鐘從原理上講是一種典型的數(shù)字電路，其中包括了組合邏輯電路和時(shí)序電路。 因此，我們此次設(shè)計(jì)與制做數(shù)字鐘就是為了了解數(shù)字鐘的原理，從而學(xué)會(huì)制作數(shù)字鐘.而且通過數(shù)字鐘的制作進(jìn)一步的了解各種在制作中用到的中小規(guī)模集成電路的作用及實(shí)用方法.且由于數(shù)字鐘包括組合邏輯電路和時(shí)敘電路.通過它可以進(jìn)一步學(xué)習(xí)與掌握各種組合邏輯電路與時(shí)序電路的原理與使用方法。數(shù)字電子時(shí)鐘既可以通過純硬件實(shí)現(xiàn)，也可以通過軟硬件結(jié)合實(shí)現(xiàn).摘要  本文給出基于單片機(jī)的數(shù)字鐘設(shè)計(jì)，系統(tǒng)以AT89C2051芯片為核

3、心，在硬件方面，除了CPU外，使用六個(gè)七段LED數(shù)碼管顯示，LED采用的是動(dòng)態(tài)掃描顯示，使用9014芯片進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。通過調(diào)試LED能夠比較準(zhǔn)確顯示時(shí)、分、秒。三個(gè)簡單的按鍵實(shí)現(xiàn)對(duì)時(shí)間的調(diào)整。軟件方面采用c51語言編程。整個(gè)電子時(shí)鐘系統(tǒng)能夠完成時(shí)間的顯示，調(diào)時(shí)，復(fù)位等功能。關(guān)鍵詞: 單片機(jī) LED   AT89C2051 顯示一設(shè)計(jì)任務(wù)及方案分析1、課程設(shè)計(jì)目的(1) 了解數(shù)字鐘的原理，從而學(xué)會(huì)制作數(shù)字鐘。(2) 通過數(shù)字鐘的制作進(jìn)一步的了解單片機(jī)在中小規(guī)模電路的作用及使用方法。(3) 學(xué)習(xí)與掌握單片機(jī)的定時(shí)、中斷、鍵盤接口等電路的原理與使用方法。2、課程設(shè)計(jì)要求（1）開機(jī)時(shí)，

4、顯示12：00：00的時(shí)間開始計(jì)時(shí)；（2）P0.0/AD0控制“秒”的調(diào)整，每按一次加1秒； （3）P0.1/AD1控制“分”的調(diào)整，每按一次加1分； （4）P0.2/AD2控制“時(shí)”的調(diào)整，每按一次加1個(gè)小時(shí)；3、設(shè)計(jì)方案1)數(shù)字中的構(gòu)成：數(shù)字鐘實(shí)際上是一個(gè)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)頻率（1HZ）進(jìn)行計(jì)數(shù)的計(jì)數(shù)電路。標(biāo)準(zhǔn)的頻率時(shí)間信號(hào)必須做到準(zhǔn)確穩(wěn)定，通常使用石英晶體振蕩電路構(gòu)成數(shù)字鐘。本次課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容是設(shè)計(jì)一個(gè)多功能的數(shù)字鐘，要綜合實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)，定時(shí)，秒表，倒計(jì)時(shí)等功能，在硬件設(shè)計(jì)上本數(shù)字鐘主要由時(shí)間計(jì)數(shù)電路、晶體振蕩電路、倒計(jì)時(shí)電路、控制秒表電路等組成。主要元器件有AT89C51、數(shù)碼管、

5、晶體振蕩器、蜂鳴器、按鍵等。2）數(shù)字鐘的原理：（1）晶體振蕩器電路晶體振蕩器是構(gòu)成數(shù)字式時(shí)鐘的核心,它保證了時(shí)鐘的走時(shí)準(zhǔn)確及穩(wěn)定.（2）分頻器電路通常,數(shù)字鐘的晶體振蕩器輸出頻率較高,為了得到1Hz的秒信號(hào)輸入,需要對(duì)振蕩器的輸出信號(hào)進(jìn)行分頻.通常實(shí)現(xiàn)分頻器的電路是計(jì)數(shù)器電路,一般采用多級(jí)2進(jìn)制計(jì)數(shù)器來實(shí)現(xiàn).（3）時(shí)間計(jì)數(shù)單元時(shí)間計(jì)數(shù)單元有時(shí)計(jì)數(shù),分計(jì)數(shù)和秒計(jì)數(shù)等幾個(gè)部分.時(shí)計(jì)數(shù)單元以24進(jìn)制計(jì)數(shù)器,其輸出為兩位8421BCD碼形式;分計(jì)數(shù)和秒計(jì)數(shù)單元為60進(jìn)制計(jì)數(shù)器,其輸出也為8421BCD碼.（4）譯碼驅(qū)動(dòng)及顯示單元計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)了對(duì)時(shí)間的累計(jì)以8421BCD碼形式輸出,為了將計(jì)數(shù)器輸出的84

6、21BCD碼顯示出來,需用顯示譯碼電路將計(jì)數(shù)器的輸出數(shù)碼轉(zhuǎn)換為數(shù)碼顯示器件所需要的輸出邏輯和一定的電流,一般這種譯碼器通常稱為7段譯碼顯示驅(qū)動(dòng)器.常用的7段譯碼顯示驅(qū)動(dòng)器有CD4511.（5）校時(shí)電源電路當(dāng)重新接通電源或走時(shí)出現(xiàn)誤差時(shí)都需要對(duì)時(shí)間進(jìn)行校正.通常,校正時(shí)間的方法是:首先截?cái)嗾５挠?jì)數(shù)通路,然后再進(jìn)行人工出觸發(fā)計(jì)數(shù)或?qū)㈩l率較高的方波信號(hào)加到需要校正的計(jì)數(shù)單元的輸入端,校正好后,再轉(zhuǎn)入正常計(jì)時(shí)狀態(tài)即可.（6）關(guān)于本次設(shè)計(jì)的數(shù)字鐘中的動(dòng)態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)電路：數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示接口是單片機(jī)中應(yīng)用最為廣泛的一種顯示方式之一，動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)是將所有數(shù)碼管的8個(gè)顯示筆劃"a,b,c,d,e,f,g,

7、dp"的同名端連在一起，另外為每個(gè)數(shù)碼管的公共極COM增加位選通控制電路，位選通由各自獨(dú)立的I/O線控制，當(dāng)單片機(jī)輸出字形碼時(shí)，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個(gè)數(shù)碼管會(huì)顯示出字形，取決于單片機(jī)對(duì)位選通COM端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開，該位就顯示出字形，沒有選通的數(shù)碼管就不會(huì)亮。通過分時(shí)輪流控制各個(gè)數(shù)碼管的的COM端，就使各個(gè)數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)。在輪流顯示過程中，每位數(shù)碼管的點(diǎn)亮?xí)r間為12ms，由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)，盡管實(shí)際上各位數(shù)碼管并非同時(shí)點(diǎn)亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)

8、，不會(huì)有閃爍感，動(dòng)態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的I/O端口，而且功耗更低。動(dòng)態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)、電路顯示電路和鍵盤控制電路組成。通過單片機(jī)端口的初始化，定時(shí)中斷設(shè)計(jì)，鍵盤掃描等實(shí)現(xiàn)數(shù)字鐘的功能。二芯片功能簡介1、89C51的引腳及相關(guān)功能40個(gè)引腳按引腳功能大致可分為4個(gè)種類：電源、時(shí)鐘、控制和I/O引腳。如右圖） 電源: VCC - 芯片電源，接+5V； VSS - 接地端；注：用萬用表測試單片機(jī)引腳電流一般為0v或者5v，這是標(biāo)準(zhǔn)的TTL電平，但有時(shí)候在單片機(jī)程序正在工作時(shí)候測試結(jié)果并不是這個(gè)值而是介于0v-5v之間，其實(shí)這之是萬用表反映沒這么快而已，在某一個(gè)瞬間單片機(jī)引腳電流還是

9、保持在0v或者5v的。） 時(shí)鐘：XTAL1、XTAL2 - 晶體振蕩電路反相輸入端和輸出端。） 控制線：控制線共有4根， ALE/PROG：地址鎖存允許/片內(nèi)EPROM編程脈沖 ALE功能：用來鎖存P0口送出的低8位地址 PROG功能：片內(nèi)有EPROM的芯片，在EPROM編程期間，此引腳輸入編程脈沖。 PSEN：外ROM讀選通信號(hào)。 RST/VPD：復(fù)位/備用電源。 RST（Reset）功能：復(fù)位信號(hào)輸入端。 VPD功能：在Vcc掉電情況下，接備用電源。 EA/Vpp：內(nèi)外ROM選擇/片內(nèi)EPROM編程電源。 EA功能：內(nèi)外ROM選擇端。 Vpp功能：片內(nèi)有EPROM的芯片，在EPROM編程期

10、間，施加編程電源Vpp。) I/O線89C51共有4個(gè)8位并行I/O端口：P0、P1、P2、P3口，共32個(gè)引腳。P3口還具有第二功能，用于特殊信號(hào)輸入輸出和控制信號(hào)（屬控制總線）。三硬件設(shè)計(jì)1、單片機(jī)的最小系統(tǒng)單片機(jī)的最小系統(tǒng)是用來提供單片機(jī)片內(nèi)各種微操作的時(shí)間基準(zhǔn)，時(shí)鐘信號(hào)通常用兩種電路形式得到：內(nèi)部振蕩和外部振蕩。MCS-51單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反向放大器，引腳XTALl和XTAL2分別是此放大電器的輸入端和輸出端，由于采用內(nèi)部方式時(shí)，電路簡單，所得的時(shí)鐘信號(hào)比較穩(wěn)定，實(shí)際使用中常采用這種方式。電路設(shè)計(jì)圖所示外接晶體振蕩器(簡稱晶振)或陶瓷諧振器就構(gòu)成了內(nèi)部振蕩方式，片

11、內(nèi)高增益反向放大器與作為反饋元件的片外石英晶體或陶瓷諧振器一起可構(gòu)成一個(gè)自激振蕩器并產(chǎn)生振蕩時(shí)鐘脈沖。圖中外接晶體以及兩個(gè)電容構(gòu)成并聯(lián)諧振電路，它們起穩(wěn)定振蕩頻率、快速起振的作用，其值均為30P左右，晶振頻率選12MHz。2、電路設(shè)計(jì)圖根據(jù)設(shè)計(jì)要求和對(duì)單片機(jī)的基本知識(shí)了解掌握后得出的電路設(shè)計(jì)圖如下：圖1    總電路圖四電路圖工作原理1、時(shí)鐘設(shè)計(jì)電路定時(shí)器T0每50ms產(chǎn)生一次中斷，再建立中斷次數(shù)累計(jì)變量（i）。若中斷次數(shù)累計(jì)計(jì)滿20次，秒計(jì)數(shù)變量（s）加1,；若秒計(jì)滿60，分鐘計(jì)數(shù)變量（m）加1，同時(shí)將秒計(jì)數(shù)變量清0；若分鐘計(jì)滿60，小時(shí)計(jì)數(shù)變量（h）加1，同時(shí)

12、將分鐘計(jì)數(shù)變量清0；若小時(shí)計(jì)數(shù)滿24，將小時(shí)計(jì)數(shù)變量清0。2、數(shù)碼管顯示電路分別建立三個(gè)時(shí)間顯示子程序顯示時(shí)分秒，獲取正確的的段碼，點(diǎn)亮數(shù)碼管。3、接口電路接口電路采用獨(dú)立式鍵盤接口電路，每一個(gè)按鍵對(duì)應(yīng)P3口的一根線，各鍵是相互獨(dú)立的。應(yīng)用時(shí)，通過軟件可判斷key1、key2、 key3、key4各鍵是否被按下，通過數(shù)碼管顯示從而實(shí)現(xiàn)不同按鍵的功能。五軟件設(shè)計(jì)單片機(jī)的程序設(shè)計(jì)有其自身的特點(diǎn)。在單片機(jī)系統(tǒng)中，硬件與軟件緊密結(jié)合，由于硬件電路的設(shè)計(jì)不具有通用性，所以必須根據(jù)具體的硬件電路來設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)的軟件，硬件設(shè)計(jì)的優(yōu)劣直接影響到軟件設(shè)計(jì)的難易，軟件設(shè)計(jì)的優(yōu)劣又直接影響到硬件的發(fā)揮。在很多時(shí)候，軟件

13、可以替代硬件的功能，當(dāng)然，需要付出額外占用CPU時(shí)間的代價(jià)。軟件程序的設(shè)計(jì)是根據(jù)硬件電路圖的連接和各個(gè)元器件的功能進(jìn)行設(shè)計(jì)。在編寫軟件時(shí)，可以按各個(gè)程序的功能將軟件細(xì)分為各個(gè)功能模塊，再通過主程序的調(diào)用來實(shí)現(xiàn)整個(gè)軟件系統(tǒng)。而一般編寫的程序都是根據(jù)事前所用的流程圖來編寫的，而且，流程圖中也包含了對(duì)設(shè)計(jì)所得結(jié)果的要求，因此，流程圖的設(shè)計(jì)直接影響到源程序的設(shè)計(jì)。主程序是軟件設(shè)計(jì)的總體框架，因此主程序流程圖的設(shè)計(jì)決定了程序編寫的好壞，主程序的功能主要是讀7447的時(shí)間將時(shí)間數(shù)據(jù)送到LED顯示，再判斷是否有按鍵按下，從而進(jìn)行校時(shí)、定時(shí)功能。段碼由P0.0，P0.1，P0.2，P0.3通過74LS47譯碼

14、驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示，使用比較方便，位碼由PNP三極管9012驅(qū)動(dòng)。1、流程圖整個(gè)軟件的主流程圖如下圖所示：開始端口初始化時(shí)間初值設(shè)定數(shù)碼管顯示計(jì)時(shí)鍵盤掃描Key2Key1 Y YN切換時(shí)分秒停止計(jì)時(shí)Key4按下時(shí)分秒減1Key3按下時(shí)分秒加1計(jì)時(shí)定時(shí)預(yù)置時(shí)間輸出結(jié)束2、主程序:#include <reg51.h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned intunsigned char tab= 0x03,0x9f,0x25,0x0d,0x99,0x49,0x41,0x1f,0x01,0x09;unsigned char port

15、8=0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf,0xbf,0x7f;char int_time,second,minute,hour,t,num0,t0,m;sbit key1=P34; sbit key2=P35;sbit key3=P36;sbit key4=P37;sbit war=P10;void delay0(uint z) uint x,y;for(x=z;x>0;x-)for(y=110;y>0;y-);void didi(uint m,uint p)int a;for(a=m;a>0;a-) war=0;delay0(p);war=1;dela

16、y0(p); void delay() unsigned char i,j;for(i=0;i<200;i+);for(j=0;j<200;j+);void Displaysecond(unsigned char s) P2=0xfd; P0=tabs/10; delay(); P2=0xfe; P0=tabs%10; delay(); P2=0xff;void Displayminute(unsigned char m) P2=0xef; P0=tabm/10; delay(); P2=0xf7; P0=tabm%10; delay(); P2=0xdf; P0=0xfd; de

17、lay();void Displayhour(unsigned char h) P2=0x7f; P0=tabh/10; delay(); P2=0xbf; P0=tabh%10; delay(); P2=0xfb; P0=0xfd; delay(); P2=0xff; void keyscan() if(key1=0) delay(); if(key1=0) TR0=TR0; while(!key1); if(key2=0) delay(); if(key2=0) TR0=0; while(!key2); if(t=4)t=0; switch(t) case 0:Displayminute(

18、second);delay();break; case 1:Displayminute(minute);delay();break; case 2:Displayhour(hour);delay();break; case 3:Displayhour(num0);delay();break; t+; if(key3=0) delay(); if(key3=0) TR0=0;while(!key3); switch(t)case 1:second+; if(second=60)second=0;minute+;break;case 2:minute+; if(minute=60)minute=0

19、;hour+;break;case 3:hour+; if(hour=24)hour=0;t0=hour;break; case 4:num0+;break; if(key4=0) delay(); if(key4=0) TR0=0; while(!key4); switch(t) case 1:second-; if(second=0)second=0;break; case 2:minute-; if(minute=0)minute=0;break; case 3:hour-; if(hour=0)hour=0;t0=hour;break; case 4:num0-;break; void

20、 main(void) TMOD=0x01; EA=1; ET0=1; TH0=(65536-50000)/256; TL0=(65536-50000)%256; TR0=1; war=0; int_time=0; second=0; minute=0; hour=12; while(1) keyscan();Displaysecond(second);delay(); Displayminute(minute);delay();Displayhour(hour);delay();if(t0=hour+num0)didi(30,30);TR0=1;num0-;else war=0; void

21、interserve(void)interrupt 1 using 1 int_time+; if(int_time=20) int_time=0; second+; if(second=60) second=0; minute+; if(minute=60) minute=0; hour+; if(hour=24) hour=0; TH0=(65536-50000)/256; TL0=(65536-50000)%256; TR0=0; P3=0xff; if(P3&0xf0)!=0xf0) delay(); if(P3&0xf0)!=0xf0); if(key1=0) sec

22、ond+;if(key2=0) minute+; if(key3=0) hour+; TR0=1; 3、程序調(diào)試：調(diào)試程序采用Keil C，首先啟動(dòng)keil軟件的集成開發(fā)環(huán)境，點(diǎn)擊“Project>New Project”建立新的工程，選擇AT89S51作為目標(biāo)芯片。建立新的源文件，將程序輸入并將源文件添加到工程中。編譯程序并改正程序中的錯(cuò)誤，當(dāng)程序沒錯(cuò)誤后點(diǎn)擊“Debug> Start/Stop Debug ”進(jìn)入程序動(dòng)態(tài)調(diào)試狀態(tài)，驗(yàn)證程序能不能正確的執(zhí)行，不能則從新修改源程序，如果能則調(diào)試工作結(jié)束。4、仿真調(diào)試(1) 打開Keil C，新建Keil項(xiàng)目，選擇AT89S51單片機(jī)

23、作為CPU，新建C語言源文件，編寫程序，并將其導(dǎo)入到“Source Group”中。在“Option for Target”對(duì)話窗口中，選中“Output”選項(xiàng)卡中的“Create HEX”選項(xiàng)和“Debug”選項(xiàng)卡中的“Use：Proteus VSM Simulator”選項(xiàng)。編譯源程序，改正程序中的錯(cuò)誤。(2) 在Proteus ISIS中，選中AT89S51并單擊鼠標(biāo)左鍵，打開“Edit Compoment”對(duì)話窗口，設(shè)置單片機(jī)晶振頻率為12MHZ，在此窗口中的“Program File”欄中，選擇先前用Keil生成的.HEX文件。在Proteus ISIS的菜單欄中選擇“File”->“Save Design”選項(xiàng)，保存設(shè)計(jì)。在Proteus ISIS的菜單欄中，打開“Debug”下拉菜單，在菜單中選中“Use Remote Debug Monitor”選項(xiàng)，以支持與Keil的聯(lián)合調(diào)試。(3) 在Keil的菜單欄中選擇“Debug”->“Star/Stop Debug Session”選項(xiàng)，或者直接單擊工具欄的“Debug>Star/Stop Debug Session”圖標(biāo)，進(jìn)入程序調(diào)試