基于單片機的時鐘設計

1、 目 錄TOC o 1-3 t h z u HYPERLINK l _Toc20255 0 引言 PAGEREF _Toc20255 1 HYPERLINK l _Toc24674 1 電子鐘簡介 PAGEREF _Toc24674 1 HYPERLINK l _Toc31237 1.1電子時鐘的背景 PAGEREF _Toc31237 1 HYPERLINK l _Toc6534 1.5 時鐘的應用 PAGEREF _Toc6534 2 HYPERLINK l _Toc14267 2 設計任務分析 PAGEREF _Toc14267 2 HYPERLINK l _Toc24866 2.1 設

2、計分析 PAGEREF _Toc24866 2 HYPERLINK l _Toc10827 2.2 設計意義 PAGEREF _Toc10827 3 HYPERLINK l _Toc19044 3 關(guān)于單片機 PAGEREF _Toc19044 3 HYPERLINK l _Toc21585 3.1 單片機的發(fā)展史 PAGEREF _Toc21585 3 HYPERLINK l _Toc8465 3.3 發(fā)展趨勢 PAGEREF _Toc8465 5 HYPERLINK l _Toc16302 3.5 單片機的中斷系統(tǒng) PAGEREF _Toc16302 7 HYPERLINK l _Toc1

3、8415 4 系統(tǒng)功能及操作 PAGEREF _Toc18415 7 HYPERLINK l _Toc27344 4.1 系統(tǒng)功能的確定 PAGEREF _Toc27344 7 HYPERLINK l _Toc22384 4.1.1 基本功能 PAGEREF _Toc22384 7 HYPERLINK l _Toc14646 4.1.2 擴展功能 PAGEREF _Toc14646 8 HYPERLINK l _Toc26274 4.2 系統(tǒng)操作說明 PAGEREF _Toc26274 8 HYPERLINK l _Toc18713 5 系統(tǒng)硬件設計 PAGEREF _Toc18713 8 H

4、YPERLINK l _Toc30897 5.1 芯片的選擇 PAGEREF _Toc30897 8 HYPERLINK l _Toc24420 5.2 實驗板電路原理圖 PAGEREF _Toc24420 9 HYPERLINK l _Toc7046 5.3 功能電路分析 PAGEREF _Toc7046 10 HYPERLINK l _Toc25696 5.3.1 時鐘電路 PAGEREF _Toc25696 10 HYPERLINK l _Toc26690 5.3.2 復位電路 PAGEREF _Toc26690 11 HYPERLINK l _Toc32443 5.3.3 鍵盤電路 P

5、AGEREF _Toc32443 11 HYPERLINK l _Toc23717 5.3.4 數(shù)碼顯示電路 PAGEREF _Toc23717 12 HYPERLINK l _Toc2005 5.3.5 蜂鳴器電路 PAGEREF _Toc2005 12 HYPERLINK l _Toc31911 6 系統(tǒng)軟件設計 PAGEREF _Toc31911 13 HYPERLINK l _Toc11135 6.1 數(shù)據(jù)單元分配 PAGEREF _Toc11135 13 HYPERLINK l _Toc26050 6.1.1 數(shù)據(jù)存儲單元分配 PAGEREF _Toc26050 13 HYPERLI

6、NK l _Toc22148 6.1.2 標志位單元分配 PAGEREF _Toc22148 13 HYPERLINK l _Toc29373 6.2 計時時鐘實現(xiàn)的基本方法 PAGEREF _Toc29373 13 HYPERLINK l _Toc13639 6.3 實現(xiàn)時鐘程序設計步驟 PAGEREF _Toc13639 14 HYPERLINK l _Toc9338 6.3.1 主程序模塊設計 PAGEREF _Toc9338 14 HYPERLINK l _Toc26008 6.3.2 計時子程序模塊的實現(xiàn) PAGEREF _Toc26008 14 HYPERLINK l _Toc73

7、07 6.3.3 顯示子程序模塊的實現(xiàn) PAGEREF _Toc7307 15 HYPERLINK l _Toc21887 6.3.4 時鐘設定子程序模塊的實現(xiàn) PAGEREF _Toc21887 15 HYPERLINK l _Toc27434 6.3.5 日期、定時設定子程序模塊的實現(xiàn) PAGEREF _Toc27434 16 HYPERLINK l _Toc6853 6.4 程序說明 PAGEREF _Toc6853 16 HYPERLINK l _Toc25489 6.4.1 定時器初值計算 PAGEREF _Toc25489 16 HYPERLINK l _Toc17925 6.4.

8、2 程序初始化 PAGEREF _Toc17925 16 HYPERLINK l _Toc23823 6.4.3 誤差分析及校正 PAGEREF _Toc23823 16 HYPERLINK l _Toc15855 6.4.4 實現(xiàn)閃動設定 PAGEREF _Toc15855 16 HYPERLINK l _Toc17864 6.4.5 實現(xiàn)連續(xù)加1 PAGEREF _Toc17864 16 HYPERLINK l _Toc6525 6.4.6 定時音與顯示相沖突問題及解決方案 PAGEREF _Toc6525 167 系統(tǒng)仿真16 HYPERLINK l _Toc23698 7.1軟件介紹

9、PAGEREF _Toc23698 17 HYPERLINK l _Toc6380 7.2 電子鐘系統(tǒng)PROTUES仿真 PAGEREF _Toc6380 17 HYPERLINK l _Toc21122 8 系統(tǒng)調(diào)試與功能說明 PAGEREF _Toc21122 17 HYPERLINK l _Toc7041 8.1 硬盤調(diào)試 PAGEREF _Toc7041 17 HYPERLINK l _Toc23085 8.2 系統(tǒng)性能測試與功能說明 PAGEREF _Toc23085 17 HYPERLINK l _Toc8284 8.3 系統(tǒng)時鐘誤差分析 PAGEREF _Toc8284 17 H

10、YPERLINK l _Toc6571 8.4 軟件調(diào)試問題及解決 PAGEREF _Toc6571 18 HYPERLINK l _Toc4830 結(jié)束語 PAGEREF _Toc4830 18 HYPERLINK l _Toc24017 致謝 PAGEREF _Toc24017 18 HYPERLINK l _Toc26496 參考文獻 PAGEREF _Toc26496 19蘭州文理學院學生畢業(yè)論文 題 目： 基于單片機的時鐘設計 作 者： 崔 振 元 指導老師： 苑 毅 電子信息工程 學院 電子 系電子信息工程技術(shù) 專業(yè) 11 級 3 年制 1 班 2013 年 11 月 15 日基于

11、單片機的時鐘設計摘要：本文設計的是基于單片機的時鐘設計。該設計主要利用單片機來實現(xiàn)其功能，在這次設計中，我們采用LED數(shù)碼管顯示時、分、秒，以24小時計時方式，根據(jù)數(shù)碼管動態(tài)顯示原理來進行顯示，用12MHz的晶振產(chǎn)生振蕩脈沖，定時器計數(shù)，并采用數(shù)字電路實現(xiàn)對“時”、“分”、“秒”數(shù)字顯示的計時裝置，具有顯示時間的基本功能，還可以實現(xiàn)對時間的調(diào)整，時鐘走時精度高，使用方便，功能多，便于集成化，在介紹本單片機的發(fā)展情況基礎上，說明了本設計實現(xiàn)的功能，以及實驗板硬件情況，并對各功能電路進行了分析。主要工作放在軟件編程上，用實驗板實現(xiàn)時間、日期、定時及它們的設定功能，詳細對軟件編程流程以及調(diào)試進行了說

12、明，并對計時誤差進行了分析及校正，提出了定時音與顯示相沖突問題及解決方案。實驗證明效果良好，可以投入使用。因此，設計開發(fā)時鐘具有良好的應用前景。關(guān)鍵詞：單片機；時鐘；定時器；數(shù)碼管Abstract: This design is the clock design based on mcu. The design mainly uses single chip to achieve its function, in this design, we use LED digital display hours,minutes, seconds, to 24 hour time, according

13、to the principle of dynamic display of digital tube to display, use the 12MHz crystal oscillation pulse, the timer count,and a digital circuit implementation of the when, sub, seconds the figures show that the timing device, can display the basic function of time, also can realize the adjustment of

14、the time, the clock of high precision, convenient use,multiple functions, easy integration, based on introducing the development situation of the micro controller, the design and implementation of the function, as well as the experimental board hardware conditions, and the function of each circuit a

15、re analyzed. The main work in the software programming, using experimental board to realize the time, date, time and setting of their functions,the software programming and debugging process in detail are described, and the timing error analysis and correction, the timing and tone and display confli

16、ct problems and solutions. The experiment proved that the effect is good, can be put into use. Therefore, the design and development of the clock has a good application prospect.Keywords: single chip microcomputer; clock; timer; digital tube 0 引言在日常生活和工作中，我們常常用到定時控制，如擴印過程中的曝光定時等。早期常用的一些時間控制單元都使用模擬電路

17、設計制作的，其定時準確性和重復精度都不是很理想，現(xiàn)在基本上都是基于數(shù)字技術(shù)的新一代產(chǎn)品，隨著單片機性價比的不斷提高，新一代產(chǎn)品的應用也越來越廣泛。大則可以構(gòu)成復雜的工業(yè)過程控制系統(tǒng)，完成復雜的控制功能；小則可以用于家電控制，甚至可以用于兒童電子玩具。它功能強大、體積小、質(zhì)量輕、靈活好用，配以適當?shù)慕涌谛酒?，可以?gòu)成各種各樣、功能各異的微電子產(chǎn)品。隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，家用電器和辦公電子設備逐漸增多，不同的設備都有自己的控制器，使用起來很不方便。這些具有人們所需要的智能化特性的產(chǎn)品減輕了人的勞動，擴大了數(shù)字化的范圍，為家庭數(shù)字化提供了可能。根據(jù)這種實際情況，本文設計了一個單片機多功能時鐘系統(tǒng)，

18、它有基本的時間功能，還有定時功能，既可作為鬧鈴，也可擴展為定時對家電等電氣產(chǎn)品的自動控制，可以避免多種控制器的混淆，利用一個控制器對多路電器進行控制；可增加溫度傳感器，進行實時溫度顯示，進一步擴展為利用不同的溫度某些電氣產(chǎn)品進行自動控制；也可增加濕度傳感器，進行實時濕度顯示，以便對濕度進行控制，方便人們的生活。1 電子鐘簡介1.1電子時鐘的背景 20世紀末，電子技術(shù)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

19、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(shù)也稱為微控制技術(shù)，是傳統(tǒng)控制技術(shù)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(shù)實現(xiàn)時、分、

20、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電子時鐘簡介 1957年,Ventura發(fā)明了世界上第一個電子表，從而奠定了電子時鐘的基礎，電子時鐘開始迅速發(fā)展起來?，F(xiàn)代的電子時鐘是基于單片機的一種計時工具，采用延時程序產(chǎn)生一定的時間中斷，用于一秒的定義，通過計數(shù)方式進行滿六十秒分鐘進一，滿六十分小時進一，滿二十四小時小時清零。從而達到計時的功能，是人民日常生活補課缺少的工具。1.3 電子時鐘的基本特點 現(xiàn)在高精度的計時工具大多數(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)，因此走時精度高，穩(wěn)定性好，

21、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時時，譯碼代替機械式傳動，用LED顯示器代替指針顯示進而顯示時間，減小了計時誤差，這種表具有時、分、秒顯示時間的功能，還可以進行時和分的校對，片選的靈活性好。1.4 電子時鐘的原理 該電子時鐘由89C51，BUTTON，六段數(shù)碼管等構(gòu)成，采用晶振電路作為驅(qū)動電路，由延時程序和循環(huán)程序產(chǎn)生的一秒定時，達到時分秒的計時，六十秒為一分鐘，六十分鐘為一小時，滿二十四小時為一天。而電路中唯一的一個控制鍵卻擁有多種不同的功能，按下又松開，可以實現(xiàn)屏蔽數(shù)碼管顯示的功能，達到省電的目的；直接按下不松開，則可以通過按鍵實現(xiàn)分鐘的累加，每按一次分鐘加一；而連續(xù)兩次

22、按下按鍵不放松，則可實現(xiàn)小時的調(diào)節(jié)，同樣每按一次小時加一。1.5 時鐘的應用時鐘已成為人們?nèi)粘Ｉ钪校罕夭豢缮俚谋匦杵?，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(shù)的發(fā)展和采用了先進的石英技術(shù)，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。2 設計任務分析2.1 設計分析 針對要實現(xiàn)的功能，采用AT89S51單片機進行設計，AT89S51單片機是一款低功耗，高性能CMOS8位單片機，片內(nèi)含4KB在線可編程（ISP）的可反復擦寫1000次的Flash只讀程序存儲器，器件采用

23、高密度、非易失性存儲技術(shù)制造，兼容標準MCS-51指令系統(tǒng)及80C51引腳結(jié)構(gòu)。這樣，既能做到經(jīng)濟合理又能實現(xiàn)預期的功能。在程序方面，采用分塊設計的方法，這樣既減小了編程難度、使程序易于理解，又能便于添加各項功能。程序可分為鬧鐘的聲音程序、時間顯示程序、日期顯示程序，秒表顯示程序，時間調(diào)整程序、鬧鐘調(diào)整程序、定時調(diào)整程序，延時程序等。運用這種方法，關(guān)鍵在于各模塊的兼容和配合，若各模塊不匹配會出現(xiàn)意想不到的錯誤。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、存儲單元的用法，否則，編程無從下手，電路也無法設計。這是前期準備工作。第二部分是硬件部分：依據(jù)想要的功能分塊設計設計，

24、比如輸入需要開關(guān)電路，輸出需要顯示驅(qū)動電路和數(shù)碼管電路等。第三部分是軟件部分：先學習理解匯編語言的編程方法再根據(jù)設計的硬件電路進行分塊的編程調(diào)試，最終完成程序設計。第四部分是軟件畫圖部分：設計好電路后進行畫圖，包括電路圖和仿真圖的繪制。第五部分是軟件仿真部分：軟硬件設計好后將軟件載入芯片中進行仿真，仿真無法完成時檢查軟件程序和硬件電路并進行修改直到仿真成功。第六部分是硬件實現(xiàn)部分：連接電路并導入程序檢查電路，若與設計的完全一樣一般能實現(xiàn)想要的功能。最后進行功能擴展，在已經(jīng)正確的設計基礎上，添加額外的功能！2.2 設計意義在日常生活和工作中，我們常常用到定時控制，如擴印過程中的曝光定時等。早期常

25、用的一些時間控制單元都使用模擬電路設計制作的，其定時準確性和重復精度都不是很理想，現(xiàn)在基本上都是基于數(shù)字技術(shù)的新一代產(chǎn)品，隨著單片機性價比的不斷提高，新一代產(chǎn)品的應用也越來越廣泛。大則可以構(gòu)成復雜的工業(yè)過程控制系統(tǒng)，完成復雜的控制功能；小則可以用于家電控制，甚至可以用于兒童電子玩具。它功能強大、體積小、質(zhì)量輕、靈活好用，配以適當?shù)慕涌谛酒?，可以?gòu)成各種各樣、功能各異的微電子產(chǎn)品。隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，家用電器和辦公電子設備逐漸增多，不同的設備都有自己的控制器，使用起來很不方便。這些具有人們所需要的智能化特性的產(chǎn)品減輕了人的勞動，擴大了數(shù)字化的范圍，為家庭數(shù)字化提供了可能。根據(jù)這種實際情況，設

26、計了一個單片機多功能時鐘系統(tǒng)，它有基本的時間功能，還有定時功能，既可作為鬧鈴，也可擴展為定時對家電等電氣產(chǎn)品的自動控制，可以避免多種控制器的混淆，利用一個控制器對多路電器進行控制；可增加溫度傳感器，進行實時溫度顯示，進一步擴展為利用不同的溫度某些電氣產(chǎn)品進行自動控制；也可增加濕度傳感器，進行實時濕度顯示，以便對濕度進行控制，方便人們的生活。3 關(guān)于單片機3.1 單片機的發(fā)展史 1.4位單片機 1975年，美國德克薩斯儀器公司首次推出4位單片機TMS-1000；此后，各個計算機公司競相推出四位單片機。日本松下公司的MN1400系列，美國洛克威爾公司的PPS/1系列等。四位單片機的主要應用領域有：

27、PC機的輸入裝置，電池充電器，運動器材，帶液晶顯示的音/視頻產(chǎn)品控制器，一般家用電器的控制及遙控器，電子玩具，鐘表，計算器，多功能電話等。 2.8位單片機 1972年，美國Intel公司首先推出8位微處理器8008，并于1976年9月率先推出MCS-48系列單片機。在這以后，8位單片機紛紛面市。例如，莫斯特克和仙童公司合作生產(chǎn)的3870系列，摩托羅拉公司生產(chǎn)的6801系列等。隨著集成電路工藝水平的提高，一些高性能的8位單片機相繼問世。例如，1978年摩托羅拉公司的MC6801系列及齊洛格公司的Z8系列，1979年NEC公司的UPD78XX系列。這類單片機的尋址能力達64KB，片內(nèi)ROM容量達4

28、-8KB，片內(nèi)除帶有并行IO口外，還有串行IO口，甚至還有AD轉(zhuǎn)化器功能。8位單片機由于功能強，被廣泛用于自動化裝置、智能儀器儀表、智能接口、過程控制、通信、家用電器等各個領域。 3.16位單片機 1983年以后，集成電路的集成度可達幾十萬只管/片，各系列16位單片機紛紛面市。這一階段的代表產(chǎn)品有1983年Intel公司推出的MCS-96系列，1987年Intel推出了80C96，美國國家半導體公司推出的HPC16040，NEC公司推出的783XX系列等。16位單片機主要用于工業(yè)控制，智能儀器儀表，便攜式設備等場合。 4.32位單片機 隨著高新技術(shù)只智能機器人，光盤驅(qū)動器，激光打印機，圖像與數(shù)

29、據(jù)實時處理，復雜實時控制，網(wǎng)絡服務器等領域的應用與發(fā)展，20世紀80年代末推出了32位單片機，如Motorlora公司的MC683XX系列，Intel的80960系列，以及近年來流行的ARM系列單片機。32位單片機是單片機的發(fā)展趨勢，隨著技術(shù)的發(fā)展及開發(fā)成本和產(chǎn)品價格的下降，將會與8位單片機并駕齊驅(qū)。 5.64位單片機 近年來，64位單片機在引擎控制，智能機器人，磁盤控制，語音圖像通信，算法密集的實時控制場合已有應用，如英國Inmos公司的TransputerT800是高性能的64位單片機。3.2單片機的特點 1.單片機的存儲器ROM和RAM時嚴格區(qū)分的。ROM稱為程序存儲器，只存放程序，固定

30、常數(shù)，及數(shù)據(jù)表格。RAM則為數(shù)據(jù)存儲器，用作工作區(qū)及存放用戶數(shù)據(jù)。 2.采用面向控制的指令系統(tǒng)。為滿足控制需要，單片機有更強的邏輯控制能力，特別是單片機具有很強的位處理能力。 3.單片機的I/O口通常時多功能的。由于單片機芯片上引腳數(shù)目有限，為了解決實際引腳數(shù)和需要的信號線的矛盾，采用了引腳功能復用的方法，引腳處于何種功能，可由指令來設置或由機器狀態(tài)來區(qū)分。 4.單片機的外部擴展能力很強。在內(nèi)部的各種功能部件不能滿足應用的需求時，均可在外部進行擴展，與許多通用的微機接口芯片兼容，給應用系統(tǒng)設計帶來了很大的方便。 3.3 發(fā)展趨勢 單片機微型計算機是微型計算機的一個重要分支，也是頗具生命力的機種

31、。單片機微型計算機簡稱單片機，特別適用于控制領域，故又稱為微控制器。 通常，單片機由單塊集成電路芯片構(gòu)成，內(nèi)部包含有計算機的基本功能部件：中央處理器、存儲器和I/O接口電路等。因此，單片機只需要和適當?shù)能浖巴獠吭O備相結(jié)合，便可成為一個單片機控制系統(tǒng)。 單片機經(jīng)過1、2、3、3代的發(fā)展，正朝著多功能、高性能、低電壓、低功耗、低價格、大存儲容量、強I/O功能及較好的結(jié)構(gòu)兼容性方向發(fā)展。其發(fā)展趨勢不外乎以下幾個方面：1、多功能 單片機中盡可能地把所需要的存儲器和I/O口都集成在一塊芯片上，使得單片機可以實現(xiàn)更多的功能。比如A/D、PWM、PCA（可編程計數(shù)器陣列）、WDT（監(jiān)視定時器看家狗）、高速

32、I/O口及計數(shù)器的捕獲/比較邏輯等。 有的單片機針對某一個應用領域，集成了相關(guān)的控制設備，以減少應用系統(tǒng)的芯片數(shù)量。例如，有的芯片以51內(nèi)核為核心，集成了USB控制器、SMART CARD接口、MP3解碼器、CAN或者I*I*C總線控制器等，LED、LCD或VFD顯示驅(qū)動器也開始集成在8位單片機中。2、高效率和高性能為了提高執(zhí)行速度和執(zhí)行效率，單片機開始使用RISC、流水線和DSP的設計技術(shù)，使單片機的性能有了明顯的提高，表現(xiàn)為：單片機的時鐘頻率得到提高；同樣頻率的單片機運行效率也有了很大的提升；由于集成度的提高，單片機的尋址能力、片內(nèi)ROM（FLASH）和RAM的容量都突破了以往的數(shù)量和限制

33、。由于系統(tǒng)資源和系統(tǒng)復雜程度的增加，開始使用高級語言（如C語言）來開發(fā)單片機的程序。使用高級語言可以降低開發(fā) 難度，縮短開發(fā)周期，增強軟件的可讀性和可移植性，便于改進和擴充功能。3、低電壓和低功耗 單片機的嵌入式應用決定了低電壓和低功耗的特性十分重要。由于CMOS等工藝的大量采用，很多單片機可以在更低的電壓下工作（1.2V或0.9V），功耗已經(jīng)降低到uA級。這些特性使得單片機系統(tǒng)可以在更小電源的支持下工作更長的時間。4、低價格 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。3.4 主要應用領域和特點（

34、1）家用電器領域 用單片機控制系統(tǒng)取代傳統(tǒng)的模擬和數(shù)字控制電路，使家用電器（如洗衣機、空調(diào)、冰箱、微波爐、和電視機等）功能更完善，更加智能化和易于使用。（2）辦公自動化領域 單片機作為嵌入式系統(tǒng)廣泛應用于現(xiàn)代辦公設備，如計算機的鍵盤、磁盤驅(qū)動、打印機、復印機、電話機和傳真機等。（3）商業(yè)應用領域 商業(yè)應用系統(tǒng)部分與家用和辦公應用系統(tǒng)相似，但更加注重設備的穩(wěn)定性、可靠性和安全性。商用系統(tǒng)中廣泛使用的電子計量儀器、收款機、條形碼閱讀器、安全監(jiān)測系統(tǒng)、空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)和冷凍保鮮系統(tǒng)等，都采用了單片機構(gòu)成的專用系統(tǒng)。與通用計算機相比，這些系統(tǒng)由于比較封閉，可以更有效地防止病毒和電磁干擾等，可靠性更高。（4

35、）工業(yè)自動化 在工業(yè)控制和機電一體化控制系統(tǒng)中，除了采用工控計算機外，很多都是以單片機為核心的單片機和多機系統(tǒng)。（5）智能儀表與集成智能傳感器 目前在各種電氣測量儀表中普遍采用了單片機應用系統(tǒng)來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的測量系統(tǒng)，使得測量系統(tǒng)具有存儲、數(shù)據(jù)處理、查詢及聯(lián)網(wǎng)等智能功能。將單片機和傳感器相結(jié)合，可以構(gòu)成新一代的智能傳感器。它將傳感器變換后的物理量作進一步的變化和處理，使其成為數(shù)字信號，可以遠距離傳輸并與計算機接口。（6）現(xiàn)代交通與航空航天領域通常應用于電子綜合顯示系統(tǒng)、動力監(jiān)控系統(tǒng)、自動駕駛系統(tǒng)、通信系統(tǒng)以及運行監(jiān)視系統(tǒng)等。這些領域?qū)w積、功耗、穩(wěn)定性和實時性的要求往往比商用系統(tǒng)還要高，因此采用單

36、片機系統(tǒng)更加重要。3.5 單片機的中斷系統(tǒng)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CPU的效率，也可以對突發(fā)事件處理。所謂中斷就是當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，（2）處理事件B的程序稱為中斷服務程序，（3）主程序中轉(zhuǎn)向中斷服務程序的地方稱為斷點，（4）引起中斷的原因即事件B稱為中斷源，（5）轉(zhuǎn)去執(zhí)行中斷服務程序稱為中斷響應。關(guān)于中斷的概念可以打個如下的比喻。領導（CPU）在自

37、己的房間辦公（執(zhí)行主程序），下屬（外設）有問題打電話來請示（中斷源），領導停下正在進行的工作，通過電話給下屬做指示（執(zhí)行中斷服務程序），指示完后，領導掛斷電話，繼續(xù)做自己的工作（返回主程序繼續(xù)執(zhí)行）。中斷是一個過程，當中央處理器CPU在處理某件事情時，外部又發(fā)生了另一緊急事件，請求CPU暫停當前的工作而去迅速處理該緊急事件。處理結(jié)束后，再回到原來被中斷的地方，繼續(xù)原來的工作。引起中斷的原因或發(fā)出中斷請求的來源，稱為中斷源。單片機一般允許有多個中斷源，當幾個中斷源同時向CPU請求中斷時，就存在CPU優(yōu)先響應哪一個中斷請求源的問題（優(yōu)先級問題），一般根據(jù)中斷源的輕重緩急排隊，優(yōu)先處理最緊急事件的中

38、斷請求，于是便規(guī)定每一個中斷源都有一個中斷優(yōu)先級別，并且CPU總是響應級別最高的中斷請求。當CPU正在處理一個中斷源請求的時候，又發(fā)生了另一個優(yōu)先級比它高的中斷源請求，如果CPU能夠暫時中止對原來中斷處理程序的執(zhí)行，轉(zhuǎn)而去處理優(yōu)先級更高的中斷源請求，待處理完以后，再繼續(xù)執(zhí)行原來的低級中斷處理程序，這樣的過程稱為中斷嵌套。4 系統(tǒng)功能及操作4.1 系統(tǒng)功能的確定4.1.1 基本功能系統(tǒng)具有時間、日期、三路定時功能，并可以對時間、日期、定時進行設定，有定時提示音。要求計時精度盡量提高。顯示格式為：時間：“時”（第1、2位）、“分”（第3、4位）、“秒”（第5、6位）；日期：“年”（第1、2位，如2

39、007年顯示為07）、“月”（第3、4位）、“日” （第5、6位）；定時：“時”（第1、2位）、“分”（第3、4位）、“狀態(tài)標志”（第5、6位）。鍵盤及數(shù)碼管排列如圖2-1所示。4.1.2 擴展功能該系統(tǒng)可以增加溫度傳感器，實現(xiàn)溫度測量，以實時顯示溫度，用1、2位數(shù)碼管顯示；還可以增加濕度傳感器，實現(xiàn)濕度測量，以實時顯示濕度，用5、6位數(shù)碼管顯示。多路定時器功能也可擴展為對多種家電等電氣產(chǎn)品的自動控制，比如電飯煲等；也可利用溫度對某些電氣產(chǎn)品進行自動控制，比如空調(diào)等；還可利用濕度傳感器對濕度進行調(diào)節(jié)。如圖4-1所示。圖4-1 系統(tǒng)功能圖4.2 系統(tǒng)操作說明（1）按K1鍵顯示日期，3秒后自動返回

40、時間顯示，3秒內(nèi)按K2鍵進入日期設置，此時年位閃爍，按K1鍵進行年位加1或連續(xù)加1調(diào)整。按K2鍵依次切換到月位、日位，分別按K1鍵進行月位、日位調(diào)整，日位設置好后，再按K2鍵保存日期設定值，并返回顯示時間。（2）按K2鍵大于1秒進入時間設置，此時小時位閃爍，秒位自動清零，按K1鍵進行小時調(diào)整，按K2鍵切換到分鐘位，按K1鍵進行分鐘調(diào)整，分位設置好后，再按K2鍵保存時間設定值，并返回顯示時間，按所設定的時間值進行計時。（3）連續(xù)按K3鍵顯示3路定時及其開關(guān)狀態(tài)，當顯示某一路定時時，3秒后自動返回時間顯示，3秒內(nèi)按K2鍵進入定時設置，設置同日期（5、6位顯示00為當路定時關(guān)，顯示01為當路定時開）

41、。當路定時設置完后按K2鍵保存定時設定值并返回時間顯示。（4）按K4鍵顯示實時溫度和濕度，5秒后自動返回時間顯示。5 系統(tǒng)硬件設計5.1 芯片的選擇本設計選用AT89S52芯片，它是一種低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，具有8K（0000H1FFFH）在線系統(tǒng)可編程Flash存儲器。片上Flash允許程序存儲器在線編程，也適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在線系統(tǒng)可編程Flash，使得AT89S52為眾多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供靈活、高效的解決方案。AT89S52具有以下標準功能：8K（0000H1FFFH）Flash，256字節(jié)（00HFFH）數(shù)據(jù)存儲器（RAM），64K（

42、0000HFFFFH）程序存儲器（ROM），32位I/O口線，看門狗定時器，2個數(shù)據(jù)指針，三個16位定時器/計數(shù)器，一個6向量2級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口內(nèi)晶振及時鐘電路。其中，數(shù)據(jù)存儲器（RAM）用于存放各種運算的中間結(jié)果，作緩存和數(shù)據(jù)暫存，以及設置特征標志等。AT89S52的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器用位尋址方式，最大尋址范圍為256字節(jié)（00HFFH）。按使用情況不同可分成低128字節(jié)（00H7FH）和高128字節(jié)（80HFFH）。其中低128字節(jié)為真正的RAM存儲器，高128字節(jié)為特殊功能寄存器（SFR）區(qū)，如累加器ACC、程序狀態(tài)字PSW、數(shù)據(jù)指針DPTR、程序計數(shù)器PC等。整個片內(nèi)RAM區(qū)分布如

43、圖5-1所示。圖5-1 片內(nèi)RAM區(qū)5.2 實驗板電路原理圖實驗板電路結(jié)構(gòu)框圖如圖5-2所示，原理電路圖如圖5-3所示。圖5-2 實驗板結(jié)構(gòu)框圖圖5-3 實驗板原理圖5.3 功能電路分析5.3.1 時鐘電路實驗板的時鐘振蕩源電路如圖5-4所示。其中JT 為11.0592MHz 的晶振，改變兩電容CB的值即可對此晶振頻率進行調(diào)節(jié)。該電路提供單片機工作所需的振蕩頻率，計算定時器初值即需此晶振頻率，在通信時也需知道晶振頻率，以對波特率進行計算。圖 5-4 時鐘電路5.3.2 復位電路如圖5-5所示為實驗板的復位電路，當RESET 信號為低電平時，實驗板為工作狀態(tài)，當RESET信號為高電平時，實驗板為

44、復位或下載程序狀態(tài)。由于AT89S52具有ISP 的功能，即可以通過并口線直接將程序下載到單片機內(nèi)，因此， AT89S52 具有兩種狀態(tài)，下載程序狀態(tài)和運行狀態(tài)。該復位電路能實現(xiàn)上電自動復位，也能手動復位，一般復位時RESET應保持20毫秒以上高電平，此復位時間由接地電容控制。圖5-5 復位電路5.3.3 鍵盤電路如圖5-6所示為陣列按鍵電路，各設置及轉(zhuǎn)換信號由此電路輸入，實驗板提供了16個按鍵，由P1口經(jīng)SN74F244（驅(qū)動芯片）輸出擴展成44的陣列按鍵，P1.0P1.3為行線，P1.4P1.7為列線。SN74F244有一片選信號線，當此口線為低電平時，A1A4與Y1Y4接通，反之，A1A

45、4與Y1Y4斷開。此鍵盤用掃描工作方式，若有鍵按下，則相應位端口被拉低為低電平，由于本系統(tǒng)只用了4個按鍵，所以只需對4個按鍵進行掃描。掃描時，先置P3.3口為高電平，向P1口送0EFH（MOV P1，#0EFH），再置P3.3口為低電平，讀P1口（MOV A，P1），最后判斷P1口低4位哪位是低電平，若某位為低電平，則相應按鍵被按下，如P1.0為低電平（ACC.0=0），則K1鍵被按下。圖 5-6 陣列按鍵5.3.4 數(shù)碼顯示電路如圖5-7所示為數(shù)碼顯示電路，實驗板使用了6個共陽數(shù)碼管，P0口為段碼信號線，B1B6為位控線，是P1口經(jīng)SN74F573（反向驅(qū)動芯片，即輸入為高電平，則輸出為低電

46、平，反之則輸出為高電平，該芯片也有一片選信號C，當此信號為高電平時有效）反向得到，再由B1B6控制晶體管Q1Q6，以達到控制每位數(shù)碼管的目的。系統(tǒng)采用動態(tài)顯示，先向P0口送第一位數(shù)碼管需要顯示的段碼值，再給P1口送0FEH，延時1毫秒使第一位數(shù)碼管顯示，又向P0口送第二位數(shù)碼管需要顯示的段碼值，P1口送0FDH，延時1毫秒，使第二位數(shù)碼管顯示。依次遞推，直到最后一位數(shù)碼管，然后再循環(huán)。改變延時時長可以調(diào)節(jié)數(shù)碼管顯示的亮度，由于單片機執(zhí)行速度很快（微秒級），所以看上去數(shù)碼管一直亮著。圖 5-7 數(shù)碼顯示電路5.3.5 蜂鳴器電路其硬件原理圖如圖5-8所示。此電路用于定時時發(fā)出提示音。SPEAKE

47、R與P3.2口相連，當SPEAKER輸出高電平時蜂鳴器不響，而SPEAKER輸出低電平時蜂鳴器發(fā)出響聲。只需控制SPEAKER輸出高低電平的時間和變化頻率，就可以讓蜂鳴器發(fā)出不同的聲音。此電路用于產(chǎn)生定時器提示音。圖 5-8 蜂鳴器電路6 系統(tǒng)軟件設計系統(tǒng)的軟件設計也是工具系統(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(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)化程序設計、實行模塊化、子程序化。

48、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。6.1 數(shù)據(jù)單元分配6.1.1 數(shù)據(jù)存儲單元分配數(shù)據(jù)存儲單元分配如下表所示：項目秒分時日月年存儲單元30H31H32H33H34H35H項目定時1：開關(guān)定時1：分定時1：時定時2：開關(guān)定時2：分定時2：時存儲單元36H37H38H39H3AH3BH項目定時3：開關(guān)定時3：分定時3：時存顯示首地址堆棧起始單元存儲單元3CH3DH3EH3FH50H6.1.2

49、 標志位單元分配 標志位單元（20H）分配如下表所示：位單元項目位單元項目01H1、2位數(shù)碼管閃爍標志位08H定時1顯示標志位02H09H定時2顯示標志位03H3、4位數(shù)碼管閃爍標志位0AH定時3顯示標志位04H0BH定時1響鈴標志位05H5、6位數(shù)碼管顯示標志位0CH定時2響鈴標志位06H0DH定時3響鈴標志位07H日期顯示標志位0EH總響鈴標志位6.2 計時時鐘實現(xiàn)的基本方法時鐘的最小計時單位是秒，使用定時器的方式1，最大的定時時間也只能達到131毫秒?？砂讯〞r器的定時時間定為50毫秒，這樣，計數(shù)溢出20次即可得到時鐘的最小計時單位秒。計數(shù)20次可以用軟件實現(xiàn)，對定時器溢出次數(shù)進行計數(shù)，計

50、滿20次即為1秒。從秒到分，從分到時，以及日、月、年都是通過軟件累加并進行比較的方法實現(xiàn)的。6.3 實現(xiàn)時鐘程序設計步驟系統(tǒng)采用模塊化結(jié)構(gòu)，主程序只需調(diào)用各個子程序模塊即可實現(xiàn)相應功能。其模塊結(jié)構(gòu)圖如圖6-1所示。 圖6-1 程序各模塊方框圖6.3.1 主程序模塊設計整個程序進行模塊化設計，主程序只需調(diào)用相應的程序即可。主程序流程如圖6-2所示。 圖6-2 主程序流程圖6.3.2 計時子程序模塊的實現(xiàn)當T0中斷時，執(zhí)行本程序，因T0設為50毫秒中斷，故中斷20次為1秒。中斷程序分別有20次計數(shù)（1秒），60次計數(shù)（1分），60次計數(shù)（1小時），24次計數(shù)（1天），28、29、30、31次計數(shù)（

51、1個月），12次計數(shù)（1年）。當前位到設定數(shù)值時寫0或1，下一位加1。由于本世紀是21世紀，年位前兩位是4的倍數(shù)，故判斷閏年時只需對年的后兩位進行計算，能被4整除為閏年，否則為平年，年位只進行加1，大于99時又重新開始。計時中斷流程圖如圖6-3所示。圖6-3 計時子程序流程圖 圖6-4 顯示子程序流程圖6.3.3 顯示子程序模塊的實現(xiàn)顯示原理在前面已給予了說明，流程圖如圖6-4所示。6.3.4 時鐘設定子程序模塊的實現(xiàn)當設定時間時，斷開T0中斷，秒單元清0，進入時、分單元設定。設定好后重裝T0初值，開T0中斷。流程圖如圖6-5所示。 圖6-5 時鐘設定子程流程圖6.3.5 日期、定時設定子程序

52、模塊的實現(xiàn)日期、定時的設定同時鐘設定。定時設定時，把時鐘的秒位換成定時標志位，“00”為當路定時關(guān)，“01”為當路定時開，流程圖與時鐘設定程序相似。6.4 程序說明6.4.1 定時器初值計算因定時器工作于方式1，需要50ms的中斷，所以計數(shù)初值:=216 - tfosc12=65536 - 5010-311.059210612=19456表示成十六進制為=4C00H，故（TH0）=4CH，（TL0）=00H。6.4.2 程序初始化程序初始化時，清相應內(nèi)存單元（20H4FH共48個單元），送時間（00時00分00秒）、日期（07年10月01日）初值，送定時器T0、T1初值，TH0= TH1=4C

53、H，TL0= TL1=00H，特殊寄存器（SP=50H、TMOD=11H）值等。6.4.3 誤差分析及校正當T0中斷時，需重裝定時初值，且要加上從斷開T0中斷到允許T0中斷共有13個周期，以減小誤差，故理論重裝定時初值為（TH0）=4CH，（TL0）=13H。但該外接晶振電路的晶振頻率可調(diào)，可能出現(xiàn)誤差，所以實際不是這個值。經(jīng)調(diào)試，當定時初值為（TH0）=4CH，（TL0）=06H時，24小時約慢2秒，所以每當計時24小時之后，給秒單元（30H）送02H，使秒累加時從2加起，24小時就少加2秒，即可使時間得到校正。6.4.4 實現(xiàn)閃動設定閃動可選用段碼送00H實現(xiàn)，也可禁止當前位顯示，選通位送

54、0實現(xiàn)。本設計選用后者實現(xiàn)閃動，用定時器T1進行控制。6.4.5 實現(xiàn)連續(xù)加1先判斷鍵是否松開，若松開，則只執(zhí)行一次加1程序段，進行單次加1；若未松開則連續(xù)執(zhí)行加1程序段，實現(xiàn)連續(xù)加1。每執(zhí)行一次加1程序段就調(diào)用顯示子程序進行延時，以對調(diào)節(jié)速度進行控制。本系統(tǒng)以5Hz的速度連續(xù)加1，這樣能快速對時間、日期、定時進行設定。6.4.6 定時音與顯示相沖突問題及解決方案由于蜂鳴器響時P3.2口的電平呈高頻變化，頻率1K2K，其間隙時間為0.51毫秒，小于6 毫秒，因顯示時每個數(shù)碼管顯示1毫秒，至少需要6毫秒，故蜂鳴器響時無法進行顯示。為解決此問題，可增加鎖存器，采用靜態(tài)顯示；也可增加一語音芯片，既可

55、解決此問題，也可把定時音換成音樂或語音提示，或增加其它功能，使系統(tǒng)功能更強。 7 系統(tǒng)仿真 7.1軟件介紹 Proteus軟件是Labcenter Electronics公司的一款電路設計與仿真軟件，它包括ISIS、ARES等軟件模塊，ARES模塊主要用來完成PCB的設計，而ISIS模塊用來完成電路原理圖的布圖與仿真。Proteus的軟件仿真基于VSM技術(shù)，它與其他軟件最大的不同也是最大的優(yōu)勢就在于它能仿真大量的單片機芯片，比如MCS-51系列、PIC系列等等，以及單片機外圍電路，比如鍵盤、LED、LCD等等。通過Proteus軟件的使用我們能夠輕易地獲得一個功能齊全、實用方便的單片機實驗室。7.2 電子鐘系統(tǒng)PROTUES仿真 用PROTUES軟件，根據(jù)數(shù)字電子鐘的原理圖，畫出仿真圖。 8 系統(tǒng)調(diào)試與功能說明單片機應用系統(tǒng)的調(diào)試包括硬件和軟件兩部分，但是他們并不能完全分開。一般的方法是排除明顯的硬件故障，再進行綜合調(diào)試，排除可能的軟/硬件故障。8.1 硬盤調(diào)試拿到電路板后，首先要檢查加工質(zhì)量，并確保沒有任何方面的錯誤，如短路和斷路，尤其要避免電源短路；元器件在安裝前要逐一檢查，用萬用表測其數(shù)值，看是否與所用相同；完成焊接后，應先空載上電（芯片座上不插芯片），并檢查各引腳的電位是否正確。若一切正常，方可在斷