燕山大學(xué) 單片機(jī) 計(jì)時(shí)電子鐘

緒論單片機(jī)是一種集成電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器CPU隨機(jī)存儲(chǔ)器ＲＡM、只讀存儲(chǔ)器ROM、多種I/O口和中斷系統(tǒng)、定時(shí)器/計(jì)時(shí)器等功能（可能還包括顯示驅(qū)動(dòng)電路、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、A／D轉(zhuǎn)換器等電路）集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個(gè)小而完善的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng),在工業(yè)控制領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。從上世紀(jì)80年代，由當(dāng)時(shí)的4位、8位單片機(jī),發(fā)展到現(xiàn)在的32位300M的高速單片機(jī)目前單片機(jī)滲透到我們生活的各個(gè)領(lǐng)域,幾乎很難找到哪個(gè)領(lǐng)域沒有單片機(jī)的蹤跡。導(dǎo)彈的導(dǎo)航裝置，飛機(jī)上各種儀表的控制，計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)通訊與數(shù)據(jù)傳輸，工業(yè)自動(dòng)化過程的實(shí)時(shí)控制和數(shù)據(jù)處理，廣泛使用的各種智能IC卡，民用豪華轎車的安全保障系統(tǒng)，錄像機(jī)、攝影機(jī)、全自動(dòng)洗衣機(jī)的控制，以及程控玩具、電子寵物等等,這些都離不開單片機(jī)。更不用說自動(dòng)控制領(lǐng)域的機(jī)器人、智能儀表、醫(yī)療器械以及各種智能機(jī)械了。因此,單片機(jī)的學(xué)習(xí)、開發(fā)與應(yīng)用將造就一批計(jì)算機(jī)應(yīng)用與智能化控制的科學(xué)家、工程師。單片機(jī)廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、醫(yī)用設(shè)備、航空航天、專用設(shè)備的智能化管理及過程控制等領(lǐng)域。本設(shè)計(jì)主要是設(shè)計(jì)基于８051單片機(jī)的計(jì)時(shí)電子鐘,在數(shù)碼管上顯示時(shí)間,并且，通過鍵盤可以修改時(shí)間。用LED顯示代替了指針顯示，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,還可以校對(duì),片選的靈活性好?；A(chǔ)知識(shí)1.1定時(shí)器/計(jì)數(shù)器定時(shí)器/計(jì)數(shù)器工作原理在MＣS-51單片機(jī)內(nèi)繼承了兩個(gè)16位的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0和T1，其基本工作原理是加一計(jì)數(shù)，即對(duì)指定的脈沖信號(hào)進(jìn)行加一操作，直到出現(xiàn)溢出為止。定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的基本工作原理是加一計(jì)數(shù)器,不過作為定時(shí)器或計(jì)數(shù)器是稍有不同。定時(shí)器。作為定時(shí)器使用時(shí)，使用的脈沖信號(hào)為單片機(jī)的內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)。每個(gè)機(jī)器周期產(chǎn)生一個(gè)計(jì)數(shù)脈沖,是計(jì)數(shù)器加一,因此，計(jì)數(shù)速率固定為foｓc/12。計(jì)數(shù)器。作為計(jì)數(shù)器使用時(shí)，使用的脈沖信號(hào)為從單片機(jī)外部輸入的脈沖信號(hào)。T0對(duì)應(yīng)單片機(jī)引腳Ｐ３.4,T１對(duì)應(yīng)單片機(jī)引腳P3.5,當(dāng)檢測(cè)到引腳的輸入脈沖信號(hào)發(fā)生負(fù)跳變時(shí)計(jì)數(shù)器加一。當(dāng)加一計(jì)數(shù)器出現(xiàn)溢出是時(shí),產(chǎn)生溢出信號(hào)通知單片機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的處理。由于識(shí)別一個(gè)從1到0的負(fù)跳變需要兩個(gè)機(jī)器周期，所以最快的計(jì)數(shù)速率是振蕩頻率的1/24。當(dāng)TＭOD中的M１、Ｍ2為10時(shí),定時(shí)器/計(jì)數(shù)器工作于方式2。工作方式２為一個(gè)能自動(dòng)重新裝入初值的８位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。TＬ０用作8位計(jì)數(shù)器,TH０用作數(shù)據(jù)寄存器。當(dāng)TL0計(jì)數(shù)滿產(chǎn)生溢出時(shí),一方面置1溢出標(biāo)志TF0,供軟件查詢或向CPU請(qǐng)求中斷;另一方面，自動(dòng)將TH0中的內(nèi)容送至ＴＬ０，使8位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器重新裝入的初值開始重新計(jì)數(shù)。1.2LED數(shù)碼管LＥＤ數(shù)碼管要正常顯示,就要用驅(qū)動(dòng)電路來驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管的各個(gè)段碼，從而顯示出我們要的數(shù)位，因此根據(jù)ＬED數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)方式的不同,可以分為靜態(tài)式和動(dòng)態(tài)式兩類。A、靜態(tài)顯示驅(qū)動(dòng):靜態(tài)驅(qū)動(dòng)也稱直流驅(qū)動(dòng)。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)是指每個(gè)數(shù)碼管的每一個(gè)段碼都由一個(gè)單片機(jī)的Ｉ/O口進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是編程簡(jiǎn)單，顯示亮度高，缺點(diǎn)是占用Ｉ/O多,如驅(qū)動(dòng)5個(gè)數(shù)碼管靜態(tài)顯示則需要5×8=４０根I/O口驅(qū)動(dòng)。故實(shí)際應(yīng)用時(shí)必須增加驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，增加了硬體電路的復(fù)雜性。B、動(dòng)態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)：數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示介面是單片機(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?jìng)€(gè)顯示筆劃"a,b，c,d,e,ｆ,ｇ，ｄp＂的同名端連在一起,另外為每個(gè)數(shù)碼管的公共極CＯM增加位元選通控制電路，位元選通由各自獨(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)位元選通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，該位元就顯示出字形,沒有選通的數(shù)碼管就不會(huì)亮。透過分時(shí)輪流控制各個(gè)LEＤ數(shù)碼管的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，每位元數(shù)碼管的點(diǎn)亮?xí)r間為1~2ms,由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極體的余輝效應(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)定的顯示資料,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口,而且功耗更低。１.3發(fā)光二級(jí)管發(fā)光二極管簡(jiǎn)稱ＬED，采用砷化鎵、鎵鋁砷、和磷化鎵等材料制成,其內(nèi)部結(jié)構(gòu)為一個(gè)PN結(jié),具有單向?qū)щ娦?。?dāng)在發(fā)光二極管PN結(jié)上加正向電壓時(shí),PN結(jié)勢(shì)壘降低，載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)大于漂移運(yùn)動(dòng)，致使P區(qū)的空穴注入到Ｎ區(qū)，N區(qū)的電子注入到P區(qū),這樣相互注入的空穴與電子相遇后會(huì)產(chǎn)生復(fù)合，復(fù)合時(shí)產(chǎn)生的能量大部分以光的形式出現(xiàn),因此而發(fā)光。發(fā)光二極管在制作時(shí)，使用的材料有所不同，那么就可以發(fā)出不同顏色的光。發(fā)光二極管的發(fā)光顏色有:紅色光、黃色光、綠色光、紅外光等。常用的發(fā)光二極管應(yīng)用電路有四種，即直流驅(qū)動(dòng)電路、交流驅(qū)動(dòng)電路、脈沖驅(qū)動(dòng)電路、變色發(fā)光驅(qū)動(dòng)電路。當(dāng)它處于正向工作狀態(tài)時(shí)(即兩端加上正向電壓)，電流從LED陽極流向陰極時(shí)，半導(dǎo)體晶體就發(fā)出從紫外到紅外不同顏色的光線,光的強(qiáng)弱與電流有關(guān)。第二章系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)本設(shè)計(jì)任務(wù)的目的為設(shè)計(jì)一個(gè)計(jì)時(shí)電子鐘，同時(shí)顯示時(shí)、分、秒,而且在時(shí)分之間和分秒之間加入隨秒信號(hào)閃爍的冒號(hào)，要求通過鍵盤可以修正時(shí)間。該電子鐘有80５1、４*6鍵盤、六位數(shù)碼管、四個(gè)發(fā)光二級(jí)管和外部脈沖電路等構(gòu)成由內(nèi)部定時(shí)器Ｔ0產(chǎn)生一秒定時(shí),達(dá)到時(shí)分秒的計(jì)時(shí),六十秒為一分鐘，六十分鐘為一小時(shí)，滿24小時(shí)為一天，之后,時(shí)分秒同時(shí)清零,開始新的計(jì)時(shí)。而按鍵S１擁有位選功能，按下Ｓ１由輸入脈沖個(gè)數(shù)不同，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)時(shí)、分、秒的選中功能,通過鍵盤可以達(dá)到直接修改的目的。２．1系統(tǒng)框圖鍵盤及脈沖信號(hào)鍵盤及脈沖信號(hào)數(shù)碼管顯示8051單片機(jī)數(shù)碼管顯示8051單片機(jī)冒號(hào)閃爍冒號(hào)閃爍２.2發(fā)光二極管試驗(yàn)儀上有８只發(fā)光二級(jí)管及相應(yīng)驅(qū)動(dòng)電路，共陰極連接，其輸入端為高電平“1”時(shí),發(fā)光二級(jí)管點(diǎn)亮。2．3鍵盤及LEＤ顯示電路顯示控制的位碼由7４HC3７４輸出，經(jīng)ＵLN20０3反向驅(qū)動(dòng)后，做ＬED的位選通信號(hào)。位選通信號(hào)也可以作為鍵盤列掃描碼盤掃描的行數(shù)據(jù)從74ＨC245讀回,３７４輸入的列掃描碼經(jīng)２４5讀出后，用來判斷是否有鍵被按下，3７4輸出的低電平經(jīng)過按鍵被接到245的端口上,這樣從２45讀回的數(shù)據(jù)就會(huì)有低位,根據(jù)374輸出的列信號(hào)和２45讀出的行信號(hào)，就可以判斷哪個(gè)鍵被按下。LED顯示的段碼由另一個(gè)７４HＣ37４輸出。將KEＹ/ＬEDCS接到相應(yīng)的地址譯碼器上。位碼輸出地址為０X002H,段碼輸出地址為)X00４H,鍵盤行碼讀回地址為０X０0１H,此處X是由KEY／LＥDCS決定。例如將ＫEY/LＥＤCS接到地址譯碼器ＣS０上,那么位碼輸出地址就是08002H,段碼輸出地址就是080０4H，鍵盤行碼讀回地址為08０01H。鍵盤及LEＤ顯示電路第三章軟件實(shí)現(xiàn)3.1主程序?qū)崿F(xiàn)主程序主要用于系統(tǒng)的初始化:設(shè)置計(jì)時(shí)緩沖區(qū)的位置及初值,設(shè)置８0５１的工作方式、定時(shí)器的工作方式和計(jì)數(shù)初值等等。主程序流程如下圖所示:開始開始系統(tǒng)初始化系統(tǒng)初始化允許允許T0中斷調(diào)用顯示子程序調(diào)用顯示子程序調(diào)用鍵盤子程序調(diào)用鍵盤子程序3．2定時(shí)中斷子程序?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)使用12MHｚ的晶振，使用定時(shí)器T0采用工作方式2，定時(shí)器的最大定時(shí)時(shí)間為0．256ｍs，遠(yuǎn)小于１ｓ,因此本系統(tǒng)采用定時(shí)器與軟件循環(huán)結(jié)合的定時(shí)方法。定時(shí)器采用T0工作在方式2,每個(gè)50uｓ溢出一次中斷，則循環(huán)16次延時(shí)時(shí)間是1s,秒計(jì)時(shí)６０次為1分,分計(jì)時(shí)60次為一小時(shí)，小時(shí)計(jì)時(shí)2４次則計(jì)時(shí)重新從00:00:00開始。計(jì)時(shí)初值為25６-50/1=２0６=CE所以TＨ０=ＣEHTL０=CＥH。ＭCS_51單片機(jī)只有二進(jìn)制加法指令，而時(shí)間是按十進(jìn)制遞增的，因此用加法指令后必須進(jìn)行二－十進(jìn)制轉(zhuǎn)換。保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)T0中斷程序流程圖保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)重裝定時(shí)器初值自動(dòng)重裝定時(shí)器初值循環(huán)次數(shù)減1循環(huán)次數(shù)減1滿滿16次？否秒加1秒加1冒號(hào)閃爍冒號(hào)閃爍滿滿60s？否是秒清秒清0，分加1滿60滿60分？、否是分清分清0，時(shí)加1滿滿24時(shí)？否時(shí)清0時(shí)清0返回恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)返回恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)3.3外部中斷子程序?qū)崿F(xiàn)外部中斷T0用于用鍵盤修改當(dāng)前時(shí)間值,當(dāng)按住S1鍵，由輸入脈沖個(gè)數(shù)的不同選中不同的位，按下鍵盤應(yīng)設(shè)定的時(shí)間數(shù)值即可修改當(dāng)前顯示的時(shí)間值。T0中斷程序?qū)崿F(xiàn)流程圖開始開始保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)中斷中斷6次？是否當(dāng)前顯示值改變當(dāng)前顯示值改變恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)返回返回第四章硬件連線連線連接孔１連接孔2注釋1CS0KEＹ/ＬEDCＳ片選2P１0發(fā)光二級(jí)管Ｌ0用作閃爍冒號(hào)3P１１發(fā)光二級(jí)管Ｌ2用作閃爍冒號(hào)4P1２發(fā)光二級(jí)管L４用作閃爍冒號(hào)５P13發(fā)光二級(jí)管L７用作閃爍冒號(hào)6P32單脈沖上升沿用于修改時(shí)間7P33單脈沖下降沿用于修改時(shí)間第五章程序?qū)崿F(xiàn)OUＴBITeｑu０８002h;位控制口OＵＴSEＧequ08００4h;段控制口INequ08001h；鍵盤讀入口ＬEＤBuｆequ60ｈ;顯示緩沖Ｈoｕrequ40hＭinuteｅqｕ４1hSecondequ42hＣ１00ｕsequ４３hTickｅqu10000Ｔ10０ｕｓeｑu25６-５0ｌｊmｐSｔartoｒg0００３hljmpiｎt０org000bhT０Iｎt:puｓｈPSWｐuｓhACCｍｏvａ，C10０us+１ｊnｚGooｎdecC1０0usGｏon:deｃC１00us+１mｏva,C１00ｕsｏrla,C100us+1ｊnｚExｉtｍovC100us,#higｈ（Ｔick）ｍoｖC１00us+1，＃low（Ticｋ)incSｅcｏndｃplｐ1.0cplp１.1ｃplp1.2cplp１.３mova,Seconｄcjnea,#６0，EｘitmovSecｏｎd，#0iｎcMｉnutｅｍova,Ｍｉnuｔｅcjnea,＃６０,ExitmoｖＭiｎute,#0iｎｃHourｍｏva,Hourｃjneａ,＃2４，ExitｍovHour,#0Exit:pｏpACCpopPSWretiＤｅlay２:;延時(shí)子程序movｒ7,#０ｌｐｌ:dｊnzr7，lplｒetdelay1：ｍovr7,#０DelayLoｏp：djnzr7,DｅlayLｏopdｅcaｊnｚdｅlayloopreｔLＥDMAP:；八段管顯示碼db3ｆh，06h,5bh,4fh,66ｈ,6ｄh,7ｄh，０7ｈ,7fh,6fhDispｌayＬED:movr0，＃ＬEDBufmｏvｒ1,#6;共6個(gè)八段管ｍｏｖr2,#００100000b;從左邊開始顯示Ｌoop：mｏvdｐtr,#ＯUTＢITmｏｖａ,#0movｘ＠ｄptr，a;關(guān)所有八段管ｍova,@r0movdｐtｒ,#OUTSＥＧｍovx@dpｔｒ,aｍｏｖdptｒ,#OＵＴＢIＴmｏva,r2ｍovx＠dｐｔr，aｃａllｄelaｙ2mova,r２;顯示下一位rrａmovr2,ａｉｎcr0ｄjnzr１,Loｏpret;＝==＝=＝==＝=＝==========＝============＝===＝======＝=ToLED：moｖdｐtｒ,#ＬEDＭapｍｏvｃa,@a+dpｔｒｒｅtＳtaｒt:movr6,＃0movTMOD,＃02h;模式2，定時(shí)器movTH0,#T100uｓｍovＴL0，#T100usｍovtcon,#０1ｈmovIE,#1０00００１1b;EA=1,IT0＝1ｍovＨour，#0moｖＭｉnutｅ,＃0ｍovSecｏｎd,#0movC１０0us,#ｈｉgｈ(Tick)movC100uｓ+１，#loｗ(Tick)setbＴR0;啟動(dòng)定時(shí)器0ＭLoop:mova，Hourmovb,#１0ｄivabcaｌlToＬＥDmｏvLEＤBuｆ,ａmｏｖａ，bcallToLEＤorla,#80hmｏvLＥDＢuf+1，aｍova，Mｉnuteｍovb,#10divabcａlｌＴoLEDｍｏｖLEDBuf+２,amovａ,bｃａlｌToLEDorｌa,#80hmovLEDBuf+3，amova,Seｃondmovb，#１０divabcａllToLEＤmｏvLＥDBｕf＋4，amoｖａ，bcａｌlToLEDmovLＥDBuf+5,acaｌlDisplaｙLＥＤｊbp3.３，remlｉncr6moｖa，#0f０hcallｄelaｙ1cjnｅr6,#７,remlｍovｒ6,#0ｒeml:ljmpｍloopiｎt０:ｃjｎer６,#１，hllｃaｌlＬ2moｖａ,#０cａllｄｅｌaｙ1mova，hourmovb,#１0divａbmovｒ3,ｂmoｖａ,r4ｍovb,#10ｍulabaｄda,r3mｏvhour，ajmpreｔurn1;====＝========＝==＝===ＨL:cjner6,#2,ＭHlcallL2mｏvａ，#0CALLDelａy1mova，HourMＯＶb，#1０dｉvabmovb,#10mｕlａbadｄａ，R4movHｏur,aｊmｐretｕｒn1；＝=＝==============＝==MＨ:ｃｊner6,#3,MLlcaｌｌL2mova,#0CALLDelay1mova,MinｕｔeMOVｂ,#１0divaｂｍovr3,ｂmoｖａ,r4movｂ,#10ｍｕlaｂａddａ,r3movMiｎｕtｅ，ajmpｒｅturn1;＝=====＝=＝＝===ML:cjneｒ6,#4,ＳHｌcａllＬ2ｍoｖａ,#0ＣALLDelay1mova,MinutｅＭOVｂ，#1０divaｂmｏｖｂ，#10mｕlabadda,R4mｏｖMinute,ajmpｒetｕｒn１;==＝==＝=＝＝==========ＳH:cjner6,#5，SLlｃaｌｌL2mova,#０ＣALLDeｌaｙ1movａ,SeｃonｄMOVｂ，#10ｄivabmoｖr3,ｂｍoｖa,r4ｍｏｖb,＃10mulabadda,r3ｍovSｅcｏｎd,ajmpｒｅｔurn1；==＝＝＝＝＝=====＝ＳＬ:cｊｎeｒ6,#6,retｕrn１lｃallL2mova，#１０CAＬＬDelay1mova,ＳｅcｏnｄＭOVb,#1０diｖabmulabadda,R4ｍｏvＳecond,aｒetuｒn1：moｖr6,＃0rｅｔI；L2：pusｈpswpushaccL1:moｖdｐtr,＃outｂｉtMｏvr5,#11０1１11１bMovａ,r５Ｍovｘ@dptr,ａMｏvdｐｔr,#inＭovxa,@ｄｐtrJnｂａcc.3,ｓevenJｎbacc.2,fourJnbacc.1，ｏneＪnbacc．０,zｅro;=＝===＝＝=＝=Mｏvdｐtr,#outbitMova,ｒ5RｒａMｏv