单片机电子时钟课程设计.docx
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单片机电子时钟课程设计
郑州华信学院
课程设计任务书
题目:
简单数字电子时钟课程设计
专业:
电气工程及其自动化
姓名:
王恒超
学号:
1002120133
班级:
10级电气工程
(1)班
完成期限:
2013年01月05日
指导教师签名:
课程负责人签名:
2012年12月25日
课程设计报告撰写格式
1、课程设计说明书用纸一律采用A4幅面,有条件最好打印。
打印正文用宋体小四号字;版面页边距:
上2.5cm,下2.5cm,左3cm,右2cm;页码用小五号字底端居中;左边装订;行距22磅。
2、课程设计报告一般由以下几部分组成:
A.任务书;B.目录;C.正文;D.参考文献;E.附录。
3、报告正文撰写的题序层次格式:
第一种
第二种
第一章(居中、小二号黑体字)
1.(居中、小二号黑体字、)
第一节(顶格、小三号黑体字)
1.1(顶格、小三号黑体字)
一(顶格、四号黑体字)
1.1.1(顶格、四号黑体字)
(一)(顶格、小四号黑体字)
郑州华信学院
课程设计说明书
题目:
简单数字电子时钟课程设计
姓名:
王恒超
院(系):
机电工程学院
专业班级:
电气工程一班
学号:
1002120133
指导教师:
宋东亚杨坤漓
成绩:
时间:
2012年11月20日至2013年01月05日
1.引言
单片计算机即单片微型计算机。
由RAM,ROM,CPU构成,定时,计数和多种接口于一体的微控制器。
它体积小,成本低,功能强,广泛应用于智能产业和工业自动化上。
而51系列单片机是各单片机中最为典型和最有代表性的一种。
这次课程设计通过对它的学习,应用,从而达到学习、设计、开发软、硬的能力。
本设计主要设计了一个基于AT89C51单片机的电子时钟。
并在数码管上显示相应的时间。
并通过一个控制键用来实现时间的调节和是否进入省电模式的转换。
应用Proteus的ISIS软件实现了单片机电子时钟系统的设计与仿真。
该方法仿真效果真实、准确,节省了硬件资源。
键字:
单片机;子时钟;键盘控制。
2.数电字子钟的背景、意义、应用
20世纪末,电子技术获得了飞速的发展,在其推动下,现代电子产品几乎渗透了社会的各个领域,有力地推动了社会生产力的发展和社会信息化程度的提高,同时也使现代电子产品性能进一步提高,产品更新换代的节奏也越来越快。
时间对人们来说总是那么宝贵,工作的忙碌性和繁杂性容易使人忘记当前的时间。
忘记了要做的事情,当事情不是很重要的时候,这种遗忘无伤大雅。
但是,一旦重要事情,一时的耽误可能酿成大祸。
目前,单片机正朝着高性能和多品种方向发展趋势将是进一步向着CMOS化、低功耗、小体积、大容量、高性能、低价格和外围电路内装化等几个方面发展。
下面是单片机的主要发展趋势。
单片机应用的重要意义还在于,它从根本上改变了传统的控制系统设计思想和设计方法。
从前必须由模拟电路或数字电路实现的大部分功能,现在已能用单片机通过软件方法来实现了。
这种软件代替硬件的控制技术也称为微控制技术,是传统控制技术的一次革命。
单片机模块中最常见的是数字钟,数字钟是一种用数字电路技术实现时、分、秒计时的装置,与机械式时钟相比具有更高的准确性和直观性,且无机械装置,具有更更长的使用寿命,因此得到了广泛的使用。
数字钟是采用数字电路实现对时、分、秒数字显示的计时装置,广泛用于个人家庭、车站、码头办公室等公共场所,成为人们日常生活中不可少的必需品,由于数字集成电路的发展和石英晶体振荡器的广泛应用,使得数字钟的精度,远远超过老式钟表,钟表的数字化给人们生产生活带来了极大的方便,而且大大地扩展了钟表原先的报时功能。
诸如定时自动报警、按时自动打铃、时间程序自动控制、定时广播、自动起闭路灯、定时开关烘箱、通断动力设备、甚至各种定时电气的自动启用等,所有这些,都是以钟表数字化为基础的。
因此,研究数字钟及扩大其应用,有着非常现实的意义。
数字钟已成为人们日常生活中:
必不可少的必需品,广泛用于个人家庭以及车站、码头、剧场、办公室等公共场所,给人们的生活、学习、工作、娱乐带来极大的方便。
由于数字集成电路技术的发展和采用了先进的石英技术,使数字钟具有走时准确、性能稳定、携带方便等优点,它还用于计时自动报时及自动控制的领域。
3.设计方案
3.1.计时方案
使用单片机内部的可编程定时器。
利用单片机内部的定时计数器进行中端定时,配合软件延时实现时、分、秒的计时。
该方案节省硬件成本,但程序设计较为复杂。
3.2.显示方案
对于实时时钟而言,显示显然是另一个重要的环节。
通常LED显示有两种方式:
动态显示和静态显示。
静态显示的优点是程序简单、显示亮度有保证、单片机CPU的开销小,节约CPU的工作时间。
但占有I/O口线多,每一个LED都要占有一个I/O口,硬件开销大,电路复杂。
需要几个LED就必须占有几个并行口,比较适用于LED数量较少的场合。
当然当LED数量较多的时候,可以使用单片机的串行口通过移位寄存器的方式加以解决,但程序编写比较麻烦。
LED动态显示硬件连接简单,但动态扫描的显示方式需要占有CPU较多的时间,在单片机没有太多实时测控任务的情况下可以采用。
本系统需要采用6位LED数码管来分别显示时、分、秒,因数码管个数较多,故本系统选择动态显示方式。
3.3电子时钟工作原理
一般电子钟是一个将“时”,“分”,“秒”显示于人的视觉器官的计时装置。
它的计时周期为24小时,显示满刻度为23时59分59秒,另外应有校时功能和报时功能。
因此,一个基本的数字钟电路主要由译码显示器、“时”,“分”,“秒”计数器、校时电路、报时电路和振荡器组成。
主电路系统由秒信号发生器、“时、分、秒”计数器、译码器及显示器、校时电路、组成。
秒信号产生器是整个系统的时基信号,它直接决定计时系统的精度,一般用石英晶体振荡器加分频器来实现。
将标准秒信号送入“秒计数器”,“秒计数器”采用60进制计数器,每累计60秒发出一个“分脉冲”信号,该信号将作为“分计数器”的时钟脉冲。
“分计数器”也采用60进制计数器,每累计60分钟,发出一个“时脉冲”信号,该信号将被送到“时计数器”。
“时计数器”采用24进制计时器,可实现对一天24小时的累计。
译码显示电路将“时”、“分”、“秒”计数器的输出状态用七段显示译码器译码,通过七段显示器显示出来。
整点报时电路时根据计时系统的输出状态产生一脉冲信号,然后去触发一音频发生器实现报时。
校时电路时用来对“时”、“分”、“秒”显示数字进行校对调整。
而该电子时钟由89C51,BUTTON,六段数码管等构成,采用晶振电路作为驱动电路,由延时程序和循环程序产生的一秒定时,达到时分秒的计时,六十秒为一分钟,六十分钟为一小时,满二十四小时为一天。
而电路中唯一的一个控制键却拥有多种不同的功能,按下又松开,可以实现屏蔽数码管显示的功能,达到省电的目的;直接按下不松开,则可以通过按键实现分钟的累加,每按一次分钟加一;而连续两次按下按键不放松,则可实现小时的调节,同样每按一次小时加一。
4.总体设计及核心部件简介
4.1总体设计
利用单片机(AT89C51)制作简易电子时钟,由六个LED数码管分别显示小时十位、小时个位、分钟十位、分钟个位、秒钟十位、秒钟个位。
结合本设计实验来说,要求显示的时间为时,分,秒,并且都用两位数码管来实现显示。
因此,具体设计程序时,应尽可能多用一些子程序与数据暂寄存器单元。
本程序设计中,在主程序之外,可以设置时间值处理子程序,时间值显示前的处理子程序,按键情况扫描子程序,1S定时中断子程序以及5ms延时消除按键抖动子程序等多个小型的子程序。
另外,可以设置一些数据单元作为数据寄存器。
用28H,2AH,2BH和2CH地址单元分别作为显示位数的扫描指针值寄存器,时寄存器,分寄存器和秒寄存器,再用20H地址单元作为显示寄存器。
4.2核心部件简介
4.2.1.89C51单片机介绍
VCC:
电源。
GND:
接地。
P0口:
P0口为一个8位漏级开路双向I/O口,每脚可吸收8TTL门电流。
当P1口的管脚第一次写1时,被定义为高阻输入。
P0能够用于外部程序数据存储器,它可以被定义为数据/地址的第八位。
在FIASH编程时,P0口作为原码输入口,当FIASH进行校验时,P0输出原码,此时P0外部必须被拉高。
P1口:
P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口,P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。
P1口管脚写入1后,被内部上拉为高,可用作输入,P1口被外部下拉为低电平时,将输出电流,这是由于内部上拉的缘故。
在FLASH编程和校验时,P1口作为第八位地址接收。
P2口:
P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口,P2口缓冲器可接收,输出4个TTL门电流,当P2口被写“1”时,其管脚被内部上拉电阻拉高,且作为输入。
并因此作为输入时,P2口的管脚被外部拉低,将输出电流。
这是由于内部上拉的缘故。
P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时,P2口输出地址的高八位。
在给出地址“1”时,它利用内部上拉优势,当对外部八位地址数据存储器进行读写时,P2口输出其特殊功能寄存器的内容。
P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。
图4.2.189C51单片机
P3口:
P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口,可接收输出4个TTL门电流。
当P3口写入“1”后,它们被内部上拉为高电平,并用作输入。
作为输入,由于外部下拉为低电平,P3口将输出电流(ILL)这是由于上拉的缘故。
P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口,如下表所示:
口管脚备选功能
P3.0RXD(串行输入口)
P3.1TXD(串行输出口)
P3.2/INT0(外部中断0)
P3.3/INT1(外部中断1)
P3.4T0(记时器0外部输入)
P3.5T1(记时器1外部输入)
P3.6/WR(外部数据存储器写选通)
P3.7/RD(外部数据存储器读选通)
P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。
RST:
复位输入。
当振荡器复位器件时,要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。
ALE/PROG:
当访问外部存储器时,地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。
在FLASH编程期间,此引脚用于输入编程脉冲。
在平时,ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号,此频率为振荡器频率的1/6。
因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。
然而要注意的是:
每当用作外部数据存储器时,将跳过一个ALE脉冲。
如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。
此时,ALE只有在执行MOVX,MOVC指令是ALE才起作用。
另外,该引脚被略微拉高。
如果微处理器在外部执行状态ALE禁止,置位无效。
PSEN:
外部程序存储器的选通信号。
在由外部程序存储器取指期间,每个机器周期两次/PSEN有效。
但在访问外部数据存储器时,这两次有效的/PSEN信号将不出现。
EA/VPP:
当/EA保持低电平时,则在此期间外部程序存储(0000H-FFFFH),不管是否有内部程序存储器。
注意加密方式1时,/EA将内部锁定为RESET;当/EA端保持高电平时,此间内部程序存储器。
在FLASH编程期间,此引脚也用于施加12V编程电源(VPP)。
4.2.2数码管显示工作原理
LED数码管分共阳极与共阴极两种,其工作特点是,当笔段电极接低电平,公共阳极接高电平时,相应笔段可以发光。
共阴极LED数码管则与之相反,它是将发光二极管的阴极(负极)短接后作为反映出半导体材料的特性。
常见管芯材料有磷化镓(GaP)、砷化镓(GaAs)、磷砷化镓(GaAsP)、氮化镓(GaN)等,其中氮化镓可发蓝光。
发光颜色不仅与管芯材料有关,还与所掺杂质有关,因此用同一种管芯材料可以制成发出红、橙、黄、绿等不同颜色的数码管。
其他颜色LED数码管的光谱曲线形状与之相似,仅入,值不同。
LED数码管的产品中,以发红光、绿光的居多、这两种颜色也比较醒目。
将多只LED的阴极连在一起即为共阴式,而将多只LED的阳极连在一起即为共阳式。
以共阴式为例,如把阴极接地,在相应段的阳极接上正电源,该段即会发光。
当然,LED的电流通常较小,一般均需在回路中接上限流电阻。
假如我们将"b"和"c"段接上正电源,其它端接地或悬空,那么"b"和"c"段发光,此时,数码管显示将显示数字“1”。
而将"a"、"b"、"d"、"e"和"g"段都接上正电源,其它引脚悬空,此时数码管将显示“2”。
其它字符的显示原理类同。
5.总体设计框图
这次的数字电子钟设计用到很多子程序,它们的流程图如下所示。
主程序是先开始,然后启动定时器,定时器启动后在进行按键检测,检测完后,就可以显示时间。
图5.1主程序流程图
按键处理是先检测秒按键是否按下,秒按键如果按下,秒就加1;如果没有按下,就检测分按键是否按下,分按键如果按下,分就加1;如果没有按下,就检测时按键是否按下,时按键如果按下,时就加1;如果没有按下,就把时间显示出来。
图5.2按键处理流程图
定时器中断时是先检测1秒是否到,1秒如果到,秒单元就加1;如果没到,就检测1分钟是否到,1分钟如果到,分单元就加1;如果没到,就检测1小时是否到,1小时如果到,时单元就加1,,1议案如果到,天单元就加1,如果没到,就显示时间。
图5.3定时器中断流程图
6.硬件设计
在性价比满足应用系统要求的情况下,选择更可靠,更熟悉的单片机缩短研制周期。
尽可能选择自己较为熟悉的应用电路,以提高系统的可靠性。
单片机内部的资源与外部的扩展资源应在满足系统设计的基础上留有余地,为进一步的升级和扩展提供方便。
应充分的结合软件方案考虑硬件的结构,通常硬件功能较完善,其相应的软件程序就简单,但硬件的成本较高,而功能较低,其相应的软件就复杂,其实际常用软件代替硬件来降低成本。
整个系统相关的器件尽可能的做到性能相匹配。
充分的考虑系统的抗干扰性,如具有抗干扰的单片机并充分的帅选芯片与器件,在电路中采取隔离或屏蔽的措施等。
更具以上的原则我们选择我们较为熟悉的80c51单片机;为了LED数码管的显示和和键盘的控制,我们也选择了7SEG-MPX8-CC-BLUE的译码器和#1,#2,#3号按键作为时钟的参数修改加一键.
时钟硬件连接图如下图所示:
7.软件设计
本系统的软件系统主要可分为主程序、定时计数中断程序、时间调整程序、延时程序四大模块。
在程序设计过程中,加强了部分软件抗干扰措施,下面本系统程序进行介绍。
S_SETBITP1.0;数字钟秒控制位
M_SETBITP1.1;分钟控制位
H_SETBITP1.2;小时控制位
SECONDEQU30H
MINUTEEQU31H
HOUREQU32H
TCNTEQU34H
ORG00H
SJMPSTART
ORG0BH
LJMPINT_T0
START:
MOVDPTR,#TABLE
MOVHOUR,#0;初始化
MOVMINUTE,#0
MOVSECOND,#0
MOVTCNT,#0
MOVTMOD,#01H
MOVTH0,#(65536-50000)/256;定时50毫秒
MOVTL0,#(65536-50000)MOD256
MOVIE,#82H
SETBTR0
;****************************************************
;判断是否有控制键按下,是哪一个键按下
A1:
LCALLDISPLAY
JNBS_SET,S1
JNBM_SET,S2
JNBH_SET,S3
LJMPA1
S1:
LCALLDELAY;去抖动
JBS_SET,A1
INCSECOND;秒值加1
MOVA,SECOND
CJNEA,#60,J0;判断是否加到60秒
MOVSECOND,#0
LJMPK1
S2:
LCALLDELAY
JBM_SET,A1
K1:
INCMINUTE;分钟值加1
MOVA,MINUTE
CJNEA,#60,J1;判断是否加到60分
MOVMINUTE,#0
LJMPK2
S3:
LCALLDELAY
JBH_SET,A1
K2:
INCHOUR;小时值加1
MOVA,HOUR
CJNEA,#24,J2;判断是否加到24小时
MOVHOUR,#0
MOVMINUTE,#0
MOVSECOND,#0
LJMPA1
;****************************************************
;等待按键抬起
J0:
JBS_SET,A1
LCALLDISPLAY
SJMPJ0
J1:
JBM_SET,A1
LCALLDISPLAY
SJMPJ1
J2:
JBH_SET,A1
LCALLDISPLAY
SJMPJ2
;***********************************************
;定时器中断服务程序,对秒,分钟和小时的计数
INT_T0:
MOVTH0,#(65536-50000)/256
MOVTL0,#(65536-50000)MOD256
INCTCNT
MOVA,TCNT
CJNEA,#12,RETUNE;计时1秒
INCSECOND
MOVTCNT,#0
MOVA,SECOND
CJNEA,#60,RETUNE
INCMINUTE
MOVSECOND,#0
MOVA,MINUTE
CJNEA,#60,RETUNE
INCHOUR
MOVMINUTE,#0
MOVA,HOUR
CJNEA,#24,RETUNE
MOVHOUR,#0
MOVMINUTE,#0
MOVSECOND,#0
MOVHOUR,#0
MOVTCNT,#0
RETUNE:
RETI
;******************************************
;显示控制子程序
DISPLAY:
MOVA,SECOND;显示秒
MOVB,#10
DIVAB
CLRP3.6
MOVCA,@A+DPTR
MOVP0,A
LCALLDELAY
SETBP3.6
MOVA,B
CLRP3.7
MOVCA,@A+DPTR
MOVP0,A
LCALLDELAY
SETBP3.7
CLRP3.5
MOVP0,#40H;显示分隔符
LCALLDELAY
SETBP3.5
MOVA,MINUTE;显示分钟
MOVB,#10
DIVAB
CLRP3.3
MOVCA,@A+DPTR
MOVP0,A
LCALLDELAY
SETBP3.3
MOVA,B
CLRP3.4
MOVCA,@A+DPTR
MOVP0,A
LCALLDELAY
SETBP3.4
CLRP3.2
MOVP0,#40H;显示分隔符
LCALLDELAY
SETBP3.2
MOVA,HOUR;显示小时
MOVB,#10
DIVAB
CLRP3.0
MOVCA,@A+DPTR
MOVP0,A
LCALLDELAY
SETBP3.0
MOVA,B
CLRP3.1
MOVCA,@A+DPTR
MOVP0,A
LCALLDELAY
SETBP3.1
RET
TABLE:
DB3FH,06H,5BH,4FH,66H
DB6DH,7DH,07H,7FH,6FH
DELAY:
MOVR6,#10
D1:
MOVR7,#250
DJNZR7,$
DJNZR6,D1
NOP
RET
END
8.仿真结果
8.1仿真结果分析
功能太过单调,只能实现时分秒的显示,设计比较简单。
电路图的设计过于单调,用的器件太少,实现调节时间的按钮太少,不能很好的实现时间的调节。
在测试过程中,六位数码显示管只显示五位数字,有一位数字不亮,通过多次的修改程序并在PROTEUS软件环境中进行仿真,最终解决了这个问题,同时也透露出本人在单片机电路设计和程序设计方面的不足。
不过最后的仿真效果非常好,实现了预期的效果,能够通过多功能控制键调节时间和是否进入省电模式,是一个比较令人满意的设计。
9.设计体会与总结
1.这次的设计电子时钟相对简单一些,大部分都和课本上所学的知识有关,主要是中端及其服务程序的编写。
电路器件比较少,在protues上仿真,虽然出现了一些问题,但是经过多次修改和调试,还是收到了满意的结果。
加入编译的正确程序后,经过调试,终于电子时钟弄好了,它可以和计算机网络上的时间自动保持一致,而且比较稳定。
2.这次设计使我更加巩固了所学的知识,对模拟电子技术、单片机原理及接口技术等课程知识有了更加深刻的认识,对它们之间的联系及其相互关系也有了更深一步的理解。
其中对80C51芯片有了更加系统的认识,特别是引脚方面让我收获很多。
3.本次设计成功地使用了KeiluVision2和ProtuesISIS电子软件,使我对这些软件运用的更加熟练。
也使平时学到的理论知识更加系统化、实用化,系统地掌握了微机应用系统的一般设计方法。
4.经过本次课程设计,我对汇编语言多了更深一步的理解,也加强了汇编语言方面的编程能力、开发能力。
我深深地认识到了编程的重要性和困难性,自己在这方面知道的非常少,以后还需更加认真系统地去学习,努力专研,只有这样自己编程方面的知识才会加以提高,才能完成更加复杂的设计。
5.经过本次课程设计,我深深地认识到了理论知识和实践相结合的重要性,只有把理论和实践相结合,才能收到事半功倍的效果。
还有就是一定要拥有创新精神,这条路不行,我们走那条,独辟蹊径,要敢于创新,大胆创新。
6.坚持不懈,是做好一切工作所必不可少的,遇到困难不要退缩,坚持下去,努力克服,这才是取得成功的真理。
10.参考文献
[1]李全利,单片机原理及接口技术[M],高等教育出版社
[2]王文杰,单片机应用技术[M],冶金工业出版社
[3]朱清慧,PROTEUS教程——电子线路设计、制版与仿真[M],清华大学出版社
[4]单片机实验指导书,天煌教仪
[5]彭伟,单片机C语言程序设计实训100例[M],电子工业出版
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