电子时钟功能及设计.docx
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电子时钟功能及设计.docx
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电子时钟功能及设计
第一章电子时钟功能及设计方案1
1.1电子时钟功能1
1.1.1时钟简介1
1.1.2时钟的基本特点及原理1
1.2设计方案2
1.2.1计时方案2
1.2.2显示方案2
第二章硬件介绍3
2.1单片机简介3
2.1.1单片机的特点3
2.1.289C51单片机介绍3
2.2LED数码管6
2.3晶振电路7
第三章软件仿真8
3.1protues软件8
3.1.1protues软件简介8
3.1.2电路功能仿真8
3.2电路原理图9
3.3流程图9
第四章调试结果10
4.1使用说明10
4.1.1时间显示10
4.1.2时间调整11
第五章心得体会12
附录:
13
电子钟总体程序清单:
13
第一章电子时钟功能及设计方案
1.1电子时钟功能
1.1.1时钟简介
现代的电子时钟是基于单片机的一种计时工具,采用延时程序产生一定的时间中断,用于一秒的定义,通过计数方式进行满六十秒分钟进一,满六十分小时进一,满二十四小时小时清零。
从而达到计时的功能,是人民日常生活补课缺少的工具。
1.1.2时钟的基本特点及原理
现在高精度的计时工具大多数都使用了石英晶体振荡器,由于电子钟、石英钟、石英表都采用了石英技术,因此走时精度高,稳定性好,使用方便,不需要经常调试,数字式电子钟用集成电路计时时,译码代替机械式传动,用LED显示器代替指针显示进而显示时间,减小了计时误差,这种表具有时、分、秒显示时间的功能,还可以进行时和分的校对,片选的灵活性好。
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。
1.2设计方案
1.2.1计时方案
利用AT89S51单片机内部的定时/计数器进行中断定时,配合软件延时实现时、分、秒的计时。
该方案节省硬件成本,且能使读者在定时/计数器的使用、中断及程序设计方面得到锻炼与提高,对单片机的指令系统能有更深入的了解,从而对学好单片机技术这门课程起到一定的作用。
1.2.2显示方案
AT89S51的P0口和P2口外接由8个LED数码管(LED7~LED0)构成的显示器,用P0口作LED的段码输出口,P2口作LED数码管的位控输出线,P1口外接四个按键A、B、C、D构成键盘电路。
简易电子钟的功能不复杂,采用其现有的I/O便可完成。
第二章硬件介绍
2.1单片机简介
2.1.1单片机的特点
1.单片机的存储器ROM和RAM时严格区分的。
ROM称为程序存储器,只存放程序,固定常数,及数据表格。
RAM则为数据存储器,用作工作区及存放用户数据。
2.采用面向控制的指令系统。
为满足控制需要,单片机有更强的逻辑控制能力,特别是单片机具有很强的位处理能力。
3.单片机的I/O口通常时多功能的。
由于单片机芯片上引脚数目有限,为了解决实际引脚数和需要的信号线的矛盾,采用了引脚功能复用的方法,引脚处于何种功能,可由指令来设置或由机器状态来区分。
4.单片机的外部扩展能力很强。
在内部的各种功能部件不能满足应用的需求时,均可在外部进行扩展,与许多通用的微机接口芯片兼容,给应用系统设计带来了很大的方便。
2.1.289C51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。
89C51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)。
2.2LED数码管
数码管是一种把多个LED显示段集成在一起的显示设备。
有两种类型,一种是共阳型,一种是共阴型。
共阳型就是把多个LED显示段的阳极接在一起,又称为公共端。
共阴型就是把多个LED显示段的阴极接在一起,即为公共商。
阳极即为二极管的正极,又称为正极,阴极即为二极管的负极,又称为负极。
通常的数码管又分为8段,即8个LED显示段,这是为工程应用方便如设计的,分别为A、B、C、D、E、F、G、DP,其中DP是小数点位段。
而多位数码管,除某一位的公共端会连接在一起,不同位的数码管的相同端也会连接在一起。
即,所有的A段都会连在一起,其它的段也是如此,这是实际最常用的用法。
数码管显示方法可分为静态显示和动态显示两种。
静态显示就是数码管的8段输入及其公共端电平一直有效。
动态显示的原理是,各个数码管的相同段连接在一起,共同占用8位段引管线;每位数码管的阳极连在一起组成公共端。
利用人眼的视觉暂留性,依次给出各个数码管公共端加有效信号,在此同时给出该数码管加有效的数据信号,当全段扫描速度大于视觉暂留速度时,显示就会清晰显示出来。
图共阴数码管
2.3晶振电路
每个单片机系统里都有晶振,全程是叫晶体震荡器,在单片机系统里晶振的作用非常大,他结合单片机内部的电路,产生单片机所必须的时钟频率,单片机的一切指令的执行都是建立在这个基础上的,晶振的提供的时钟频率越高,那单片机的运行速度也就越快。
晶振用一种能把电能和机械能相互转化的晶体在共振的状态下工作,以提供稳定,精确的单频振荡。
在通常工作条件下,普通的晶振频率绝对精度可达百万分之五十。
高级的精度更高。
有些晶振还可以由外加电压在一定范围内调整频率,称为压控振荡器(VCO)。
晶振的作用是为系统提供基本的时钟信号。
通常一个系统共用一个晶振,便于各部分保持同步。
有些通讯系统的基频和射频使用不同的晶振,而通过电子调整频率的方法保持同步。
晶振通常与锁相环电路配合使用,以提供系统所需的时钟频率。
如果不同子系统需要不同频率的时钟信号,可以用与同一个晶振相连的不同锁相环来提供。
第三章软件仿真
3.1protues软件
3.1.1protues软件简介
ProteusISIS是英国Labcenter公司开发的电路分析与实物仿真软件。
它运行于Windows操作系统上,可以仿真、分析(SPICE)各种模拟器件和集成电路,该软件的特点是:
①实现了单片机仿真和SPICE电路仿真相结合。
具有模拟电路仿真、数字电路仿真、单片机及其外围电路组成的系统的仿真、RS232动态仿真、I2C调试器、SPI调试器、键盘和LCD系统仿真的功能;有各种虚拟仪器,如示波器、逻辑分析仪、信号发生器等。
②支持主流单片机系统的仿真。
目前支持的单片机类型有:
68000系列、8051系列、AVR系列、PIC12系列、PIC16系列、PIC18系列、Z80系列、HC11系列以及各种外围芯片。
③提供软件调试功能。
在硬件仿真系统中具有全速、单步、设置断点等调试功能,同时可以观察各个变量、寄存器等的当前状态,因此在该软件仿真系统中,也必须具有这些功能;同时支持第三方的软件编译和调试环境,如KeilC51uVision2等软件。
④具有强大的原理图绘制功能。
总之,该软件是一款集单片机和SPICE分析于一身的仿真软件,功能极其强大。
本章介绍ProteusISIS软件的工作环境和一些基本操作。
3.1.2电路功能仿真
在PROTUES绘制好原理图后,调入已编译好的目标代码文件:
*.HEX,可以在PROTUES的原理图中看到模拟的实物运行状态和过程。
PROTUES是单片机课堂教学的先进助手。
PROTUES不仅可将许多单片机实例功能形象化,也可将许多单片机实例运行过程形象化。
前者可在相当程度上得到实物演示实验的效果,后者则是实物演示实验难以达到的效果。
它的元器件、连接线路等却和传统的单片机实验硬件高度对应。
这在相当程度上替代了传统的单片机实验教学的功能,例:
元器件选择、电路连接、电路检测、电路修改、软件调试、运行结果等。
课程设计、毕业设计是学生走向就业的重要实践环节。
由于PROTUES提供了实验室无法相比的大量的元器件库,提供了修改电路设计的灵活性、提供了实验室在数量、质量上难以相比的虚拟仪器、仪表,因而也提供了培养学生实践精神、创造精神的平台
随着科技的发展,“计算机仿真技术”已成为许多设计部门重要的前期设计手段。
它具有设计灵活,结果、过程的统一的特点。
可使设计时间大为缩短、耗资大为减少,也可降低工程制造的风险。
相信在单片机开发应用中PROTUES也能茯得愈来愈广泛的应用。
3.2电路原理图
3.3流程图
第四章调试结果
4.1使用说明
4.1.1时间显示
电子钟上电后,8个数码管显示初始状态即最左边的一个数码管显示P.。
按下A键后电子钟进入自动计时状态,电子钟显示00时00分00秒并开始运行。
4.1.2时间调整
若要进行时间调整,则需再次按下A键,进入时间调整状态,然后分别按下B键调时,按下C键调分,按下D键调秒,按下B、C、D键并松开可使电子钟的时,分,秒分别加一。
调整好时间后,按下A键就可以回到调整好的时间为基础的自动计时状态。
4.2仿真结果
第五章心得体会
此实验利用protues仿真软件实现,基本实现了要求的功能。
为了校准时钟增加了按键,便于调节。
在本次实验中对单片机内部结构有一定了解,熟悉了各个引脚的功能,同时熟知了LED数码管的使用及各种电路的功能。
程序不要光看不写,一定要自己写一次。
最开始的时候,啥都不懂,可以抄人家的程序过来,看看每一句是干什么用的,达到什么目的,运行后有什么后果,看明白了之后,就要自己写一次,你会发现,原来看明白别人的程序很容易,但到自己写的时候却一句也写不出来,这就是差距。
单片机提高重在实践,想要学好单片机,软件编程必不可少。
但是熟悉硬件对于学好单片机的也是非常重要的。
如何学习好硬件,动手实践是必不可少的。
我们可以通过自己动手做一个自己的电子制作,通过完成它,以提高我的对一些芯片的了解和熟练运用它。
这样我们就可以多一些了解芯片的结构
附录:
电子钟总体程序清单:
ORG0000H
AJMPMAIN
ORG000BH
LJMPINTT0
ORG0030H
MAIN:
MOVSP,#60H
MOVPSW,#00H
MOVR0,#20H
MOVR7,#5FH
QL:
MOV@R0,#00H
INCR0
DJNZR7,QL
MOVIP,#02H
MOVIE,#82H
MOVTMOD,#01H
LCALLPP
NEXT:
LCALLKEY
JBACC.0,RUNF
LCALLDISP
SJMPNEXT
RUNF:
LCALLOUTT
LCALLTIME
JK:
LCALLDISP
LCALLKEY
JZJK
LCALLANKEY
LCALLDISP
SJMPJK
PP:
MOV37H,#12
MOVR0,#30H
MOVR7,#07H
PPP:
MOV@R0,#10
INCR0
DJNZR7,PPP
RET
KEY:
LCALLKEYS
JZEXIT
LCALLDISP
LCALLDISP
LCALLKEYS
JZEXIT
MOVB,20H
KEYSF:
LCALLKEYS
JZKEYY
LCALLDISP
AJMPKEYSF
KEYY:
MOVA,B
EXIT:
RET
KEYS:
MOVP1,#0FFH
MOVA,P1
CPLA
ANLA,#0FH
MOV20H,A
RET
ANKEY:
CLREA
CHECK:
JBTR0,YXZ
K0:
CJNEA,#01H,K1
AJMPRUN
K1:
CJNEA,#02H,K2
AJMPKEY1
K2:
CJNEA,#04H,K3
AJMPKEY2
K3:
CJNEA,#08H,OUT
AJMPKEY3
YXZ:
JBACC.0,STOP
AJMPOUT
KEY1:
MOVR0,#45H
LCALLADD1
CLRC
CJNEA,#24H,OUTT
ACALLCLR0
AJMPOUTT
KEY2:
MOVR0,#43H
LCALLADD1
CLRC
CJNEA,#60H,OUTT
ACALLCLR0
AJMPOUTT
KEY3:
MOVR0,#41H
ACALLADD1
CLRC
CJNEA,#60H,OUTT
ACALLCLR0
OUTT:
MOV30H,40H
MOV31H,41H
MOV32H,#11
MOV33H,42H
MOV34H,43H
MOV35H,#11
MOV36H,44H
MOV37H,45H
RET
STOP:
CLRTR0
RET
RUN:
LCALLTIME
OUT:
SETBEA
RET
TIME:
SETBEA
MOVTL0,#0B0H
MOVTH0,#3CH
MOVR4,#20
SETBTR0
RET
INTT0:
PUSHACC
PUSHPSW
CLRET0
CLRTR0
MOVTL0,#0B0H
MOVTH0,#3CH
SETBTR0
DJNZR4,OUTT0
ADDSS:
MOVR4,#14H
MOVR0,#41H
ACALLADD1
CLRC
CJNEA,#60H,ADDMM
ADDMM:
JCOUTT0
ACALLCLR0
MOVR0,#43H
ACALLADD1
CLRC
CJNEA,#60H,ADDHH
ADDHH:
JCOUTT0
ACALLCLR0
MOVR0,#45H
ACALLADD1
CLRC
CJNEA,#24H,HOUR
HOUR:
JCOUTT0
ACALLCLR0
OUTT0:
MOV30H,40H
MOV31H,41H
MOV32H,#11
MOV33H,42H
MOV34H,43H
MOV35H,#11
MOV36H,44H
MOV37H,45H
POPPSW
POPACC
SETBET0
RETI
CLR0:
CLRA
MOV@R0,A
DECR0
MOV@R0,A
RET
ADD1:
MOVA,@R0
DECR0
SWAPA
ORLA,@R0
ADDA,#01H
DAA
MOVR3,A
ANLA,#0FH
MOV@R0,A
MOVA,R3
INCR0
SWAPA
ANLA,#0FH
MOV@R0,A
MOVA,R3
DISP:
MOVR1,#30H
MOVR2,#80H
DISP1:
MOVP2,R2
MOVA,@R1
MOVDPTR,#TAB
MOVCA,@A+DPTR
MOVP0,A
ACALLDL
MOVA,R2
JBACC.0,DISP2
RRA
INCR1
MOVR2,A
AJMPDISP1
DISP2:
RET
TAB:
DB0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0F8H,80H,90H,0FFH,0BFH,0CH
DL:
MOVR6,#14H
DL1:
MOVR7,#19H;
DL2:
DJNZR7,DL2
DJNZR6,DL1
RET
END
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