基于单片机ATC的电子时钟的专业课程设计.doc

苏 州 市 职 业 大 学课程设计任务书 课程名称： 单片机原理和应用课程设计 起讫时间： 6月22日-6月28日 院 系： 电子信息工程系 班级： 09电子3班 指导老师： 金小华 系 主 任： 张红兵 一、 课程设计课题基于单片机电子时钟设计二、 课程设计要求1. 掌握使用proteus软件方法。2. 了解单片机时钟显示方法。3. 明确设计指标，写出设计方案，设计出硬件原理图。4. 基于硬件软件设计和调试。5. 将结果向指导老师演示，由老师提问验收经过；6. 打印程序清单，撰写程序说明，完成课程设计汇报书，进行分组讨论设计心得。三、 课程设计工作量1. 第一天：明确课程设计任务和目标，熟悉单片机系统调试软件仿真实现。 2. 第二天：明确设计指标，设计电路原理图。3. 第三、四天：基于硬件软件设计和调试。 4.第五天：学生演示设计调试结果，老师提问验收。打印程序清单，撰写程序说明，完成课程设计汇报书。 四、 课程设计说明书内容（有指导书可省略）1， 单片机结构、原理。2， 电子时钟硬件设计（原理图，原理图分析）。3， 软件设计（软件介绍，调试过程）。4， 硬件、软件程序清单。苏 州 市 职 业 大 学课程设计说明书 名称 基于单片机电子时钟设计 6月22日至6月28日共一周院 系 电子信息工程系 班 级 09电子3班 姓 名 于宁 学 号 系主任 张红兵 教研室主任 陆春妹 指导老师 金小华 目录第一章 电子时钟11.1 电子时钟介绍11.2 电子时钟基础特点11.3 电子时钟原理1第二章 单片机识相关知识22.1单片机介绍22.2单片机发展史22.3 单片机特点32.4 89C51单片机介绍3第三章 控制系统硬件设计63.1 单片机型号选择63.2 数码管显示工作原理63.3 键盘电路设计73.4系统工作原理73.5整个电路原理图9第四章 控制系统软件设计104.1 程序设计104.2程序步骤图134.3伟福硬件仿真器介绍144.4仿真图及结果分析15第五章 附录程序17第六章 结束语19参考文件20第一章 电子时钟1.1 电子时钟介绍 本作品采取Atmel企业AT89C51单片机，以汇编语言为程序设计基础，设计一个用四位数码管显示时、分时钟。现代电子时钟是基于单片机一个计时工具，采取延时程序产生一定时间中止，用于一秒定义，经过计数方法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。从而达成计时功效，是人民日常生活补课缺乏工具。1.2 电子时钟基础特点 现在高精度计时工具大多数全部使用了石英晶体振荡器，因为电子钟、石英钟、石英表全部采取了石英技术，所以走时精度高，稳定性好，使用方便，不需要常常调试，数字式电子钟用集成电路计时时，译码替换机械式传动，用LED显示器替换指针显示进而显示时间，减小了计时误差，这种表含有时、分、秒显示时间功效，还能够进行时和分校对，片选灵活性好。1.3 电子时钟原理 该电子时钟由89C51，BUTTON，六段数码管等组成，采取晶振电路作为驱动电路，由延时程序和循环程序产生一秒定时，达成时分秒计时，六十秒为一分钟，六十分钟为一小时，满二十四小时为一天。而电路中唯一一个控制键却拥有多个不一样功效，按下又松开，能够实现屏蔽数码管显示功效，达成省电目标；直接按下不松开，则能够经过按键实现分钟累加，每按一次分钟加一；而连续两次按下按键不放松，则可实现小时调整，一样每按一次小时加一。第二章 单片机识相关知识2.1单片机介绍 单片机是指一个集成在一块芯片上完整计算机系统。尽管她大 部分功效集成在一块小芯片上，不过它含有一个完整计算机所需要大部分部件：CPU、内存、内部和外部总线系统，现在大部分还会含有外 存。同时集成诸如通讯接口、定时器，实时时钟等外围设备。而现在最强大 单片机系统甚至能够将声音、图像、网络、复杂输入输出系统集成在一块芯片上。2.2单片机发展史单片机诞生于20世纪70年代末，经历了SCM、MCU、SoC三大阶段。 起初模型1.SCM即单片微型计算机（Single Chip Microcomputer）阶段，关键是寻求最好单片形态嵌入式系统最好体系结构。“创新模式”取得成功，奠定了SCM和通用计算机完全不一样发展道路。在开创嵌入式系统独立发展道路上，Intel企业功不可没。 Micro Controller Unit2.MCU即微控制器（Micro Controller Unit）阶段，关键技术发展方向是：不停扩展满足嵌入式应用时，对象系统要求多种外围电路和接口电路，突显其对象智能化控制能力。它所包含领域全部和对象系统相关，所以，发展MCU重担不可避免地落在电气、电子技术厂家。从这一角度来看，Intel逐步淡出MCU发展也有其客观原因。在发展MCU方面，最著名厂家当数Philips企业。 Philips企业以其在嵌入式应用方面巨大优势，将MCS-51从单片微型计算机快速发展到微控制器。所以，当我们回顾嵌入式系统发展道路时，不要忘记Intel和Philips历史功绩。 嵌入式系统单片机是嵌入式系统独立发展之路，向MCU阶段发展关键原因，就是寻求应用系统在芯片上最大化处理；所以，专用单片机发展自然形成了SoC化趋势。伴随微电子技术、IC设计、EDA工具发展，基于SoC单片机应用系统设计会有较大发展。所以，对单片机了解能够从单片微型计算机、单片微控制器延伸到单片应用系统。2.3 单片机特点 1 . 单片机存放器ROM和RAM时严格区分。ROM称为程序存放器，只存放程序，固定常数，及数据表格。RAM则为数据存放器，用作工作区及存放用户数据。 2 . 采取面向控制指令系统。为满足控制需要，单片机有更强逻辑控制能力，尤其是单片机含有很强位处理能力。 3 . 单片机I/O口通常时多功效。因为单片机芯片上引脚数目有限，为了处理实际引脚数和需要信号线矛盾，采取了引脚功效复用方法，引脚处于何种功效，可由指令来设置或由机器状态来区分。 4 . 单片机外部扩展能力很强。在内部多种功效部件不能满足应用需求时，均可在外部进行扩展，和很多通用微机接口芯片兼容，给应用系统设计带来了很大方便。2.4 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 序数据存放器，它能够被定义为数据/地址第八位。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外部必需被拉高。 P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻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，这是因为内部上拉缘故。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。并所以作为输入时，P2口管脚被外部拉低，将输出电流。这是因为内部上拉缘故。P2口当用于外部程序存放器或16位地址外部数据存 储器进行存取时，P2口输出地址高八位。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放器进行读写时，P2口输出其特殊功效寄存器 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。 P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻双向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，因为外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是因为上拉缘故。P3口也可作为AT89C51部分特殊功效口，以下表所表示：口管脚 备选功效P3.0 RXD（串行输入口）P3.1 TXD（串行输出口）P3.2 /INT0（外部中止0）P3.3 /INT1（外部中止1）P3.4 T0（记时器0外部输入）P3.5 T1（记时器1外部输入）P3.6 /WR（外部数据存放器写选通）P3.7 /RD（外部数据存放器读选通） P3口同时为闪烁编程和编程校验接收部分控制信号。RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期高电平时间。ALE/PROG：当访问外部存放器时，地址锁存许可输出电平用于锁存地址地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE 端以不变频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率1/6。所以它可用作对外部输出脉冲或用于定时目标。然而要注意是：每当用作外部数据存放器 时，将跳过一个ALE脉冲。如想严禁ALE输出可在SFR8EH地址上置0。此时， ALE只有在实施MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。假如微处理器在外部实施状态ALE严禁，置位无效。 PSEN：外部程序存放器选通信号。在由外部程序存放器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存放器时，这两次有效/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放（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存放器。注意加密方法1时， /EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存放器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。 o图2.1 89C51单片机第三章 控制系统硬件设计3.1 单片机型号选择 经过对多个单片机性能分析，最终认为89C51是最理想电子时钟开发芯片。89C51是一个带4K字节闪烁可编程可擦除只读存放器低电压，高性能CMOS8位微处理器，器件采取ATMEL高密度非易失存放器制造技术制造，和工业标准MCS-51指令集和输出管脚相兼容。因为将多功效8位CPU和闪烁存放器组合在单个芯片中，ATMEL89C51是一个高效微控制器，而且它和MCS-51兼容，且含有4K字节可编程闪烁存放器和1000写/擦循环，数据保留时间为等特点，是最好选择。3.2 数码管显示工作原理数码管是一个把多个LED显示段集成在一起显示设备。有两种类型，一个是共阳型，一个是共阴型。共阳型就是把多个LED显示段阳极接在一起，又称为公共端。共阴型就是把多个LED显示段阴极接在一起，即为公共商。阳极即为二极管正极，又称为正极，阴极即为二极管负极，又称为负极。通常数码管又分为8段，即8个LED显示段，这是为工程应用方便如设计，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，除某一位公共端会连接在一起，不一样位数码管相同端也会连接在一起。即，全部A段全部会连在一起，其它段也是如此，这是实际最常见使用方法。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8段输入及其公共端电平一直有效。动态显示原理是，各个数码管相同段连接在一起，共同占用8 位段引管线；每位数码管阳极连在一起组成公共端。利用人眼视觉暂留性，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，显示就会清楚显示出来。 图 3.1 共阴数码管3.3 键盘电路设计 该设计只用了一个键盘，但实现功效却是比较完善，降低了硬件资源损耗，该键盘能够实现小时和分钟调整和控制是否进入省电模式。当按键按下又松开，能够实现屏蔽数码管显示功效，达成省电目标；直接按下不松开，则能够经过按键实现分钟累加，每按一次分钟加一；而连续两次按下按键不放松，则可实现小时调整，一样每按一次小时加一。达成时间调整目标。图3.2 多功效控制键 经多方论证硬件我们小组采取AT89C51单片机和7SED六位共阴极数码管等来实现单片机电子时钟功效，具体元器件列表如表3.1所表示：表3.1 具体元器件列表AT89c511片7SED六位共阴极数码管1片NPN三极管6个10uf电容1个30p电容2个10K电阻11个360欧姆电阻8个1.5k欧姆电阻8个开关1个3.4系统工作原理（1） 单片机发送信号经过程序控制最终在数码管上显示出来。（2） 单片机经过输出多种电脉冲信号来驱动控制各部分正常工作。（3） 为使时钟走时和标按时间一致，校时电路是必不可少，键盘用来校正数码管上显示时间。（4） 设计电路关键由三模块组成：单片机控制电路，显示电路、及校正电路。此设计原理框图图3-3所表示，此电路包含以下三个部分：单片机，键盘及显示电路图3.3 设计原理框图本设计采取汇编语言程序设计，使单片机控制数码管显示时、分、秒，当秒计数计满60时就向分进位，分计数器计满60后向时计数器进位，小时计数器按“23翻0”规律计数。时、分、秒计数结果经过数据处理可直接送显示器显示。当计时发生误差时候能够用校时电路进行校正。设计采取是时、分、秒显示，单片机对数据进行处理同时在数码管上显示3.5整个电路原理图 图3.4 系统电路原理图 第四章 控制系统软件设计 4.1 程序设计 本系统软件系统关键可分为主程序、定时计数中止程序、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方法，下面对部分模块作介绍。我们用定时器1采取方法1定时，M=65536，假如要求定时时间为50ms，采取12MHz晶振，则机器周期为1us，由（65536Z）*1=50*1000得Z=65536-50000=15536=3CB0H将3C、B0H分别预置给TH1、TL1，即TH1=3CH，TH=0B0H依据需要开始定时器/计数器工作-将TR0或TR1置“1”。GATE=0时，直接由软件置位开启，即SETB TR0或SETB TR1;GATE=1时，除软件置位外，还必需在外中止引脚（P3.3）处输入高电平值才能开启。定时计数中止程序： MOV TMOD,#11H ;设T0、T1为16位定时器 MOV TL0,#0B0H ;50MS定时初值（T0计时用） MOV TH0,#3CH ;50MS定时初值 MOV TL1,#0B0H ;50MS定时初值（T1闪烁定时用） MOV TH1,#3CH ;50MS定时初值 SETB EA ;总中止开放SETB ET0 ;许可T0中止SETB TR0 ;开启T0定时器AJMP $ 时间调整程序：SETMM: cLR ET0 ;关定时器T0中止CLR TR0 ;关闭定时器T0LCALL DL1S ;调用1秒延时程序JB P3.3,CLOSEDIS ;键按下时间小于1秒，关闭显示（省电） MOV R2,#06H ;进入调时状态，赋闪烁定时初值 SETB ET1 ;许可T1中止SETB TR1 ;开启定时器T1SET2: JNB P3.3,SET1 ;P3.7口为0（键未释放），等候SETB 00H ;键释放，分调整闪烁标志置1SET4: JB P3.3,SET3 ;等候键按下LCALL DL05S ;有键按下，延时0.5秒JNB P3.3,SETHH ;按下时间大于0.5秒转调小时状态MOV R0,#77H ;按下时间小于0.5秒加1分钟操作LCALL ADD1 ;调用加1子程序MOV A,R3 ;取调整单元数据CLR C ;清进位标志CJNE A,#60H,HHH ;调整单元数据和60比较HHH: JC SET4 ;调整单元数据小于60转SET4循环LCALL CLR0 ;调整单元数据大于或等于60时清0CLR C ;清进位标志AJMP SET4 ;跳转到SET4循环CLOSEDIS:SETB ET0 ;省电（LED不显示）状态。开T0中止SETB TR0 ;开启T0定时器（开时钟）CLOSE: JB P3.3,CLOSE ;无按键按下，等候。LCALL DISPLAY ;有键按下，调显示子程序延时削抖JB P3.3,CLOSE ;是干扰返回CLOSE等候WAITH: JNB P3.3,WAITH ;等候键释放LJMP START1 ;返回主程序（LED数据显示亮）SETHH: CLR 00H ;分闪烁标志清除（进入调小时状态）SETHH1: JNB P3.3,SET5 ;等候键释放SETB 01H ;小时调整标志置1SET6: JB P3.3,SET7 ;等候按键按下LCALL DL05S ;有键按下延时0.5秒JNB P3.3,SETOUT ;按下时间大于0.5秒退出时间调整MOV R0,#79H ;按下时间小于0.5秒加1小时操作LCALL ADD1 ;调加1子程序MOV A,R3 ;CLR C ;CJNE A,#24H,HOUU ;计时单元数据和24比较HOUU: JC SET6 小于24转SET6循环LCALL CLR0 ;大于或等于24时清0操作AJMP SET6 ; 跳转到SET6循环SETOUT: JNB P3.3,SETOUT1 ;调时退出程序。等候键释放LCALL DISPLAY ;延时削抖JNB P3.3,SETOUT ;是抖动，返回SETOUT再等候CLR 01H ;清调小时标志CLR 00H ;清调分标志CLR 02H ;清闪烁标志CLR TR1 ;关闭定时器T1CLR ET1 ;关定时器T1中止SETB TR0 ;开启定时器T0SETB ET0 ;开定时器T0中止（计时开始）LJMP START1 ;跳回主程序SET1: LCALL DISPLAY ;键释放等候时调用显示程序（调分）AJMP SET2 ;预防键按下时无时钟显示SET3: LCALL DISPLAY ;等候调分按键时时钟显示用AJMP SET4SET5: LCALL DISPLAY ;键释放等候时调用显示程序（调小时）AJMP SETHH1 ;预防键按下时无时钟显示SET7: LCALL DISPLAY ;等候调小时按键时时钟显示用AJMP SET6SETOUT1: LCALL DISPLAY ;退出时钟调整时键释放等候AJMP SETOUT ;预防键按下时无时钟显示 延时程序：1MS延时程序，LED显示程序用DL1MS: MOV R6,#14HDL1: MOV R7,#19HDL2: DJNZ R7,DL2DJNZ R6,DL1RET20MS延时程序，采取调用显示子程序以改善LED显示闪烁现象DS20MS: ACALL DISPLAYACALL DISPLAYACALL DISPLAYRET4.2程序步骤图 主程序主程序关键是循环调用显示子程序及键盘扫描功效设置子程序，其步骤图图4.1所表示。图4.1 主程序框图定时中止子程序时间计时使用定时器t0完成，中止定时周期设为50ms。中止进入后，判定时钟计时累计中止到20次（即1s）时，对秒计数单元进行加1操作。计时单元最大值为23时59分59秒。在计数单元中采取十进制BCD码计数，满60进位。T0中止服务程序步骤图图4.2所表示。 图4.2 中止服务程序步骤图T1中止服务程序用于指示调整单元数字亮闪。在时间调整状态下，每过0.3秒，将对应单元显示数据换成“熄灭符”数据（#0AH）。这么在调整时间时，对应调整单元显示数据会间隔闪亮。T1中止服务程序步骤图图4.3所表示。 图4.3 中止服务程序4.3伟福硬件仿真器介绍主机+POD（仿真头）组合，经过更换POD，能够对多种CPU进行仿真。对待不一样应用场所，用户往往会选择不一样CPU，从而需要更换仿真器，伟福仿真软件WINDOWS版本支持本企业多个仿真器。支持多类CPU仿真。仿真器则采取主机+POD组合，经过更换不一样POD，可对多种不一样类型单片机进行仿真。为用户提供了一个灵活多CPU仿真系统。1双平台DOS版本，WINDOWS版本。其中WINDOWS版本功效强大。汉字界面，英文界面可任选，用户源程序大小不再有任何限制，支持ASM，C，PLM语言混合编程，含有项目管理功效，为用户资源共享，课题重组提供强有力手段。支持点屏显示，用鼠标左键点一下源程序中某一变量，即可显示该变量数值。有丰富窗口显示方法，多方位，动态地显示仿真多种过程，使用极为便利。本操作系统一经推出，立即被广大用户所喜爱。2双工作模式1 软件模拟仿真（不要仿真器也能模拟仿真）。2 硬件仿真。双CPU结构，100% 不占用户资源。全空间硬件断点，不受任何条件限制，支持地址、数据、外部信号、事件断点、支持实时断点计数、软件运行时间统计。3双集成环境编辑、编译、下载、调试全部集中在一个环境下。飞利蒲企业552LPC764DALLAS320，华邦438等51增强型CPU。为了跟上形势，现在很多工程师需要面对和掌握不一样和项目管理器、编辑器、编译器。她们由不多个仿真器，多类CPU仿真全部集成在一个环境下。可仿真51系列，196系列，PIC系列，同厂家开发，相互不兼容，使用不一样界面。学习使用全部很吃力。伟福 WINDOWS调试软件为您提供了一个全集成环境，统一界面，包含一个项目管理器，一个功效强大编辑器，汇编Make、Build和调试工具并提供一个和第三方编译器接口。4.4仿真图及结果分析单片机右上角红色发光二极管秒灯，每闪烁一次表示时间走动一秒钟；按键正下方黑色按键是设置灯，当初间正常走动时此时灯亮，当第一次按下设置键时，同时秒时熄灭，且分钟两位数码管出现闪烁，时间停止走动，进入校时状态，表示此时能够进行分钟调整，当按一次加一键（调整键）可实现分钟加一功效，分钟以60分为极限，超出60分则返回数值0，从0再重新算起；假如再次按下设置键时，这时秒灯和设置灯依旧保持熄灭和点亮状态，表示分钟数码管停止闪烁，反过来表示小时两位数码管则开始闪烁，此时可进行小时调整，按加1键可实现小时加1功效，小时调整以24为上限，一样超出二十四小时则从新回0；当第三次按下设置键时，数码管停止闪烁，设置灯熄灭，秒灯重新闪烁，时间以设定值计时。 图4.4 伟福软件模拟图第五章 附录程序 ORG 0000H LJMP START ORG 0003H RETI ORG 000BH LJMP INTT0 ORG 0013H RETI ORG 001BH LJMP INTT1 ORG 0023H RETI ORG 002BH RETI START:MOV R0, #70H MOV R7, #0BH MOV 20H, #00H CLEARDISP: MOV R0, #00H INC R0 DJNZ R7,CLEARDISP MOV 7AH,#0AH MOV TMOD,#11H MOV TL0, #0B0H MOV TH0, #3CH MOV TL1, #0B0H MOV TH1, #3CH SETB EA SETB ET0 SETB TR0 MOV R4,#14H START1:LCALL DISPLAY JNB P3.3,SETMM1 SJMP START1 SETMM1:LJMP SETMM INTT0:PUSH ACC PUSH PSW CLR ET0 CLR TR0 MOV A,#0B7H ADD A,TL0 MOV TL0,A MOV A,#3CH ADD A,TH0 MOV TH0,A SETB TR0 DJNZ R4,OUTT0 ADDSS:MOV R4,#14H MOV R0,#71H ACALL ADD1 MOV A,R3 CLR C CJNE A,#60H,ADDMM ADDMM:JC OUTT0 ACALL CLR0 MOV R0,#77H ACALL ADD1 MOV A,R3 CLR C CJNE A,#60H,ADDHH ADDHH:JC OUTT0 ACALL CLR0 MOV R0,#79H ACALL ADD1 MOV A,R3 CLR C CJNE A,#24H,HOUR HOUR:JC OUTT0 ACALL CLR0 OUTT0:MOV 72H,76H MOV 73H,77H MOV 74H,78H MOV 75H,79H POP PSW POP ACC SETB ET0 RETI INTT1: PUSH ACC PUSH PSW MOV TL1, #0B0H MOV TH1, #3CH DJNZ R2,INTT1OUT MOV R2,#06H CPL 02H JB 02H,FLASH1 MOV 72H,76H MOV 73H,77H MOV 74H,78H MOV 75H,79HINTT1OUT: POP PSW POP ACC RETIFLASH1: JB 01H,FLASH2 MOV 72H,7AH MOV 73H,7AH MOV 74H,78H MOV 75H,79H AJMP INTT1OUTFLASH2: MOV 72H,76H MOV 73H,77H MOV 74H,7AH MOV 75H,7AH AJMP INTT1OUT ADD1:MOV A,R0 DEC R0 SWAP A ORL A,R0 ADD A,#01H DA A MOV R3,A ANL A,#0FH MOV R0,A MOV A,R3 INC R0 SWAP A ANL A,#0FH MOV R0,A RET CLR0:CLR A MOV R0,A DEC R0 MOV R0,A RET SETMM: CLR ET0 CLR TR0 LCALL DL1S JB P3.3,CLOSEDIS MOV R2,#06H