基于单片机的电子数字钟仿真.docx

《基于单片机的电子数字钟》
课程设计报告

专 业: 电子信息工程
班 级:
姓 名:
学 号:

指导教师:

2010年6月

一、课程设计的目的
本课程设计是自动化专业、电子信息技术专业学生在学完单片机原理及课程之后必修课程，它的教学目的和任务是综合利用所学单片机知识完成一个单片机应用系统设计并在实验室实现，从而加深对单片机软硬知识的理解，获得初步的应用经验，为走出校门从事单片机应用的相关工作打下基础。
二、设计内容
利用单片机的定时／计数器，中断系统,以及阵列键盘和LED显示器进行设计。在数码管显示器上实现电子时钟，并且能进行设置时间和暂停、启动控制。
用定时／计数器T0，工作于定时，采用方式1，对12MHZ的系统时钟进行定时计数，初值设为XXYY（自己计算）。形成定时时间为50ms。用片内RAM的7BH单元对50ms计数，计20次产生秒计数器7BH单元加1，秒计数器加到60则分计数器79H单元加1，分计数器加到60则时计数器7AH单元加1，时计数器加到24则时计数器清0。然后把秒、分、时计数器分成十位和个位放到8个数码管的显示缓冲区，通过数码管显示出来。显示格式为小时十位、小时个位---分十位、分个位---秒十位、秒个位。在处理过程中加上了按键判断程序，能对按键处理。
三、设计要求
1、在PROTEUS中设计硬件，在KEIL51中编写软件，在PROTEUS中运行程序仿真实现。
2、写课程设计报告，给出设计思想，原理，硬件电路图，给出相应程序，并写出设计过程。
课程设计报告格式：

1、课程设计的目的
2、课程设计具体要求
3、MCS-51单片机系统简介
4、MCS-51单片机内部定时器/计数器简介
5、键盘和LED数码管显示器简介
6、基本原理
7、硬件电路
8、软件程序流程及代码
9、设计制作过程
10、总结

四、MCS-51单片机系统简介
MCS-51系列单片机是美国Intel公司在1980年推出的高性能8位单片机，它包含51和52 两个子系列。
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对于51子系列，主要有8031、8051、8751 三种机型，它们的指令系统与芯片引脚完全兼容，仅片内程序存储器有所不同，8031芯片不带ROM，8051芯片带4KROM，8751芯片带4KEPROM。51子系列的主要特点为：

◆8位CPU。
◆片内带振荡器，频率范围1．2~12MHZ。
◆片内带128字节的数据存储器。
◆片内带4K的程序存储器。
◆程序存储器的寻址空间为64K字节。
◆片外数据存储器的寻址空间为64K字节。
◆128个用户位寻址空间。
◆21个字节特殊功能寄存器。
◆4个8位的并行I/O接口：P0、P1、P2、P3。
◆2个16位定时器/计数器
◆2个优先级别的5个中断源。
◆1个全双工的串行I/O接口，可多机通信。
◆111条指令，含乘法指令和除法指令。
◆片内采用单总线结构。
◆有较强的位处理能力。
◆采用单一+5V电源。

图一、MCS-51系列单片机的内部结构
五、MCS-51单片机内部定时器/计数器中断系统简介
定时/计数器的主要特性：
1．MCS-51系列中51子系列有两个16位的可编程定时/计数器：定时/计数器T0和定时/计数器T1，52子系列有三个，还有一个定时/计数器T2。
2．每个定时/计数器既可以对系统时钟计数实现定时，也可以对外部信号计数实现计数功能，通过编程设定来实现。
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3．每个定时/计数器都有多种工作方式，其中T0有四种工作方式；T1有三种工作方式，T2有三种工作方式。通过编程可设定工作于某种方式。
4．每一个定时/计数器定时计数时间到时产生溢出，使相应的溢出位置位，溢出可通过查询或中断方式处理。

图二、定时/计数器T0、T1的结构及工作原理

定时/计数器的工作方式：
方式0是13位的定时/计数方式，因而最大计数值（满值）为2的13次幂，等于8192。如计数值为N，则置入的初值X为： X=8192-N
方式1的结构与方式0结构相同，只是把13位变成16位， 16位的加法计数器被全部用上。由于是16位的定时/计数方式，因而最大计数值（满值）为2的16次幂，等于65536。如计数值为N，则置入的初值X为： X=65536-N
方式2下，16位的计数器只用了8位来计数，用的是TL0（或TL1）的8位来进行计数，而TH0（或TH1）用于保存初值。当TL0（或TL1）计满时则溢出，一方面使TF0（或TF1）置位，另一方面溢出信号又会触发图6.5上的三态门，使三态门导通，TH0（或TH1）的值就自动装入TL0（或TL1）。由于是8位的定时/计数方式，因而最大计数值（满值）为2的8次幂，等于256。如计数值为N，则置入的初值X为： X=256-N
方式3只有定时/计数器T0才有，当M1M0两位为11时，定时/计数器T0工作于方式3。方式3下，定时/计数器T0被分为两个部分TL0和TH0，其中，TL0可作为定时/计数器使用，占用T0的全部控制位：GATE、C/T、TR0和TF0；而TH0固定只能作定时器使用，对机器周期进行计数，这时它占用定时/计数器T1的TR1位、TF1位和T1的中断资源。
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六、键盘简介
1、键盘的工作原理
键盘实际上是一组按键开关的集合，平时按键开关总是处于断开状态，当按下键时它才闭合。它的结构和产生的波形如图所示。

图三、键盘开关及波形示意图

2、键盘抖动的消除
消除按键盘抖动通常有两种方法：硬件消抖和软件消抖。

图四、硬件消抖电路

硬件消抖可以采用R—S触发器或单稳态电路。软件消抖是利用延时来跳过抖动过程
3、键盘的结构形式
键盘的结构形式一般有两种：独立式键盘与矩阵式键盘。
独立式键盘就是各按键相互独立，每个按键各接一根I/O口线，每根I/O口线上的按键都不会影响其它的I/O口线。
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矩阵式键盘又叫行列式键盘。用I/O口线组成行、列结构，键位设置在行列的交点上。例如4×4的行、列结构可组成16个键的键盘，比一个键位用一根I/O口线的独立式键盘少了一半的I/O口线。
七、LED数码管显示器简介

图五、LED显示器的结构

LED数码管的显示方式：
LED静态显示时，其公共端直接接地（共阴极）或接电源（共阳极），各段选线分别与I/O口线相连。要显示字符，直接在I/O线送相应的字段码。
LED动态显示是将所有的数码管的段选线并接在一起，用一个I/O口控制，公共端不是直接接地（共阴极）或电源（共阳极），而是通过相应的I/O口线控制。
LED显示器从译码方式上有硬件译码方式和软件译码方式。从显示方式上有静态显示方式和动态显示方式。在使用时可以把它们组合起来。在实际应用时，如果数码管个数较少，通常用硬件译码静态显示，在数码管个数较多时，则通常用软件译码动态显示。

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八、基本原理
本设计考虑到仅仅是数字钟，就用内部的定时计数器来技术，并过中断来处理。在硬件的设计上采用C51单片机作为核心部件。在按键上，只用到位选择、位加和位减，就采用独立式的键盘。显示上采用数码管的动态显示。译码采用软件译码。显示码通过P0口输出，为选择通过Ｐ２口输出。软件设计流程图如下：
开始
中断返回
保护现场，重置初值
启动下一个50MS
50MS计数器加1
秒单元加1,50ms计数器清0
分单元加1，秒单元清0
时单元加1，分单元清0
时单元清0
50ms计数器=20？
秒单元=60？
分单元=60？
时单元=24？
是
是
是
是
否
否
否
否

开始
显示单元清零
Ｔ0、T1设为16位计数模式
允许T0中断
调用显示子程序
进入功能程序
按下键否？
是
否

图六、主程序流程图 图七、定时计数器T0中断服务程序流程图
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九、硬件电路

对应元器件如下：

单 片 机： 80C52
按 键：BUTTON
电 阻：RES
电 容：CAP
晶 振：CRYSTAL
地： GRAND
电 源：POWER

LED数码管：7SEG-MPX8-CA-BLUE（CA：共阳，CC：共阴）
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运行效果如下：
十、软件程序流程及代码
;采用8位LED软件译码动态显示程序
;使用AT89C51单片机,12MHZ晶振,P0输出字段码,P2口输出位选码,用共阳
;LED数码管,P1.0为调时位选择按键,P1.1为加1键,P1.2为减1键。
;片内RAM的70H到77H单元为LED数码管的显示缓冲区
;78H,79H,7AH分别为秒、分、小时计数单元
;7BH为50ms计数器,7CH为调时按键计数器

ORG 0000H
LJMP START
ORG 000BH ;定时器/计数器T0中断程序入口
LJMP INTT0

;主程序
START:MOV R0,#70H
MOV R7,#0CH
INIT: MOV @R0,#00H
INC R0
DJNZ R7,INIT
MOV 72H,#10
MOV 75H,#10

MOV TMOD,#01H
MOV TL0,#0B0H
MOV TH0,#03CH
SETB EA
SETB ET0
SETB TR0
START1: LCALL SCAN
LCALL KEYSCAN
SJMP START1
;延时1MS子程序
DL1MS: MOV R6,#14H
DL1: MOV R7,#19H
DL2: DJNZ R7,DL2
DJNZ R6,DL1
RET
;延时20MS子程序
DL20MS:ACALL SCAN
ACALL SCAN
ACALL SCAN
RET
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;数码管显示程序
SCAN: MOV A,78H ;时间存入显示缓冲区相应位置
MOV B,#0AH
DIV AB
MOV 71H,A
MOV 70H,B
MOV A,79H
MOV B,#0AH
DIV AB
MOV 74H,A
MOV 73H,B
MOV A,7AH
MOV B,#0AH
DIV AB
MOV 77H,A
MOV 76H,B
MOV R1,#70H ;循环扫描显示
MOV R5,#80H
MOV R3,#08H
SCAN1: MOV A,R5
MOV P2,A
MOV A,@R1
MOV DPTR,#TAB
MOVC A,@A+DPTR
MOV P0,A
MOV A,R5
LCALL DL1MS
INC R1
MOV A,R5
RR A
MOV R5,A
DJNZ R3,SCAN1
MOV P2,#00H
MOV P0,#0FFH
RET

TAB:DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0F8H,
80H,90H,0BFH
;“0~9”,“-”的共阳极字段码

;定时器/计数器T0中断服务程序
INTT0: PUSH ACC
PUSH PSW
CLR ET0
CLR TR0
MOV TL0,#0B0H
MOV TH0,#03CH
SETB TR0
INC 7BH
MOV A,7BH
CJNE A,#14H,OUTT0
MOV 7BH,#00
INC 78H
MOV A,78H
CJNE A,#3CH,OUTT0
MOV 78H,#00
INC 79H
MOV A,79H
CJNE A,#3CH,OUTT0
MOV 79H,#00
INC 7AH
MOV A,7AH
CJNE A,#18H,OUTT0
MOV 7AH,#00
OUTT0:
SETB ET0
pop psw
pop acc
RETI
;按键处理程序
KEYSCAN: CLR EA
JNB P1.0,KEYSCAN0
JNB P1.1,KEYSCAN1
JNB P1.2,KEYSCAN2
KEYOUT: SETB EA
RET
KEYSCAN0: LCALL DL20MS
JB P1.0,KEYOUT
WAIT0: JNB P1.0,WAIT0
INC 7CH
MOV A,7CH
CLR TR0
CLR ET0
CJNE A,#03H,KEYOUT
MOV 7CH,#00
SETB TR0
SETB ET0
SJMP KEYOUT
KEYSCAN1: LCALL DL20MS
JB P1.1,KEYOUT
WAIT1: JNB P1.1,WAIT1
MOV A,7CH
CJNE A,#02H,KSCAN11
INC 79H
MOV A,79H
CJNE A,#3CH,KEYOUT
MOV 79H,#00
SJMP KEYOUT
KSCAN11: INC 7AH
MOV A,7AH
CJNE A,#18H,KEYOUT
MOV 7AH,#00
SJMP KEYOUT
KEYSCAN2: LCALL DL20MS
JB P1.2,KEYOUT
WAIT2: JNB P1.2,WAIT2
MOV A,7CH
CJNE A,#02H,KSCAN21
DEC 79H
MOV A,79H
CJNE A,#0FFH,KEYOUT
MOV 79H,#3BH
SJMP KEYOUT
KSCAN21: DEC 7AH
MOV A,7AH
CJNE A,#0FFH,KEYOUT
MOV 7AH,#17H
SJMP KEYOUT
END

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十一、总结
课程设计是培养学生综合运用所学知识,发现,提出,分析和解决实际问题,锻炼实践能力的重要环节,是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程.随着科学技术发展的日新日异，单片机已经成为当今计算机应用中空前活跃的领域， 在生活中可以说得是无处不在。因此作为二十一世纪的大学来说掌握单片机的开发技术是十分重要的。

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回顾起此次单片机课程设计，我仍感慨颇多。的确，从拿到课程设计题目后，从理论到实践，在接近一个星期的日子里，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做的，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固，比如说不懂一些元器件的使用方法，对单片机汇编语言掌握得不好……通过这次课程设计之后，一定把以前所学过的知识重新温故。-11-