單片機時鐘設計實習報告正文部分

1、1. 前言1.1數(shù)字時鐘的背景、意義及應用20世紀末，屯子技術獲得了飛速的發(fā)展，在其推動下，現(xiàn)代電子產(chǎn)品幾乎滲透了社 會的各個領域，有力地推動了社會生產(chǎn)力的發(fā)展和社會信息化程度的提高，同時也使現(xiàn) 代電子產(chǎn)品性能進一步提高，產(chǎn)品更新?lián)Q代的節(jié)奏也越來越快。時間對人們來說總是 那么寶貴，工作的忙碌性和繁雜性容易使人忘記當前的時間。忘記了要做的事情，當事 情不是很重要的時候，這種遺忘無傷大雅。但是，一旦重要事情，一時的耽誤可能釀成 人禍。fi前，單片機正朝著高性能和多品種方向發(fā)展趨勢將是進一步向著cmos化、低功 耗、小體積、大容量、高性能、低價格和外圍電路內(nèi)裝化等幾個方面發(fā)展。下面是單片 機的主要發(fā)

2、展趨勢。單片機應用的重要意義還在于，它從根本上改變了傳統(tǒng)的控制系統(tǒng) 設計思想和設計方法。從前必須由模擬電路或數(shù)字電路實現(xiàn)的大部分功能，現(xiàn)在已能用 單片機通過軟件方法來實現(xiàn)了。這種軟件代替硬件的控制技術也稱為微控制技術，是傳 統(tǒng)控制技術的一次革命。單片機模塊中最常見的是數(shù)字鐘，數(shù)字鐘是一種用數(shù)字電路技術實現(xiàn)時、分、秒計 時的裝置，與機械式時鐘相比具有更高的準確性和直觀性，且無機械裝置，具有更更長 的使用壽命，因此得到了廣泛的使用。數(shù)字鐘是采用數(shù)字電路實現(xiàn)對吋，分，秒.數(shù)字顯示的計吋裝置,廣泛用于個人家庭, 車站，碼頭辦公室等公共場所，成為人們口常生活屮不可少的必需品，由于數(shù)字集成電 路的發(fā)展和石

3、英品體振蕩器的廣泛應用，使得數(shù)字鐘的精度，遠遠超過老式鐘表，鐘表 的數(shù)字化給人們生產(chǎn)生活帶來了極大的方便，而且大大地擴展了鐘表原先的報時功能。 諸如定時自動報警、按時自動打鈴、時間程序自動控制、定時廣播、自動起閉路燈、定 時開關烘箱、通斷動力設備、其至各種定時電氣的自動啟用等，所有這些，都是以鐘表 數(shù)字化為基礎的。因此，研究數(shù)字鐘及擴大其應用，有著非?，F(xiàn)實的意義。數(shù)字鐘已成為人們?nèi)粘Ｉ钪?，必不可少的必需品，廣泛用于個人家庭以及車站、 碼頭、劇場、辦公室等公共場所，給人們的生活、學習、工作、娛樂帶來極大的方便。 由于數(shù)字集成電路技術的發(fā)展和采用了先進的石英技術，使數(shù)字鐘具有走時準確、性能 穩(wěn)定

4、、攜帶方便等優(yōu)點，它還用于計吋自動報吋及自動控制的領域。12應用知識簡介1.2. 1 51單片機單片機又稱單片微控制器，它不是完成某一個邏輯功能的芯片,而是把一個計算機系 統(tǒng)集成到一個芯片上。作為嵌入式系統(tǒng)控制核心的單片機具有其體積小、功能全、性價 比高等諸多優(yōu)點。51系列單片機是國內(nèi)口前應用最廣泛的單片機2，隨著嵌入式系 統(tǒng)、片上系統(tǒng)等概念的提出和普遍接受及應用，51系列單片機的發(fā)展又進入了一個新 的階段。在今后很長一段時間內(nèi)51系列單片機仍將占據(jù)嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品的中低端市場。1.2.2匯編語言匯編語言是一種面向機器的計算機低級編程語言，通常是為特定的計算機或系列計 算機專門設計的。匯編語言保

5、持了機器語言的優(yōu)點，具有直接和簡捷的特點，其代碼具 有效率高實時性強等優(yōu)點。但是對于復雜的運算或大型程序，用匯編語言編寫將非常耗 時。匯編語言可以與高級語言配合使用，應用十分廣泛。1.3單片機數(shù)字時鐘的基本原理它是利用單片機的內(nèi)部的定時/計數(shù)器工作與定時方式，對機器周期計數(shù)形成基準 時間(如50ms),然后用另外一個計數(shù)器或軟件計數(shù)的形式對基準時間進行計數(shù)形成秒 (如對50ms計數(shù)20次)，“秒”計數(shù)60次“分”，“分”計數(shù)60次形成“時”，“時” 計數(shù)24次滿一天清零，然后通過譯碼器，數(shù)碼管把他們的內(nèi)容在相應的位置顯示出來。 在具體的設計時定時器采用屮斷方式工作，對時鐘的形成在終中斷序中實現(xiàn)

6、，在主程序 只是對定時/計數(shù)器的定義初始化，調用顯示程序和控制程序的初始化。使用開關1控 制開始計時，使用開關2控制暫停或繼續(xù)。2. 硬件電路設計及描述2. 1單片機的基本結構2. 1. 1 mcs-51單片機內(nèi)部結構：8051單片機包含中央處理器、程序存儲器(rom)、數(shù)據(jù)存儲器(ram)、定時/計數(shù) 器、并行接口、串行接口和屮斷系統(tǒng)等幾大單元及數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線等三 大總線，如下圖2-1所示?，F(xiàn)在我們分別加以說明： 中央處理器：中央處理器(cpu)是整個單片機的核心部件，是8位數(shù)據(jù)寬度的處理器，能處理8 位二進制數(shù)據(jù)或代碼，cpu負責控制、指揮和調度整個單元系統(tǒng)協(xié)調的工作，完成運

7、算 和控制輸入輸出功能等操作。數(shù)據(jù)存儲器(ram):8051內(nèi)部有128個8位用戶數(shù)據(jù)存儲單元和128個專用寄存器單元，它們是統(tǒng)一編 址的，專用寄存器只能用于存放控制指令數(shù)據(jù)，用戶只能訪問，而不能用于存放用戶數(shù) 據(jù)，所以，用戶能使用的ram只有128個，可存放讀寫的數(shù)據(jù)，運算的中間結果或用戶 定義的字型表。程序存儲器em m mtu1中斷系統(tǒng)時鐘并行工/0口 串行通信口圖2-1單片機8051的內(nèi)部結構程序存儲器(rom):8051共有4096個8位掩膜rom,用于存放用戶程序，原始數(shù)據(jù)或表格。定時/計數(shù)器(rom):8051有兩個16位的可編程定時/計數(shù)器，以實現(xiàn)定時或計數(shù)產(chǎn)生中斷用于控制程序

8、 轉向。并行輸入輸出(i/o) 口：8051共有4組8位i/o 口 (p0、p、p2或p3),用于對外部數(shù)據(jù)的傳輸。2.1.2 mcs-51的引腳說明:mcs-52系列單片機中的803k8051及8751均釆用40pin封裝的雙列直接dtp結構,如圖2-2所示，是它們的引腳配置，40個引腳屮，正電源和地線兩根，外置石英振蕩器 的時鐘線兩根，4組8位共32個i/o 口，中斷口線與p3 口線復用?，F(xiàn)在我們對這些引 腳的功能加以說明：mcs-51的引腳說明：mcs-52系列單片機中的8031 >8051及8751均采用40pin封裝的雙列直接dtp結構, 右圖是它們的引腳配置，40個引腳屮，正

9、電源和地線兩根，外置石英振蕩器的時鐘線兩 根，4組8位共32個i/o 口，中斷口線與p3 口線復用?，F(xiàn)在我們對這些引腳的功能加 以說明：圖2-2單片機的引腳pin9:reset復位信號復用腳，當8051通電，時鐘電路開始工作，在reset引腳上出現(xiàn)24個時鐘周期以上的高電平，系統(tǒng)即初始復位。初始化后，程序計數(shù)器pc指向000011, po-p3輸出口全部為高電平，堆棧指針寫入0711,其它專用寄存器被清“0”。reset 由高電平下降為低電平后，系統(tǒng)即從000011地址開始執(zhí)行程序。然而，初始復位不改變ram （包括工作寄存器r0-r7）的狀態(tài)，8052的初始態(tài)。2.2 8255引腳圖及功能2

10、. 2.1 8255a可編程并行i/o擴展接口：8255a是intel公司牛產(chǎn)的可編程輸入輸出接口芯片，它具有3個8位的并行i/o 口（參見圖2-3）,具有三種工作方式，可通過程序改變其功能,因而使用靈活，通用性強， 可作為單片機與多種外圍設備連接時的中間接口電路。（1）8255有三種基本工作方式： 方式0 （mode 0）:基本輸入輸出； 方式1 （mode 1）:選通輸入輸出； 方式2（mode 2）:雙向傳送；三種工作方式由工作方式控制字決定,方式控制字由cpu通過輸入/輸出指令來提 供。三個端口中c 口被分為兩個部分，上半部分隨a 口稱為a組，下半部分隨b 口稱為b 組。其中a 口可工

11、作與方式0、1和2,而b 口只能工作在方式0和1。（2）8255芯片的腳圖及內(nèi)部結構如下圖2-3所示。其引腳功能描述如下：1）a 口、b 口和c 口：均為8位i/o數(shù)據(jù)口，但結構上略有差別。三個端口都可以 和外設相連，分別傳送外設的輸入/輸出數(shù)據(jù)或控制信息。2）a、b組控制電路：這是兩組根據(jù)cpu的命令字控制8255工作方式的電路。a組 控制a 口及c 口的高4位，b組控制b 口及c 口的低4位。3）數(shù)據(jù)緩沖器這是一個雙向三態(tài)8位的驅動口，用于和單片機的數(shù)據(jù)總線相連， 傳送數(shù)據(jù)或控制信息。4）讀/寫控制邏輯：這部分電路接收mcs-51送來的讀/寫命令和選口地址，用于控 制對8255的讀/寫。5

12、）數(shù)據(jù)線（8條）：d0d7為數(shù)據(jù)總線，用于傳送cpu和8255之間的數(shù)據(jù)、命令和 狀態(tài)字。6）控制線和尋址線（6條）reset：復位信號，輸入高電平有效。一般和單片機的復位相連，復位后，8255所 有內(nèi)部寄存器清0,所有口都為輸入方式。wr和rd：讀/寫信號線，輸入，低電平有效。當為0時（必為1）,所選的8255處 于讀狀態(tài)，8255送出信息到cpu。反之亦然。7）cs：片選線，輸入，低電平有效。8）a0、a1：地址輸入線。當為0,芯片被選中時，這兩位的4種組合00、01、10、 11分別用于選擇a、b、c 口和控制寄存器。9）i/o 口線（24條）：pa0pa7、pb0pb7、pc0pc7為

13、24條雙向三態(tài)i/o總線， 分別與a、b、c 口相對應，用于8255和外設之間傳送數(shù)據(jù)。10）電源線（2條）：vcc為5 v, gnd為地線。343t368""7350 12 3 4 5 6 7 ddddddddrd wraoal resetcs3-214039383718192021222324251415161713121110401234567 a a a a a a a a pppppppp0 12 3 4 5 6 7 ebbebbbb ppppppppo 1 2 3 4 5 s 7 c c c c c c c c pppppppp8255圖2-3 8255芯片引腳

14、圖2.3 74ls373引腳圖及功能 74ls373是常用的地址鎖存器芯片, 在單片機系統(tǒng)中為了擴展外部存儲器,它實質是一個是帶三態(tài)緩沖輸出的8d觸發(fā)器, 通常需要一塊74ls373芯片，如圖2-4所示。34飛1314171811tdoqodiqld2q2d3q3d4q4d5q5d6q6d7q7oele74ls37325"ff12151619圖2-4 74ls373鎖存器引腳圖(1) 1腳是輸出使能(0e),是低電平有效，當1腳是高電平時，不管輸入3、4、7、8、 13、14、17、18如何,也不管11腳(鎖存控制端,g)如何，輸出2(q0)、5(q1)、6(q2)、9 (q3)、1

15、2 (q4)、15(q5)、16(q6)、19(q7)全部呈現(xiàn)高阻狀態(tài)(或者叫浮空狀態(tài))。(2) 當1腳是低電平時，只要11腳(鎖存控制端,g)上出現(xiàn)一個下降沿，輸出2(q0)、5 (qi)、6(q2)、9(q3)、12(q4)、15(q5)、16(q6)、19(q7)立即呈現(xiàn)輸入腳 3、4、7、8、 13、14、17、18 的狀態(tài)。(3) 鎖存端le由高變低時，輸出端8位信息被鎖存，直到le端再次有效。當三態(tài) 門使能信號0e為低電平時，三態(tài)門導通，允許q0q7輸出，0e為高電平時，輸出懸空。 當74ls373用作地址鎖存器時，應使0e為低電平，此時鎖存使能端c為高電平時，輸 岀q0q7狀態(tài)與

16、輸入端d1d7狀態(tài)相同；當c發(fā)生負的跳變時，輸入端d0、d7數(shù)據(jù)鎖 入q0、q7。51單片機的ale信號可以盲接與74ls373的c連接。2.4七段數(shù)碼管的引腳圖及使用ds1a 0 c d e f g dp01009 7 5 4 2 1 6圖2-5七段數(shù)碼管的引腳圖2. 4.1數(shù)碼管使用條件：a、段及小數(shù)點上加限流電阻。b、使用電壓：段：根據(jù)發(fā)光顏色決定；小數(shù)點：根據(jù)發(fā)光顏色決定。c、使用電流：靜態(tài)：總電流80ma (每段10ma)；動態(tài)：平均電流4-5ma峰值電流 loomao圖3-5這個只是七段數(shù)碼管引腳圖，其中共陽極數(shù)碼管引腳圖和共陰極的是一樣的。led數(shù)碼管根據(jù)led的接法不同分為共陰

17、和共陽兩類，了解led的這些特性，對編 程是很重要的，因為不同類型的數(shù)碼管，除了它們的硬件電路有差異外，編程方法也是 不同的。右圖是共陰和共陽極數(shù)碼管的內(nèi)部電路，它們的發(fā)光原理是一樣的，只是它們 的電源極性不同而已。將多只led的陰極連在一起即為共陰式，而將多只led的陽極連 在一起即為共陽式。以共陰式為例，如把陰極接地，在相應段的陽極接上正電源，該段 即會發(fā)光。當然，led的電流通常較小，一般均需在回路中接上限流電阻。假如我們將 b和c段接上正電源，其它端接地或懸空，那么b和c段發(fā)光，此時，數(shù)碼管顯示 將顯示數(shù)字t。而將b和g段都接上正電源,其它引腳懸空,此 時數(shù)碼管將顯示“2”。其它字符的

18、顯示原理類同。2.5 74ls138引腳及功能74ls138為3線一8線譯碼器，共有54ls138和74ls138兩種型式，其主要電特性的典型值如下:54ls138 /74ls138傳播延遲時間22ns功耗32mw原理：當一個選通端(g1)為高電平，另兩個選通端(/(g2a)和/(g2b)為低電平時, 可將地址端(a、b、c)的二進制編碼在一個對應的輸出端以低電平譯出。 利用g、/(g2a)和/(g2b)可級聯(lián)擴展成24線譯碼器；若外接一個反 相器還可級聯(lián)擴展成32線譯碼器。若將選通端中的一個作為數(shù)據(jù)輸入端時，138還可作數(shù)據(jù)分配器。2.6硬件電路的設計原則在性價比滿足應用系統(tǒng)要求的情況下，選

19、擇更可靠，更熟悉的單片機縮短研制周期。 盡可能選擇自己較為熟悉的應用電路，以提高系統(tǒng)的可靠性。單片機內(nèi)部的資源與外部 的擴展資源應在滿足系統(tǒng)設計的基礎上留有余地，為進一步的升級和擴展提供方便。應 充分的結合軟件方案考慮硬件的結構，通常硬件功能較完善，其相應的軟件程序就簡單, 但硬件的成木較高，而功能較低，其相應的軟件就復雜，其實際常用軟件代替硬件來降 低成木。整個系統(tǒng)相關的器件盡可能的做到性能相兀配。充分的考慮系統(tǒng)的抗干擾性， 如具有抗干擾的單片機并充分的帥選芯片與器件，在電路中采取隔離或屏蔽的措施等。根據(jù)以上的原則我們選擇我們較為熟悉的80c51單片機;為了 led數(shù)碼管的顯示和, 我們也選

20、擇了 74ls138的譯碼器和74ls373的鎖存器和兩個按鍵作為時鐘的開始，暫停 和繼續(xù)的鍵，以及8255作為中間接口電路。2.7數(shù)字時鐘原理圖及數(shù)碼管顯示a j.2.3 po'popopo 39383736lol p p p p01234567 'ooooo'o'oo ip 22232425235pppp34332627280123456722222222pppppppprxdtxdale/ppsen0 12 3 411 11 91 91 11 p p p p p5 6 711 1a lx pppinti intot1toea?vpxix2reset叵wk圖

21、2-6 8051接線圖圖2-7 8255接線圖/ / / /d d d d64i魚dvo523456789圖2-8數(shù)碼管顯示接線圖u62eled sa1ay0y1y2led sb2abcled sc3y3y4y5sel4el5e2y66e3y7vcc74ls138a14 cld1 /13 cld2/12 cld3/11 cld4 /10 cld5/-9! ta7in圖2-9 74ls138接線圖beb ib9gej圖2-10數(shù)碼管顯示實物圖3. 軟件設計流程及描述3.1軟件程序內(nèi)容本設計的軟件程序包括主程序、中斷子程序、時鐘顯示子程序、查詢程序等等。另 外電路中述有有2個按鍵。3.2系統(tǒng)軟件設

22、計流程圖這次的數(shù)字電子鐘設計用到很多子程序，它們的流程圖如下圖3-1所示。主程序是 先開始，然后啟動定時器，定時器啟動后在進行按鍵檢測，檢測完后，就可以顯示時間。開始二按鍵處理是先檢測開始按鍵是否按下，開始按鍵如果按下，數(shù)字時鐘便開始運行, 并顯示時間；如果沒有按下，就不運行。并一盲檢測。圖3-2定時器中斷流程圖時間顯示是先秒個位計算顯示，然后是秒十位計算顯示，再是分個位計算顯示，再 然后是分十位顯示，再就是時個位計算顯示，最后是時十位顯示。3. 3定時程序設計3. 3. 1定時器的應用單片機的定時功能也是通過計數(shù)器的計數(shù)來實現(xiàn)的，此時的計數(shù)脈沖來自單片機的 內(nèi)部，即每個機器周期產(chǎn)牛一個計數(shù)脈

23、沖，也就是每經(jīng)過1個機器周期的時間，計數(shù)器 加1。如果mcs-51采用的12mhz晶體，則計數(shù)頻率為1mhz,即每過lus的時間計數(shù)器 加1。這樣可以根據(jù)計數(shù)值計算出定時時間，也可以根據(jù)定時時間的要求計算出計數(shù)器 的初fio mcs-51單片機的定時器/計數(shù)器具有4種工作方式，其控制字均在相應的特殊 功能寄存器中，通過對特殊功能寄存器的編程，可以方便的選擇定時器/計數(shù)器兩種工 作模式和4種工作方式。定時器/計數(shù)器工作在方式0時，為13位的計數(shù)器，由tlx（x=o、1）的低5位和thx 的高8位所構成。tlx低5位溢擊則向thx進位，thx計數(shù)溢出則置位tcon中的溢出標 志位tfx。當定時器/

24、計數(shù)器工作于方式1,為16位的計數(shù)器。木設計師單片機多功能定時器, 所以mcs-51內(nèi)部的定時器/計數(shù)器被選定為定時器工作模式，計數(shù)輸入信號是內(nèi)部時鐘 脈沖，每個機器周期產(chǎn)生一個脈沖使計數(shù)器增1。3. 3. 2實時時鐘實現(xiàn)的基本方法時鐘的最小計時單位是秒，但使用定時器的方式1,最大的定時時間也只能達到 131mso我們可把定時器的定時時間定為50mso這樣，計數(shù)溢出20次即可得到時鐘的最 小計時單位：秒。而計數(shù)20次可以用軟件實現(xiàn)。秒計時是采用中斷方式進行溢出次數(shù)的累積，計滿20次，即得到秒計時。從秒到 分，從分到時是通過軟件累加并進行比較的方法來實現(xiàn)的。要求每滿1秒，則“秒”單 元中的內(nèi)容加

25、1; “秒”單元滿60,則“分”單元中的內(nèi)容加1； “分”單元滿60,則“時” 單元中的內(nèi)容加1； “時”單元滿24,則將時、分、秒的內(nèi)容全部清零。3.3.3實時時鐘程序設計步驟：（1）選擇工作方式，計算初值；（2）采用中斷方式進行溢出次數(shù)累計；（3）從秒一一分一一時的計時是通過累加和數(shù)值比較實現(xiàn)的；（4）時鐘顯示緩沖區(qū)：時鐘時間在方位數(shù)碼管上進行顯示，為此在內(nèi)部ram中要設 置顯示緩沖區(qū)，共6個地址單元。顯示緩沖區(qū)從左到右依次存放時、分、秒數(shù)值；（5）主程序：主要進行定時器/計數(shù)器的初始化編程，然后反復調用顯示子程序的 方法等待中斷的到來；（6）中斷服務程序：進行計時操作；（7）加1子程序：

26、用于完成對時、分、秒的加操作，中斷服務程序在秒、分、時加 1時共有三種條調用加1子程序，包括三項內(nèi)容：合字、加1并進行十進制調整、分字。movxmovmovmovmovmovmovmovmovmovmovmovjnbp1.0, l00p1 setb trolcall display jnbp1. 1, l00p3 sjmp l00p4clr trosjmp showsetb trosjmpshow顯示子程序-display: movr7, #6mov r5, #0loop:loop1:show:loop2:l00p3:l00p4:dptr, a tmod,#01h tho, #3ch tlo,

27、#oboh 26h, #00h 25h, #00h 24h, #00h 23h,#00h 22h, #00h 21h, #00h 20h, #00hie,#82h;選擇方法，定時器to,方式1；定時器to賦初值；數(shù)碼管賦初值;開中斷,10000010b；p1.0若為0,則轉移到l00p1;若不為0,則向下執(zhí)行 ；開定時器to;調用顯示子程序；p1. 1若為0,則轉移到l00p3;若不為0,則向下執(zhí)行 ;跳轉到l00p4；關定時器t0;跳轉到show；開定時器to;跳轉到show；6個數(shù)碼管d8255cequ8002h;8255 pc 口地址d8255equ8003h;8255狀態(tài)/命令口地址l

28、edbufequ20h；顯示緩存org0000h;從0000h存儲單元開始ljmpstartorgooobh;定時器t0中斷入口地址ljmpttiorg01 oohstart:movsp,#80h；堆棧地址movdptr, #d8255;狀態(tài)命令口地址mova, #80h;方式0, pb, pc 口輸出;8255;8255pa 口地址pb 口地址equequ8000h8001h4.源程序代碼4. 1實驗程序代碼如下:d8255ad8255bmovro, ttledbuf；顯示緩存dloop:mova, r5rlarlarlaanla,# 11111011bincr5；r5 加 1movdptr

29、, sd8255c;pc 口地址movxdptr, a;點亮對應的ledmova, r0movdptr,#ledseg；查表movca,©a+dptrincro;r0 加 1movdptr, sd8255b;pb 口地址movxdptr,a;顯示數(shù)據(jù)lcalldelay;調用delaydjnzr7,dloop；減1不為0,則轉移到dloopretdelay:pushr7mov r7, #200delayloop:nopdjnzr7, delayloop；減1不為0,則轉移到delaylooppopr7retledseg:db3fh, 06h,5bh, 4fh,66h, 6dh;0, 1, 2,3, 4, 5db7dh, 07h,7fh, 6fh,