AT89C51電子時鐘課程設計(8位)C編

1、第一章 序論設計目的：1、增進對MCS5單片機電路的感性認識，加深對理論方面的理解；掌握 Protel99SE ， Proteus, ， Keil 軟件的有關知識；了解和掌握軟硬件設計過程、方法及實現(xiàn)；2、通過基于單片機的數(shù)字電子鐘的設計的設計練習，了解必須提交的各項工程文件，也達到鞏固、充實和綜合運用所學知識解決實際問題的目的。實驗環(huán)境：1、增進對MCS5單片機電路的感性認識，加深對理論方面的理解；掌握 Protel99SE ， Proteus, ， Keil 軟件的有關知識；了解和掌握軟硬件設計過程、方法及實現(xiàn)；2、 通過基于單片機的數(shù)字電子鐘的設計的設計練習，了解必須提交的各項工程文件，

2、也達到鞏固、充實和綜合運用所學知識解決實際問題的目的。任務要求：1、查閱課題相關資料，深入理解課題含義及設計要求，注意材料收集與整理；2、設計一個時鐘系統(tǒng)，實現(xiàn)以24 小時為一個周期，同時8 位 7段LED數(shù)碼管顯示小時、分鐘和秒的要求；3、 該時鐘在計時過程中具有定時功能，當時間到達提前定好的時 間進行蜂鳴報時;4、設計四個按鍵S1、S2、S3和S4鍵，進行相應的操作就可實現(xiàn) 校時、定時、復位功能。5、設計系統(tǒng)原理圖，利用 Protel99SE繪制原理圖，設計程序， 利用Proteus仿真軟件進行系統(tǒng)調試；6、結束后，及時提交設計報告（含紙質稿、電子稿），要求格式 規(guī)范、內容完整、結論正確，

3、正文字數(shù)不少于3000字。第二章硬件設計1、電路原理圖司本I*+予0X的一工工量卡戶 智胞黑 曲通過-93!單片機采用AT89C51型時間顯示電路：采用一個P2 口作為掃描信號8位共陰極數(shù)碼管，P1 口驅動顯示數(shù)字,時間設置電路：P3.0、P3.1、P3.2分別連接了 3個按鍵，實現(xiàn)調試模式、時間加和時間減鬧鐘:P3.3 口接揚聲器2、單片機最小系統(tǒng)C1THC2T1C3c 1.二XICRYFALR1-i 7k3山 tTEk XT AllPOOJADOPC 1/AD1 PO 5JAD2 POADt P04AD4 P05/AD5FC 6/AD6PC 7JAD729江Tn二滬, ALE 二二P2,C

4、VA6P2.17A9P2,2/ATQ P2 A/A11 P2 4M12 P2.5/A13 P2 6i/A14P2.7M15?更I斗更二2i-；RC- ?7DCCPl i F 1 1P1 2P1.3P1.4P1 5F I.0PI 7/ J/RXD P5.17TXD P3 2陽府 M J/ihiTT戶34ToPS3I -P3 .WRPMZEJ214 H -k7ATBQC51NET=3C10為什么稱之為單片機最小系統(tǒng)呢？單片機最小系統(tǒng)，也叫做單片 機最小應用系統(tǒng)，是指用最少的原件組成單片機可以工作的系統(tǒng)。 單 片機最小系統(tǒng)的三要素就是電源、晶振、復位電路復位電路：由電容串聯(lián)電阻構成，由圖并結合 “電

5、容電壓不能突 變"的性質可以知道，當系統(tǒng)一上電，RST腳將會出現(xiàn)高電平，并且， 這個高電平持續(xù)的時間由電路的 RC值來決定。典型的51單片機當 RSTW的高電平持續(xù)兩個機器周。晶振電路：晶振，又叫晶體振蕩器，從這個名字我們就可以看出他起到的作用是為單片機系統(tǒng)提供來， 它注定一生都要不停振蕩的?；鶞蕰r鐘信號，類似于我們部隊訓練時喊口令的人，單片機內部所有的工作都是以這個時鐘信號為步調基準來進行工作的。STC89C52 單片機的18腳和19腳是晶振引腳，我們接了一個12MHz（產生精確 的uS級時歇，方便定時操作），外加兩個30pF的電容，電容的作用 是幫助晶振起振，并維持振蕩信號的穩(wěn)定

6、。時鐘電路產生的振蕩脈沖經過觸發(fā)器進行二分頻之后，才成為單片機的時鐘脈沖信號。所以，適當組合 RC的取值就可以保證可靠的復位。一般推薦C取0.1u, R取4.7K。當然也有其他取法的，原則就是要讓RC組合可以在RST腳上產生不少于2個機周期的高電平。至于如何具體定量計算， 可以參考電路分析相關書籍。這里我們使用上電復位和按鍵復位兩種方式3、元件清單151SFile View Edit Tools De tign Graph Source DetP|L| DEVICES |Q57SEG-MPXe-CC-BLUEC ???；&liuzizhong *L3 P ctrssion j川L5245

7、 AT99C51 BUTTON CAP CRYSTAL RES SPEAKER電子鐘元器件清單元件名稱規(guī)格型號數(shù)量（個）單片機AT89c511晶振12MHz1電容30uF2電容0.1 F1按鍵BUTTON4液晶顯示7SEG-MPX8-CC-bule14、顯示工作原理：系統(tǒng)采用動態(tài)顯示方式，用P0口來才5制LED數(shù)碼管的段控線，而用 P2口來控制其位控線。動態(tài)顯示通常都是采用動態(tài)掃描的方法進行顯示，即循環(huán)點亮每一個數(shù)碼管，這樣雖然在 任何時刻都只有一位數(shù)碼管被點亮，但由于人眼存在視覺殘留效應， 只要每位數(shù)碼管間隔時間足夠短，就可以給人以同時顯示的感覺。5、設計方案與實現(xiàn) 本課題采用軟件程序設計的

8、方案，利用MCS-51 內部的定時/計數(shù)器進行中斷定時，LED數(shù)碼顯示器和按鍵，配合軟 件延時實現(xiàn)時、分、秒的計時。運用串行通信方式且計時不占用CPU時間，能夠充分利用好CPU第三章軟件設計流程及描述1、軟件介紹Keil C51是美國Keil Software公司出品的51系列兼容單片機C 語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比，C語言在功能上、結構性、可讀性、 可維護性上有明顯的優(yōu)勢，因而易學易用。Keil提供了包括C編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個功能強大的仿真調試器等在內的 完整開發(fā)方案，通過一個集成開發(fā)環(huán)境（uVision ）將這些部分組合 在一起。運行 Keil軟件需要 WIN98 NK

9、WIN2000 WINX喈操作系 統(tǒng)。如果你使用C語言編程，那么Keil幾乎就是你的不二之選，即 使不使用C語言而僅用匯編語言編程，其方便易用的集成環(huán)境、強大 的軟件仿真調試工具也會令你事半功倍。優(yōu)點：1 . Keil C51生成的目標代碼效率非常之高，多數(shù)語句生成的匯編 代碼很緊湊，容易理解。在開發(fā)大型軟件時更能體現(xiàn)高級語言的優(yōu)勢C2 .與匯編相比，C語言在功能上、結構性、可讀性、可維護性上有明顯的優(yōu)勢，因而易學易用。用過匯編語言后再使用 C來開發(fā)，體 會更加深刻。2、MCS-51單片機的定時器/計數(shù)器MCS-51單片機共有兩個可編程的定時器/計數(shù)器，分別稱定時器/ 計數(shù)器0和定時器/計數(shù)器

10、1。它們都是十六位加法計數(shù)結構，分別 由TH0 （地址8CH和TLo （地址8AH 及TH （地址8DH和TLi （地 址8BH兩個8位計數(shù)器組成。這四個計數(shù)器均屬專用寄存器之列。MCS-51的每個定時器/計數(shù)器都具有定時和計數(shù)兩種功能。1 .計數(shù)功能所謂計數(shù)是指對外部事件進行計數(shù)。外部事件的發(fā)生以輸入脈沖 表示，因此計數(shù)功能的實質就是對外來脈沖進行計數(shù)。2 .定時功能定時功能也是通過計數(shù)器的計數(shù)來實現(xiàn)的。不過此時的計數(shù)脈沖 來自單片機的內部，即每個機器周期產生一個計數(shù)脈沖。 也就是每個 機器周期計數(shù)器加1。由于一個機器周期等于12個振蕩脈沖周期， 因此計數(shù)頻率為振蕩頻率的1/12。定時器/計

11、數(shù)器提供給用戶使用的有：八位計數(shù)器 TH和TL,以及 有關的控制位。這些內容只能以軟件方法使用。3、MCS-51定時器/計數(shù)器的四種工作方式1 .定時工作方式0方式。是13位計數(shù)結構的工作方式，其計數(shù)器由 TH全部8位和TL0的低5位構成。當TL0的低5位計數(shù)溢出時，向TH進位，而全部 13位計數(shù)溢出時，則向計數(shù)溢出標志位 TFo進位。在方式0下，當為計數(shù)工作方式時，計數(shù)值的范圍是： 1318192 （2 ）當為定時工作方式時，定時時間的計算公式為：（213計數(shù)初值）X晶振周期X 12 或 （213計數(shù)初值）X機器 周期其時間單位與晶振周期或機器周期相同（s）。2 .定時工作方式1方式1是16

12、位計數(shù)結構的工作方式，計數(shù)器由TH全部8位和TL0 全部8位構成。當為計數(shù)工作方式時，計數(shù)值的范圍是：1 65536 （216）當為定時工作方式時，定時時間計算公式為： （216計數(shù)初值）X晶振周期X 12或（216計數(shù)初值）X機器周期3 .定時工作方式2工作方式2是自動重新加載工作方式。在這種工作方式下，把16位計數(shù)器分為兩部分，即以TL作計數(shù)器，以TH作預置寄存器，初始 化時把計數(shù)初值分別裝入TL和TH中。當計數(shù)溢出后，不是像前兩種工作方式那樣通過軟件方法，而是由預置寄存器TH以硬件方法自動給計數(shù)器TL重新加載。變軟件加載為硬件加載。初始化時，8位計數(shù)初值同時裝入TLo和TH中。當TLo計

13、數(shù)溢出時， 置位TR,同時把保存在預置寄存器 TH0中的計數(shù)初值自動加載TL0, 然后TLo重新計數(shù)。如此重復不止。這不但省去了用戶程序中的重裝 指令，而且也有利于提高定時精度。但這種工作方式下是8位計數(shù)結 構，計數(shù)值有限，最大只能到255。這種自動重新加載工作方式非常適用于循環(huán)定時或循環(huán)計數(shù)應 用，例如用于產生固定脈寬的脈沖，此外還可以作串行數(shù)據(jù)通信的波 特率發(fā)送器使用。4、程序模塊此部分主要介紹定時模塊，和顯示模塊。定時部分采用經典的定 時器定時。它實現(xiàn)了數(shù)字鐘的主要部分，和秒表的主要部分，以及產 生報時信號，定時設置。顯示模塊是實現(xiàn)數(shù)字鐘的又一重要部分，其 模塊的的獨立程度直接影響到數(shù)字

14、鐘的可視化程度。在此部分的設計中，設置專用顯示數(shù)據(jù)緩沖，與分，時及其他數(shù)據(jù)緩沖區(qū)數(shù)據(jù)區(qū)別， 在其中存放的是顯示段碼，而其他緩沖區(qū)存放的是時間數(shù)據(jù)。 在顯示 時，首先將時間十進制數(shù)據(jù)轉化為顯示段碼，然后送往數(shù)碼管顯示。顯示段碼采用動態(tài)掃描的方式。在要求改變顯示數(shù)據(jù)的類別時，只需 將指向數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的指針指向的十進制數(shù)據(jù)緩沖區(qū)即可。數(shù)據(jù)調整：數(shù)據(jù)調整有多種方式。一，可以直接進入相關狀態(tài)進 行有關操作，二，將調整分兩步，先進入狀態(tài)，然后執(zhí)行操作，這兩步分別由兩個鍵控制。方式一，比較直接，設計思想也比較簡單，但 是，這種方式存在操作時間和控制鍵數(shù)目的矛盾。 如果用比較少的鍵， 那么可能會在進入狀態(tài)后處于

15、數(shù)據(jù)調整等待狀態(tài)，這樣會影響到顯示 的掃描速度（顯示部分可以采用8279芯片來控制，可以解決此問題）。 當然在這種方式下，還可以使用多個狀態(tài)鍵，每個狀態(tài)鍵，完成一個 對應數(shù)據(jù)的調整。如果采用二的方式，就不會出現(xiàn)這種情況。定時準確性的討論：程序中定時器，一直處于運行狀態(tài)，也就是 說定時器是理想運作的，具中斷程序每隔0.1秒執(zhí)行一次，在理想狀 態(tài)下，定時器定時是沒有系統(tǒng)誤差的，但由于定時器中斷溢出后，定 時器從0開始計數(shù)，直到被重新置數(shù)，才開始正確定時，這樣中斷溢 出到中斷響應到定時器被重新置數(shù)，其間消耗的時間就造成了定時器 定時的誤差。如果在前述定時器不關的情況下， 在中斷程序的一開始 就給定時

16、器置數(shù)，此時誤差最小，誤差大約為：每 0.1秒，誤差7一 12個機器周期。當然這是在定時器定時剛好為 0.1秒時的情況，由 以上分析，如果數(shù)字鐘設計為查詢的方式或是在中斷的方式下將定時 器中斷設置為最高級，我們在定時值設置時，可以適當?shù)目鄢?個機 器周期的時間值。但如果在中斷的情況下，沒有將定時器中斷設置為 最高級，那就要視中斷程序的大小，在定時值設置時，扣除相應的時 間值。軟件消抖：消抖可以采用硬件（施密特觸發(fā)器）的方式，也可以 采用軟件的方式。在此只討論軟件方式。軟件消抖有定時器定時，和利用延時子程序兩種方式。一，定時器定時消抖可以不影響顯示模塊掃描速度，其實現(xiàn)方法是：設置標志位，在定時器

17、中斷中將其置位，然后在程序中查詢。將其中斷優(yōu)先級設置為低于時鐘定時中斷，那么它就可以完全不影響時鐘定時。二，在采用延時子程序時，如果顯示模塊的掃描速度本來就不是很快，此時可能會影響到顯示的效果，一般情況下，每秒的掃描次數(shù)不應小于50次，否則，數(shù)碼的顯示會出現(xiàn)閃爍的情況。因此，延時子程序的延時時間應該小于20毫秒，如果采用定時器定時的方式，延時時間不影響時鐘。5、 Keil C51 軟件 - 新建工程對于單片機程序來說，每個功能程序，都必須要有一個配套的工程( Project ) ， 即使是簡單的功能程序也不例外，因此我們首先要新建一個工程，打開我們的Keil 軟件后，點擊：Project-&g

18、t;NewuVision Project.然后會出現(xiàn)一個新建工程的界面Pl File Edit 小匕可a:+ Dr-nug Fhiih Pejipherak Too 工 SVCS- Window Hle-lpNfr* Prejtct.Import. pViionl Project,., Op? 11 Project.Cle-sfl -rojec?舄 CDmEcnentE, Em.'irormhent Books.Sdrct De1/匚e for Target Targct 1'Optcus far Target 'Tarflet 1'Rebuild M 怕yrt

19、 fiT i HP UNtw 匚MJiiff&lip| 3 1 CrxUMrsAdmiri&tratoDet-lop'vguaDiii'.EhuzizhoTig.uwi三 C:Usr r5*Adm"5tri!rt©iryDnkgp由1椎"Sh十'c瑞匕hi L ong.LvZ2 C'LlwEAdmir ；&tr atoAeitopg 忠十科©M 1,SH UZIZH DNGuv25 'C:lJ-xrfr-rsyUlmF iatr<lorPe-&ktE3p0il X3Juv36

20、C;Um rAdmir igtrartoDe 5-ctcp2'313 2 的元陽ajWZ（電景日上一巾卜附尸加他門不沖心同工短的巨會小燈.3?g F；，光氏架利板子期串戶jdj*GW©沖3d-ng" »dt.Uv22 GUJ 比 ridmr istratcirSDc 11ktopKOIUf Sid .LvZ電！ E在任意文件夾中保存"shuzizhong ”文件，軟件會自動添加擴展名.uv2保存之后會彈出一個對話框，這個對話框讓我們選擇單片機型號， 我們選擇AT89C51Select Device for Target Ta-get I1mVen

21、dor； At 喻式Device： AT89C51.Toolset C51Dat* 電=Use Ewtended Linker (UtSl) in式電電d of BLS1Use Extended Assembler (AX51) instead. o£ ASIDescription.AT87F51BCAT87F52AT07F55IDAT39C1O51ATMCIOSIUAT89C2OS1ATC4OSlAT89csiW39C5U5 XTgCBOl 的用巧1 M3 KT39C51CC03 nr0051-Iased Fullly SUtic CWOS controller with 32 I

22、/i >2 Timers/Countersz 6 Internipts/S Friori ty LevelsH UART, Three-Level Prengram IMemory Lock, 4K Bytes Flash Mentory, 128 Bytes On-chip RAM幫助工程有了之后，我們要建立編寫代碼的文件，點擊File->New ,新建一個文件，也就是我們編寫程序的平臺。然后點File->Save或者直接點擊那個Save的快捷鍵，可以保存文件，保存時我們把它命名為shuzishizhong.c ,這個地方必須加上.c,因為如果寫匯編語言，這個地方的擴展名是

23、.asm現(xiàn)在我們就可以在我們建立好的文件中輸入我們的程序代碼了，在編寫之前還有個工作要做。我們每做一個功能程序，必須要新建一個工 程，一個工程代表了單片機要實現(xiàn)的一個功能。但是一個工程，有時 候我們可以把我們的程序分多個文件寫，所以每寫一個文件，我們都要添加到我們所建立的工程中去，鼠標右鍵點Source Group1，點 Add Files to Group'Source Group 1 '.7j shuzizhong - g|i3icn3 - CsersV'dmini-stratorXDesktopguapiiiihu.目 File Edit View Project

24、 Debug Flaeh Peripherals Toole SVCG 窗5 HI 4 | K心色 津童R二 聃國幽 r Target 1二| 小 需Project Wo rkspi&CELJ J Target 1Options for Group 'Source Group lrOpen List FileOpen Map FileOpen File 圜 Rebuild target 國:i Build targetTranslate File X Stop buildNew GroupAdd Files to Group Source Group 1'小 Manag

25、e CcriponentsRemove Group Source Group ld and it's Files叵| Include Dependeridesnr 7在彈出的對話框中，單擊 shuzishizhong.c選中它，然后點 Add,或者直接雙擊shuzishizhong.c都可以將文件加入到這個工程下, 然后單擊Close ,關閉添加。這個時候大家會看到在 Source Group1下邊又多了一個shuzishizhong.c 文件。明 Add File-s to Group ,Source Group 1然后就可以編寫程序了，下面是編寫界面的介紹:6、程序流程圖timel

26、7、程序編譯并生成HE雙件自 lit LdKQebugi g小 Fn«heriH 工E日 制口 向Ecw 邸中* he，B金電E| flHI9PuEJ.R!BdLB CMKIiI : iKbH 叱 we Lur DOS »5 tno Eni r12 UIJ m« m(n?urrrsid 加工桃痔蟲M 防物Ng帕嗚01101:"用一4 + HwiFifud ohir 聞; ,1 fm n*。酎/川=山 Fj=U.3iS-T .：由二號揮.叫/5f |R,uraj-afiu I Tr-iii iTQifbi>Li.f7r HierfPQi 3fBGib

27、r, Lte7t| ./ 1J |feunnfEUBd chai 艮bl uwi 丸十 £2=F5'l.二二 w節(jié)料理右龍上正常曹方工白父內用甘天st d EEEkJ 3吟 _ii- ；id '±rlaj-CiirF3|rd ri019 IDOT 022 m 4D24用 m mi 吃 M3 雨 Tint .i-1-=0 1,：>.*-«for i：3J=n gd 3-1;blUXrTWiZ-Hi : ,TL=Dt!8.酗：3 Shrnihirsj4*7 缶y -*： o即【o "舊7】 crfirfttinsi h0工 口la fr

28、ttii "shiibDng1", BEibi'z£ioD|,1 4 0 Er7口Hi 1P D Wnm口gf,JI,keMbA如上圖所示為編譯成功的提示,若有錯誤提示，雙擊錯誤提示則會自動跳轉到錯誤代碼行，方便進行修改。第四章調試仿真1、軟件介紹Proteus軟件是來自英國 Labcenter electronics 公司的EDA工 具軟件，Proteus軟件有十多年的歷史，在全球廣泛使用，除了其具 有和其它EDAX具一樣的原理布圖、PCB自動或人工布線及電路仿真 的功能外，其革命性的功能是，他的電路仿真是互動的，針對微處理 器的應用，還可以直接在基于原

29、理圖的虛擬原型上編程，并實現(xiàn)軟件源碼級的實時調試，如有顯示及輸出，還能看到運行后輸入輸出的效 果，配合系統(tǒng)配置的虛擬儀器如示波器、邏輯分析儀等2、加載程序點擊要加載的HE雙件3、仿真運行點擊左下角|L) | i. | iirig按鈕，仿真運行開始。并能直接 觀察整個電路的運行輸出結果。muiKDVWnlJ-3 45 fr-r h- D u D-h n u D 冏Rllu用聞山川印 nFT泡也JKII H勒氏MEG，力Mffl第五章總結通過這次的設計使我認識到我對單片機編程方面的知識知道的太 少了，對于書本上的很多知識還不能靈活運用， 有很多我們需要掌握 的知識在等著我去學習，我會在以后的學習生

30、活中彌補我所缺少的知 識。本次的設計使我從中學到了 一些很重要的東西， 那就是如何從理 論到實踐的轉化。同時在大學的課堂上學習的只是在給我們灌輸專業(yè)知識，而我們應該把所學的用到我們現(xiàn)實生活中去，此次的電子時鐘設計給我奠定 了一個實踐的基礎，我會在以后的工作生活中不斷的磨練自己， 讓自 己更好的立足于社會。附件：程序代碼#include <reg51.h>unsigned char led12=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0punsigned char b8=0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf,0x

31、bf,0x7f;/ 掃描unsigned char k=0;unsigned int temp; / 記錄毫秒為秒的變量unsigned char M,S_flag; /M 是模式，更新時間的種模式加上正常模式S_flag 閃爍標志sbit K1=P3A0;sbit K2=P3A1；sbit K3=P3A2;sbit BEEP=P3A3;void delay(unsigned n)/0.2 毫秒pint x,y;for(x=0;x<n;x+)for(y=0;y<24;y+);void init()M=0;S_flag=0; / 閃爍標志位TMOD=0x10; / 定時器以方式定時T

32、H1=0xfc;TL1=0x18;EA=1;/ 打開總中斷ET1=1; / 允許定時器中斷TR1=1; / 開啟定時器( 開始定時計數(shù))void display_led()P1=led11;void time1() interrupt 3/ 定時器中斷函數(shù)TH1=0xfc;/ 定時 msTL1=0x18;temp+;if(temp=1000)/ 配合定時器定時s temp=0;second+;if(second=59) second=0;if(minute<59) minute+; else minute=0;hour+; hour%=24;鬧鐘時間到if(hour1=hour&

33、&minute1=minute&&second<10)/ BEEP=!BEEP; if(temp%250=0)/每 msS_flag=!S_flag;/ 閃爍標志位取反if(k=8) k=0;P1=ak;P2=bk+;delay(1);P2=0xff;void display()switch(M)case 0:a0=ledhour/10;a1=ledhour%10;a2=led10;a3=ledminute/10;a4=ledminute%10;a5=led10;a6=ledsecond/10;a7=ledsecond%10;break;case 1: if(S_

34、flag=1) a0=ledhour/10;a1=ledhour%10; elsea0=led11;a1=led11;a2=led10;a3=ledminute/10;a4=ledminute%10;a5=led10;a6=ledsecond/10;a7=ledsecond%10;break;case 2:a0=ledhour/10;a1=ledhour%10;a2=led10;if(S_flag=1)a3=ledminute/10;a4=ledminute%10;elsea3=led11;a4=led11;a5=led10;a6=ledsecond/10;a7=ledsecond%10;break;case 3:if(S_flag=1)a0=ledhour1/10;a1=ledhour1%10;elsea