單片機的電子時鐘資料講解

1、濟源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計題目單片機的電子鐘設(shè)計系別電氣工程系專業(yè)應(yīng)用電子技術(shù)班級電技0801姓名電見學(xué)號08020213指導(dǎo)教師苗紹強日期2021年12月設(shè)計任務(wù)書設(shè)計題目:單片機的電子鐘設(shè)計設(shè)計要求：1 .設(shè)計一個具有特定功能的電子鐘.該電子鐘上電或按鍵復(fù)位后能自動顯示系統(tǒng)提示符“P.,進入時鐘準備狀態(tài)；第一次按電子鐘啟動/調(diào)整鍵,電子鐘從0時0分0秒開始運行,進入時鐘運行狀態(tài)；再次按電子鐘啟動/調(diào)整鍵,那么電子鐘進入時鐘調(diào)整狀態(tài),此時可利用各調(diào)整鍵調(diào)整時間,調(diào)整結(jié)束后可按啟動/調(diào)整鍵再次進入時鐘運行狀態(tài).2 .設(shè)計完成上述功能的相應(yīng)的硬件調(diào)試和軟件調(diào)試.3.完成焊接和實物電路的調(diào)試.設(shè)計進

2、度要求：第一周：選定設(shè)計題目,查找、搜集相關(guān)資料.第二周：了解各元器件、模塊的功能及使用方法.第三周：硬件電路的設(shè)計.第四周：相應(yīng)軟件設(shè)計程序設(shè)計.第五周：利用相關(guān)的仿真軟件測試并記錄相關(guān)的數(shù)據(jù)和錯誤.第六周：焊接實物電路,并且在實物電路上調(diào)試并且記錄相關(guān)的數(shù)據(jù)和問題.第七周：寫畢業(yè)論文.第八周：畢業(yè)辯論.指導(dǎo)教師簽名摘要時鐘,自從它創(chuàng)造的那天起,就成為人類的朋友,但隨著時間的推移,科學(xué)技術(shù)的不斷開展,人們對時間計量的精度要求越來越高,應(yīng)用越來越廣.怎樣讓時鐘更好的為人民效勞,怎樣讓我們的老朋友煥發(fā)青春呢？這就要求人們不斷設(shè)計出新型時鐘.數(shù)字電子鐘的設(shè)計方法有多種,其中,利用單片機實現(xiàn)的電子鐘

3、具有編程靈活,便于電子鐘功能的擴充,即可用該電子鐘發(fā)出各種限制信號,精確度高等特點,同時可以用該電子鐘發(fā)出各種限制信號.本設(shè)計主要介紹用單片機內(nèi)部的定時/計數(shù)器來實現(xiàn)電子時鐘的方法,本設(shè)計由單片機AT89C52E片和LEDR碼管為核心,輔以必要的電路,構(gòu)成了一個單片機電子時鐘.與傳統(tǒng)機械表相比,它具有走時精確,顯示直觀等特點.它的計時周期為24小時,顯滿刻度為“23時59分59秒,另外具有校時功能等特點.關(guān)鍵詞：電子鐘,單片機,匯編目錄摘要III目錄1第1章總體方案的介紹21.1 電子鐘功能介紹21.2 總體方案介紹31.3 電子鐘電路原理圖41.4 元件清單4第2章硬件系統(tǒng)設(shè)計52.1 單片

4、機的選擇52.2 復(fù)位電路82.3 晶振電路92.4 顯示電路102.5 按鍵電路10第3章軟件系統(tǒng)設(shè)計123.1 電子鐘主程序流程框圖123.2 鍵掃子程序流程框圖133.3 中斷效勞程序流程框圖143.4 “P.點顯示子程序流程框圖153.5 顯示子程序流程框圖16第4章電子鐘的使用說明及調(diào)試運行184.1 使用說明書184.2 電子鐘運行結(jié)果194.4 誤差分析21參考資料22致謝23第1章總體方案的介紹1.1 電子鐘功能介紹可調(diào)整運行的電子鐘具有三種工作狀態(tài)：“P.狀態(tài)、運行狀態(tài)、調(diào)整狀態(tài).(1)、“P.狀態(tài),依靠上電或按復(fù)位鍵進入,在此狀態(tài)下,按B、C、D鍵均無效,按A鍵有效,進入運

5、行狀態(tài)；(2)、運行狀態(tài),按奇數(shù)次A鍵進入,在此狀態(tài)下,按RCD鍵均無效,只有按A鍵有效,按下A鍵后,退出運行狀態(tài),進入調(diào)整狀態(tài)；(3)、調(diào)整狀態(tài),按偶數(shù)次A鍵進入,在此狀態(tài)下,按A、B、C、D鍵均有效.如按下A鍵,那么退出調(diào)整狀態(tài),進入運行狀態(tài)；按下B、CD鍵,那么分別對時、分、秒加1,調(diào)整結(jié)束后必須按A鍵,即可退出調(diào)整狀態(tài),進入運行狀態(tài).根本功能要求：“P.穩(wěn)定地顯示在LED顯示器的最左端數(shù)碼管(LED5上,無A鍵按下(在“P.狀態(tài)下,按下B、CD鍵無效),那么不進入電子鐘的運行狀態(tài),繼續(xù)顯示“P.按下A鍵后,電子鐘以起始時間：00時00分00秒開始運行.再次按下A鍵后,電子鐘退出運行狀態(tài)

6、,進入調(diào)整狀態(tài),利用B、C、D鍵把電子鐘的顯示時間修改為當前實時時間,時間修改正確后可再次按下A鍵,電子鐘那么退出調(diào)整狀態(tài),進入運行狀態(tài).注意：每次按下B、C、D鍵,只允許加一,不允許連加.(1)、在調(diào)整狀態(tài)下,按下B、C、D鍵,允許連加,而A鍵無論在何種狀態(tài)下,均不允許連擊；( 2) 、時、分、秒的間隔符“.以一定頻率閃爍；( 3) 、時間顯示以“滅零方式進行；(4)、可調(diào)整運行的電子鐘用兩個按鍵(例如：A鍵、B鍵)來限制.1.2總體方案介紹1 .計時方案利用AT89C5彈片機內(nèi)部的定時/計數(shù)器進行中斷定時,配合軟件延時實現(xiàn)時、分、秒的計時.該方案節(jié)省硬件本錢,且能使讀者在定時/計數(shù)器的使用

7、、中斷及程序設(shè)計方面得到鍛煉與提升,對單片機的指令系統(tǒng)能有更深入的了解.2 .鍵盤/顯示方案AT89C52的P0口和P2口外接由六個LED數(shù)碼管(LED5LED0)構(gòu)成的顯示器,用P0口作LED的段碼輸出口,P2口作六個LED數(shù)碼管的位控輸出線,P1口外接四個按鍵A、B、C、D構(gòu)成鍵盤電路.AT89C52是一種低功耗,高性能的CMOS位微型計算機.它帶有8KFlash可編程和擦除的只讀存儲器(EPROM該器彳采用ATMEL勺高密度非易失性存儲器技術(shù)制造,與工業(yè)上標準的80C52和80S52的指令系統(tǒng)及引腳兼容,片內(nèi)Flash集成在一個芯片上,可用與解決復(fù)雜的問題,且本錢較低.簡易電子鐘的功能不

8、復(fù)雜,采用其現(xiàn)有的I/O便可完成,所以本書中采用此的設(shè)計方案,結(jié)構(gòu)如圖1.1如示.圖1.1硬件框圖1.3 電子鐘電路原理圖電子鐘原理圖見附錄11.4 元件清單電子鐘元件清單如表1所示:表1電子鐘元器件清單元件名稱規(guī)格型號數(shù)量個單片機AT89C5218位一體的共陽LED顯示器7SEG-MPX8-CA-BLUE1晶振12MHz1電容33pF2電容22pF1按鍵BUTTON5電阻0.2K1電阻1K1限流電阻0.1K8第2章硬件系統(tǒng)設(shè)計硬件電路主要包括：單片機、晶振電路、復(fù)位電路、顯示電路、按鍵電路以及電源等幾局部.單片機的選擇：選用AT89C52I片機,配備11.0592MH鼎振.P1.0P1.3接

9、的是按鍵電路,P訴口P1口分別接的是位碼和斷碼.顯示電路的選擇：采用軟件譯碼器動態(tài)顯示,共陽極LE限碼管.復(fù)位電路的選擇：R3位電路.電源電路的選擇：采用直流+5Vfe源供電.2.1 單片機的選擇單片機實質(zhì)上是一個芯片,在實際應(yīng)用中,必須外加各種擴展接口電路、外部設(shè)備等相關(guān)硬件和軟件,才能構(gòu)成一個單片機系統(tǒng).盡管各類單片機很多,但無論是從世界范圍或是從全國范圍來看,使用最為廣泛的應(yīng)屬MCS-5俾片機.單片微型計算機市指集成在一個芯片上的微型計算機,也就是把組成微型計算機的各種功能部件,包括CPU隨機存儲器RAM只讀存儲器ROM根本輸入/輸出接口電路、定時器/計數(shù)器等部件都制作在一塊集成芯片上,

10、構(gòu)成一個完整的微型計算機,從而實現(xiàn)微型計算機的根本功能.89C52單片機是在一塊芯片中集成了CPU存儲器、定時器/計數(shù)器和多種功能的I/O現(xiàn)等一臺計算機所需的根本功能部件.主要包括1個8位CPU、1個片內(nèi)振蕩器及時鐘電路、128BRAM、4KBROM、2個16位定時器計數(shù)器、32條可編程的I/O線和一個可編程的全雙工串行接口、5個中斷源、2個中斷優(yōu)先級套中斷結(jié)構(gòu).1、 中央處理器CPU是單片機的內(nèi)部核心部件,是一個8位二進制數(shù)的中央處理單元,主要由運算器,限制器和存放器陣列構(gòu)成.2、限制器限制器是單片機內(nèi)部各部件按一定時序協(xié)調(diào)工作的限制核心,是分析和執(zhí)行指令的部件.限制器主要由程序計數(shù)器、指令

11、存放器、指令譯碼器、振蕩和定時限制邏輯電路等構(gòu)成.3、存放器陣列存放器陣列式單片機內(nèi)部的臨時存儲單元或固定用途單元,包括通用存放器組和專用存放器組.4、存儲器程序存儲器是可讀不可寫的,用于存放編號的程序和表格常數(shù).5、數(shù)據(jù)存儲器是即可讀也可寫的,用于存放運算的中間結(jié)果,進行數(shù)據(jù)暫存及數(shù)據(jù)緩沖等.6、定時器計數(shù)器89C52內(nèi)部有2個16位可編程定時器計數(shù)器,簡稱為定時器0(T0)和定時器1(T1),T0和T1在定時器限制存放器TCO洞定時器方式選擇寄存器TMOD勺限制下,可工作在定時器模式或計數(shù)器模式下,每種模式又有不同的工作方式.89C52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

12、中斷用于限制程序轉(zhuǎn)向.7、并行輸入輸出(I/O)口89C52共有4組8位I/O口尸0、P1、P2或P3),用于對外部數(shù)據(jù)的傳輸.89C52單片機內(nèi)部總線是單總線結(jié)構(gòu),即數(shù)據(jù)總線和地址總線是公用的.89C52有40條引腳,與其他51系列單片機引腳是兼容的.這40條引腳可分為I/O接口線、電源線、限制線、外接晶體線4局部.89C52單片機為雙列直插式封裝結(jié)構(gòu),如圖3.2所示.UZ19UH<FAL1PD.O/ADOPD.1/AD1P0.2/AD2XTAL2PD.3/AD3POAMPO5/AD5nO.E/AOGRSIPO.7/07P2H悶P22/A10orZEDq1工.211二二PSEMP23/

13、A11ALEP24/A12EAP25/A13P2.E/A14P27/A15P1.0fT2P3.CVR支iP1/7DEXR3.1/TXDP1.2F3.2/IKT0PI.JR3.3/imP1.4EOOP1,5P35/T1PLGP3.6WRP1'P3201上二：11工131W工1fcl圖2.189C52引腳分配圖Pin40:電源腳.工作電壓為+5VPin20：接地端P0口：P0口為一個8位漏極開路的雙向I/O口,每腳可以吸收8TTL門電流.當P0口的管腳第一次寫“1時,被定義為高阻輸入,P0口能夠用于外部數(shù)據(jù)存儲器,它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位,在FLASHY程時,P0口作為原碼輸入口,

14、當FLASH8行校馬時,P0口輸出原碼,此時,P0外部必須被拉高.P1口：P1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口,P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流,P1口管腳寫入1時,被內(nèi)部上拉為高,可用作輸出,P1口被外部下拉為低電平時,將輸出電流,這是由于內(nèi)部上拉的緣故.在FLASH®程和校驗時,P1口作為第八位地址接收.P2口：P2口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口,P2口緩沖器可以接收、輸出4個TTL門電流,當P2口被寫“1時,其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高,且作為輸入.因此作為輸入時,P2口的管腳被外部拉低,將輸出電流,這就是內(nèi)部上拉的緣故.P2口當用于外部程序存儲器或16位地址

15、外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時,P2口輸出地址的高八位.在給出地址“1時,它利用內(nèi)部上拉的優(yōu)勢,當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時,P2口輸出其特殊功能存放器的內(nèi)容.P2口在FLASH編程和校驗時接收八位地址信號和限制信號.P3口：P3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口,可以接收輸出4個TTL門電流.當P3口寫入“1時,它們被內(nèi)部上拉為高電平,并用作輸入.作為輸入,由于外部下拉為低電平；P3口將輸處電流ILL,這就是上拉的緣故.P3口也可以作為AT89C52的一些特殊功能口,如下所示：P3.0:RXD串行輸入口P3.1:TXD用行輸出口P3.2:即.外部中斷0P3.3:而外部中斷1P3.4:

16、T0定時/計數(shù)器0P3.5:T1定時/計數(shù)器1P3.6:詞外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通線P3.7:市!(外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通線)P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些限制信號RST復(fù)位輸出：當振蕩器復(fù)位時,要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間.XTAL1:反向振蕩器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入；XTAL2來自反向振蕩器的輸出.振蕩器特性XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出,該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器,石英振蕩器和陶瓷振蕩器均可采用,如果采用外部時鐘源驅(qū)動器件,XTAL2應(yīng)不連接,有余的輸入至內(nèi)部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器,因此對外部時鐘信號的脈沖沒有任何嚴格的要求,但必須保

17、證脈沖的上下電平要求的寬度.2.2 復(fù)位電路單片機在開機時或在工作中因干擾而使程序失控,或工作中程序處于某種死循環(huán)狀態(tài),在這種情況下都需要復(fù)位.復(fù)位的作用是使中央處理器CPU及其他功能部件都恢復(fù)到一個確定的初始狀態(tài),并從這個狀態(tài)重新開始工作.89C52單片機的復(fù)位靠外部電路實現(xiàn),信號由RESET(RST)唧輸入,高電平有效,在振蕩器工作時,只要保持RST引腳高電平兩個機器周期,單片機即復(fù)位.復(fù)位后,PC程序計數(shù)器的內(nèi)容為0000H,片內(nèi)RAM中內(nèi)容不變.復(fù)位電路一般有上電復(fù)位、手動開關(guān)復(fù)位和自動復(fù)位電路3種,而本設(shè)計中用到的是手動開關(guān)復(fù)位電路.如圖4.3所示.圖2.2單片機復(fù)位電路2.3 晶振

18、電路1 .晶體振蕩器的作用：石英晶體振蕩器也稱石英晶體諧振器,它用來穩(wěn)定頻率和選擇頻率,是一種可以取代LC諧振回路的晶體諧振元件.2 .本次設(shè)計所用的晶體振蕩電路如圖4.4所示:電圖2.3晶體振蕩電路路所選用的石英晶振頻率為12MHz時鐘此晶振周期就是單片機外接晶振的倒數(shù),例如12M的晶振,它的時間周期就是1/12us),是計算機中最根本的、最小的時間單位.在一個時鐘周期內(nèi),CPU僅完成一個最根本的動作.對于某種單片機,假設(shè)采用了1MHZ勺時鐘頻率,那么時鐘周期為1us；假設(shè)采用4MHZ勺時鐘頻率,那么時鐘周期為250us.由于時鐘脈沖是計算機的根本工作脈沖,它限制著計算機的工作節(jié)奏使計算機的

19、每一步都統(tǒng)一到它的步調(diào)上來.顯然,對同一種機型的計算機,時鐘頻率越高,計算機的工作速度就越快.但是,由于不同的計算機硬件電路和器件的不完全相同,所以其所需要的時鐘周頻率范圍也不一定相同.我們學(xué)習(xí)的51系列單片機的時鐘范圍是1.2MHz-12MHz2.4 顯示電路顯示電路中運用到的顯示器為8為一體的共陽極LED顯示器,P0和P2分別對應(yīng)的是斷碼和位碼,共陽數(shù)碼管在應(yīng)用時應(yīng)將公共極CO檄到+5V,當某一字段發(fā)光二極管的陰極為低電平時,相應(yīng)字段就點亮.當某一字段的陰極為高電平時,相應(yīng)字段就不亮.共陰數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陰極接到一起形成公共陰極COM的數(shù)碼管.共陰數(shù)碼管在應(yīng)用時應(yīng)將公共極COM

20、R到地線GND±,當某一字段發(fā)光二極管的陽極為高電平時,相應(yīng)字段就點亮.當某一字段的陽極為低電平時,相應(yīng)字段就不亮.如下圖USqaVV'VVVVf'VVPIT蕈I*ij*-q1,h<d4nt-aE而-|t>盥i&n覆爵搗iUlllll3frF®30WP加SPflJJ8I=1>132FW21RSJ.,="I-77JB影；2TP24旬箝HLLt圖2.4顯示電路2.5 按鍵電路電子鐘設(shè)置4個按鍵通過程序限制來完成電子鐘的啟、停及時間調(diào)整.A鍵限制電子鐘的啟、停；B鍵調(diào)整時；C鍵調(diào)整分；D鍵調(diào)整秒.它們所對應(yīng)的管腳分別為：A鍵對應(yīng)

21、的是P1.0,B鍵對應(yīng)的是P1.1,C一1R1k<lhHZ,鍵對應(yīng)的是P1.2,D鍵對應(yīng)的是P1.3.如下圖：Pr.QiT2I'i.1iT2EXPT2PT.3PT4Pr.ePr.aPr.7圖2.5按鍵電路圖第3章軟件系統(tǒng)設(shè)計3.1 電子鐘主程序流程框圖上電后程序開始系統(tǒng)初始化顯示“P.然后判斷A鍵是否按下,假設(shè)按下,進入自動計時狀態(tài),如果A鍵再次按下那么進入時間設(shè)置狀態(tài),再次按A鍵,那么進入時間調(diào)整后的狀態(tài),假設(shè)沒按下返回于時間設(shè)置狀態(tài).見圖3.1所示3.2 鍵掃子程序流程框圖進入開始后判斷是否有鍵閉合假設(shè)有,進入調(diào)顯示子程序,在判斷是否有鍵按下,假設(shè)有判斷按鍵是否放開,假設(shè)沒有

22、放開調(diào)用顯示子程序,假設(shè)放開保存鍵值A(chǔ)中.見圖3.2所示圖3.2鍵掃子程序流程框圖程框3.3 中斷效勞程序流程框圖中斷程序開始后進入現(xiàn)場保護,改變存放器組組號,重裝定時器計數(shù)初值,中斷次數(shù)減1,然后判斷是否滿8次,假設(shè)滿8次秒值加1,滿60秒后,秒緩沖單元1,滿24時后,時緩沖單元清0,分值加1,滿60分后,分緩沖單元清0,時值加清0,恢復(fù)存放器組組號,現(xiàn)場保護.見圖3.3所示113.3 中斷效勞程序流程框圖3.4 "P.點顯示子程序流程框圖開始后堆棧初始化,PSW®始化,RA麗始化,“P.字符序號送顯示緩沖區(qū),然后調(diào)顯子程序.見圖3.4所示圖3.4"P.點顯示子

23、程序流程框圖3.5顯示子程序流程框圖開始后,程序進入現(xiàn)場保護,開辟3組存放器,地址指針R0初始化、位控寄存器R2初始化,進出查表取段碼,段控碼送P0口,段位碼送P2口,延時1毫秒,位控碼左移,顯示緩沖區(qū)地址加1,8位LED顯示完否,假設(shè)顯示完恢復(fù)現(xiàn)場返回.假設(shè)沒返回查表取段碼.電子鐘的時鐘時間在六位數(shù)碼管上進行顯示,因此,在內(nèi)部RAW設(shè)置顯示緩沖區(qū)共8個單元.LED8LED7LED6LED5LED4LED3LED2LED137H36H35H34H33H32H31H30H時十位時個位分隔分十位分個位分隔秒十位秒個位見圖3.5所示第4章電子鐘的使用說明及調(diào)試運行4.1 使用說明書1. 操作說明時間

24、顯示：電子鐘上電后,8個數(shù)碼管顯示初始狀態(tài)即最左邊的一個數(shù)碼管顯示P.o如果未顯示P.,只需按一下復(fù)位鍵即可使其顯示出P.O按下A鍵后電子鐘進入自動計時狀態(tài),電子鐘顯示00時00分00秒并開始運行.時間調(diào)整：假設(shè)要進行時間調(diào)整,那么需再次按下A鍵,進入時間調(diào)整狀態(tài),然后分別按下B鍵調(diào)時,按下C鍵調(diào)分,按下D鍵調(diào)秒,按下B、C、D鍵并松開可使電子鐘的時,分,秒分別加一.調(diào)整好時間后,按下A鍵就可以回到調(diào)整好的時間為根底的自動計時狀態(tài).無論是在自動計時,還是在調(diào)整校正時,都可按下復(fù)位鍵使系統(tǒng)回到顯示P.的初始狀態(tài).其中B鍵顯示范圍為0-23,0為25點；C,D鍵顯示范圍為0-59,0為60分.4.2 電子鐘運行結(jié)果1 .待機如圖4.1所示CIPTP.aU3“5P.-144酎UIn.附HrmjjmL*>irhF；MImW圖4.1待機框圖2.后動如圖4.2所示圖4.2啟動框圖3.運行如圖4.3所示圖4.3運行框圖4.4誤差分析在調(diào)試運行過程中,在所有參數(shù)正確的情況下,我的結(jié)果仍出現(xiàn)運行緩慢情況.產(chǎn)生誤差的主要原因是我們用軟件計時,計時1秒是采用定時器的中斷效勞程序.當電子鐘運行1秒,執(zhí)行中斷程序需要一定時間,這個時間就是所產(chǎn)生的誤差,這個誤差是不