基于單片機(jī)的電子時(shí)鐘課程設(shè)計(jì)

PAGE1- 目錄第一章前言1第二章設(shè)計(jì)目的與要求2第三章系統(tǒng)原理分析3第四章硬件介紹4第五章軟件實(shí)現(xiàn)與流程55.1主程序55.2數(shù)據(jù)的顯示程序75.3鍵盤(pán)響應(yīng)程序8第六章結(jié)束語(yǔ)9參考文獻(xiàn)10附錄一程序代碼11附錄二程序仿真圖15PAGE2-第一章前言時(shí)鐘，自從它發(fā)明的那天起，就成為人類(lèi)的朋友，但隨著時(shí)間的推移，科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對(duì)時(shí)間計(jì)量的精度要求越來(lái)越高，應(yīng)用越來(lái)越廣。怎樣讓時(shí)鐘更好的為人民服務(wù)，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(jì)出新型時(shí)鐘。現(xiàn)今，高精度的計(jì)時(shí)工具大多數(shù)都使用了石英晶體振蕩器，由于電子鐘，石英表，石英鐘都采用了石英技術(shù)，因此走時(shí)精度高，穩(wěn)定性好，使用方便，不需要經(jīng)常調(diào)校，數(shù)字式電子鐘用集成電路計(jì)時(shí)時(shí)，譯碼代替機(jī)械式傳動(dòng)，用LED顯示器代替顯示器代替指針顯示進(jìn)而顯示時(shí)間，減小了計(jì)時(shí)誤差，這種表具有時(shí)，分，秒顯示時(shí)間的功能，還可以進(jìn)行時(shí)和分的校對(duì)，片選的靈活性好。時(shí)鐘電路在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中起著非常重要的作用，是保證系統(tǒng)正常工作的基礎(chǔ)。在一個(gè)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，時(shí)鐘有兩方面的含義：一是指為保障系統(tǒng)正常工作的基準(zhǔn)振蕩定時(shí)信號(hào)，主要由晶振和外圍電路組成，晶振頻率的大小決定了單片機(jī)系統(tǒng)工作的快慢；二是指系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)定時(shí)時(shí)鐘，即定時(shí)時(shí)間，它通常有兩種實(shí)現(xiàn)方法：一是用軟件實(shí)現(xiàn)，即用單片機(jī)內(nèi)部的可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器來(lái)實(shí)現(xiàn)，但誤差很大，主要用在對(duì)時(shí)間精度要求不高的場(chǎng)合；二是用專(zhuān)門(mén)的時(shí)鐘芯片實(shí)現(xiàn)，在對(duì)時(shí)間精度要求很高的情況下，通常采用這種方法，典型的時(shí)鐘芯片有：DS1302，DS12887，X1203等都可以滿(mǎn)足高精度的要求。本文主要介紹用單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)/計(jì)數(shù)器來(lái)實(shí)現(xiàn)電子時(shí)鐘的方法，本設(shè)計(jì)由單片機(jī)AT89S51芯片和LED數(shù)碼管為核心，輔以必要的電路，構(gòu)成了一個(gè)單片機(jī)電子時(shí)鐘。第二章設(shè)計(jì)目的與要求進(jìn)行電路硬件設(shè)計(jì)和系統(tǒng)軟件編程，以及仿真調(diào)試或制作。一般3~5人一組，每組完成的內(nèi)容不能雷同。選擇設(shè)計(jì)基于單片機(jī)的時(shí)鐘顯示器，數(shù)字鐘是一個(gè)將“時(shí)”、“分”、“秒”顯示計(jì)時(shí)裝置。它的計(jì)時(shí)周期為24小時(shí)，顯示滿(mǎn)刻度為23時(shí)59分59秒99毫秒，另外應(yīng)有校時(shí)功能。實(shí)現(xiàn)的功能：在數(shù)字鐘正常進(jìn)行顯示時(shí)，其顯示周期為00：00：00至23:59:59,其中有五個(gè)按鍵，按下“暫?！辨I時(shí)鐘停止走動(dòng)，按下“開(kāi)始”鍵時(shí)鐘開(kāi)始走動(dòng)，按下“秒設(shè)置”時(shí)鐘秒位自加1，加至60時(shí)向分位進(jìn)1，按下“分設(shè)置”時(shí)鐘分位自加1，加至60時(shí)向時(shí)位進(jìn)1，按下“時(shí)設(shè)置”時(shí)鐘秒位自加1，加至24時(shí)顯示00。第三章系統(tǒng)原理分析系統(tǒng)設(shè)計(jì)中用到89C51單片機(jī)的部分功能：包括內(nèi)部定時(shí)器，鍵盤(pán)擴(kuò)展，程序中斷,串口通信等。用一個(gè)六位的共陰極七段顯示器，可通過(guò)一個(gè)輸入／輸出口作為顯示器數(shù)據(jù)發(fā)送端；另一個(gè)輸入／輸出口的六位作為顯示器各位的片選信號(hào)，另一個(gè)輸入／輸出口作為鍵盤(pán)擴(kuò)展口使用。系統(tǒng)原理圖如圖1所示。P2.0-7P2.0-7單片機(jī)數(shù)碼顯示器按鍵P3.0-5P1.0-4圖1系統(tǒng)原理圖圖2數(shù)字鐘仿真圖第四章硬件介紹AT89C51：芯片共有40個(gè)引腳，引腳的排列順序?yàn)閺目啃酒娜笨谧筮吥橇心鏁r(shí)針數(shù)起，依次為1，2，3，4、、、40，其中芯片的1腳頂上有一個(gè)凹點(diǎn)。在單片機(jī)的40個(gè)引腳中，電源引腳2根，外接晶體振蕩器引腳2根，控制引腳4根以及4組8為可編程I/O引腳32根。主要特性：與MCS-51兼容；4K字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器；壽命：1000寫(xiě)/擦循環(huán)；數(shù)據(jù)保留時(shí)間：10年；全靜態(tài)工作：0Hz-24Hz；三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定：128*8位內(nèi)部RAM；32可編程I/O線(xiàn)；兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器；5個(gè)中斷源；可編程串行通道；低功耗的閑置和掉電模式；片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路。主要管腳說(shuō)明：P0口：P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開(kāi)路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門(mén)電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫(xiě)1時(shí)，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時(shí)，P0口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0外部必須被拉高。P1口：P1口是一個(gè)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(mén)電流。P1口管腳寫(xiě)入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口作為第八位地址接收。P2口：P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個(gè)TTL門(mén)電流，當(dāng)P2口被寫(xiě)“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫(xiě)時(shí)，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。P3口：P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門(mén)電流。當(dāng)P3口寫(xiě)入“1”后，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口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。六位共陰級(jí)數(shù)碼管：cc表示共陰極的ac是共陽(yáng)極的設(shè)計(jì)中所用的是7段六位共陰級(jí)數(shù)碼管,如果要實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)顯示必須位碼(1-6)輪流通低電位,也就是片選,段碼控制數(shù)碼管的顯示.0-b,1-g,2-a,3-f,4-c,5-e,6-h,7-d。圖3數(shù)碼管顯示原理圖如圖3數(shù)碼管顯示原理圖所示，使用LED顯示器時(shí)，要注意是共陰還是共陽(yáng)，要注意區(qū)分這兩種不同的接法。為了顯示數(shù)字或字符，必須對(duì)數(shù)字或字符進(jìn)行編碼。七段數(shù)碼管加上一個(gè)小數(shù)點(diǎn)，共計(jì)8段。因此為L(zhǎng)ED顯示器提供的編碼正好是一個(gè)字節(jié)。我們用的是共陰LED顯示器，根據(jù)電路連接圖顯示16進(jìn)制數(shù)的編碼已列在下表。0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0 1 2 3450x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x77,0x7c,6 7 8 9AB0x39,0x5e,0x79,0x71,0x00CDEF無(wú)顯示動(dòng)態(tài)顯示的特點(diǎn)是將所有位數(shù)碼管的段選線(xiàn)并聯(lián)在一起，由位選線(xiàn)控制是哪一位數(shù)碼管有效，由另一位控制顯示碼值。選亮數(shù)碼管采用動(dòng)態(tài)掃描顯示。所謂動(dòng)態(tài)掃描顯示即輪流向各位數(shù)碼管送出字形碼和相應(yīng)的位選，利用發(fā)光管的余輝和人眼視覺(jué)暫留作用，使人的感覺(jué)好像各位數(shù)碼管同時(shí)都在顯示。動(dòng)態(tài)顯示的亮度比靜態(tài)顯示要差一些，所以在選擇限流電阻時(shí)應(yīng)略小于靜態(tài)顯示電路中的。我們這里正是利用的數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示來(lái)完成顯示功能。第五章軟件實(shí)現(xiàn)與流程5.1主程序由于系統(tǒng)的主要功能都是由子程序來(lái)完成的，主程序基本上沒(méi)什么事可做，只是利用調(diào)用子程序的方式實(shí)現(xiàn)的，主程序流程圖如圖3所示。開(kāi)始開(kāi)始初始化調(diào)用顯示子程序調(diào)用按鍵操作子程序1？結(jié)束YN圖3主程序流程圖5.2數(shù)據(jù)的顯示程序時(shí)鐘數(shù)字顯示涉及到兩個(gè)操作：發(fā)數(shù)據(jù)和改片選信號(hào)。先發(fā)片選，再發(fā)數(shù)據(jù)。用延時(shí)程序進(jìn)行一個(gè)消影操作，這樣就很好地解決了重影問(wèn)題。這樣做的關(guān)鍵在于，在極短的一段時(shí)間內(nèi)讓顯示器都不亮，等一切準(zhǔn)備工作都做好了以后再發(fā)數(shù)據(jù)，只要顯示頻率足夠快，是看不出顯示器有閃爍的。代碼如下：shi=hour/10;ge=hour%10;P3=0xfe;P2=table1[shi];delay(5);P3=0xfd;P2=table1[ge];dp=1;delay(5);這段顯示程序流程圖如圖4：開(kāi)始開(kāi)始求時(shí)/分/秒的個(gè)位、十位片選顯示時(shí)/分/秒十位延時(shí)消影顯示時(shí)/分/秒個(gè)位縣市小數(shù)點(diǎn)結(jié)束圖4數(shù)據(jù)顯示流程圖5.3鍵盤(pán)響應(yīng)程序鍵盤(pán)分編碼鍵盤(pán)和非編碼鍵盤(pán)，鍵盤(pán)上閉合鍵的識(shí)別由專(zhuān)用的硬件編碼器實(shí)現(xiàn)，并產(chǎn)生按鍵編碼號(hào)或鍵值的稱(chēng)為編碼鍵盤(pán)，如計(jì)算機(jī)鍵盤(pán)。而靠軟件編程來(lái)識(shí)別的稱(chēng)為非編碼鍵盤(pán)，在單片機(jī)組成的各種系統(tǒng)中，用的最多的是非編碼鍵盤(pán)，也有用到編碼鍵盤(pán)的，我們這里用的就是非編碼鍵盤(pán)。如圖4鍵盤(pán)圖所示，當(dāng)按鈕按下時(shí)；端口會(huì)變成低電平，我們?cè)O(shè)計(jì)一段掃描程序來(lái)判斷那個(gè)端口是低電平來(lái)判斷是否有按鍵按下。鍵盤(pán)處理程序流程相對(duì)簡(jiǎn)單，只是簡(jiǎn)單的判鍵與處理。當(dāng)設(shè)置按鍵按下為低電平時(shí)，對(duì)應(yīng)位數(shù)加1至滿(mǎn)進(jìn)制。開(kāi)始開(kāi)始檢測(cè)“暫?！卑存ISet1=0?標(biāo)記為1按鍵按下？秒/分/時(shí)自增1至滿(mǎn)進(jìn)制結(jié)束向高位增1NNNY圖5按鍵響應(yīng)程序流程第六章結(jié)束語(yǔ)通過(guò)這次單片機(jī)設(shè)計(jì)，我加深了對(duì)課本專(zhuān)業(yè)知識(shí)的理解，平常都是理論知識(shí)的學(xué)習(xí)，在此次課程設(shè)計(jì)中，真正做到了自己查閱資料、完成一個(gè)基本電路的設(shè)計(jì)。在此次的數(shù)字鐘設(shè)計(jì)過(guò)程中，我更進(jìn)一步地熟悉了芯片的結(jié)構(gòu)及掌握了各芯片的工作原理和其具體的使用方法。當(dāng)然，在這個(gè)過(guò)程中我也遇到了困難，通過(guò)查閱資料，相互討論，我準(zhǔn)確地找出錯(cuò)誤所在并及時(shí)糾正了，這也是我最大的收獲，使自己的實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力有了進(jìn)一步的提高，讓我對(duì)以后的工作學(xué)習(xí)有了更大的信心。回顧起此次設(shè)計(jì)，感慨頗多，從理論到實(shí)踐，我學(xué)到很多很多的東西，不僅鞏固了以前所學(xué)過(guò)的知識(shí)，而且學(xué)到了很多在書(shū)本上沒(méi)有學(xué)到過(guò)的內(nèi)容。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)使我懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合起來(lái)，從理論中得出結(jié)論，才是真正的知識(shí)，才能提高自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考的能力。在設(shè)計(jì)的過(guò)程遇到了各種各樣的問(wèn)題，同時(shí)在設(shè)計(jì)的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，對(duì)以前所學(xué)過(guò)的知識(shí)理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固，通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，把以前所學(xué)過(guò)的知識(shí)重新溫故，鞏固了所學(xué)的知識(shí)。此次的課程設(shè)計(jì)，還讓我知道了最重要的是心態(tài)，在你拿到題目時(shí)會(huì)覺(jué)得困難，但是只要充滿(mǎn)信心，腳踏實(shí)地，就肯定會(huì)完成的。參考文獻(xiàn)[1]張齊、朱寧西編著.《單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)--基于Proteus單片機(jī)仿真和C語(yǔ)言編程》北京：機(jī)械工業(yè)出版社.2008年[2]馬忠梅編著.《單片機(jī)的C語(yǔ)言應(yīng)用程序設(shè)計(jì)（第4版）》.北京：北京航天航空大學(xué)出版社.2007年[3]李學(xué)禮編著.《基于Proteus的8051單片機(jī)實(shí)例教程》電子工業(yè)出版社，2008年[4]戴佳戴、衛(wèi)恒、劉博文編著.《51單片機(jī)C語(yǔ)言應(yīng)用程序設(shè)計(jì)實(shí)例精講》電子工業(yè)出版社.2008年[5]侯玉寶編著.《基于Proteus的51系列單片機(jī)設(shè)計(jì)與仿真》電子工業(yè)出版社.2008年附錄一程序代碼#include<reg51.h>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintsbitset1=P1^0;//暫停sbitset2=P1^1;//開(kāi)始sbitsets=P1^2;//秒設(shè)置sbitsetm=P1^3;//分設(shè)置sbitseth=P1^4;//時(shí)設(shè)置sbitdp=P2^7;//小數(shù)點(diǎn)ucharcodetable1[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71};uchart0,hour,fen,miao,ge,shi,flag;voiddelay(uintz)//延時(shí)子程序z的取值為這個(gè)函數(shù)的延時(shí)ms數(shù)，如delay(200);大約延時(shí)200ms{uintx,y;for(x=z;x>0;x--)for(y=110;y>0;y--);}voidinit(){TMOD=0x01;//TMOD的值表示定時(shí)器工作方式選擇TH0=(65536-50000)/256;TL0=(65536-50000)%256;EA=1;//開(kāi)總中斷ET0=1;//允許定時(shí)器0中斷TR0=1;//啟動(dòng)定時(shí)器}voidtimer0()interrupt1//定時(shí)器0的中斷號(hào)是1{TH0=(65536-50000)/256;TL0=(65536-50000)%256;t0++;if(t0==20){t0=0;miao++;if(miao==60){miao=0;fen++;if(fen==60){fen=0;hour++;if(hour==24)hour=0;}}}}voiddisplay(ucharhour,ucharfen,ucharmiao){shi=hour/10;ge=hour%10;P3=0xfe;P2=table1[shi];delay(5);P3=0xfd;P2=table1[ge];dp=1;delay(5);shi=fen/10;ge=fen%10;P3=0xfb;P2=table1[shi];delay(5);P3=0xf7;P2=table1[ge];dp=1;delay(5);shi=miao/10;ge=miao%10;P3=0xef;P2=table1[shi];delay(5);P3=0xdf;P2=table1[ge];delay(5);}voidkeyscan(){if(set1==0){delay(5);if(set1==0){TR0=0;flag=1;}while(!set1);}if(flag==1){if(sets==0){delay(5);if(sets==0){miao++;if(miao==60){miao=0;fen++;if(fen==60){fen=0;hour++;if(hour==24)hour=0;}}}while(!sets);}}if(setm==0){delay(5);if(setm==0){fen++;if(fen==60){fen=0;hour++;if(hour==24)hour=0;}}while(!setm);}if