大工15秋《單片機原理及應用》大作業(yè)

網(wǎng)絡教育學院《單片機原理及應用》大作業(yè)題目：單片機電子時鐘設計學習中心：大港奧鵬層次：?？破瘘c本科專業(yè)：電氣工程及自動化年級：14年春/秋季學號：1403學生姓名：陳真單片機電子時鐘設計引言單片機技術在計算機中作為獨立的分支，有著性價比高、集成度高、體積少、可靠性高、控制功能強大、低功耗、低電壓、便于生產(chǎn)、便于攜帶等特點，越來越廣泛的被應用于實際生活中。單片機全稱，單片機微型計算機，從應用領域來看，單片機主要用來控制系統(tǒng)運行，所以又稱微控制器或嵌入式控制器，單片機是將計算機的根本部件微型化并集成在一塊芯片上的微型計算機。二、時鐘的根本原理分析利用單片機定時器完成計時功能，定時器0計時中斷程序每隔0.01s中斷一次并當作一個計數(shù)，設定定時1秒的中斷計數(shù)初值為100，每中斷一次中斷計數(shù)初值減1，當減到0時，那么表示1s到了，秒變量加1，同理再判斷是否1min鐘到了，再判斷是否1h到了。為了將時間在LED數(shù)碼管上顯示，可采用靜態(tài)顯示法和動態(tài)顯示法，由于靜態(tài)顯示法需要譯碼器，數(shù)據(jù)鎖存器等較多硬件，可采用動態(tài)顯示法實現(xiàn)LED顯示，通過對每位數(shù)碼管的依次掃描，使對應數(shù)碼管亮，同時向該數(shù)碼管送對應的字碼，使其顯示數(shù)字。由于數(shù)碼管掃描周期很短，由于人眼的視覺暫留效應，使數(shù)碼管看起來總是亮的，從而實現(xiàn)了各種顯示。三、時鐘設計分析針對要實現(xiàn)的功能，采用AT89S51單片機進行設計，AT89S51單片機是一款低功耗，高性能CMOS8位單片機，片內(nèi)含4KB在線可編程〔ISP〕的可反復擦寫1000次的Flash只讀程序存儲器，器件采用高密度、非易失性存儲技術制造，兼容標準MCS-51指令系統(tǒng)及80C51引腳結構。這樣，既能做到經(jīng)濟合理又能實現(xiàn)預期的功能。在程序方面，采用分塊設計的方法，這樣既減小了編程難度、使程序易于理解，又能便于添加各項功能。程序可分為鬧鐘的聲音程序、時間顯示程序、日期顯示程序，秒表顯示程序，時間調(diào)整程序、鬧鐘調(diào)整程序、定時調(diào)整程序，延時程序等。運用這種方法，關鍵在于各模塊的兼容和配合，假設各模塊不匹配會出現(xiàn)意想不到的錯誤。首先，在編程之前必須了解硬件結構尤其是各引腳的用法，以及內(nèi)部存放器、存儲單元的用法，否那么，編程無從下手，電路也無法設計。這是前期準備工作。第二局部是硬件局部：依據(jù)想要的功能分塊設計設計，比方輸入需要開關電路，輸出需要顯示驅動電路和數(shù)碼管電路等。第三局部是軟件局部：先學習理解匯編語言的編程方法再根據(jù)設計的硬件電路進行分塊的編程調(diào)試，最終完成程序設計。第四局部是軟件畫圖局部：設計好電路后進行畫圖，包括電路圖和仿真圖的繪制。第五局部是軟件仿真局部：軟硬件設計好后將軟件載入芯片中進行仿真，仿真無法完成時檢查軟件程序和硬件電路并進行修改直到仿真成功。第六局部是硬件實現(xiàn)局部：連接電路并導入程序檢查電路，假設與設計的完全一樣一般能實現(xiàn)想要的功能。最后進行功能擴展，在已經(jīng)正確的設計根底上，添加額外的功能！四、時鐘的實現(xiàn)A.電路設計1.整體設計此次設計主要是應用單片機來設計電子時鐘，硬件局部主要分以下電路模塊：顯示電路用8個共陰數(shù)碼管分別顯示，星期〔年份〕，小時、分鐘〔月份〕和秒〔日〕，通過動態(tài)掃描進行顯示，從而防止了譯碼器的使用，同時節(jié)約了I/0端口，使電路更加簡單。單片機采用AT89S51系列，這種單片機應用簡單，適合電子鐘設計。電路的總體設計框架如下：單片機單片機輸入局部晶振和復位輸出局部2.分塊設計模塊電路主要分為：輸入局部、輸出局部、復位和晶振電路。2.1輸入局部輸入信號主要是各種模式選擇和調(diào)整信號，由按鍵開關提供。以下為輸入局部樣例：在本實驗中主要用用P3口輸入按鍵信號，還用到了特殊的P0口。對于P0口，由于其存在高阻狀態(tài)，為了實現(xiàn)開關功能，給其添加上拉電阻，具體如下列圖所示：2.2輸出局部本電路的輸出信號為7段數(shù)碼管的位選和段選信號，鬧鈴脈沖信號，提示燈信號。本實驗的數(shù)碼管是共陰的，為了防止段選信號不能驅動數(shù)碼管，故在P1口連接上拉電阻后，再送段選信號，以提高驅動，位選信號直接從P2口接入，如下列圖：鬧鈴由P2.6端輸出，模塊如下：2.3晶振與復位電路本實驗單片機時鐘用內(nèi)部時鐘，模塊如下：復位電路為手動復位構成，模塊如下：各模塊拼接組合，電路總體設計圖如下：B.程序設計B.1程序總體設計本實驗用匯編程序完成.程序總的流程圖如下：主程序開始主程序開始顯示星期，時，分，秒是否有調(diào)轉？T0中斷秒，分，時等進位閃爍提示顯示日期并調(diào)整響鈴提示時間調(diào)整鬧鈴設置定時設置鈴聲測試秒表模式回主程序定時到按0鍵按0鍵鬧鈴到按1鍵按2鍵按3鍵按4鍵按5鍵按7鍵7鍵恢復按4鍵按8鍵按0鍵按0鍵倒計時啟動并顯示回主程序秒表暫停秒表清零回主程序按7鍵3.B.2程序主要模塊B.2.1延時模塊數(shù)碼管顯示動態(tài)掃描時，用到延時程序，這里使用延遲1ms的程序，此程序需反復調(diào),除數(shù)碼管動態(tài)掃描外，數(shù)碼管的閃爍提示，以及音樂模塊也用到了延時，只是延時的長短不同罷了，在此不再贅述。B.2.2中斷效勞程序本實驗中，計數(shù)器T0,T1中斷都有運用，其中T0中斷為時鐘定時所用，T1中斷用于音樂播放。T0的定時長度為0.01s,工作于方式1，計數(shù)1次，時長1us，故計數(shù)器計數(shù)10000次，進入中斷，計數(shù)初值為65536-10000=55536=#0D8F0，裝滿定時器需要0.01s的時間，從而100次中斷為一秒，一秒之后，判斷是否到60秒，假設不到那么秒加一，然后返回，假設到，那么秒賦值為0，分加一，依次類推。包括日期顯示的功能也是如此。另外，由于要實現(xiàn)倒計時功能，因此在中斷程序中還要參加減一的存放器，需要時將其進行顯示?；谝陨峡紤]，以R3為倒計時中的秒，R4為倒計時的分，當秒加1時R3減一，減到0之后，秒賦值為59，分減一，直到分為0。計數(shù)器T1工作于方式1，當調(diào)用響鈴程序時，其計數(shù)功能開啟，為音樂音調(diào)不同頻率的方波的形成，提供延時。其中斷效勞程序就是根據(jù)音調(diào)改變音樂方波輸出口電平的上下，用語句CPL實現(xiàn)。中斷效勞程序中日歷的實現(xiàn)較為復雜，要考慮平年，閏年，特殊的2月，每月的天數(shù)的不盡相同。具體的邏輯判斷方法為：首先，要考慮年份是不是閏年，閏年的判斷方法是：將年份除以100，假設能整除，那么將年份除以400，假設還能整除，那么為閏年，假設不能，那么為平年；假設不能被100整除，那么判斷是否能被4整除，假設能，那么為閏年，假設不能那么為平年。只有2月與平、閏年相關，因此在閏年和平年的子程序中，要判斷是不是2月，假設是那么在相應的年中進行日期的增加，假設不是那么轉入平時的月份。其中1、3、5、7、8、10、12月是每月31天，4、6、9、11月為每月30天。日歷進位判斷流程圖如下：年份能否被100整除年份能否被100整除NY年份是否能被4整除年份是否能被400整除NN平年閏年YY是不是2月是不是2月Y日>=28之后返回為1NNY日>=29之后返回為1假設月份為1、3、5、7、8、10、12月那么調(diào)用31天的程序假設月份為4、6、9、11那么調(diào)用30天的程序本實驗用8個數(shù)碼管，剛好能顯示年，月，日，掃描顯示與時間的掃描顯示類似。年比擬特殊，由兩個存放器存儲，個位，十位為0時，說明年數(shù)能被100整除，假設此時千位，百位組成兩位數(shù)能被4整除，那么年數(shù)被400整除，為閏年。假設十位，個位組成兩位數(shù)能被4整除，那么年數(shù)能被4整除，為閏年。B.2.3主程序主程序主要對按鍵進行掃描，以及判斷定時和鬧鈴時間是否已到，假設到那么調(diào)用相關程序。B.2.4顯示子程序8個數(shù)碼管輪流進行顯示，分別顯示1ms，依賴人的視覺暫留效應，給人以數(shù)碼管持續(xù)高亮的錯覺。日期的顯示，秒表的顯示，倒計時的顯示，調(diào)鬧鈴，調(diào)定時的顯示，閃爍的顯示程序與以上的的掃描相似，有的以子程序的方式出現(xiàn)，通過子程序調(diào)用語句ACALL調(diào)用；有點直接嵌套在相應的程序里面，順序執(zhí)行，或者用調(diào)轉語句AJMP調(diào)用。C程序調(diào)試及仿真本程序通過Keil單片機開發(fā)平臺實現(xiàn)程序的編譯，鏈接，生成HEX文件。通過Keil和硬件仿真平臺Proteus的聯(lián)合，可以將設計效果仿真出來，根據(jù)效果，有目的的改變設計，優(yōu)化程序。利用Proteus仿真實驗過程截圖：普通時間顯示模式仿真圖，表示：星期一9點10分38秒五，總結本文先從整體論述了設計電子鐘的大致思路，然后再采用劃分模塊的方法，將硬件電路劃分為開關電路，顯示驅動電路，以及數(shù)碼管電路等，而軟件局部，那么依據(jù)要實現(xiàn)的功能，劃分為：鬧鐘的聲音程序，時間顯示程序，日期顯示程序，秒表顯示程序，時間調(diào)整程序、鬧鐘調(diào)整程序、定時調(diào)整程序，延時程序等。最后將各模塊集成為一個整體,合成一個多功能的電子鐘。附錄：延時程序：D_1MS:MOVR7,#2D_5:MOVR2,#250DJNZR2,$DJNZR7,D_5RET主程序：MAIN:JNBP3.0,DATETZ;按下0鍵，顯示日期并可對日期進行調(diào)整JNBP3.1,ZSTZ1;按下1鍵，顯示時間，并可調(diào)時JNBP3.2,NLTZZ;按下2鍵，進行鬧鈴設置JNBP3.3,DSTZ;按下3鍵，進行定時設置JNBP3.4,CESHI;鬧鈴測試JNBP3.6,STOPWATCHTZ;按下6鍵，進入秒表方式ACALLDISP;調(diào)用時鐘顯示子程序JNBP0.6,RERING;判斷是否開啟鬧鈴重響功能RE:JNBP2.7,DSPDKQ;判斷是否開啟鬧鈴功能，沒開那么去判斷定時FMQPD:;判斷定時值R4,R3是否到零、鬧鈴時刻是否已到MOVA,HOUR;SUBBA,38H;JZFEN;判斷小時數(shù)是否到鬧鈴所定時間，假設到，那么對分進行判斷；假設不到，那么對定時進行判斷AJMPDSPDKQFEN:MOVA,MINUTE;SUBBA,37H;JZMIAO;判斷分是否到鬧鈴所定時間，假設到，那么對秒進行判斷；假設不到，那么對定時進行判斷AJMPDSPDKQMIAO:MOVA,SECONDSUBBA,#0JZSHENGYIN1;判斷秒是否到鬧鈴所定時間，假設到，那么時，分，秒都到達鬧鈴時刻，進入響鈴子程序；假設不到那么判斷定時AJMPDSPDKQRERING:;鬧鈴重響判斷程序JNBF0,RE;標志位F0為0，不進行鬧鈴重響設定CPLF0MOV3CH,#1;定時判斷標志位賦1，定時判斷功能開啟JNBP0.7,M1;鬧鈴重響間隔時間選取MOVR4,#0;鬧鈴重響間隔30秒MOVR3,#30AJMPMAINM1:;鬧鈴重響間隔60秒MOVR4,#1MOVR3,#0AJMPMAINDSPDKQ:;判斷是否應該進行定時判斷MOVA,3CH;3CH是引入的判斷因子，當其為0時，不對定時時間是否到0進行判斷JNZDSPD2;當3CH不是0時，跳轉到定時判斷程序AJMPMAINDSPD2:MOVA,R4;JZS_PD;R4所存定時分數(shù)為0,那么轉而判斷R3所存定時秒數(shù)AJMPMAIN;S_PD:MOVA,R3;JNZMAIN;R4,R3所存參數(shù)減為0，定時長度已到JNBP0.6,SHENGYIN2;鬧鈴重響功能開啟時，跳入響鈴程序AJMPTISHI;不是鬧鈴重響定時，那么定時時間到時，跳入提示程序AJMPMAINCESHI:ACALLRINGAJMPMAINSHENGYIN1:;調(diào)用響鈴子程序LCALLRINGAJMPMAINSHENGYIN2:SETBF0;鬧鈴重響標志位設定LCALLRING;響鈴CLRF0;標志位復位AJMPMAINNLTZZ:AJMPNLTZ1;跳入鬧鈴調(diào)整程序DSTZ:AJMPDSTZ1;跳入定時調(diào)整程序DATETZ:AJMPDATETZ1;跳入日期調(diào)整程序STOPWATCHTZ:AJMPSTOPWATCHTZ1;跳入秒表程序顯示子程序：DISP:;時間顯示子程序JNBP3.7,OUT1;判斷節(jié)能開關7是否按下，按下那么數(shù)碼管不顯示，延長其壽命MOVDPTR,#LEDTABMOVA,SECOND;顯示當前時間秒位MOVB,#10DIVAB