單片機課程設(shè)計--電子鐘

1、<p><b>　　1 緒論</b></p><p>　　電子鐘已成為人們?nèi)粘Ｉ钪斜夭豢缮俚奈锲罚瑥V泛用于個人、家庭以及車站、影院、辦公室等公共場所，給人們的生活、學(xué)習、工作帶來了極大的方便。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，人們已不再滿足于鐘表原先最簡單的報時，希望出現(xiàn)一些新的功能，諸如日歷的顯示、鬧鐘的非接觸式止鬧、秒表功能、重要日期倒計時顯示等，以帶來更大的方便，而所有這些，又都是以數(shù)

2、字化的電子時鐘為基礎(chǔ)的。因此，研究數(shù)字電子鐘及其擴展應(yīng)用，有著非常現(xiàn)實的意義和實用價值。</p><p>　　單片機是指將微處理器、一定容量的RAM和ROM以及I/O口、定時器等電路集成在一塊芯片上的完整計算機系統(tǒng)。89C51單片機是一種低功耗、高性能的，它采用CMOS工藝和高密度非易失性存儲器（NURAM）技術(shù)，其輸出引腳和指令系統(tǒng)都與MCS-51兼容；片內(nèi)的Flash ROM允許在系統(tǒng)內(nèi)改編程序或用常規(guī)的NU

3、RAM編程器來編程。因此，89C51是一種功能強、靈活性高，而且價格合理的單片機，可以方便的利用AT89C51定時器和6位7段數(shù)碼管，設(shè)計一個電子時鐘。顯示格式位 “XX XX XX”,從左向右分別是：時、分、秒。</p><p><b>　　1.1 設(shè)計目的</b></p><p>　　利用MCS-51芯片及相關(guān)芯片設(shè)計數(shù)字鐘。</p><p

4、><b>　　1.2 設(shè)計內(nèi)容</b></p><p><b>　　1)硬件設(shè)計</b></p><p>　　設(shè)計數(shù)字鐘的電路原理圖，用PROTEUS繪制硬件電路。制作實物。</p><p><b>　　2)軟件設(shè)計</b></p><p>　　(1)時、分、秒的設(shè)置及顯

5、示;</p><p>　　(2)畫出程序框圖;</p><p>　　(3)調(diào)試與分析。用PROTEUS仿真。</p><p><b>　　2 硬件設(shè)計</b></p><p>　　2.1 設(shè)計的總體思路</p><p>　　硬件系統(tǒng)主要由單片機最小應(yīng)用系統(tǒng)、LED數(shù)碼管顯示模塊、晶振模塊、按鍵模

6、塊等組成。在使用單片機的過程中必定會使用單片機的最小系統(tǒng)，由于我購買的單片機內(nèi)部沒有晶振，所以設(shè)計了外接的晶振模塊。鑒于本次課程設(shè)計要求制作數(shù)字鐘，所以使用了六位7段數(shù)碼管來顯示“XX XX XX”,從左向右分別是：時、分、秒。除了能上電復(fù)位，還設(shè)計了用三個按鍵實現(xiàn)時、分、秒的調(diào)制，使用方便靈活。</p><p>　　2.2 單片機最小系統(tǒng)</p><p>　　對51系列單片機來說,單

7、片機+晶振電路+復(fù)位電路,便組成了一個最小系統(tǒng)。見圖2.1。</p><p><b>　　圖2.1</b></p><p><b>　　2.3 晶振模塊</b></p><p>　　在AT89C51芯片內(nèi)部有一個高增益反相放大器，其輸入端為芯片引腳XTAL1（19腳），輸出端為引腳XTAL2（18腳）。而在芯片內(nèi)部，XTA

8、L1和XTAL2之間跨接晶體振蕩器和微調(diào)電容，從而構(gòu)成一個穩(wěn)定的自激振蕩器。時鐘電路產(chǎn)生的振蕩脈沖經(jīng)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。見圖2.2。</p><p><b>　　圖2.2</b></p><p><b>　　2.4 按鍵模塊</b></p><p>　　用三個按鍵實現(xiàn)對時分秒的設(shè)置，其中一個

9、按鍵實現(xiàn)對時分秒的控制，接P1.4口，另外兩個按鍵接單片機的P1.5和P1.6口實現(xiàn)加一和減一的功能。</p><p>　　2.5 LED數(shù)碼管顯示模塊</p><p>　　本次課程設(shè)計由于要顯示時、分、秒，所以采用廣泛使用的數(shù)碼管動態(tài)顯示接口。動態(tài)驅(qū)動是將所有數(shù)碼管的8個顯示筆劃"a,b,c,d,e,f,g,dp"的同名端連在一起，另外為每個數(shù)碼管的公共極COM增加位

10、選通控制電各自獨立的I/O線控制，當單片機輸出字形碼時，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是哪個數(shù)碼管會顯示出字形，取決于單片機對位選通COM端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開，該位就顯示出字形，沒有選通的數(shù)碼管就不會亮。通過分時輪流控制各個數(shù)碼管的COM端，就使各個數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動態(tài)驅(qū)動。在輪流顯示過程中，每位數(shù)碼管的點亮時間為1～2ms，由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)，盡管實際上各

11、位數(shù)碼管并非同時點亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會有閃爍感，動態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的I/O端口，而且功耗更低。</p><p>　　將數(shù)碼管的位選信號接P2口的六個位，段選信號接P0口的八個位。再通過Keil軟件以及51C語言編程實現(xiàn)數(shù)字鐘的功能。本系統(tǒng)利用6位LED數(shù)碼管顯示時間，共陰極結(jié)構(gòu)，當要顯示某個數(shù)字時只要將數(shù)字所對應(yīng)的引腳送入低電平。</

12、p><p><b>　　2.6 硬件連接圖</b></p><p>　　通過對設(shè)計電路的各個模塊的分析，可以用PROTEUS繪制硬件電路。如圖2.3所示。</p><p><b>　　圖2.3</b></p><p><b>　　2.7制作實物</b></p><

13、;p><b>　?。ㄒ姼戒汚）</b></p><p><b>　　3 軟件設(shè)計</b></p><p>　　單片機最主要的功能是通過程序來實現(xiàn)各種功能，有了硬件的描述，再加上軟件的編程，通過不斷的調(diào)試與修改程序就能實現(xiàn)本次課程設(shè)計的目的。</p><p>　　3.1 程序流程圖</p><p

14、>　　系統(tǒng)總的流程圖，見圖3.1。</p><p><b>　　圖3.1</b></p><p>　　3.2 調(diào)試與分析</p><p>　　由于在焊接實物之前，我大量查閱了資料，弄明白了此次課程設(shè)計任務(wù)的基本原理，對原理有了基本的認識后，就開始了焊接工作。雖然焊接花費了我大量的時間，但是在焊好以后上電時，所有的數(shù)碼管都亮，說明焊接連線

15、沒有短路情況。</p><p>　　硬件連接好以后就是軟件編程，但是編寫程序中遇到了挺多問題，比如：編寫程序是沒有消除抖動。在同學(xué)的幫助下，使得數(shù)碼管能正常實現(xiàn)數(shù)字鐘的功能。</p><p><b>　　3.3 源程序</b></p><p><b>　　（見附錄B）</b></p><p>&l

16、t;b>　　4 心得與結(jié)論</b></p><p>　　本次課程設(shè)計以AT89C51為核心部件，實現(xiàn)時間的設(shè)置功能。通過六位7段數(shù)碼管顯示可方便地校對時間，利用Keil軟件編程完成時鐘的功能。</p><p>　　通過實物的焊接以及軟件的仿真和編寫程序基本完成了數(shù)字電子鐘的功能，盡量做到了硬件電路簡單穩(wěn)定，減小電磁干擾和其它環(huán)境干擾，充分發(fā)揮了軟件編程的優(yōu)點，減小了因器

17、件精度不夠引起的誤差。由于時間有限和本身知識水平的局限，我認為此次設(shè)計還有需要改進和提高的地方，例如選用更高精度的元器件，硬件電路更加精確穩(wěn)定等。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 楊文龍.單片機原理及應(yīng)用[M].西安電子科技大學(xué)出版社，1993.</p><p>　　[2] 李朝青.單片機原理及接口

18、技術(shù)[M].北京航空航天大學(xué)出版社，2003.</p><p>　　[3] 胡漢才.單片機原理及系統(tǒng)設(shè)計[M].清華大學(xué)出版社，2003.</p><p>　　[4] 楊忠煌，黃博俊，李文昌.單芯片8051實務(wù)與應(yīng)用[M].中國水利水電出版社，2001.</p><p>　　[5] 王守中，51單片機開發(fā)入門與典型實例[M].人民郵電出版社.</p>

19、;<p>　　[6] 黃文梅.系統(tǒng)分析與仿真：MATLAB語言及應(yīng)用[M].國防科技大學(xué)出版社,1999.</p><p>　　[7] 閻石.數(shù)字電子技術(shù)（第五版)[M].北京高等教育出版社,2006.</p><p>　　[8] 蔡明文,馮先成.單片機課程設(shè)計[M].華中科技大學(xué)出版社,2007.</p><p>　　[9] 陳明螢.8051

20、單片機課程設(shè)計實訓(xùn)材料[M].清華大學(xué)出版社,2004.</p><p>　　[10] 李可為.數(shù)字鐘電路及應(yīng)用[M].電子工業(yè)出版社,1996.</p><p>　　[11] 夏繼強,沈德金.單片機實驗與實踐教程（二）[M]北航出版社,2001.</p><p>　　[12] 張紅潤,藍清華.單片機應(yīng)用技術(shù)教程[M]清華大學(xué)出版社,1997.</p&g

21、t;<p>　　[13] 周立功.單片機實驗與實踐[M]北京航空航天大學(xué)出版社,2004.</p><p>　　[14] 何立民.單片機應(yīng)用文集（一）[M].北京航空航天大學(xué)出版社,1991.</p><p>　　[15] 方大千,鮑俏偉.使用電子控制電路[M].國防科技出版社,2003. </p><p>　　[16] 曾繁泰.EDA工程概論

22、[M].清華大學(xué)出版社,2002.</p><p>　　[17] 譚會生,張昌凡.EDA技術(shù)及應(yīng)用[M].西安電子科技大學(xué)出版社,2004.</p><p>　　[18] 李強.鍵盤接口程序計數(shù)[J].電子設(shè)計出版社,2003.</p><p>　　[19] 肖來勝.單片機技術(shù)實用教程[M].華中科技大學(xué)出版社,2004.</p><p&g

23、t;　　[20] 楊曉川.Portel設(shè)計指導(dǎo)教程[M].清華大學(xué)出版社,2003.</p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　首先，很感謝學(xué)院給我們電氣工程及其自動化專業(yè)的學(xué)生一次把理論加深的機會，使得我們更好的理解《單片機原理及接口技術(shù)》這門課程，通過實物的焊接以及軟件仿真使得自己的動手能力有了一定的提高；其次，雖然這次課程設(shè)計是每個人制作一

24、個實物，但是大家一起討論，分析，最終調(diào)試成功，使大家的思維更加開闊；最后，感謝余老師的研究生給予我們焊接工具的支持。</p><p><b>　　附錄A</b></p><p><b>　　制作的實物照片</b></p><p><b>　　附錄B</b></p><p>&l

25、t;b>　　源程序清單</b></p><p>　　#include<reg52.h></p><p>　　#define uint unsigned int</p><p>　　#define uchar unsigned char</p><p>　　uint hhh,mmm,sss;</p>

26、<p>　　uint status;</p><p><b>　　//函數(shù)聲明 </b></p><p>　　void delayMS(uint t) ; </p><p>　　void keyprocess(unsigned char key);</p><p>　　void display();<

27、;/p><p>　　void timer0();</p><p>　　main() //主函數(shù)</p><p><b>　　{ </b></p><p>　　ucharsegcode[]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90};//0,1,2,3

28、,4,5,6,7,8,9</p><p>　　uchar dispbit[]={0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf};//數(shù)碼管位選碼</p><p>　　buffer[]={0,0,0,0,0,0,0,0};</p><p>　　bit keyrel;</p><p>　　uchar buf;</p>

29、<p>　　uchar keyin;</p><p><b>　　keyrel=1;</b></p><p><b>　　buf=0xff;</b></p><p>　　TMOD=0x01; //T0工作在方式1，16位計數(shù)器</p><p>　　TH0=(65536-100

30、0)/256;// 定時器0設(shè)置延時1ms中斷初始值</p><p>　　TL0=(65536-1000)%256; </p><p>　　TR0=1; </p><p>　　IE=0x82; //開定時器0中斷</p><p><b>　　status=0;</b></p>&l

31、t;p><b>　　//延時函數(shù)</b></p><p>　　void delayMS(uint t) // 晶振頻率12MHZ</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　uint i;</b></p><p>　　while(t--)

32、</p><p>　　for(i=0;i<125;i++);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　while(1) //鍵掃描程序 </p><p>　　{ </p><p>　　keyin=P1&0xf0;</

33、p><p>　　if(keyin!=0xf0) </p><p><b>　　{ </b></p><p>　　delayMS(10);</p><p>　　if(keyin!=0xf0)</p><p><b>　　{</b></p><p>

34、　　if(keyrel==1)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　keyrel=0;</b></p><p>　　buf = keyin; //buf用來暫時存放鍵值</p><p><b>　　}</b></p><p

35、><b>　　else</b></p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　keyrel=1;</b></p><p>　　keyprocess(buf); //調(diào)用按鍵處理函數(shù)</p><p>　　buf = 0xff;</p>

36、<p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　else</b></p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　keyrel=1;</b></

37、p><p>　　keyprocess(buf);</p><p><b>　　buf=0xff;</b></p><p><b>　　} </b></p><p>　　display();</p><p><b>　　}</b></p>&l

38、t;p><b>　　}</b></p><p><b>　　//按鍵處理函數(shù)</b></p><p>　　void keyprocess(unsigned char key) //鍵值處理，正常計時，設(shè)置時分秒</p><p>　　{ switch (key)</p><p><b&

39、gt;　　{</b></p><p>　　case 0xe0:status++; //按下設(shè)置鍵</p><p>　　if (status>=4) status = 0; </p><p><b>　　break;</b></p><p>　　case 0xd0:switch(status

40、) //按下加1鍵，3種模式下加1</p><p><b>　　{</b></p><p>　　case 0x01:if(hhh<24) hhh++;</p><p>　　else hhh=0; break; </p><p>　　case 0x02:if(mmm<60) mmm++;</p

41、><p>　　else mmm=0; break;</p><p>　　case 0x03:if(sss<60) sec++;</p><p>　　else sss=0; break; </p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　break;&l

42、t;/b></p><p>　　case 0xb0:switch(status) //按下減1鍵</p><p><b>　　{</b></p><p>　　case 0x01:if(hhh>0) hhh--;</p><p>　　else hour=23; break;</p><

43、;p>　　case 0x02:if(mmm>0) mmm--;</p><p>　　else min=59; break;</p><p>　　case 0x03:if(sss>0) sss--;</p><p>　　else sss=59; break; </p><p><b>　　}<

44、/b></p><p><b>　　break; </b></p><p>　　default:break;</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　//數(shù)碼管顯示函數(shù)&

45、lt;/b></p><p>　　void display()</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　uchar i;</b></p><p><b>　　//正常計時顯示</b></p><p><b>　

46、　{</b></p><p>　　buffer[0]=hhh/10; // 顯示時的十位</p><p>　　buffer[1]=hhh%10 // 顯示時的個位</p><p>　　buffer[2]=mmm/10; // 顯示分的十位</p><p>　　buffer[3]=mmm

47、%10; // 顯示分的個位</p><p>　　buffer[4]=sss/10; // 顯示秒的十位</p><p>　　buffer[5]=sss%10; // 顯示秒的個位</p><p>　　for(i=0;i<6;i++)</p><p><b>　　{ </b

48、></p><p>　　P0=segcode[buffer[i]];</p><p>　　P2=dispbit[i];</p><p>　　delayMS(1); //防止數(shù)碼管顯示的時候閃動</p><p>　　P2=0xff; //</p><p><b>　　P0=0xff;

49、</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　//定時器0中斷函數(shù)</p><p>　　void timer0() interrupt 1

50、 using 2 </p><p><b>　　{ </b></p><p>　　static uint count;</p><p>　　TH0=(65536-1000)/256; // 定時器0設(shè)置初始值1ms中斷初始值</p><p>　　TL0=(65536-1000)%256; </p&g

51、t;<p><b>　　TR0=1;</b></p><p>　　count++; //正常計時</p><p>　　if(count>=1000) // 定時 1S 到，以下為時鐘的正常走鐘邏輯</p><p>　　{ </p><p><

52、b>　　count=0;</b></p><p><b>　　sss++;</b></p><p>　　if(sss>60)</p><p>　　{ </p><p>　　sss=0; mmm++;</p><p>　　if(mmm>60

53、) </p><p>　　{ </p><p>　　mmm=0; hhh++;</p><p>　　if(hhh>24) </p><p><b>　　{ </b></p><p><b>　　hhh=0; </b></p><