基于51單片機(jī)可調(diào)數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)

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1、. 單片機(jī)技術(shù)課程實(shí)踐 ——基于89C51單片機(jī)可調(diào)數(shù)字鐘的仿真設(shè)計(jì) 班級(jí)： ： **： 輔導(dǎo)教師： 設(shè)計(jì)時(shí)間： . > . 1. 設(shè)計(jì)目的 1.1設(shè)計(jì)目的 〔1〕掌握51系列部定時(shí)/計(jì)數(shù)器的原理和根本應(yīng)用； 〔2〕掌握使用單片機(jī)處理復(fù)雜邏輯的方法；

2、 〔3〕掌握多位數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示的方法； 〔4〕掌握獨(dú)立式〔和矩陣〕鍵盤的編程方法； 〔5〕掌握利用匯編語言編寫單片機(jī)系統(tǒng)的應(yīng)用軟件的方法； 〔6) 穩(wěn)固,加深和擴(kuò)大單片機(jī)應(yīng)用的知識(shí)面,提高綜合及靈活運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決工業(yè)控制的能力; (7) 培養(yǎng)針對(duì)課題需要,選擇和查閱有關(guān)手冊(cè),圖表及文獻(xiàn)資料的自學(xué)能力,提高組成系統(tǒng),編程,調(diào)試的動(dòng)手能力; (8) 熟悉單片機(jī)用系統(tǒng)開發(fā),研制的過程,軟硬件設(shè)計(jì)方法,容及步驟. (9) 了解數(shù)字鐘的組成及工作原理. 1.2設(shè)計(jì)性能 〔1〕用51單片機(jī)的定時(shí)/計(jì)數(shù)器TMR0產(chǎn)生一秒的定時(shí)時(shí)間，作為秒計(jì)數(shù)時(shí)間

3、； 〔2〕當(dāng)一秒產(chǎn)生時(shí)，秒計(jì)數(shù)加1； 〔3〕開機(jī)時(shí)，顯示00.00.00，并開場(chǎng)連續(xù)計(jì)時(shí)； 〔4〕計(jì)時(shí)滿23.29.59時(shí)，返回00.00.00重新開場(chǎng)計(jì)時(shí)； 〔5〕在以上設(shè)計(jì)根底上，在單片機(jī)的I/O口上分別接入四個(gè)按鍵：K0—控制"秒〞的調(diào)整，每按一次加1秒；K1—控制"分〞的調(diào)整，每按一次加1分；K2—控制"時(shí)〞的調(diào)整，每按一次加1小時(shí)；K3—時(shí)間復(fù)位按鍵。 2.系統(tǒng)電路的方案 2.1實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘計(jì)時(shí)的根本方法 用AT89C51單片機(jī)的定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0產(chǎn)生一秒的定時(shí)時(shí)間，作為秒計(jì)數(shù)時(shí)間，當(dāng)一秒產(chǎn)生時(shí)，秒計(jì)數(shù)加1開機(jī)時(shí)。顯示00-00-00的時(shí)間，開場(chǎng)計(jì)時(shí)；

4、計(jì)時(shí)滿23-59-59時(shí)，返回00-00-00重新計(jì)時(shí) AT89C51單片機(jī)的部16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器是一個(gè)可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器，它既可以工作在13位定時(shí)方式，也可以工作在16位定時(shí)方式和8位定時(shí)方式。只要通過設(shè)置特殊功能存放器TMOD，即可完成。定時(shí)/計(jì)數(shù)器何時(shí)工作也是通過TCON特殊功能存放器來設(shè)置的。 在此設(shè)計(jì)中，選擇16位定時(shí)工作方式。對(duì)于T0來說，系統(tǒng)時(shí)鐘為12MHz，最大定時(shí)也只有65536us，即65.536ms，無法到達(dá)我們所需要的1秒的定時(shí)，因此，必須通過軟件來處理這個(gè)問題，假設(shè)取T0的最大定時(shí)為50ms，即要定時(shí)1秒需要經(jīng)過20次的50ms的定時(shí)。對(duì)于這20次計(jì)數(shù)，就可以采用

5、軟件的方法來統(tǒng)計(jì)了。 設(shè)定TMOD＝01H，設(shè)置定時(shí)/計(jì)數(shù)器0工作在方式1。 給T0定時(shí)/計(jì)數(shù)器的TH0，TL0裝入預(yù)置初值，通過下面的公式可以計(jì)算出： N=t/Ty=(50×10^-3)/(1×10^-6)=50000 *=65536-50000=15536=3CB0H 即TH0=3CH,TL0=0B0H. 這樣，當(dāng)定時(shí)/計(jì)數(shù)器0計(jì)滿50ms時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)中斷，我們可以在中斷效勞程序中，對(duì)中斷次數(shù)加以統(tǒng)計(jì)，以實(shí)現(xiàn)數(shù)字鐘的邏輯功能。 2.2數(shù)字鐘的時(shí)間顯示 顯示器的時(shí)間顯示采用動(dòng)態(tài)掃描電路驅(qū)動(dòng)形式，以到達(dá)簡(jiǎn)化電路的目的。但要注意所需的驅(qū)動(dòng)電流比靜態(tài)驅(qū)動(dòng)時(shí)要大，因此要增加驅(qū)

6、動(dòng)電路。可采用 74LS244或者晶體管；其中74LS244是用來驅(qū)動(dòng)段選碼，晶體管是驅(qū)動(dòng)位選碼。 電子鐘的時(shí)鐘時(shí)間在六位數(shù)碼管上進(jìn)展顯示，因此，在部RAM中設(shè)置顯示緩沖區(qū)共8個(gè)單元。 LED8 LED7 LED6 LED5 LED4 LED3 LED2 LED1 37H 36H 35H 34H 33H 32H 31H 30H 小時(shí) 分隔符 分鐘 分隔符 秒 . > . 3.系統(tǒng)的硬

7、件設(shè)計(jì) 3.1單片機(jī)的功能介紹 AT89C51是一種帶4K字節(jié)FLASH存儲(chǔ)器的低電壓、高性能CMOS 8位微處理器，俗稱單片機(jī)。AT89C2051是一種帶2K字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除1000次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃速存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，AT89C2051是它的一種精簡(jiǎn)版本。AT89C51單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。外形及引腳排列如下圖 。 圖

8、3.1 單片機(jī)AT89C52引腳功能簡(jiǎn)化圖 3.2時(shí)鐘振蕩電路 時(shí)鐘振蕩器即時(shí)鐘脈沖發(fā)生器，產(chǎn)生整個(gè)芯片部各功能電路正常操作所需的時(shí)鐘脈沖和定時(shí)信號(hào)。最常用的一種電路連接方法是，在*TAL1和*TAL2這2只引腳之間外接一只晶體振蕩器*TAL和2只電容C1和C2到地〔如圖5-3所示〕，與片電路共同構(gòu)成一個(gè)多諧振蕩器電路。其振蕩頻率取決于外接石英晶體振蕩器元件*TAL的固有頻率，常選取12MHZ或6MHZ的晶振。 典型的晶振取11.0592MHz(因?yàn)榭梢詼?zhǔn)確地得到9600波特率和19200波特率，用于有串口通訊的場(chǎng)合)/12MHz(產(chǎn)生準(zhǔn)確的uS級(jí)時(shí)歇,方便定時(shí)操作)

9、特別注意:對(duì)于31腳(EA/Vpp),當(dāng)接高電平時(shí),單片機(jī)在復(fù)位后從部ROM的0000H開場(chǎng)執(zhí)行;當(dāng)接低電平時(shí),復(fù)位后直接從外部ROM的0000H開場(chǎng)執(zhí)行。 圖3.2時(shí)鐘振蕩電路圖 3.3鍵盤控制電路 鍵盤分編碼鍵盤和非編碼鍵盤。鍵盤上閉合鍵的識(shí)別由專用的硬件編碼器實(shí)現(xiàn)，并產(chǎn)生鍵編碼號(hào)或鍵值的稱為編碼鍵盤，如計(jì)算機(jī)鍵盤.而靠軟件編程來識(shí)別的稱為非編碼鍵盤； 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。也有用到編碼鍵盤的。非編碼鍵盤有分為：獨(dú)立鍵盤和行列式〔又稱為矩陣式〕鍵盤。下列圖5-6是非編碼鍵盤式控制電路。 圖3.3 鍵盤控制電路 按鍵在閉合和斷開

10、時(shí)，觸點(diǎn)會(huì)存在抖動(dòng)現(xiàn)象為使CPU能正確地讀出端口的狀態(tài)，對(duì)每一次按鍵只作一次響應(yīng)，就必須考慮如何去除抖動(dòng)，常用的去抖動(dòng)的方法有兩種：硬件方法和軟件方法。單片機(jī)中常用軟件法，軟件法其實(shí)很簡(jiǎn)單，就是在單片機(jī)獲得端口為低的信息后，不是立即認(rèn)定按鍵已被按下，而是延時(shí)10毫秒或更長一些時(shí)間后再次檢測(cè)端口，如果仍為低，說明按鍵確實(shí)按下了，這實(shí)際上是避開了按鍵按下時(shí)的抖動(dòng)時(shí)間。而在檢測(cè)到按鍵釋放后〔端口為高〕再延時(shí)5-10個(gè)毫秒，消除后沿的抖動(dòng)，然后再對(duì)鍵值處理。不過一般情況下，我們通常不對(duì)按鍵釋放的后沿進(jìn)展處理，實(shí)踐證明，也能滿足一定的要求。 4.系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 4.1系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)流程圖

11、 這次的數(shù)字鐘設(shè)計(jì)用到很多子程序，最好將它們分為假設(shè)干個(gè)相對(duì)獨(dú)立且相互聯(lián)系的局部。主程序是先開場(chǎng)，然后啟動(dòng)定時(shí)器，定時(shí)器啟動(dòng)后在進(jìn)展按鍵檢測(cè)，檢測(cè)完后，就可以顯示時(shí)間。以下是數(shù)字鐘工作的流程圖。 開場(chǎng) 顯示初始化，設(shè)置定時(shí)器，定時(shí)50毫秒，開斷斷。器 根據(jù)計(jì)數(shù)值顯示時(shí)間 到60秒？ S鍵按下？ M鍵按下？ H鍵按下？ 到60分？ 到24小時(shí)？ 秒計(jì)數(shù)加1 小時(shí)計(jì)數(shù)加1 分計(jì)數(shù)加1 小時(shí)計(jì)數(shù)值清0 是 否 否 否 是 是 是 否 否 是 否 R鍵按下？ 否 是 秒計(jì)數(shù)清零 是 分計(jì)數(shù)清零 圖4.1 數(shù)字鐘

12、工作流程圖 4.2 系統(tǒng)中斷流程圖 單片機(jī)一般允許有多個(gè)中斷源，當(dāng)幾個(gè)中斷源同時(shí)向CPU請(qǐng)求中斷時(shí)，就存在CPU優(yōu)先響應(yīng)哪一個(gè)中斷請(qǐng)求源的問題〔優(yōu)先級(jí)問題〕，一般根據(jù)中斷源的輕重緩急排隊(duì)，優(yōu)先處理最緊急事件的中斷請(qǐng)求，于是便規(guī)定每一個(gè)中斷源都有一個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)別，并且CPU總是響應(yīng)級(jí)別最高的中斷請(qǐng)求。 當(dāng)CPU正在處理一個(gè)中斷源請(qǐng)求的時(shí)候，又發(fā)生了另一個(gè)優(yōu)先級(jí)比它高的中斷源請(qǐng)求，如果CPU能夠暫時(shí)中止對(duì)原來中斷處理程序的執(zhí)行，轉(zhuǎn)而去處理優(yōu)先級(jí)更高的中斷源請(qǐng)求，待處理完以后，再繼續(xù)執(zhí)行原來的低級(jí)中斷處理程序，這樣的過程稱為中斷嵌套。 以下列圖是定時(shí)器中斷效勞子程序流

13、程圖 開場(chǎng) 顯示初始化，設(shè)置定時(shí)器，定時(shí)50毫秒 根據(jù)計(jì)數(shù)值顯示時(shí)間 到60秒？ 到60分？ 到24小時(shí)？ 秒計(jì)數(shù)加1 小時(shí)計(jì)數(shù)加1 分計(jì)數(shù)加1 所有計(jì)數(shù)值清0 是 否 是 否 是 否 圖4.2 定時(shí)器中斷效勞子程序流程圖 4.3子程序說明 4.3.1 按鍵掃描 按鍵處理是先檢測(cè)秒按鍵是否按下，秒按鍵如果按下，秒就加1；如果沒有按下，就檢測(cè)分按鍵是否按下，分按鍵如果按下，分就加1；如果沒有按下，就檢測(cè)時(shí)按鍵是否按下，時(shí)按鍵如果按下，時(shí)就加1；如果沒有按下，就檢測(cè)復(fù)位鍵是否按下，復(fù)位健按鍵如果按下，時(shí)鐘就復(fù)位。如果沒有按下，把時(shí)

14、間顯示出來。 4.3.2 數(shù)碼管動(dòng)態(tài)掃描 時(shí)間顯示是先秒個(gè)位計(jì)算顯示，然后是秒十位計(jì)算顯示，再是分個(gè)位計(jì)算顯示，再然后是分十位顯示，再就是時(shí)個(gè)位計(jì)算顯示，最后是時(shí)十位顯示。 動(dòng)態(tài)顯示的特點(diǎn)是將所有位數(shù)碼管的段選線并聯(lián)在一起，由位選線控制是哪一位數(shù)碼管有效。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暫留特性，使人的感覺好似各位數(shù)碼管同時(shí)都在顯示。 5.數(shù)字鐘元件清單和軟件介紹 5.1數(shù)字鐘元件清單 列元件清單的主要目的是為了更好地理論聯(lián)系實(shí)際，為了硬件設(shè)計(jì)和仿真起到了不可磨滅的作用，做到心中

15、有數(shù)。以下是數(shù)字鐘的元件清單 元件名稱 規(guī)格型號(hào) 數(shù)量〔個(gè)〕 單片機(jī) AT89C51 1 電阻 RES/10K,RES/220 5,8 晶振 11.0592MHz 1 電容 30pF/220uf 2,1 按鍵 BUTTON 4 排阻 RESPACK-8/10K 1 鎖存器 74LS245 1 液晶顯示 7SEG-MP*6-CC 1 二極管 1N4148 4 表5.1電子鐘元器件清單 5.2軟件調(diào)試 翻開程序調(diào)試軟件keil uVision3，在里面新建一個(gè)工程，接著新建文件，編寫相應(yīng)程序。編寫好的各個(gè)程序進(jìn)展編譯與連接。

16、但假設(shè)是在該過程中，看見我們編好的程序有錯(cuò)誤，則根據(jù)他相應(yīng)的提示來修改錯(cuò)誤，直到該程序能夠正確編譯為止。能夠正常編譯的程序說明沒有什么問題了，此時(shí)我們?cè)邳c(diǎn)擊相關(guān)欄目，讓它生成我們?cè)谟布抡鏁r(shí)所需要的.HE*文件。 5.3硬件調(diào)試 翻開Proteus 仿真軟件，按照方案所選的電路元件來設(shè)計(jì)整體電路，先把芯片按一定的位置放好，然后按相應(yīng)的對(duì)象進(jìn)展連接，連接時(shí)需仔細(xì)，以免調(diào)試時(shí)發(fā)生錯(cuò)誤。做好之后把編程所生成的。HE*文件加載到AT89C52中，運(yùn)行仿真軟件，查看運(yùn)行效果。如果運(yùn)行出錯(cuò)則就根據(jù)他相應(yīng)的提示來修改錯(cuò)誤，直到仿真成功為止。 .

17、 > . 總結(jié) 通過本次仿真的設(shè)計(jì)，我遇到很多自己不理解的問題及書本上或是我以前沒有看見過的知識(shí)點(diǎn)。在面對(duì)這些問題時(shí)，我首先采用的是上網(wǎng)搜尋的方法，在根據(jù)別人的提示，想想自己的問題出在哪里，該怎么解決。當(dāng)我還是無法想到解決的方法時(shí)，我就帶著自己的問題到圖書館查閱資料或找同學(xué)互相交流，如果我的問題還是沒有解決，我就帶著問題去問我們的指導(dǎo)教師，讓他幫我解決。采用這樣的方法，我的很多問題都迎刃而解了！其次，我不但努力解決自己遇到的問題，還幫助同學(xué)解決他們遇到的問題。這樣一來，我的知識(shí)得到了進(jìn)一步的穩(wěn)固，

18、同學(xué)的問題也得到了相應(yīng)的解決，我到達(dá)了一舉雙收的效果，我為此而感到快樂。 讓我覺得仿真的最大成果是:知道了將理論用到實(shí)際當(dāng)中時(shí)，會(huì)遇到很多的問題。需要我們一個(gè)一個(gè)地把它解決，根據(jù)自己所學(xué)的專業(yè)根底知識(shí)分析具體原因，具體問題具體分析，再逐一把它克制掉。知道理論與實(shí)際的差距，所以以后要多加強(qiáng)實(shí)際動(dòng)手的能力。因此，學(xué)習(xí)就應(yīng)該采取理論與實(shí)踐相結(jié)合的方式，理論的問題，也就是實(shí)踐性的課題。這種做法既有助于完成理論知識(shí)的穩(wěn)固，又有助于帶動(dòng)實(shí)踐，解決實(shí)際問題，加強(qiáng)我們的動(dòng)手能力和解決問題的能力。最后，我相信以后不管遇到什么困難和挫折，不要畏懼，要敢于向前探索。這樣問題才能迎刃而解。 .

19、 > . 附錄一 系統(tǒng)程序源代碼 S_SET BIT P1.0 ;數(shù)字鐘秒控制位 M_SET BIT P1.1 ;分鐘控制位 H_SET BIT P1.2 ;小時(shí)控制位 RESET BIT P1.3 ;復(fù)位鍵 SECONDEQU 30H MINUTEEQU 31H HOUREQU 32H TTEQU 34H ORG 0000H SJMP START ORG 0BH LJMP INT_T0 ;定時(shí)器0溢出

20、中斷矢量 START:MOV DPTR,#TABLE MOV HOUR, #0 ;初始化 MOV MINUTE,#0 MOV SECOND,#0 MOV TT,#0 ;計(jì)數(shù)值賦0 MOV TMOD,#01H ;定時(shí)器/計(jì)數(shù)器工作在方式1 MOV TH0,#3CH ;定時(shí)50毫秒 MOV TL0,#0B0H MOV IE,#82H ;EA中斷總允許位置1 SETB TR0 ;允許T0累加計(jì)數(shù)。 ;判斷是否有控制鍵按下,是哪一個(gè)鍵按下 A1: LCALL DISPLAY MOV P1,#0FFH ;把P1腳置成高電平 JNB S_SET

21、,S1 JNB M_SET,S2 JNB H_SET,S3 JNB RESET,S4 LJMP A1 ;如果沒有鍵按下重新檢測(cè) S1: LCALL DELAY ;有S_SET鍵按下去抖動(dòng) S_SET,A1 ;確實(shí)有鍵按下進(jìn)入下面處理，否則為干擾重新檢測(cè) INC SECOND ;秒值加1 LCALL DISPLAY MOV A,SECOND CJNE A, #60, J0 ;判斷是否加到60秒 MOV SECOND,#0 LJMP J0 ;等待按鍵彈起來，按一次，只加一次 S2: LCALL DELAY

22、 ;有M_SET鍵按下去抖動(dòng) M_SET,A1 INC MINUTE ;分鐘值加1 LCALL DISPLAY MOV A,MINUTE CJNE A,#60,J1 ;判斷是否加到60分 MOV MINUTE,#0 LJMP J1 S3: LCALL DELAY ;有H_SET鍵按下去抖動(dòng) H_SET,A1 INC HOUR ;小時(shí)值加1 LCALL DISPLAY MOV A,HOUR CJNE A,#24,J2 ;判斷是否加到24小時(shí) MOV HOUR,#0 LJMP J2 S4: LCALL

23、 DELAY ;有RESET鍵按下去抖動(dòng) RESET,A1 LJMP START J0: S_SET,A1 LCALL DISPLAY SJMP J0 J1: M_SET,A1 LCALL DISPLAY SJMP J1 J2: H_SET,A1 LCALL DISPLAY SJMP J2 ;定時(shí)器中斷效勞程序(每50ms中斷一次),對(duì)秒,分鐘和小時(shí)的計(jì)數(shù) INT_T0:MOV TH0,#3CH MOV TL0,#0B0H INC TT MOV A,TT CJNE A,#20,RETUNE ;計(jì)時(shí)1秒 INC SECON

24、D MOV TT,#0 MOV A,SECOND CJNE A,#60,RETUNE INC MINUTE MOV SECOND,#0 MOV A,MINUTE CJNE A,#60,RETUNE INC HOUR MOV MINUTE,#0 MOV A,HOUR CJNE A,#24,RETUNE MOV HOUR,#0 MOV MINUTE,#0 MOV SECOND,#0 MOV TT,#0 RETUNE: RETI ;顯示控制子程序 DISPLAY: MOV A,SECOND ;顯示秒 MOV B,#10 DIV AB ;商和

25、余數(shù)分別保存在A和B CLR P3.6 MOVC A,A+DPTR ;把A+DPTR指定單元容復(fù)制到A MOV P0,A;將A中查得結(jié)果送P0端口顯示 LCALL DELAY SETB P3.6 MOV A,B CLR P3.7 MOVC A,A+DPTR ;把A+DPTR指定單元容復(fù)制到A MOV P0,A LCALL DELAY SETB P3.7 CLR P3.5 MOV P0,#40H ;顯示分隔符 LCALLDELAY SETB P3.5 MOV A,MINUTE ;顯示分鐘 MOV B,#10 DIV AB CLR P3.

26、3 MOVC A,A+DPTR MOV P0,A LCALL DELAY SETB P3.3 MOV A,B CLR P3.4 MOVC A,A+DPTR MOV P0,A LCALL DELAY SETB P3.4 CLR P3.2 MOV P0,#40H ;顯示分隔符 LCALL DELAY SETB P3.2 MOV A,HOUR ;顯示小時(shí) MOV B,#10 DIV AB CLR P3.0 MOVC A,A+DPTR MOV P0,A LCALL DELAY SETB P3.0 MOV

27、 A,B CLR P3.1 MOVC A,A+DPTR MOV P0,A LCALL DELAY SETB P3.1 RET TABLE:DB3FH,06H,5BH,4FH,66H DB6DH,7DH,07H,7FH,6FH DELAY: MOVR6,#5 ;5ms延時(shí)子程序 D1:MOVR7,#250 ;1ms D0:NOP NOP DJNZ R7,D0 DJNZ R6,D1 RET END 附錄二系統(tǒng)電路圖 . >