单片机课程设计(论文)基于单片机的电子计时器设计.doc

课程设计(论文)题 目 名 称 基于单片机的电子计时器设计 课 程 名 称 单片机原理及其在电气测控学科中的应用 学 生 姓 名 学 号 系 、专 业 电气工程系 09电气测控类 指 导 教 师 2011年 6月30日邵阳学院课程设计（论文）任务书年级专业09电气测控学生姓名学 号题目名称基于单片机的电子计时器设计设计时间2011年6月20日2011年7月1日课程名称单片机原理及其在电气测控学科中的应用课程编号121200105设计地点数字控制与PLC实验室（305）一、 课程设计（论文）目的课程设计是在校学生素质教育的重要环节，是理论与实践相结合的桥梁和纽带。单片机课程设计，要求学生更多的完成软硬结合的动手实践方案，解决目前学生课程设计过程中普遍存在的缺乏动手能力的现象。单片机课程设计是继电子技术、和单片机原理与应用课程之后开出的实践环节课程，其目的和任务是训练学生综合运用已学课程“电子技术基础”、“单片机原理及应用”的基本知识，独立进行单片机应用技术和开发工作,掌握单片机程序设计、调试和应用电路设计、分析及调试检测。二、 已知技术参数和条件1、利用89C51设计一时钟，要求具有计时，设置闹钟时间，带秒表功能，可调时等功能；2、89C51系列单片机；3、电源、电阻，导线，LED7段数码显示，发光二极管等；4、KEIL 软件；Wave软件；Proteus仿真软件；5、THKSCM-1型单片机实验系统。三、 任务和要求一、 任务和要求设计简易数字电子计时器，要求如下：1. 显示时、分、秒。2. 可以正确计时。可在以上基础上任意发挥。注：1此表由指导教师填写，经系、教研室审批，指导教师、学生签字后生效；2此表1式3份，学生、指导教师、教研室各1份。四、参考资料和现有基础条件（包括实验室、主要仪器设备等）1、单片机课程设计指导，中南大学出版社，张一斌等2009年9月2、单片机实验与实践教程，北京航空航天大学出版社，何立民等2004年7月3、THKSCM-1型单片机实验系统实验指导书、KEIL 软件，WAVE 软件4、数字控制与PLC实验室”THKSCM-1型单片机实验系统”。五、进度安排2011年6月20日-21日：收集和课程设计有关的资料，熟悉课题任务何要求2011年6月22日：总体方案设计2011年6月23日-24日：硬件电路设计2011年6月25日-26日：软件设计2011年6月27日-29日：系统调试改进2011年6月30日：整理书写设计说明书2011年7月1日：答辩并考核六、教研室审批意见教研室主任（签名）： 年 月 日七|、主管教学主任意见 主管主任（签名）： 年 月 日八、备注指导教师（签字）： 学生（签字）：邵阳学院课程设计（论文）评阅表学生姓名 学 号 0941201222 系 电气工程系 专业班级 电本三班 题目名称 基于单片机的电子计时器设计 课程名称 单片机原理及其在电气测控学科中的应用 一、学生自我总结通过对单片机课程设计的学习和设计，使我了解到单片机这门课程的深奥，我们应该更加努力的去学习和实践我们所学的知识，加强我们的动手能力，并能提升我们将来在学习工作中遇到单片机问题的解决能力。在这里感谢各位老师给我们设计单片机这次实践机会。 学生签名： 年 月 日二、指导教师评定评分项目平时成绩论文答辩综合成绩权 重304030单项成绩指导教师评语： 指导教师（签名）： 年 月 日注：1、本表是学生课程设计（论文）成绩评定的依据，装订在设计说明书（或论文）的“任务书”页后面；2、表中的“评分项目”及“权重”根据各系的考核细则和评分标准确定。摘 要单片机自20世纪70年代问世以来，以其极高的性能价格比，受到人们的重视和关注，应用很广、发展很快。单片机体积小、重量轻、抗干扰能力强、环境要求不高、价格低廉、可靠性高、灵活性好、开发较为容易。由于具有上述优点，在我国，单片机已广泛地应用在工业自动化控制、自动检测、智能仪器仪表、家用电器、电力电子、机电一体化设备等各个方面，而51单片机是各单片机中最为典型和最有代表性的一种。这次毕业设计通过对它的学习、应用，以AT89C51芯片为核心，辅以必要的电路，设计了一个简易的电子时钟，它由4.5V直流电源供电，通过数码管能够准确显示时间，调整时间，从而到达学习、设计、开发软、硬件的能力。关键词：单片机；AT89C51；电子时钟；数码管目 录摘 要I1 绪论12 系统概述及总体设计22.1系统概述22.2总体设计23 硬件设计33.1系统工作原理33.2 单片机的复位电路33.3单片机的晶振电路43.4按键电路43.5 时钟显示电路54 软件设计65 系统仿真调试说明116 仿真结果与分析12参考文献13致 谢14附录（电路原理图）15附录（程序清单）161 绪论电子计时器，自从它发明的那天起，就成为人类的朋友，但随着时间的推移，科学技术的不断发展，人们对时间计量的精度要求越来越高，应用越来越广。怎样让时钟更好的为人民服务，怎样让我们的老朋友焕发青春呢？这就要求人们不断设计出新型时钟。现今，高精度的计时工具大多数都使用了石英晶体振荡器，由于电子计时器，石英表，石英钟都采用了石英技术，因此走时精度高，稳定性好，使用方便，不需要经常调校，数字式电子钟用集成电路计时时，译码代替机械式传动，用LED显示器代替显示器代替指针显示进而显示时间，减小了计时误差，这种表具有时，分，秒显示时间的功能，还可以进行时和分的校对，片选的灵活性好。电子计时器电路在计算机系统中起着非常重要的作用，是保证系统正常工作的基础。在一个单片机应用系统中，时钟有两方面的含义：一是指为保障系统正常工作的基准振荡定时信号，主要由晶振和外围电路组成，晶振频率的大小决定了单片机系统工作的快慢；二是指系统的标准定时时钟，即定时时间，它通常有两种实现方法：一是用软件实现，即用单片机内部的可编程定时/计数器来实现，但误差很大，主要用在对时间精度要求不高的场合；二是用专门的时钟芯片实现，在对时间精度要求很高的情况下，通常采用这种方法，典型的时钟芯片有：DS1302，DS12887，X1203等都可以满足高精度的要求。本文主要介绍用单片机内部的定时/计数器来实现电子计时器的方法，本设计由单片机AT89C51芯片和LED数码管为核心，辅以必要的电路，构成了一个单片机电子计时器。2 系统概述及总体设计2.1系统概述 单片机自20世纪70年代问世以来，以其极高的性能价格比，受到人们的重视和关注，应用很广、发展很快。单片机具有体积小、重量轻、抗干扰能力强、环境要求不高、价格低廉、可靠性高、灵活性好、开发较为容易。 目前单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。电子计时器是一种利用数字电路来显示秒、分、时的计时装置，与传统的机械钟相比，它具有走时准确、显示直观、无机械传动装置等优点，因而得到广泛应用。随着人们生活环境的不断改善和美化，在许多场合可以看到电子钟。在城市的主要营业场所、车站、码头等公共场所使用的电子计时器已经成为一种时尚。但目前市场上各式各样的电子钟大多数用全硬件电路实现，电路结构复杂，功率损耗大等缺点。因此有必要对数字电子钟进行改进。2.2总体设计 微处理器的设计选择89C51；显示电路的设计选用数码显示，将数码显示与驱动集成在一块芯片上；校时电路的设计，通过两个按钮来控制，一个使时钟加一，另一个使分钟加一；闹铃的设计，软件方面需通过不断比较当前时间与闹铃设定的时间来实现闹铃；硬件方面，同样需要用到一个按钮来设置闹铃时间以及停闹铃；秒表的设计，硬件通过一个按钮控制秒表的开、停，软件利用外部中断0来实现停秒表。还有一些其他控制电路如复位电路、时钟电路等。通过这些控制电路的连接构成了完整的电路。本系统是一个多功能电子计时器，数码管显示时间，具有通过多个按钮对对应的时、分进行加一调节，设闹钟，开、停秒表以及复位。3 硬件设计3.1系统工作原理 AT89C518 位LED显 示 器LED显示器段码驱动5个独立式按钮按 钮LED显示器位码驱动按键复位蜂鸣器图3.1 系统结构图对定时器T0设置一个50ms的脉冲，设定一计数功能的单元地址20H，其内容是20。通过当20H中值减为0时秒加一。当秒、分值为60时，该位清零，且高位加一。该系统是通过P2口控制时、分、秒的位的选择，通过P0口由74LS245锁存器实现时、分、秒具体的09的显示。分、时的调节是通过P1.1、P1.2口两个按钮，每一个按钮按下，对应端口由高电平变为低电平，程序进入一个相对应的加一程序。进入闹铃设置是通过 P3.3口按钮来控制的，闹铃的调整要调用闹铃的时间调整程序，闹铃响起后要停止闹铃，只要按下P3.3口的按钮则外部中断1来申请中断来实现停闹铃。按下P3.2口的按钮则开启秒表，再按一下按钮则由外部中断0申请中断来停止秒表。P1.0口接按钮实现清零功能。按下后，时钟从零时零分零秒显示。复位电路我们采用了上电复位和手动复位相结合的形式，设置了一个复位按钮。3.2 单片机的复位电路我们采用上电复位和手动复位相结合的方式。图3.2 复位电路3.3单片机的晶振电路在晶振两侧各接一个30pf的瓷片电容接地，用来削减偕波对电路的稳定性的影响。图3.3 单片机的晶振电路3.4按键电路按下键后对应的端口被拉成低电平以实相应的功能。其中的秒表按键以及闹钟按键功能比较强大，他们须分别实现秒表的开、停和设置闹钟时间的进入以及停止闹铃。图3.4 电子时钟的按键电路3.5 时钟显示电路我们选用了8个共阴极的数码管来显示时钟。因为段选端需要接一个锁存器以稳定显示，而P0口的驱动能力最大，所以我们选P0口为段选段。P2口为位选。不选P3口是因为我们要用外部中断0、1来实现停秒表和停闹铃的功能。图3.5 时钟显示电路4 软件设计程序流程YYN响闹铃NY闹铃比较，（18H）=1Y设置各中断程序入口地址设置初始时钟，（19H）=1T0初始化开中断，启动T0显示时钟按键扫描有键按下否外部中断1是否响应停闹铃功能程序N开始 图4.1 主程序流程图程序开始后，设置各中断路口的首地址，然后开启中断，启动后将其与闹钟设定数值相比较，若没有达到闹钟设定数值则显示时钟然后再按键扫描，并执行相应的功能程序。若达到了闹钟设定数值，则向闹钟。当外部中断相应时，闹钟停止。开始显示时钟P1.1是否按下（调分）显示P1.2否按下（调时）显示闹铃比较处调时钟 Y N 回到闹铃比较处图4.2 调时钟流程图当按下P1.1或P1.2时，分别对分和时加一，然后再显示，当所调时与闹钟时间比较没有达到时，则回到闹钟比较处。开始 设置闹钟时间 显示原闹钟时间显示，（19H）=0P1.1是否按下（调分）显示，（19H）=0P1.2是否按下（调时）是否退出？ 回到闹铃比较处闹铃比较处图4. 设闹钟流程图开始对闹钟时间进行调节，按P1.1和P1.2分别对分钟和时钟加一，查看显示值，查看（19H）中的值是否为零，再判断是否退出回到闹铃比较处。重置初值，启动下一个50ms(20H)=0?秒单元加1，（20H）=14H秒单元=60？分单元加1，秒单元清零分单元=60？时单元加1，分单元清零时单元=24？时、分、秒单元清零中断返回进入主时钟中断 开始N Y N N Y N Y Y 图4. 主时钟计时流程图本程序是主时钟中断程序，首先对其设定初值，查看（20H）中的值是否为零，为零时秒单位加一，当秒为60时，分加一。当分为60时，时加一。当时为24时，对秒分时都清零。然后返回中断。5 系统仿真调试说明在WAVE中编好一个功能程序，编译无误后，添加到PROTEUS仿真软件中的AT89C51芯片中，保存，运行，观察是否得到想要的结果，如果不是则回到WAVE中改进程序，再编译、仿真，直至所有功能均可实现。 显示时钟功能，要能显示时、分、秒，并能显示之间的分隔符。秒表功能，按下相应按钮开秒表，再次按下则停秒表。清零功能，按下清零键当前时间从零时零分零秒走起。设置闹铃时间功能，按下相应的键要进入调闹铃，此时只显示时、分以及其间的分隔符，按下调分键进行调分，按下调时则调时。闹铃功能，到了设定的时间后蜂鸣器发出有规则的断、续的声音，按下设置闹铃的键则停止鸣叫。 6 仿真结果与分析图6.1仿真结果图刚开始仿真是遇到了困难，数码管不显示，原来是程序出错，不能达到指定的功能经过反复修改程序，终于实现了其基本功能，按各个开关都能实现指定的功能，调时，调秒表，调闹钟等。仿真的成功，让我收获到成功的喜悦。让我懂得了硬件和软件的功能，使我受益匪浅。参考文献1李朝青.单片机原理及接口技术.(第三版)，北京航空航天大学出版社，1999：18-47页2朱清慧 张凤蕊 翟天嵩 王志奎.Proteus 教程电子线路设计·制版与仿真.M，清华大学出版社，2008:1-116页3李维祥.单片机原理与应用M.天津大学出版社，2001：1-96页4钱逸秋.单片机原理与应用M.电子工业出版社，2002:1-102页5华成英，童诗白.模拟电子技术基础(第四版).高等教育出版社，2006:39-222页致 谢首先要感谢辅导老师的细心教导，教会了我们如何写论文，后面我们终于搞出了像样的论文，对所学知识也有了更深入的了解，并且能够将所学知识融会贯通，这些都归功于指导老师孜孜不倦的教导。在整个设计过程中，我们充分发挥了人的主观能动性，自主学习，学到了许多课本上没法学到的知识，较好的完成了作品，达到了预期的目的，完成了最初的设想。通过这次设计，认识到对电路的设计、布局要先有一个好的构思，才显得电路板美观、大方。程序编写中，由于思路不清晰，开始时遇到了很多的问题，经过静下心来思考，查阅了很多资料，理清了思路，渐渐开始得心应手。在此次设计中，知道了无论做什么事要有一颗平常的心，不要想着走捷径，一步一个脚印才是硬道理。通过这次设计，会让我以后的学习和办事变得更加严谨、更加有耐心、更加有条理。最后，再次要感谢我们的老师，是他教给了我们全面的基础知识，如果没有精湛的基础知识作为后盾，一切都是不可能的附录（电路原理图） 电路原理图 电路原理图 附录（程序清单） ORG 0000H LJMP MAIN ORG 0003H LJMP RUNHOLD ；停秒表中断 ORG 000BH LJMP RUN ；秒表计时中断 ORG 0013H LJMP STOP ；停闹铃鸣叫 ORG 001BH LJMP TIMER ；主时钟计时中断 ORG 0100HMAIN：MOV SP,#60H ；设置堆栈 SETB RS0 ；设置当前工作组 CLR RS1 CLR IT0 ；设置外部0中断方式 CLR IT1 ；设置外部1中断方式 MOV TMOD,#11H ；T0主时钟计时，T1秒表计时 MOV 20H,#14H ；主时钟计时循环次数 CLR A MOV 30H,A ；主时钟计时数据存放单元，秒十六进制存储单元 MOV 31H,A ；分十六进制存储单元 MOV 32H,A ；时十六进制存储单元 MOV 72H,#10H ；分秒分隔符 MOV 75H,#10H ；时主时钟计时循环次数 MOV 76H,A MOV 77H,A MOV 51H,A ；设置闹铃时间 MOV 52H,A SETB ET1 ；开放T0中断 SETB EA MOV TH1,#3CH MOV TL1,#0B0H SETB TR1 ；开T0 CLR 19H ；设置调闹钟标志 * 闹钟比较 *ALARMC：JB 19H,KEYSCAN SETB EX1 SETB 18H ；设置停闹铃鸣叫标志 MOV A,32H CJNE A,52H,KEYSCAN MOV A,31H CJNE A,51H,KEYSCAN SET3:JNB 18H,KEYSCAN SETB 19H CLR P1.7 ；闹铃鸣叫 LCALL LED_BCD SETB P1.7 LCALL LED_BCD AJMP SET3 * 按钮扫描 * KEYSCAN：CLR EX1 LCALL LED_BCD JB P1.1,SET5 MADD1：LCALL DEL05S ；调分 JNB P1.1,SET4 CLR ET1 CLR TR1 MOV A,#1H ADD A,31H DA A MOV 31H,A CJNE A,#60H,SET5 MOV 31H,#00H MOV A,#1H ADD A,32H DA A MOV 32H,A AJMP SET5 SET4:JNB P1.1,$ SET5：LCALL LED_BCD SETB ET1 SETB TR1 JB P1.2,SET9 HADD1：LCALL DEL05S ；调时 JNB P1.2,SET8 MOV A,#1H ADD A,32H DA A MOV 32H,A CJNE A,#24H,SET9 MOV 32H,#00H AJMP SET9 SET8：JNB P1.2,$ SET9：LCALL LED_BCD SETB ET1 SETB TR1 JB P3.2,CLEAR LCALL DEL05S JNB P3.2,SET10 SETB ET0 ；进入秒表 SET16：MOV TH0,#3CH MOV TL0,#0B0H MOV 21H,#02H MOV 40H,#00H MOV 41H,#00H MOV 42H,#00H MOV 43H,#00H MOV 01H,#01H SETB TR0 SET11：LCALL DISPRUN SETB EX0 JB 01H,SET11 MOV 75H,#10H LCALL LED_BCD LCALL LED_BCD LCALL LED_BCD AJMP CLEAR SET10：JNB P3.2,$ CLEAR:：LCALL LED_BCD JB P1.0,AJUSTALARM ；清零 LCALL DEL05S JNB P1.0,SET15 LJMP SET19 SET15：JNB P1.0,$ AJMP AJUSTALARM SET19：CLR TR1 CLR A MOV 30H,A MOV 31H,A MOV 32H,A SETB TR1 LCALL LED_BCD LCALL ALARMCAJUSTALARM：JB P3.3,SET31 ；调闹铃 LCALL DEL05S JNB P3.3,SET32 SET33：LCALL DISPALARM JNB P1.1,SET36 JB P1.2,SET33 LJMP SET37 SET36：LJMP SET34 SET37：LJMP SET35 SET31：LJMP ALARMC SET32：JNB P3.3,$ LJMP ALARMC STOP：PUSH PSW ；停闹铃中断 PUSH A SETB P3.3 CLR 18H CLR EX1 CLR P1.4 POP A POP PSW RETI RUNHOLD：PUSH PSW ；停秒表 PUSH A CLR ET0 CLR TR0 MOV 00H,#150 SET13：LCALL DISPRUN DJNZ 00H,SET13 CLR 01H CLR EX0 POP A POP PSW RETI RUN：PUSH PSW ；秒表计时中断 PUSH A MOV TH0,#3CH MOV TL0,#0B0H DJNZ 21H,RETURN MOV 21H,#02H MOV A,#1H ADD A,40H DA A MOV 40H,A CJNE A,#10H,RETURN MOV 40H,#00H MOV A,#1H ADD A,41H DA A MOV 41H,A CJNE A,#10H,RETURN MOV 41H,#00H MOV A,#01H ADD A,42H DA A MOV 42H,A CJNE A,#10H,RETURN MOV 42H,#00H MOV A,#01H ADD A,43H DA A MOV 43H,A CJNE A,#10H,RETURN MOV 43H,#00H RETURN：LCALL DISPRUN POP A POP PSW RETI DISPRUN：PUSH 08H ；秒表计时中断 PUSH A MOV R0,#42H MOV 22H,#2H MOV P2,#0FEH MOV A,40H MOV DPTR,#TAB MOVC A,A+DPTR MOV P0,A LCALL DEL10MS MOV A,P2 RL A MOV P2,A MOV A,41H MOV DPTR,#TAB1 MOVC A,A+DPTR MOV P0,A LCALL DEL10MS MOV A,P2 RL A MOV P2,A NEXT：MOV A,R0 MOV DPTR,#TAB MOVC A,A+DPTR MOV P0,A LCALL DEL10MS MOV A,P2 RL A MOV P2,A INC R0 DJNZ 22H,NEXT POP A POP 08H RET SET34：LCALL DEL05S ；开始调闹钟，调分 JNB P1.6,SET25 MOV A,#01H ADD A,51H DA A MOV 51H,A CJNE A,#60H,SET23 MOV 51H,#00H AJMP SET23 SET25：LCALL DISPLAY JNB P1.1,$ AJMP SET33 SET