单片机课程设计（论文）基于单片机的多功能数字电子钟的设计.doc

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1、单片机课程设计任务书分院信息科学与工程学院专业自动化学生姓名XXX学号888888设计题目基于单片机的多功能数字电子钟的设计 软件电路设计课程设计内容及要求：内容： 1设计电路，选择器件 2 利用Protel画原理图 3 编程，调试 4 焊接电路，调试要求：1、电子钟能复位功能，计时功能 2、电子钟能实现省电功能 3、电子钟能实现调时功能进度及安排：（10天） 1查资料（2天） 2设计电路画电路图（2天） 3编程与调试（2天） 4焊接硬件电路并调试（2天） 5写报告（2天）指导教师（签字）： 年 月 日分院院长（签字）： 年 月 日摘 要单片计算机即单片微型计算机。由RAM ,ROM,CPU构

2、成，定时，计数和多种接口于一体的微控制器。它体积小，成本低，功能强，广泛应用于智能产业和工业自动化上。而51系列单片机是各单片机中最为典型和最有代表性的一种。这次课程设计通过对它的学习，应用，从而达到学习、设计、开发软、硬的能力。本设计主要设计了一个基于AT89C2051单片机的电子时钟。并在数码管上显示相应的时间。并通过一个控制键用来实现时间的调节和是否进入省电模式的转换。应用Proteus的ISIS软件实现了单片机电子时钟系统的设计与仿真。该方法仿真效果真实、准确，节省了硬件资源。关键字：单片机；子时钟；键盘控制。目 录1 电子时钟1 1.1 电子时钟简介1 1.2 电子时钟的基本特点1

3、1.3 电子时钟的原理12 单片机的相关知识1 2.1 单片机简介1 2.2 单片机的发展史2 2.3 单片机的特点3 2.4 at89C2051单片机介绍33 控制系统的硬件设计5 3.1 单片机型号的选择5 3.2 数码管显示工作原理6 3.3 键盘电路设计6 3.4 整个电路原理图74 控制系统的软件设计8 4.1主程序代码和流程图.8 4.2 仿真图18 4.3 仿真结果分析195 结束语19参考文献211 电子时钟1.1 电子时钟简介 1957年,Ventura发明了世界上第一个电子表，从而奠定了电子时钟的基础，电子时钟开始迅速发展起来。现代的电子时钟是基于单片机的一种计时工具，采用

4、延时程序产生一定的时间中断，用于一秒的定义，通过计数方式进行满六十秒分钟进一，满六十分小时进一，满二十四小时小时清零。从而达到计时的功能，是人民日常生活补课缺少的工具。1.2 电子时钟的原理 该电子时钟由AT89C2051，BUTTON，六段数码管等构成，采用晶振电路作为驱动电路，由延时程序和循环程序产生的一秒定时，达到时分秒的计时，六十秒为一分钟，六十分钟为一小时，满二十四小时为一天。而电路中唯一的一个控制键却拥有多种不同的功能，按下又松开，可以实现屏蔽数码管显示的功能，达到省电的目的；直接按下不松开，则可以通过按键实现分钟的累加，每按一次分钟加一；而连续两次按下按键不放松，则可实现小时的调

5、节，同样每按一次小时加一。2 单片机的相关知识 2.1 单片机简介 单片机全称为单片机微型计算机（Single Chip Microsoftcomputer)。从应用领域来看，单片机主要用来控制，所以又称为微控制器（Microcontroller Unit）或嵌入式控制器。单片机是将计算机的基本部件微型化并集成在一块芯片上的微型计算机。2.2 单片机的发展史4位单片机 1975年，美国德克萨斯仪器公司首次推出4位单片机TMS-1000；此后，各个计算机公司竞相推出四位单片机。日本松下公司的MN1400系列，美国洛克威尔公司的PPS/1系列等。四位单片机的主要应用领域有：PC机的输入装置，电池充

6、电器，运动器材，带液晶显示的音/视频产品控制器，一般家用电器的控制及遥控器，电子玩具，钟表，计算器，多功能电话等。 8位单片机 1972年，美国Intel公司首先推出8位微处理器8008，并于1976年9月率先推出MCS-48系列单片机。在这以后，8位单片机纷纷面市。例如，莫斯特克和仙童公司合作生产的3870系列，摩托罗拉公司生产的6801系列等。随着集成电路工艺水平的提高，一些高性能的8位单片机相继问世。例如，1978年摩托罗拉公司的MC6801系列及齐洛格公司的Z8系列，1979年NEC公司的UPD78XX系列。这类单片机的寻址能力达64KB，片内ROM容量达4-8KB，片内除带有并行IO

7、口外，还有串行IO口，甚至还有AD转化器功能。8位单片机由于功能强，被广泛用于自动化装置、智能仪器仪表、智能接口、过程控制、通信、家用电器等各个领域。16位单片机 1983年以后，集成电路的集成度可达几十万只管/片，各系列16位单片机纷纷面市。这一阶段的代表产品有1983年Intel公司推出的MCS-96系列，1987年Intel推出了80C96，美国国家半导体公司推出的HPC16040，NEC公司推出的783XX系列等。16位单片机主要用于工业控制，智能仪器仪表，便携式设备等场合。32位单片机 随着高新技术只智能机器人，光盘驱动器，激光打印机，图像与数据实时处理，复杂实时控制，网络服务器等领

8、域的应用与发展，20世纪80年代末推出了32位单片机，如Motorlora公司的MC683XX系列，Intel的80960系列，以及近年来流行的ARM系列单片机。32位单片机是单片机的发展趋势，随着技术的发展及开发成本和产品价格的下降，将会与8位单片机并驾齐驱。64位单片机 近年来，64位单片机在引擎控制，智能机器人，磁盘控制，语音图像通信，算法密集的实时控制场合已有应用，如英国Inmos公司的Transputer T800是高性能的64位单片机。2.3 单片机的特点 1 . 单片机的存储器ROM和RAM时严格区分的。ROM称为程序存储器，只存放程序，固定常数，及数据表格。RAM则为数据存储器

9、，用作工作区及存放用户数据。 2 . 采用面向控制的指令系统。为满足控制需要，单片机有更强的逻辑控制能力，特别是单片机具有很强的位处理能力。 3 . 单片机的I/O口通常时多功能的。由于单片机芯片上引脚数目有限，为了解决实际引脚数和需要的信号线的矛盾，采用了引脚功能复用的方法，引脚处于何种功能，可由指令来设置或由机器状态来区分。 4 . 单片机的外部扩展能力很强。在内部的各种功能部件不能满足应用的需求时，均可在外部进行扩展，与许多通用的微机接口芯片兼容，给应用系统设计带来了很大的方便。2.4 AT89C2051单片机介绍 VCC：电源。 GND：接地。 P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/

10、O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程 序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。 P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作 输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。 P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TT

11、L门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻 拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存 储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器 的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。 图2.1 89C51单片机P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部

12、下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。P3口也可作为AT89C2051的一些特殊功能口，如下表所示：口管脚 备选功能P3.0 RXD（串行输入口）P3.1 TXD（串行输出口）P3.2 /INT0（外部中断0）P3.3 /INT1（外部中断1）P3.4 T0（记时器0外部输入）P3.5 T1（记时器1外部输入）P3.6 /WR（外部数据存储器写选通）P3.7 /RD（外部数据存储器读选通）P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。 RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。 ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出

13、电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE 端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器 时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时， ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。 PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不

14、出现。EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时， /EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。3 控制系统的硬件设计3.1 单片机型号的选择 通过对多种单片机性能的分析，最终认为89C51是最理想的电子时钟开发芯片。89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压，高性能CMOS8位微处理器，器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8

15、位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的89C51是一种高效微控制器，而且它与MCS-51兼容，且具有4K字节可编程闪烁存储器和1000写/擦循环，数据保留时间为10年等特点，是最好的选择。3.2 数码管显示工作原理数码管是一种把多个LED显示段集成在一起的显示设备。有两种类型，一种是共阳型，一种是共阴型。共阳型就是把多个LED显示段的阳极接在一起，又称为公共端。共阴型就是把多个LED显示段的阴极接在一起，即为公共商。阳极即为二极管的正极，又称为正极，阴极即为二极管的负极，又称为负极。通常的数码管又分为8段，即8个LED显示段，这是为工程应用方便如设计的，分别为A、B、C、D、E、F

16、、G、DP，其中DP 是小数点位段。而多位数码管，除某一位的公共端会连接在一起，不同位的数码管的相同端也会连接在一起。即，所有的A段都会连在一起，其它的段也是如此，这是实际最常用的用法。数码管显示方法可分为静态显示和动态显示两种。静态显示就是数码管的8段输入及其公共端电平一直有效。动态显示的原理是，各个数码管的相同段连接在一起，共同占用8 位段引管线；每位数码管的阳极连在一起组成公共端。利用人眼的视觉暂留性，依次给出各个数码管公共端加有效信号，在此同时给出该数码管加有效的数据信号，当全段扫描速度大于视觉暂留速度时，显示就会清晰显示出来。 图3.1 数码管3.3 键盘电路设计 该设计只用了一个键

17、盘，但实现的功能却是比较完善，减少了硬件资源的损耗，该键盘可以实现小时和分钟的调节以及控制是否进入省电模式。当按键按下又松开，可以实现屏蔽数码管显示的功能，达到省电的目的；直接按下不松开，则可以通过按键实现分钟的累加，每按一次分钟加一；而连续两次按下按键不放松，则可实现小时的调节，同样每按一次小时加一。达到时间调节的目的。 图3.2 多功能控制键3.4 电路原理图 图3.3 系统电路原理图4 控制系统的软件设计 4.1 主程序代码和流程图ORG 0000H ;程序执行开始地址LJMP START ;跳到标号START执行ORG 0003H ;外中断0中断程序入口RETI ;外中断0中断返回OR

18、G 000BH ;定时器T0中断程序入口LJMP INTT0 ;跳至INTTO执行ORG 0013H ;外中断1中断程序入口RETI ;外中断1中断返回ORG 001BH ;定时器T1中断程序入口LJMP INTT1 ;跳至INTT1执行ORG 0023H ;串行中断程序入口地址RETI ;串行中断程序返回；主程序流程图；开始开中断，并允许T0中断TH0，TL0装入初值计数单元清零 P3.7按键识别成功否？ 否 是时间调整程序加1秒计时程序 ;主程序开始； START: MOV R0,#70H ;清70H-7AH共11个内存单元MOV R7,#0BH CLEARDISP: MOV R0,#00

19、H INC R0 DJNZ R7,CLEARDISP MOV 20H,#00H ;清20H（标志用）MOV 7AH,#0AH ;放入熄灭符数据 MOV TMOD,#11H ;设T0、T1为16位定时器 MOV TL0,#0B0H ;50MS定时初值（T0计时用） MOV TH0,#3CH ;50MS定时初值 MOV TL1,#0B0H ;50MS定时初值（T1闪烁定时用） MOV TH1,#3CH ;50MS定时初值 SETB EA ;总中断开放 SETB ET0 ;允许T0中断 SETB TR0 ;开启T0定时器 MOV R4,#14H ;1秒定时用初值（50MS20）START1: LCA

20、LL DISPLAY ;调用显示子程序 JNB P3.7,SETMM1 ;P3.7口为0时转时间调整程序 SJMP START1 ;P3.7口为1时跳回START1SETMM1: LJMP SETMM ;转到时间调整程序SETMM ; 加1秒计时 程序流程图 ; 图 4.2 中断处理流程图；加1秒计时 程序开始；INTT0: PUSH ACC ;累加器入栈保护 PUSH PSW ;状态字入栈保护 CLR ET0 ;关T0中断允许 CLR TR0 ;关闭定时器T0 MOV A,#0B7H ;中断响应时间同步修正 ADD A,TL0 ;低8位初值修正 MOV TL0,A ;重装初值（低8位修正值）

21、 MOV A,#3CH ;高8位初值修正 ADDC A,TH0 MOV TH0,A ;重装初值（高8位修正值） SETB TR0 ;开启定时器T0 DJNZ R4, OUTT0 ;20次中断未到中断退出ADDSS: MOV R4,#14H ;20次中断到（1秒）重赋初值 MOV R0,#71H ;指向秒计时单元（71H-72H） ACALL ADD1 ;调用加1程序（加1秒操作） MOV A,R3 ;秒数据放入A（R3为2位十进制数组合） CLR C ;清进位标志 CJNE A,#60H,ADDMM ADDMM: JC OUTT0 ;小于60秒时中断退出 ACALL CLR0 ;大于或等于60

22、秒时对秒计时单元清0 MOV R0,#77H ;指向分计时单元（76H-77H） ACALL ADD1 ;分计时单元加1分钟 MOV A,R3 ;分数据放入A CLR C ;清进位标志 CJNE A,#60H,ADDHH ADDHH: JC OUTT0 ;小于60分时中断退出 ACALL CLR0 ;大于或等于60分时分计时单元清0 MOV R0,#79H ;指向小时计时单元（78H-79H）ACALL ADD1 ;小时计时单元加1小时 MOV A,R3 ;时数据放入A CLR C ;清进位标志 CJNE A,#24H,HOUR HOUR: JC OUTT0 ;小于24小时中断退出 ACALL

23、 CLR0 ;大于或等于24小时小时计时单元清0OUTT0: MOV 72H,76H ;中断退出时将分、时计时单元数据移 MOV 73H,77H ;入对应显示单元 MOV 74H,78H MOV 75H,79H POP PSW ;恢复状态字（出栈） POP ACC ;恢复累加器 SETB ET0 ;开放T0中断 RETI ;中断返回; 闪动调时 程 序 ; ;T1中断服务程序，用作时间调整时调整单元闪烁指示INTT1: PUSH ACC ;中断现场保护 PUSH PSW MOV TL1, #0B0H ;装定时器T1定时初值 MOV TH1, #3CH DJNZ R2,INTT1OUT ;0.3

24、秒未到退出中断（50MS中断6次） MOV R2,#06H ;重装0.3秒定时用初值CPL 02H ;0.3秒定时到对闪烁标志取反 JB 02H,FLASH1 ;02H位为1时显示单元熄灭 MOV 72H,76H ;02H位为0时正常显示 MOV 73H,77H MOV 74H,78H MOV 75H,79H INTT1OUT: POP PSW ;恢复现场 POP ACC RETI ;中断退出FLASH1: JB 01H,FLASH2 ;01H位为1时，转小时熄灭控制 MOV 72H,7AH ;01H位为0时，熄灭符数据放入分 MOV 73H,7AH ;显示单元（72H-73H），将不显示分数

25、据 MOV 74H,78H MOV 75H,79H AJMP INTT1OUT ;转中断退出FLASH2: MOV 72H,76H ;01H位为1时，熄灭符数据放入小时 MOV 73H,77H ;显示单元（74H-75H），小时数据将不显示 MOV 74H,7AH MOV 75H,7AH AJMP INTT1OUT ;转中断退出；加1秒子程序开始；ADD1: MOV A,R0 ;取当前计时单元数据到A DEC R0 ;指向前一地址 SWAP A ;A中数据高四位与低四位交换ORL A,R0 ;前一地址中数据放入A中低四位 ADD A,#01H ;A加1操作 DA A ;十进制调整 MOV R3

26、,A ;移入R3寄存器 ANL A,#0FH ;高四位变0 MOV R0,A ;放回前一地址单元 MOV A,R3 ;取回R3中暂存数据 INC R0 ;指向当前地址单元 SWAP A ;A中数据高四位与低四位交换 ANL A,#0FH ;高四位变0 MOV R0,A ;数据放入当削地址单元中 RET ;子程序返回; 清零程序 ; ;对计时单元复零用CLR0: CLR A ;清累加器 MOV R0,A ;清当前地址单元 DEC R0 ;指向前一地址 MOV R0,A ;前一地址单元清0 RET ;子程序返回 ;时间调整 程序流程图；小时加1分钟加1省电程序中断返回开T0定时器，开T0中断允许关

27、T1定时器，关T1中断允许开T1定时器，开T1中断允许关T0定时器，关T0中断允许按下大于1秒吗?按下大于0.5秒吗?按下大于0.5秒吗?；时间调整 程序开始； ;当调时按键按下时进入此程序SETMM: CLR ET0 ;关定时器T0中断 CLR TR0 ;关闭定时器T0 LCALL DL1S ;调用1秒延时程序JB P3.7,CLOSEDIS ;键按下时间小于1秒，关闭显示（省电） MOV R2,#06H ;进入调时状态，赋闪烁定时初值 SETB ET1 ;允许T1中断 SETB TR1 ;开启定时器T1SET2: JNB P3.7,SET1 ;P3.7口为0（键未释放），等待 SETB 0

28、0H ;键释放，分调整闪烁标志置1SET4: JB P3.7,SET3 ;等待键按下 LCALL DL05S ;有键按下，延时0.5秒 JNB P3.7,SETHH ;按下时间大于0.5秒转调小时状态 MOV R0,#77H ;按下时间小于0.5秒加1分钟操作 LCALL ADD1 ;调用加1子程序 MOV A,R3 ;取调整单元数据 CLR C ;清进位标志 CJNE A,#60H,HHH ;调整单元数据与60比较HHH: JC SET4 ;调整单元数据小于60转SET4循环 LCALL CLR0 ;调整单元数据大于或等于60时清0 CLR C ;清进位标志 AJMP SET4 ;跳转到SE

29、T4循环； 省电程序 ；CLOSEDIS:SETB ET0 ;省电（LED不显示）状态。开T0中断 SETB TR0 ;开启T0定时器（开时钟）CLOSE: JB P3.7,CLOSE ;无按键按下，等待。 LCALL DISPLAY ;有键按下，调显示子程序延时削抖 JB P3.7,CLOSE ;是干扰返回CLOSE等待WAITH: JNB P3.7,WAITH ;等待键释放 LJMP START1 ;返回主程序（LED数据显示亮）SETHH: CLR 00H ;分闪烁标志清除（进入调小时状态）SETHH1: JNB P3.7,SET5 ;等待键释放 SETB 01H ;小时调整标志置1SE

30、T6: JB P3.7,SET7 ;等待按键按下 LCALL DL05S ;有键按下延时0.5秒 JNB P3.7,SETOUT ;按下时间大于0.5秒退出时间调整 MOV R0,#79H ;按下时间小于0.5秒加1小时操作 LCALL ADD1 ;调加1子程序 MOV A,R3 CLR C CJNE A,#24H,HOUU ;计时单元数据与24比较HOUU: JC SET6 ;小于24转SET6循环 LCALL CLR0 ;大于或等于24时清0操作 AJMP SET6 ;跳转到SET6循环SETOUT: JNB P3.7,SETOUT1 ;调时退出程序。等待键释放 LCALL DISPLAY

31、 ;延时削抖 JNB P3.7,SETOUT ;是抖动，返回SETOUT再等待 CLR 01H ;清调小时标志 CLR 00H ;清调分标志 CLR 02H ;清闪烁标志 CLR TR1 ;关闭定时器T1 CLR ET1 ;关定时器T1中断 SETB TR0 ;开启定时器T0 SETB ET0 ;开定时器T0中断（计时开始） LJMP START1 ;跳回主程序SET1: LCALL DISPLAY ;键释放等待时调用显示程序（调分） AJMP SET2 ;防止键按下时无时钟显示SET3: LCALL DISPLAY ;等待调分按键时时钟显示用 AJMP SET4SET5: LCALL DISPLAY ;键释放等待时调用显示程序（调小时