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《單片微機原理與接口技術(shù)》課程設(shè)計報告 《可調(diào)數(shù)字時鐘設(shè)計》 目錄
一、選題意義 3
二、實現(xiàn)方案選擇 3
三、設(shè)計原理 4
四，時鐘的實現(xiàn) 6
A.電路設(shè)計 6
B 程序設(shè)計 11
五、程序調(diào)試及仿真 12
六、設(shè)計中遇到的問題 14
七、設(shè)計中可以改進的地方 14
八、心得體會 14
參考文獻 15
附錄 16
一、選題意義 從古至今，人類以各式各樣的方法來記錄時間，上至水滴計時、日冕觀測，下至擺鐘，機械表。人類無時無刻都在關(guān)注著時間，以調(diào)節(jié)自身日常生活的安排與進展。 1957年,Ventura發(fā)明了世界上第一個電子表，從而奠定了電子時鐘的基礎(chǔ)，電子時鐘開始迅速發(fā)展起來�，F(xiàn)代的電子時鐘是基于單片機的一種計時工具，采用延時程序產(chǎn)生一定的時間中斷，用于一秒的定義，通過計數(shù)方式進行滿六十秒分鐘進一，滿六十分小時進一，滿二十四小時小時清零。從而達到計時的功能，是人民日常生活補課缺少的工具�，F(xiàn)在高精度的計時工具大多數(shù)都使用了石英晶體振蕩器，由于電子鐘、石英鐘、石英表都采用了石英技術(shù)，因此走時精度高，穩(wěn)定性好，使用方便，不需要經(jīng)常調(diào)試，數(shù)字式電子鐘用集成電路計時時，譯碼代替機械式傳動，用LED顯示器代替指針顯示進而顯示時間，減小了計時誤差，這種表具有時、分、秒顯示時間的功能，還可以進行時和分的校對，片選的靈活性好。 二、實現(xiàn)方案選擇 本文基于51單片機設(shè)計的可調(diào)數(shù)字時鐘，具有傳統(tǒng)意義上的鐘表的特點，可以顯示當(dāng)前時間，并且還是以時-分-秒的形式來顯示當(dāng)前時間。再者通過相應(yīng)按鍵來實現(xiàn)分別對時、分、秒的調(diào)節(jié)。運用單片微機原理與接口技術(shù)和C語言程序設(shè)計以及數(shù)字電子技術(shù)，通過兩塊四位七段數(shù)碼管和鍵盤來顯示并調(diào)節(jié)時間。需要使用的電路分別是以下模塊：單片機最小系統(tǒng)、2塊四位七段數(shù)碼管以及鍵盤電路三部分組成。使用單 片機作為控制核心可以簡化硬件電路采用軟件編程控制單片機實現(xiàn)硬件電路的功能降低能耗降低成本。軟件采用C語言編程方便靈活大大加快了軟件開發(fā)速度縮短了開發(fā)周期并且便于移植。為提高開發(fā)效率和硬件穩(wěn)定性采用了功能強大的硬件 仿真軟件Proteus依托該軟件提供的仿真環(huán)境搭配Keil作為軟件開發(fā)調(diào)試環(huán)境進行仿 真調(diào)試成功。 三、設(shè)計原理 AT895S52單片機的內(nèi)部16位定時器/計數(shù)器是一個可編程定時/計數(shù)器，它既可以工作在13位定時方式，也可以工作在16位定時方式或8位定時方式，只要通過設(shè)置特殊功能寄存器TMOD即可完成。定時/計數(shù)器核實工作也可以通過TCON特殊功能寄存器來設(shè)置的。在此設(shè)計中，選擇16位定時工作方式。對于T0來說，系統(tǒng)時鐘位12MHz，最大定時也只有65536us，無法達到所需的1s的定時，因此必須通過軟件來處理這個問題，假設(shè)取T0的最大定時為50ms，即要定時1s需要經(jīng)過20次的50ms的定時。T0定時器/計數(shù)器的TH0、TL0的初值設(shè)定可以通過以下公式計算: TH0=（2^16-50000）/256 TL0=(2^16-50000)%256 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(yīng)數(shù)碼管亮，同時向該數(shù)碼管送對應(yīng)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(yīng)，使數(shù)碼管看起來總是亮的，從而實現(xiàn)了各種顯示。 針對要實現(xiàn)的功能，采用AT89S52單片機進行設(shè)計，AT89S52 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(fù)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(shù)制造，兼容標準MCS- 51指令系統(tǒng)及80C51引腳結(jié)構(gòu)。這樣，既能做到經(jīng)濟合理又能實現(xiàn)預(yù)期的功能。 在程序方面，采用分塊設(shè)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(guān)鍵在于各模塊的兼容和配合，若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(jié)構(gòu)尤其是各引腳的用法，以及內(nèi)部寄存器、存儲單元的用法，否則，編程無從下手，電路也無法設(shè)計。這是前期準備工作。第二部分是硬件部分：依據(jù)想要的功能分塊設(shè)計設(shè)計，比如輸入需要開關(guān)電路，輸出需要顯示驅(qū)動電路和數(shù)碼管電路等。第三部分是軟件部分：先學(xué)習(xí)理解匯編語言的編程方法再根據(jù)設(shè)計的硬件電路進行分塊的編程調(diào)試，最終完成程序設(shè)計。第四部分是軟件畫圖部分：設(shè)計好電路后進行畫圖，包括電路圖和仿真圖的繪制。第五部分是軟件仿真部分：軟硬件設(shè)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。第六部分是硬件實現(xiàn)部分：連接電路并導(dǎo)入程序檢查電路，若與設(shè)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(shè)計基礎(chǔ)上，添加額外的功能. 四，時鐘的實現(xiàn) A.電路設(shè)計 1. 整體設(shè)計 此次設(shè)計主要是應(yīng)用單片機來設(shè)計電子時鐘，硬件部分主要分以下電路模塊：顯示電路用2個四位共陰數(shù)碼管分別顯示時、分、秒，通過動態(tài)掃描進行顯示，從而避免了譯碼器的使用，同時節(jié)約了I/0端口，使電路更加簡單。單片機采用AT89S52系列，這種單片機應(yīng)用簡單，適合電子鐘設(shè)計。 電路的總體設(shè)計框架如下：  2. 分塊設(shè)計 模塊電路主要分為：單片機最小系統(tǒng)、2塊四位七段數(shù)碼管以及鍵盤電路三部分組成 2.1 單片機最小系統(tǒng)部分 對51系列單片機來說,最小系統(tǒng)一般應(yīng)該包括:單片機、晶振電路、復(fù)位電路.分四個部分：
1.晶振，至于大小由所用單片機時鐘周期要求而決定（用于計時，與兩個電容并聯(lián)使用，電容大小由所用晶振決定，一般用22pF）
2.復(fù)位電路（用于復(fù)位）
3.電源（用于供電，一般用電腦的USB口供電）
4.燒制程序的口（可用串口配合MAX232配合使用，也可以做個并口輸入，這個要根據(jù)所使用單片機的種類決定，比如ATC可用并口，STC一般只用串口輸入等等） 以下為輸入部分樣例： 
其中晶振與復(fù)位電路 本實驗單片機時鐘用內(nèi)部時鐘，模塊如下： 
復(fù)位電路為手動復(fù)位構(gòu)成，模塊如下： 
2.2 四位七段數(shù)碼管 本電路的輸出信號為7段數(shù)碼管的位選和段選信號（其中位選信號由P2口輸出，段選信號由P0口輸出），時間提醒指示燈（LED燈，由P3.2口輸出） 本實驗的數(shù)碼管是共陰的，為了防止段選信號不能驅(qū)動數(shù)碼管，故在P0口連接上拉電阻后，再送段選信號，以提高驅(qū)動，位選信號直接從P2口接入，如下圖： 
時間提醒燈由P3.2端輸出，模塊如下： 
2.3 鍵盤電路 鍵盤電路采用4個四腳輕觸開關(guān)來搭建鍵盤電路，分別用來對時、分、秒、復(fù)位時間的控制與調(diào)節(jié)，以下是有關(guān)于四腳輕觸開關(guān)的一些參數(shù)以及鍵盤電路的原理圖 四腳輕觸開關(guān)參數(shù)： 
鍵盤電路的原理圖 
分別由P1.0,P1.1,P1.2,P1.3讀取四個四腳開關(guān)的值，并由單片機做出相應(yīng)的響應(yīng) 由于四腳輕觸開關(guān)按動時抖動現(xiàn)象，由此可以通過編寫延時程序來實現(xiàn)“消抖”。延時程序可參考如下程序段： 
各模塊拼接組合，電路總體設(shè)計圖如下： 
B 程序設(shè)計 B.1 程序總體設(shè)計 本實驗用匯編程序完成. 程序總的流程圖如下： 
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(fù)調(diào),除數(shù)碼管動態(tài)掃描外. B.2.2中斷服務(wù)程序 本實驗中，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0，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，若不到則秒加一，然后返回，若到，則秒賦值為0，分加一，依次類推。 B.2.3 顯示子程序 8個數(shù)碼管輪流進行顯示，分別顯示50ms，依賴人的視覺 暫留效應(yīng)，給人以數(shù)碼管持續(xù)高亮的錯覺。 B.2.4掃描鍵盤程序 通過讀取P1口的P1.0,P1.2,P1.3的0或1值來判斷哪個按鍵被按下，同時添加“消抖”程序來防止單片機誤判。 B.2.5主程序 主程序只要是對定時/計數(shù)器裝載初值，初始化定時/計數(shù)器以及啟動定時/計數(shù)器，同時調(diào)用以上子程序來完成要求和設(shè)計時間提醒燈程序來實現(xiàn)LED的亮滅。 五、程序調(diào)試及仿真 1、程序軟件編譯器使用uVision4。這里使用Proteus7進行電路仿真。該軟件具有模擬電路仿真、數(shù)字電路仿真、單片機及其外圍電路組成的系統(tǒng)仿真、RS232動態(tài)仿真、I2C調(diào)試器、SPI調(diào)試器、鍵盤和LED點陣系統(tǒng)仿真的功能，同時有各種虛擬儀器，如示波器、邏輯分析儀、信號發(fā)生器等。 2、先在Proteus上繪制硬件電路，電路設(shè)計完成后就可以進行仿真。先雙擊單片機，把用keiluVision4編譯生成的HEX文件指定為下載文件，點擊PLAY鍵即可進行仿真。當(dāng)出現(xiàn)ANALYSER ERRORS時，表示電路有錯誤，列表中說明了具體的錯誤，必須要先排錯才可以進行仿真。 軟件調(diào)試及Proteus仿真完成后就進行硬件的安裝。本設(shè)計按照原先設(shè)計好的電路圖進行總體上的布置，采用人工搭電路的方法進行硬件的安裝。 
3、安裝時要考慮受熱、穩(wěn)固等多方面的影響使用電烙鐵時要控制好焊接的時間，電烙鐵停留的時間太短，焊錫不易完全熔化，形成“虛焊”，而焊接時間太長又容易損壞元器件，每一兩秒內(nèi)要焊好一個焊點，若沒完成，寧愿等一會兒再焊一次。其次芯片的擺置要方便連線，焊接時要先把芯片拔出，等線接好了再插上去。在焊接時要考慮電路的抗干擾能力同時要充分考慮電源對單片機的影響。每焊接完一個模塊，要用萬能表根據(jù)電路圖檢查有沒有接錯、短路等現(xiàn)象，確認正確后再繼續(xù)下一個模塊。為了防止在焊接過程中由于過熱對AT89S52單片機芯片以及其他芯片造成損壞，建議先將相應(yīng)的芯片底座焊接在電路板上，然后在焊接完畢后在插進芯片。在焊接的過程中，在安全可靠可正常工作的情況下，力保電路板接線簡潔。防止被電烙鐵燙傷。 六、設(shè)計中遇到的問題 1、 第一次上電時，數(shù)碼管沒顯示，用萬用表測得單片機VCC接口無電壓。 解決方法：將萬用表打到直流電壓檔來測量USB電源口發(fā)現(xiàn)將USB口的正負極性弄反了。最后重新接線。 2、單片機正常工作時，時間提醒燈沒有按照設(shè)定的時間區(qū)間來亮滅。 解決方法：由于采用C語言來編寫程序時，使用了if（）指令來控制LED亮滅，并且在使用多條件時不注意if（）格式，導(dǎo)致了實際運行結(jié)果不符合期望結(jié)果。所以改寫程序后，運行正常，符合要求。 七、設(shè)計中可以改進的地方 1、可以增設(shè)年份、月份以及星期的顯示 2、可以增設(shè)調(diào)節(jié)電路來實現(xiàn)可以任意時間提醒 八、心得體會 本文先從整體論述了設(shè)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(guān)電路，顯示驅(qū)動電路，以及數(shù)碼管電路等，而軟件部分，則依據(jù)要實現(xiàn)的功能，劃分為：秒表顯示程序，時間調(diào)整程序。最后將各模塊集成為一個整體,合成一個多功能的電子鐘。在程序編寫的過程中，通過查閱不少的書籍以及參考一下網(wǎng)上一些可用的程序，我更加加深了對單片機定時/計數(shù)器的工作原理以及使用方法。同時，通過對實際的單片機最小系統(tǒng)的搭建與焊接，我更加掌握了單片機最小系統(tǒng)的硬件要求和焊接技術(shù)。 再者，通過可調(diào)數(shù)字時鐘設(shè)計我使用學(xué)會了如何使用單片機做出自己想要做的產(chǎn)品同時也提高了我使用單片機方面的能力和經(jīng)驗。同時使我能夠更加熟練的使用proteus 電路仿真軟件和keill程序編寫軟件。 參考文獻 【1】宋躍，《單片微機原理與接口技術(shù)》，電子工業(yè)出版社 【2】周潤景，劉曉霞，《單片機實用系統(tǒng)設(shè)計與仿真經(jīng)典實例》，電子工業(yè)出版社 附錄 附錄1：整體電路仿真圖 
附錄2：電路實物圖 
單片機源程序如下: - #include<reg52.h>
- #define uchar unsigned char
- #define uint unsigned int
- sbit s_set=P1^0;
- sbit m_set=P1^1;
- sbit h_set=P1^2;
- sbit reset=P1^3;
- sbit led=P3^2;
- unsigned char second,minute,hour,tcnt,restar=0;
- uchar code scan[8]={0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf,0xbf,0x7f};
- uchar code table[13]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x40,0x39,0x00};
- uchar dispbuf[8];
-
- void delay(unsigned int us)
- {
- while(us--);
- }
- void scandisp()
- {
- unsigned char i,value;
- for(i=0;i<8;i++)
- {
- P2=0xff;
- value=table[dispbuf[i]];
- P0=value;
- P2=scan[i];
- delay(50);
- }
- }
-
- void Timer0(void)interrupt 1 using 1
- {
- TH0=(65536-50000)/256;
- TL0=(65536-50000)%256;
- tcnt++;
- if(tcnt==20)
- {
- second++;
- tcnt=0;
- if(second==60)
- {
- minute++;
- second=0;
- if(minute==60)
- {
- hour++;
- minute=0;
- if(hour==24)
- {
- hour=0;
- minute=0;
- second=0;
- tcnt=0;
- }
- }
- }
- }
- }
-
- void display()
- {
- scandisp();
- dispbuf[6]=second/10;
- dispbuf[7]=second%10;
- dispbuf[5]=10;
- dispbuf[3]=minute/10;
- dispbuf[4]=minute%10;
- dispbuf[2]=10;
- dispbuf[0]=hour/10;
- dispbuf[1]=hour%10;
- }
-
- void key_test()
- {
- display();
- P1=0xff;
- restar=0;
- if(s_set==0)
- {
- delay(100);
- if(s_set==0)
- {
- second++;
- if(second==60)
- {
- second=0;
- }
- while(s_set==0) display();
- }
- }
- if(m_set==0)
- {
- delay(100);
- if(m_set==0)
- {
- minute++;
- if(minute==60)
- {
- minute=0;
- }
- while(m_set==0) display();
- }
- }
- if(h_set==0)
- {
- delay(100);
- if(h_set==0)
- {
- hour++;
- if(hour==24)
- {
- hour=0;
- }
- while(h_set==0) display();
- }
- }
- if(reset==0)
- {
- delay(100);
- if(reset==0)
- {
- restar=1;
- }
- }
- }
-
- void main()
- {
- while(1)
- {
- P3=0x00;
- hour=0;
- minute=0;
- second=0;
- tcnt=0;
- TMOD=0x01;
- TH0=(65536-50000)/256;
- TL0=(65536-50000)%256;
- ……………………
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