51單片機(jī)定時(shí)器做的可調(diào)數(shù)字時(shí)鐘設(shè)計(jì)報(bào)告

1957年,Ventura發(fā)明了世界上第一個(gè)電子表，從而奠定了電子時(shí)鐘的基礎(chǔ)，電子時(shí)鐘開(kāi)始迅速發(fā)展起來(lái)�，F(xiàn)代的電子時(shí)鐘是基于單片機(jī)的一種計(jì)時(shí)工具，采用延時(shí)程序產(chǎn)生一定的時(shí)間中斷，用于一秒的定義，通過(guò)計(jì)數(shù)方式進(jìn)行滿六十秒分鐘進(jìn)一，滿六十分小時(shí)進(jìn)一，滿二十四小時(shí)小時(shí)清零。從而達(dá)到計(jì)時(shí)的功能，是人民日常生活補(bǔ)課缺少的工具�，F(xiàn)在高精度的計(jì)時(shí)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(shí)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(jì)時(shí)時(shí)，譯碼代替機(jī)械式傳動(dòng)，用LED顯示器代替指針顯示進(jìn)而顯示時(shí)間，減小了計(jì)時(shí)誤差，這種表具有時(shí)、分、秒顯示時(shí)間的功能，還可以進(jìn)行時(shí)和分的校對(duì)，片選的靈活性好。

             二、實(shí)現(xiàn)方案選擇            

AT895S52單片機(jī)的內(nèi)部16位定時(shí)器/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)方式或8位定時(shí)方式，只要通過(guò)設(shè)置特殊功能寄存器TMOD即可完成。定時(shí)/計(jì)數(shù)器核實(shí)工作也可以通過(guò)TCON特殊功能寄存器來(lái)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(lái)說(shuō)，系統(tǒng)時(shí)鐘位12MHz，最大定時(shí)也只有65536us，無(wú)法達(dá)到所需的1s的定時(shí)，因此必須通過(guò)軟件來(lái)處理這個(gè)問(wèn)題，假設(shè)取T0的最大定時(shí)為50ms，即要定時(shí)1s需要經(jīng)過(guò)20次的50ms的定時(shí)。T0定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的TH0、TL0的初值設(shè)定可以通過(guò)以下公式計(jì)算:

TH0=（2^16-50000）/256

TL0=(2^16-50000)%256

為了將時(shí)間在LED數(shù)碼管上顯示，可采用靜態(tài)顯示法和動(dòng)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(dòng)態(tài)顯示法實(shí)現(xiàn)LED顯示，通過(guò)對(duì)每位數(shù)碼管的依次掃描，使對(duì)應(yīng)數(shù)碼管亮，同時(shí)向該數(shù)碼管送對(duì)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(jué)暫留效應(yīng)，使數(shù)碼管看起來(lái)總是亮的，從而實(shí)現(xiàn)了各種顯示。

針對(duì)要實(shí)現(xiàn)的功能，采用AT89S52單片機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)，AT89S52 單片機(jī)是一款低功耗，高性能CMOS8位單片機(jī)，片內(nèi)含4KB在線可編程（ISP）的可反復(fù)擦寫(xiě)1000次的Flash只讀程序存儲(chǔ)器，器件采用高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS- 51指令系統(tǒng)及80C51引腳結(jié)構(gòu)。這樣，既能做到經(jīng)濟(jì)合理又能實(shí)現(xiàn)預(yù)期的功能。

在程序方面，采用分塊設(shè)計(jì)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(xiàng)功能。程序可分為鬧鐘的聲音程序、時(shí)間顯示程序、日期顯示程序，秒表顯示程序，時(shí)間調(diào)整程序、鬧鐘調(diào)整程序、定時(shí)調(diào)整程序，延時(shí)程序等。運(yùn)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(huì)出現(xiàn)意想不到的錯(cuò)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(chǔ)單元的用法，否則，編程無(wú)從下手，電路也無(wú)法設(shè)計(jì)。這是前期準(zhǔn)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(jì)設(shè)計(jì)，比如輸入需要開(kāi)關(guān)電路，輸出需要顯示驅(qū)動(dòng)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(yǔ)言的編程方法再根據(jù)設(shè)計(jì)的硬件電路進(jìn)行分塊的編程調(diào)試，最終完成程序設(shè)計(jì)。第四部分是軟件畫(huà)圖部分：設(shè)計(jì)好電路后進(jìn)行畫(huà)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(jì)好后將軟件載入芯片中進(jìn)行仿真，仿真無(wú)法完成時(shí)檢查軟件程序和硬件電路并進(jìn)行修改直到仿真成功。第六部分是硬件實(shí)現(xiàn)部分：連接電路并導(dǎo)入程序檢查電路，若與設(shè)計(jì)的完全一樣一般能實(shí)現(xiàn)想要的功能。最后進(jìn)行功能擴(kuò)展，在已經(jīng)正確的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，添加額外的功能.

四，時(shí)鐘的實(shí)現(xiàn)

A.電路設(shè)計(jì)

1. 整體設(shè)計(jì)

此次設(shè)計(jì)主要是應(yīng)用單片機(jī)來(lái)設(shè)計(jì)電子時(shí)鐘，硬件部分主要分以下電路模塊：顯示電路用2個(gè)四位共陰數(shù)碼管分別顯示時(shí)、分、秒，通過(guò)動(dòng)態(tài)掃描進(jìn)行顯示，從而避免了譯碼器的使用，同時(shí)節(jié)約了I/0端口，使電路更加簡(jiǎn)單。單片機(jī)采用AT89S52系列，這種單片機(jī)應(yīng)用簡(jiǎn)單，適合電子鐘設(shè)計(jì)。

電路的總體設(shè)計(jì)框架如下：

2. 分塊設(shè)計(jì)

模塊電路主要分為：?jiǎn)纹瑱C(jī)最小系統(tǒng)、2塊四位七段數(shù)碼管以及鍵盤(pán)電路三部分組成

2.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)部分

以下為輸入部分樣例：

其中晶振與復(fù)位電路

本實(shí)驗(yàn)單片機(jī)時(shí)鐘用內(nèi)部時(shí)鐘，模塊如下：

復(fù)位電路為手動(dòng)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(hào)為7段數(shù)碼管的位選和段選信號(hào)（其中位選信號(hào)由P2口輸出，段選信號(hào)由P0口輸出），時(shí)間提醒指示燈（LED燈，由P3.2口輸出）

本實(shí)驗(yàn)的數(shù)碼管是共陰的，為了防止段選信號(hào)不能驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管，故在P0口連接上拉電阻后，再送段選信號(hào)，以提高驅(qū)動(dòng)，位選信號(hào)直接從P2口接入，如下圖：

時(shí)間提醒燈由P3.2端輸出，模塊如下：

2.3 鍵盤(pán)電路

  鍵盤(pán)電路采用4個(gè)四腳輕觸開(kāi)關(guān)來(lái)搭建鍵盤(pán)電路，分別用來(lái)對(duì)時(shí)、分、秒、復(fù)位時(shí)間的控制與調(diào)節(jié)，以下是有關(guān)于四腳輕觸開(kāi)關(guān)的一些參數(shù)以及鍵盤(pán)電路的原理圖

四腳輕觸開(kāi)關(guān)參數(shù)：

鍵盤(pán)電路的原理圖

分別由P1.0,P1.1,P1.2,P1.3讀取四個(gè)四腳開(kāi)關(guān)的值，并由單片機(jī)做出相應(yīng)的響應(yīng)

由于四腳輕觸開(kāi)關(guān)按動(dòng)時(shí)抖動(dòng)現(xiàn)象，由此可以通過(guò)編寫(xiě)延時(shí)程序來(lái)實(shí)現(xiàn)“消抖”。延時(shí)程序可參考如下程序段：

各模塊拼接組合，電路總體設(shè)計(jì)圖如下：

B 程序設(shè)計(jì)

B.1 程序總體設(shè)計(jì)

本實(shí)驗(yàn)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(shí)模塊

數(shù)碼管顯示動(dòng)態(tài)掃描時(shí)，用到延時(shí)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(dòng)態(tài)掃描外.

B.2.2中斷服務(wù)程序

本實(shí)驗(yàn)中，T0中斷為時(shí)鐘定時(shí)所用，T1中斷用于音樂(lè)播放。T0的定時(shí)長(zhǎng)度為0.01s,工作于方式0，計(jì)數(shù)1次，時(shí)長(zhǎng)1us，故計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)10000次，進(jìn)入中斷，計(jì)數(shù)初值為65536-10000=55536=#0D8F0，裝滿定時(shí)器需要0.01s的時(shí)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(gè)數(shù)碼管輪流進(jìn)行顯示，分別顯示50ms，依賴人的視覺(jué) 暫留效應(yīng)，給人以數(shù)碼管持續(xù)高亮的錯(cuò)覺(jué)。

B.2.4掃描鍵盤(pán)程序

通過(guò)讀取P1口的P1.0,P1.2,P1.3的0或1值來(lái)判斷哪個(gè)按鍵被按下，同時(shí)添加“消抖”程序來(lái)防止單片機(jī)誤判。

B.2.5主程序

主程序只要是對(duì)定時(shí)/計(jì)數(shù)器裝載初值，初始化定時(shí)/計(jì)數(shù)器以及啟動(dòng)定時(shí)/計(jì)數(shù)器，同時(shí)調(diào)用以上子程序來(lái)完成要求和設(shè)計(jì)時(shí)間提醒燈程序來(lái)實(shí)現(xiàn)LED的亮滅。

五、程序調(diào)試及仿真

              2、先在Proteus上繪制硬件電路，電路設(shè)計(jì)完成后就可以進(jìn)行仿真。先雙擊單片機(jī)，把用keiluVision4編譯生成的HEX文件指定為下載文件，點(diǎn)擊PLAY鍵即可進(jìn)行仿真。當(dāng)出現(xiàn)ANALYSER ERRORS時(shí)，表示電路有錯(cuò)誤，列表中說(shuō)明了具體的錯(cuò)誤，必須要先排錯(cuò)才可以進(jìn)行仿真。

              軟件調(diào)試及Proteus仿真完成后就進(jìn)行硬件的安裝。本設(shè)計(jì)按照原先設(shè)計(jì)好的電路圖進(jìn)行總體上的布置，采用人工搭電路的方法進(jìn)行硬件的安裝。

3、安裝時(shí)要考慮受熱、穩(wěn)固等多方面的影響使用電烙鐵時(shí)要控制好焊接的時(shí)間，電烙鐵停留的時(shí)間太短，焊錫不易完全熔化，形成“虛焊”，而焊接時(shí)間太長(zhǎng)又容易損壞元器件，每一兩秒內(nèi)要焊好一個(gè)焊點(diǎn)，若沒(méi)完成，寧愿等一會(huì)兒再焊一次。其次芯片的擺置要方便連線，焊接時(shí)要先把芯片拔出，等線接好了再插上去。在焊接時(shí)要考慮電路的抗干擾能力同時(shí)要充分考慮電源對(duì)單片機(jī)的影響。每焊接完一個(gè)模塊，要用萬(wàn)能表根據(jù)電路圖檢查有沒(méi)有接錯(cuò)、短路等現(xiàn)象，確認(rèn)正確后再繼續(xù)下一個(gè)模塊。為了防止在焊接過(guò)程中由于過(guò)熱對(duì)AT89S52單片機(jī)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(jìn)芯片。在焊接的過(guò)程中，在安全可靠可正常工作的情況下，力保電路板接線簡(jiǎn)潔。防止被電烙鐵燙傷。

六、設(shè)計(jì)中遇到的問(wèn)題

1、 第一次上電時(shí)，數(shù)碼管沒(méi)顯示，用萬(wàn)用表測(cè)得單片機(jī)VCC接口無(wú)電壓。

解決方法：將萬(wàn)用表打到直流電壓檔來(lái)測(cè)量USB電源口發(fā)現(xiàn)將USB口的正負(fù)極性弄反了。最后重新接線。

2、單片機(jī)正常工作時(shí)，時(shí)間提醒燈沒(méi)有按照設(shè)定的時(shí)間區(qū)間來(lái)亮滅。

解決方法：由于采用C語(yǔ)言來(lái)編寫(xiě)程序時(shí)，使用了if（）指令來(lái)控制LED亮滅，并且在使用多條件時(shí)不注意if（）格式，導(dǎo)致了實(shí)際運(yùn)行結(jié)果不符合期望結(jié)果。所以改寫(xiě)程序后，運(yùn)行正常，符合要求。

七、設(shè)計(jì)中可以改進(jìn)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(lái)實(shí)現(xiàn)可以任意時(shí)間提醒

八、心得體會(huì)

本文先從整體論述了設(shè)計(jì)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(kāi)關(guān)電路，顯示驅(qū)動(dòng)電路，以及數(shù)碼管電路等，而軟件部分，則依據(jù)要實(shí)現(xiàn)的功能，劃分為：秒表顯示程序，時(shí)間調(diào)整程序。最后將各模塊集成為一個(gè)整體,合成一個(gè)多功能的電子鐘。在程序編寫(xiě)的過(guò)程中，通過(guò)查閱不少的書(shū)籍以及參考一下網(wǎng)上一些可用的程序，我更加加深了對(duì)單片機(jī)定時(shí)/計(jì)數(shù)器的工作原理以及使用方法。同時(shí)，通過(guò)對(duì)實(shí)際的單片機(jī)最小系統(tǒng)的搭建與焊接，我更加掌握了單片機(jī)最小系統(tǒng)的硬件要求和焊接技術(shù)。

再者，通過(guò)可調(diào)數(shù)字時(shí)鐘設(shè)計(jì)我使用學(xué)會(huì)了如何使用單片機(jī)做出自己想要做的產(chǎn)品同時(shí)也提高了我使用單片機(jī)方面的能力和經(jīng)驗(yàn)。同時(shí)使我能夠更加熟練的使用proteus 電路仿真軟件和keill程序編寫(xiě)軟件。

【1】宋躍，《單片微機(jī)原理與接口技術(shù)》，電子工業(yè)出版社

【2】周潤(rùn)景，劉曉霞，《單片機(jī)實(shí)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真經(jīng)典實(shí)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(shí)物圖

單片機(jī)源程序如下:

單片機(jī)課程設(shè)計(jì)報(bào)告.docx (1.37 MB, 下載次數(shù): 253)