单片机课程设计-个性化电子时钟设计.doc

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1、单单片机片机课课程程设计设计 个性化电子时钟设计个性化电子时钟设计 学 院： 07 电子信息工程 班 级： 电子（1）班 姓 名： 组 员： 指导老师： 1 目录 摘摘 要要.2 一、电子时钟一、电子时钟.2 1.1 电子时钟简介 2 1.2 电子时钟的基本特点2 1.3 电子时钟的原理3 二、二、 单片机识的相关知识单片机识的相关知识.3 2.1 单片机简介3 2.2 单片机的发展史3 1 . 4位单片机3 2 . 8位单片机3 3 . 16位单片机4 4 . 32位单片机4 5 . 64位单片机4 2.3 单片机的特点4 2.4 AT89C51 单片机介绍.5 三、三、 控制系统的硬件设计

2、控制系统的硬件设计.7 3.1 单片机型号的选择7 3.2 数码管显示工作原理7 3.3 74LS373 介绍.8 3.4 整个电路原理图.9 四、四、 控制系统的软件设计控制系统的软件设计.9 4.1 程序清单 9 4.2 仿真结果 15 五、心得五、心得.16 六、参考文献六、参考文献.17 2 摘摘 要要 单片计算机即单片微型计算机。由 RAM ,ROM,CPU 构成，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

3、软、硬的能力。 本设计主要设计了一个基于 AT89C51 单片机的电子时钟。在数码管通过一个控制键转换 来显示相应的时间和日期。并通过多个控制键用来实现时间和日期的调节。应用 keil 软件实现 单片机电子时钟系统的程序设计，用 Proteus 的 ISIS 软件实现仿真。该方法仿真效果真实、准确， 节省了硬件资源。 关键字：单片机 时钟 键盘控制 一、电子时钟一、电子时钟 1.1 电子时钟简介电子时钟简介 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，采用延时程序产生一定的时间 中断，用

4、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 电子时钟的基本特点电子时钟的基本特点 现在高精度的计时工具大多数都使用了石英晶体振荡器，由于电子钟、石英钟、石英表都 采用了石英技术，因此走时精度高，稳定性好，使用方便，不需要经常调试，数字式电子钟用 集成电路计时，译码代替机械式传动，用 LED 显示器代替指针显示进而显示时间和日期，减小 了误差，这种表具有时、分、秒显示时间的功能和年月日显示日期的功能，还可以进行校对， 片选的灵活性好。 3 1.3 电子时钟的原理电子时钟的原理 该电子时钟由

5、AT89C51，74LS373,BUTTON，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,满三十天（闰年二月满二十九天，平年二月满二十八天）为一个月， 满十二个月为一年。电路中的键控 1 实现“年”和“分”的调节，键控 2 实现“月”和“时” 的调节，键控 3 实现“日”和“分”的调节。每按一次就加一。 二、二、 单片机识的相关知识单片机识的相关知识 2.1 单片机简介单片机简介 单片机全称为单片机微型计算机（Single Chip Microsoftcomputer)。从应用领域来看，

6、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 单片机的发展史单片机的发展史 1 . 4 位单片机位单片机 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

7、。 2 . 8 位单片机位单片机 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 4 内除带有并行 IO 口外，还有串行

8、 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。 3 . 16 位单片机位单片机 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。 4 . 32 位单片机位单片机 随着高新技术只智能

9、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。 5 . 64 位单片机位单片机 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

10、位单片机。 2.3 单片机的特点单片机的特点 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，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

11、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。 5 2.4AT89C51 单片机介绍单片机介绍 VCC：电源；GND：接地。 P0 口：P0 口为一个 8 位漏级开路双向 I/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

12、 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 TTL 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

13、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。 XTAL2 18 XTAL1 19 ALE 30 EA 31 PSEN 29 RST 9 P0.0/AD0 39 P0.1/AD1 38 P0.2/AD2 37 P0.3/AD3 36 P0.4/AD4 35 P0.5/AD5 34 P0.6/AD6 33 P0.7/AD7 32 P1.0 1 P1.1 2 P1.2 3 P1.3 4 P1.4 5 P1.5 6 P1.6 7 P1.7 8 P3.0/RXD 10 P3.1/TXD 11 P

14、3.2/INT0 12 P3.3/INT1 13 P3.4/T0 14 P3.7/RD 17 P3.6/WR 16 P3.5/T1 15 P2.7/A15 28 P2.0/A8 21 P2.1/A9 22 P2.2/A10 23 P2.3/A11 24 P2.4/A12 25 P2.5/A13 26 P2.6/A14 27 U4 AT89C51 图 1 AT89C51 单片机 6 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，由于外部下拉为低电平， P3 口将输出电流

15、（ILL）这是由于上拉的缘故。 P3 口也可作为 AT89C51 的一些特殊功能口，如下表所示： 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电平用

16、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

17、存储器时，这两次有效的/PSEN 信号将不出现。 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）。 7 三、三、 控制系统的硬件设计控制系统的硬件设计 3.1 单片机型号的选择单片机型号的选择 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 CM

18、OS8 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 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 数码管显示数码管显示工作原理工作原理 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

19、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、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

20、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。 8 图 2 共阴数码管 3.3 74LS373 介绍介绍： 373 为三态输出的八 D 透明锁存器 ，373 的输出端 O0O7 可直接与总线相连。 当三态允许控制端 OE 为低电平时， O0O7 为正常逻辑状态，可用来驱动负载或总 线。当 OE 为高电平时， O0O7 呈高阻态，即不驱动总线，也不为总线的负载，锁存器 内部的逻辑操作不受 影响。 当锁存允许端 LE 为高电平时， O 随数据 D

21、而变。当 LE 为低电平时， O 被锁存在 已建立的数据电平。当 LE 端施密特触发器的输入滞后作用， 使交流和直流噪声抗扰度被改善 400mV。 引出端符号： D0D7 数据输入端 ；OE 三态允许控制端（低电平有效 ；LE 锁存允许端 ；O0O 7 输出端 图 3 74LS373 9 3.4 整个电路原理图整个电路原理图 图 4 系统电路原理图 四、四、 控制系统的软件设计控制系统的软件设计 4.1 程序清单程序清单 #include #include sbit P20=P20; /*定义端口*/ sbit khour=P30; sbit kmin=P31; sbit knian=P32;

22、 sbit tiaonian=P33 ; sbit speaker=P37 ; int j=-1 ; /*定义变量，j 用以控制扫描*/ bit flag=0,leap=0; /*定义 flag 控制时分秒和年月日的显示，leap 判断是否为闰年 */ char secshi=0,secge=0,minshi=0,minge=0,hourshi=0,hourge=0; char dayshi=0,dayge=0,monthshi=0,monthge=0,yearshi=0,yearge=0 ; 10 unsigned int num=0,sec=0,min=0,hour=0; /*设置初始时间

23、为 00 时 0 分 0 秒*/ unsigned int day=1,month=1,year=10; /*设置初始日期为 2010 年 1 月 1 日*/ char saomiao8=0x01,0x02,0x04,0x08,0x10,0x20,0x40,0x80; /*扫描数组，控制位选*/ char shijian10=0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90; /*共阴数码管的 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9*/ void delay(unsigned int z) /*延时子程序*/ unsigned int x,y;

24、 for(x=z;x0;x-) for(y=10;y0;y-) ; void timer() interrupt 1 /*定时器中断 0*/ TH0=(65535-5000)/256; /*重新装入初值*/ TL0=(65535-5000)%256; num+; j+; if(year%4=0 /*闰年，使 leap=1*/ else leap=0; /*平年，使 leap=0*/ if(num=150) /*实验微调得 num=150 时大概为 1s*/ num=0; sec+; /*秒自动加 1*/ if(sec=60) sec=0; min+; /*60s 时，分自动加 1，秒归 0*/

25、 if(min=60) min=0; hour+; /*60 分时，小时自动加 1，分归 0*/ if(hour=24) hour=0; 11 min=0; sec=0; day+; /*24 时，天自动加 1，时分秒归 0*/ /* * *月份的判断，平年时的 2 月和闰年时的 2 月，以及 30 天和 31 天的判断 * *if(leap= 1 month+; /*2 月 28 天或 29 天时月自加 1*/ if(month=1|month=3|month=5|month=7|month=8|month=10|month=12) if(day=32) day=1; month+; /*月

26、为 31 天达到时月自动加 1*/ if( month=4|month=6|month=9|month=11) if(day=31) day=1; month+; /*月为 30 天达到时月自动加 1*/ if(month=13) year+; month=1; /*新的一年的开始*/ secge=sec%10; 12 secshi=sec/10; minge=min%10; minshi=min/10; hourge=hour%10; hourshi=hour/10; dayge=day%10; dayshi=day/10; monthge=month%10; monthshi=month/

27、10; yearge=year%10; yearshi=year/10; P1=saomiaoj; /*数码管的位选设置*/ if(flag=1) /*flag=1,显示年月日*/ if(P1=0x80) P2=shijiandayge; if(P1=0x40) P2=shijiandayshi; if(P1=0x20) P2=0xbf； /*年与月之间的分隔符“”的显示*/ if(P1=0x10) P2=shijianmonthge; if(P1=0x08) P2=shijianmonthshi; if(P1=0x04) P2=0xbf； /*月与天之间的分隔符“”的显示*/ if(P1=0

28、x02) P2=shijianyearge; if(P1=0x01) P2=shijianyearshi; else /*flag=0,显示时分秒*/ if(P1=0x80) P2=shijiansecge; if(P1=0x40) P2=shijiansecshi; if(P1=0x20) P2=0xbf; if(P1=0x10) P2=shijianminge;/xian shi if(P1=0x08) P2=shijianminshi; if(P1=0x04) P2=0xbf; if(P1=0x02 if(flag=1) /*显示年月日的情况下做年月日的调整*/ if(kmin=0) d

29、ay+; 14 while(kmin=0); if(khour=0) month+; while (khour=0); if(month12) month=1; if(tiaonian=0 while (tiaonian=0); void baoshi() /*整点报时子程序*/ if(min=0 delay(1) ; speaker=1 ; else speaker=1; void alarm() / *闹钟子程序*/ bit ring=1; char xx=10; if(tiaonian=0) ring=0; delay(100); while(tiaonian=0); /*关闭正在叫的闹

30、钟*/ 15 if(hour=6 delay(1) ; speaker=1 ; if(hour=6 void main() TMOD=0x01; /*设置工作方式*/ TR0=1; P2=0; TH0=(65535-5000)/256; /*装入计时初值*/ TL0=(65535-5000)%256; IE= 0x82; IP=0x00; /*设置中断优先级*/ EA=1; EX0=1; /*开外部中断 0*/ while(1) control() ; alarm() ; baoshi() ; 4.2 仿真结果仿真结果 16 图 5.a 时间仿真图（此时时间为 0 点 10 秒） 图 5.b

31、日期仿真图（此时日期为 2010 年 1 月 1 日） 五、心得五、心得 进过不懈的努力，我们顺利完成了这次单片机课程设计课题中的个性化电子时钟设计， 17 本次仿真总的来说是实现了预期的效果，但是喇叭把的效果不是很好。功能还不够完善， 设计还比较简单。不过通过此次设计我们还是学会了不少东西。首先，学会了 keil 和 proteus 软 件。 然后，由于此次程序是用 C 语言编写的，以前的 C 语言知识的到了巩固。同时，我们还领悟到 了团队精神的真谛。 通过这次的设计使我认识到本人对单片机方面的知识知道的太少了，对于书本上的很多知 识还不能灵活运用，尤其是对程序设计语句的理解和运用，不能够充

32、分理解每个语句的具体含 义 总的来说，本次的设计使我从中学到了最重要的东西，那就是如何从理论到实践的转化， 怎样将我所学到的知识运用到我以后的工作中去。在大学的课堂的学习只是在给我们灌输专业 知识，而我们应把所学的用到我们现实的生活中去，此次的电子时钟设计给我奠定了一个实践 基础，我会在以后的学习、生活中磨练自己，使自己适应于以后的竞争，同时在查找资料的过 程中我也学到了许多新的知识，在和同学协作过程中增进同学间的友谊，使我对团队精神的积 极性和重要性有了更加充分的理解。 最后，我觉得应该感谢李京兵老师在平时课堂上的启发。使得我们在课程设计过程中，巩 固和学习了单片机知识。相信这对我以后的课程设计和毕业设计将会有很大的帮助！ 六、参考文献六、参考文献 1刘乐善等.微型计算机接口技术及应用.武汉：华中科技大学出版社,2009. 2胡汉才.单片机原理及其接口技术.北京：清华大学出版社，2009. 3李秉操等.单片机接口技术及在工业控制中的应用.西安：陕西电子编辑部,1991