1、 網絡(wnglu)教育學院單片機原理及應用(yngyng)大作業 題 目： 單片機電子時鐘(shzhng)設計學習中心：福建福鼎學院奧鵬學習中心 層 次： 專升本 專 業： 電氣工程及其自動化 年 級： 2013年 春 季 學 號： 學生姓名： 一、課題(kt)背景1、數字(shz)電子鐘的發展20世紀末，電子技術獲得了飛速的發展，在其推動下，現代電子產品幾乎滲透了社會的各個領域，有力(yul)地推動了社會生產力的發展和社會信息化程度的提高，同時也使現代電子產品性能進一步提高，產品更新換代的節奏也越來越快。時間對人們來說總是那么寶貴，工作的忙碌性和繁雜性容易使人忘記當前的時間。忘記了要做的事

2、情，當事情不是很重要的時候，這種遺忘無傷大雅。但是，一旦重要事情，一時的耽誤可能釀成大禍。目前，單片機正朝著高性能和多品種方向發展趨勢將是進一步向著CMOS化、低功耗、小體積、大容量、高性能、低價格和外圍電路內裝化等幾個方面發展。下面是單片機的主要發展趨勢。單片機應用的重要意義還在于，它從根本上改變了傳統的控制系統設計思想和設計方法。從前必須由模擬電路或數字電路實現的大部分功能，現在已能用單片機通過軟件方法來實現了。這種軟件代替硬件的控制技術也稱為微控制技術，是傳統控制技術的一次革命。單片機模塊中最常見的是數字鐘，數字鐘是一種用數字電路技術實現時、分、秒計時的裝置，與機械式時鐘相比具有更高的準

3、確性和直觀性，且無機械裝置，具有更更長的使用壽命，因此得到了廣泛的使用。2、數字電子鐘的原理數字鐘是采用數字電路實現對.時,分,秒.數字顯示的計時裝置,廣泛用于個人家庭,車站,碼頭辦公室等公共場所,成為人們日常生活中不可少的必需品,由于數字集成電路的發展和石英晶體振蕩器的廣泛應用,使得數字鐘的精度,遠遠超過老式鐘表,鐘表的數字化給人們生產生活帶來了極大的方便，而且大大地擴展了鐘表原先的報時功能。諸如定時自動報警、按時自動打鈴、時間程序自動控制、定時廣播、自動起閉路燈、定時開關烘箱、通斷動力設備、甚至各種定時電氣的自動啟用等，所有這些，都是以鐘表數字化為基礎的。因此，研究數字鐘及擴大其應用，有著

4、非常現實的意義。3、數字(shz)電子鐘的應用情況(qngkung)以及特點數字鐘已成為人們日常生活中：必不可少的必需品，廣泛用于個人家庭(jitng)以及車站、碼頭、劇場、辦公室等公共場所，給人們的生活、學習、工作、娛樂帶來極大的方便。由于數字集成電路技術的發展和采用了先進的石英技術，使數字鐘具有走時準確、性能穩定、攜帶方便等優點，它還用于計時、自動報時及自動控制等各個領域。 4、51單片機簡介 單片機技術在計算機中作為獨立的分支，有著性價比高、集成度高、體積少、可靠性高、控制功能強大、低功耗、低電壓、便于生產、便于攜帶等特點，越來越廣泛的被應用于實際生活中。單片機全稱，單片機微型計算機，從

5、應用領域來看，單片機主要用來控制系統運行，所以又稱微控制器或嵌入式控制器，單片機是將計算機的基本部件微型化并集成在一塊芯片上的微型計算機。 AT89S51有PDIP、PLCC、TQFP三種封裝方式，其中最常見的就是采用40Pin封裝的雙列直接PDIP封裝。芯片共有40個引腳，引腳的排列順序為從靠芯片的缺口（見右圖）左邊那列引腳逆時針數起，依次為1、2、3、4。40，其中芯片的1腳頂上有個凹點（見右圖）。在單片機的40個引腳中，電源引腳2根，外接晶體振蕩器引腳2根，控制引腳4根以及4組8位可編程I/O引腳32根。 4-1、主電源引腳（2根）VCC(Pin40)：電源輸入，接5V電源GND(Pin

6、20)：接地線 4-2、外接晶振引腳（2根）XTAL1(Pin19)：片內振蕩電路的輸入端XTAL2(Pin20)：片內振蕩電路的輸出端 4-3、控制引腳（4根）RST/VPP(Pin9)：復位引腳，引腳上出現2個機器周期的高電平將使單片機復位。ALE/PROG(Pin30)：地址鎖存允許信號PSEN(Pin29)：外部存儲器讀選通信號EA/VPP(Pin31)：程序存儲器的內外部選通，接低電平從外部程序存儲器讀指令，如果接高電平則從內部程序存儲器讀指令。 芯片(xn pin)引腳功能 芯片實物圖 4-4、可編程輸入(shr)/輸出引腳（32根） AT89S51單片機有4組8位的可編程I/O口

7、，分別位P0、P1、P2、P3口，每個口有8位（8根引腳），共32根。每一根引腳都可以編程，比如(br)用來控制電機、交通燈、霓虹燈等，開發產品時就是利用這些可編程引腳來實現我們想要的功能，盡情發揮你的想象力吧，實現你想要的：） 強大無比。 PO口（Pin39Pin32）：8位雙向I/O口線，名稱為P0.0P0.7 P1口（Pin1Pin8）：8位準雙向I/O口線，名稱為P1.0P1.7 P2口（Pin21Pin28）：8位準雙向I/O口線，名稱為P2.0P2.7 P3口（Pin10Pin17）：8位準雙向I/O口線，名稱為P3.0P3.7二、設計方案利用單片機定時器完成計時功能，定時器0計時

8、中斷程序每隔0.01s中斷一次并當作(dn zu)一個計數，設定定時1秒的中斷計數初值為100，每中斷一次中斷計數初值減1，當減到0時，則表示1s到了，秒變量加1，同理再判斷是否1min鐘到了，再判斷是否1h到了。為了將時間在LED數碼管上顯示，可采用靜態顯示法和動態顯示法，由于靜態顯示法需要譯碼器，數據鎖存器等較多硬件，可采用動態顯示法實現(shxin)LED顯示，通過對每位數碼管的依次掃描，使對應數碼管亮，同時向該數碼管送對應的字碼，使其顯示數字。由于數碼管掃描周期很短，由于人眼的視覺暫留效應，使數碼管看起來總是亮的，從而實現了各種顯示。針對要實現的功能，采用AT89S51單片機進行設計，

9、AT89S51 單片機是一款低功耗，高性能CMOS8位單片機，片內含4KB在線可編程（ISP）的可反復擦寫1000次的Flash只讀程序(chngx)存儲器，器件采用高密度、非易失性存儲技術制造，兼容標準MCS- 51指令系統及80C51引腳結構。這樣，既能做到經濟合理又能實現預期的功能。在程序方面，采用分塊設計的方法，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，時間調整程序、鬧鐘調整程序、定時調整程序，延時程序等。運用這種方法，關鍵在于各模塊的兼容和配合，若各模塊不匹配會出現意想不到的錯誤。首先，在編程之前必

10、須了解硬件結構尤其是各引腳的用法，以及內部寄存器、存儲單元的用法，否則，編程無從下手，電路也無法設計。這是前期準備工作。第二部分是硬件部分：依據想要的功能分塊設計設計，比如輸入需要開關電路，輸出需要顯示驅動電路和數碼管電路等。第三部分是軟件部分：先學習理解匯編語言的編程方法再根據設計的硬件電路進行分塊的編程調試，最終完成程序設計。第四部分是軟件畫圖部分：設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部分：連接電路并導入程序檢查電路，若與設計的完全一樣一

11、般能實現想要的功能。最后進行功能擴展，在已經正確的設計基礎上，添加額外的功能！三、電路設計與軟件開發A.電路設計1. 整體(zhngt)設計此次設計主要是應用單片機來設計電子時鐘，硬件部分主要分以下電路模塊：顯示電路用8個共陰數碼管分別顯示，星期（年份），小時、分鐘（月份）和秒（日），通過動態掃描進行顯示，從而避免了譯碼器的使用，同時(tngsh)節約了I/0端口，使電路更加簡單。單片機采用AT89S51系列，這種單片機應用簡單，適合電子鐘設計。電路(dinl)的總體設計框架如下：單片機輸入部分晶振和復位輸出部分2. 分塊設計模塊電路主要分為：輸入部分、輸出部分、復位和晶振電路。2.1 輸入部

12、分輸入信號主要是各種模式選擇和調整信號，由按鍵開關提供。以下(yxi)為輸入部分樣例：在本實驗中主要用用P3口輸入按鍵信號，還用到了特殊的P0口。對于P0口，由于其存在高阻狀態，為了實現開關功能(gngnng)，給其添加上拉電阻，具體如下圖所示：2.2 輸出(shch)部分本電路的輸出信號為7段數碼管的位選和段選信號，鬧鈴脈沖信號，提示燈信號。本實驗的數碼管是共陰的，為了防止段選信號不能驅動數碼管，故在P1口連接上拉電阻后，再送段選信號，以提高驅動，位選信號直接從P2口接入，如下圖：鬧鈴由P2.6端輸出(shch)，模塊如下：2.3 晶振與復位(f wi)電路本實驗(shyn)單片機時鐘用內部

13、時鐘，模塊如下：復位電路為手動復位構成，模塊如下：各模塊拼接組合，電路總體(zngt)設計圖如下：B.軟件開發B.1 程序(chngx)總體設計本實驗用匯編程序(hu bin chn x)完成.程序總的流程圖如下：主程序開始顯示星期，時，分，秒是否有調 轉？T0中斷秒，分，時等進位閃爍提示顯示日期并調整響鈴提示時間調整鬧鈴設置定時設置鈴聲測試秒表模式回主程序定時到按0鍵按0鍵鬧鈴到按1鍵按2鍵按3鍵按4鍵按5鍵按7鍵7鍵恢復按4鍵按8鍵按0鍵按0鍵倒計時啟動并顯示回主程序秒表暫停秒表清零回主程序按7鍵3.B.2 程序(chngx)主要模塊B.2.1 延時模塊(m kui)數碼管顯示動態掃描時，

14、用到延時程序，這里使用延遲1ms的程序，此程序需反復調,除數碼管動態掃描外，數碼管的閃爍提示，以及音樂(ynyu)模塊也用到了延時，只是延時的長短不同罷了，在此不再贅述。B.2.2中斷服務程序本實驗中，計數器T0,T1中斷都有運用，其中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1，計數1次，時長1us，故計數器計數10000次，進入中斷，計數初值為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。包括日期顯

15、示的功能也是如此。另外，由于要實現倒計時功能，因此在中斷程序中還要加入減一的寄存器，需要時將其進行顯示。基于以上考慮，以R3為倒計時中的秒，R4為倒計時的分，當秒加1時R3減一，減到0之后，秒賦值為59，分減一，直到分為0。計數器T1工作于方式1， 當調用響鈴程序時，其計數功能開啟，為音樂音調不同頻率的方波的形成，提供延時。其中斷服務程序就是根據音調改變音樂方波輸出口電平的高低，用語句 CPL實現。 中斷服務程序中日歷的實現較為復雜，要考慮平年，閏年，特殊的2月，每月的天數的不盡相同。具體的邏輯判斷方法為：首先，要考慮年份是不是閏年，閏年的判斷方法是：將年份除以100，若能整除，則將年份除以4

16、00，若還能整除，則為閏年，若不能，則為平年；若不能被100整除，則判斷是否能被4整除，若能，則為閏年，若不能則為平年。只有2月與平、閏年相關，因此在閏年和平年的子程序中，要判斷是不是2月，若是則在相應的年中進行日期的增加，若不是則轉入平時的月份。其中1、3、5、7、8、10、12月是每月31天，4、6、9、11月為每月30天。日歷進位判斷流程圖如下：年份能否被100整除NY年份是否能被4整除年份是否能被400整除NN平年閏年YY是不是2月是不是2月Y日=28之后返回為1NNY日=29之后返回為1若月份為1、3、5、7、8、10、12月則調用31天的程序若月份為4、6、9、11則調用30天的程

17、序本實驗用8個數碼管，剛好能顯示年，月，日，掃描顯示與時間的掃描顯示類似(li s)。年比較特殊，由兩個寄存器存儲，個位，十位為0時，表明年數能被100整除，若此時千位，百位組成兩位數能被4整除(zhngch)，則年數被400整除，為閏年。若十位，個位組成兩位數能被4整除，則年數能被4整除，為閏年。B.2.3主程序主程序主要對按鍵進行掃描，以及判斷定時和鬧鈴時間是否已到，若到則調用相關(xinggun)程序。B.2.4 顯示子程序8個數碼管輪流進行顯示，分別顯示1ms，依賴人的視覺 暫留效應，給人以數碼管持續高亮的錯覺。日期的顯示，秒表的顯示，倒計時的顯示，調鬧鈴，調定時的顯示，閃爍的顯示程序

18、與以上的的掃描相似，有的以子程序的方式出現，通過子程序調用語句ACALL調用；有點直接嵌套在相應的程序里面，順序執行，或者用調轉語句AJMP調用。C 程序調試及仿真(fn zhn)本程序通過Keil單片機開發平臺實現程序的編譯，鏈接，生成HEX文件(wnjin)。通過Keil和硬件仿真平臺Proteus的聯合，可以將設計效果仿真出來，根據效果，有目的的改變設計，優化程序。利用Proteus仿真實驗(shyn)過程截圖：普通時間顯示模式仿真圖，表示：星期一 9點10分38秒 四，總結 本文先從整體論述了設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電路，顯示驅動電路，以及數碼管電路等，而軟件部分，則依據要實現的功能，劃分為：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，時間調整程序、鬧鐘調整程序、定時調