大工14春《單片機原理及應用》大作業(yè)

大臣理工大寫網(wǎng)絡教育學院單片機原理及應用大作業(yè)題 目：單片機電子時鐘設(shè)計學習中心：層 次：專升本專 業(yè)：電氣工程及其自動化年 級：2014年 春季學 號：學生姓名：一、課題背景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。 現(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，是人們?nèi)粘Ｉ畈豢扇鄙俚墓ぞ摺，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、時鐘的基本原理分析利用單片機定時器完成計時功能， 定時器 0 計時中斷程序每隔 0.01s 中斷一次并當作一個計數(shù)，設(shè)定定時1 秒的中斷計數(shù)初值為100，每中斷一次中斷計數(shù)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(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)儲存器等較多硬件，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， 使對應數(shù)碼管亮， 同時向該數(shù)碼管送對應的字碼，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， 使數(shù)碼管 看起來總是亮的，從而實現(xiàn)了各種顯示。三、 51 單片機介紹及時鐘設(shè)計分析針對要實現(xiàn)的功能，采用AT89S51片機進彳T設(shè)計，AT89S51單片機是一款 低功耗，高性能CMOS8單片機，片內(nèi)含4KBft線可編程（ISP）的可反復擦寫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石1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：先學習理解匯編 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、時鐘的設(shè)計A.電路設(shè)計1 .整體設(shè)計此次設(shè)計主要是應用單片機來設(shè)計電子時鐘，硬件部分主要分以下電路模 塊：顯示電路用8個共陰數(shù)碼管分別顯示，星期（年份），小時、分鐘（月份）和 秒（日），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/O端口，使電路更加簡單。單片機采用 AT89S5保列，這種單片機應用簡單，適合 電子鐘設(shè)計。電路的總體設(shè)計框架如下：單片機輸出部分2 .分塊設(shè)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 輸入部分輸入信號主要是各種模式選擇和調(diào)整信號，由按鍵開關(guān)提供。以下為輸入部分樣例：XDUJH3mH3R3 H3JAIXZ xnaiQjAGgra.<AD* WJTA6* 也聞直腌HVT陌*PTawiF7JA.13 咫日MAM41國姑住BBJ* 口*i mm kjwwn*i*n bTDF311smH4旬E1，nW按鍵M按鍵斗按鍵3.按鍵4,P0口。對于 P0口 ,"上：一：上8H: 士士圭4Jra.iMDt - vnMny .muPDJWftD? 叩MU，. PDKAD5 ，口PD7AD7 -F22M1D 、P5CN4lLFaF2SR13 1 2泌14 酊內(nèi)IS P11卻M?汨31JPJ.I/T3CDI -011P1IJQ 加 IMT1 !P1J.PWTO即 15fLl -口 1 P3jUIR!；HTjffB在本實驗中主要用用P3口輸入按鍵信號，還用到了特殊的由于其存在高阻狀態(tài)，為了實現(xiàn)開關(guān)功能，給其添加上拉電阻，具體如下圖所示:2.2 輸出部分本電路的輸出信號為7段數(shù)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(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 P1 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：鬧鈴由P2.6端輸出，模塊如下:2.3 晶振與復位電路本實驗單片機時鐘用內(nèi)部時鐘，模塊如下：C2.I lJl I Q592C3II-22UF復位電路為手動復位構(gòu)成，模塊如下:各模塊拼接組合，電路總體設(shè)計圖如下“ KjuI tIw. 1Dail-MUJmYgnr1rUMI叩l-uluFniuFn*?IULJU -111.B.程序設(shè)計8.1 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：8.2 程序主要模塊8.2.1 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，此程序需反復調(diào) , 除數(shù)碼管動態(tài)掃描外，數(shù)碼管的閃爍提示，以及音樂模塊也用到了延時，只是延時的長短不同罷了，在此不再贅述。8.2.2 中斷服務程序本實驗中，計數(shù)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(shù)1次，時長1us,故 計數(shù)器計數(shù)1000畋，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。包括日期顯示的功能也是如此。 另外， 由于要實現(xiàn)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R刻倒計時中的秒， R4為倒計時的分，當秒加1時RGS一，減到0之后，秒賦值為59,分減一，直到分 為 0。計數(shù)器 T1 工作于方式1， 當調(diào)用響鈴程序時，其計數(shù)功能開啟，為音樂音調(diào)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(jù)音調(diào)改變音樂方 波輸出口電平的高低，用語句 CPL實現(xiàn)。中斷服務程序中日歷的實現(xiàn)較為復雜，要考慮平年，閏年，特殊的2月，每月的天數(shù)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400， 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(guān)，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(zhuǎn)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:本實驗用8個數(shù)碼管，剛好能顯示年，月，日，掃描顯示與時間的掃描顯示 類似。年比較特殊，由兩個寄存器存儲，個位，十位為 0時，表明年數(shù)能被100 整除，若此時千位，百位組成兩位數(shù)能被4整除，則年數(shù)被400整除，為閏年。若十位，個位組成兩位數(shù) 能被4整除，則年數(shù)能被4整除，為閏年。8.2.3 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(diào) 用相關(guān)程序。8.2.4 顯小子程序8個數(shù)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(shù)碼管持續(xù)高亮的錯覺。日期的顯示，秒表的顯示，倒計時的顯示，調(diào)鬧鈴，調(diào)定時的顯示，閃爍的 顯示程序與以上的的掃描相似，有的以子程序的方式出現(xiàn)，通過子程序調(diào)用語句 ACAL碉用；有點直接嵌套在相應的程序里面，順序執(zhí)行，或者用調(diào)轉(zhuǎn)語句AJMP調(diào)用。C程序調(diào)試及仿真本程序通過Keil單片機開發(fā)平臺實現(xiàn)程序的編譯，鏈接，生成 HEXC件。通 過Keil和硬件仿真平臺Proteus的聯(lián)合，可以將設(shè)計效果仿真出來，根據(jù)效果, 有目的的改變設(shè)計，優(yōu)化程序。利用Proteus仿真實驗過程截圖：普通時間顯示模式仿真圖，表示：星期一9點10分38秒五、總結(jié)通過本次設(shè)計，我深深體會到了掌握知識的重要性， 本次設(shè)計也使我熟悉了 單片機的硬件特點和編程方法，并成功將學到的知識變成了實際的成果，雖然在 設(shè)計過程中遇到了很多問題，例如知識的融會貫通、調(diào)試遇到的BUG,但通過 努力都一一得到了克服，從而也提高了我學習的信心，堅定了我繼續(xù)深入學習的 決心。按下0鍵，顯示日期并可對日期進行按下 1鍵，顯示時間，并可調(diào)時按下2鍵，進行鬧鈴設(shè)置按下3鍵，進行定時設(shè)置鬧鈴測試按下6鍵，進入秒表方式調(diào)用時鐘顯示子程序判斷是否開啟鬧鈴重響功能判斷是否開啟鬧鈴功能，沒開則去判斷定時值R4,R3是否到零、鬧鈴時判斷小時數(shù)是否到鬧鈴所定時間， 若到，則對分進行判斷；若不到， 則對定時進行判斷附錄： 延時程序：D_1MS:MOV R7,#2D_5:MOV R2,#250DJNZ R2,$DJNZ R7,D_5RET主程序：MAIN:JNBP3.0,DATETZ調(diào)整JNB P3.1,ZSTZ1JNB P3.2,NLTZZJNB P3.3,DSTZJNB P3.4,CESHIJNB P3.6,STOPWATCHTZACALL DISPJNB P0.6,RERINGRE: JNB P2.7,DSPDKQ判斷定時FMQPD:刻是否已到MOV A,HOUR;SUBB A,38H;JZ FEN;AJMP DSPDKQFEN:MOV A,MINUTE;SUBB A,37H;JZ MIAO; 判斷分是否到鬧鈴所定時間，若到，則對秒進行判斷；若不到，則對定時進行判斷AJMP DSPDKQMIAO:MOV A,SECONDSUBB A,#0JZ SHENGYIN1; 判斷秒是否到鬧鈴所定時間，若到，則時，分，秒都到達鬧鈴時刻，進入響鈴子程序；若不到則判斷定時AJMP DSPDKQRERING:; 鬧鈴重響判斷程序JNB F0, RE;標志位F0為0,不進行鬧鈴重響設(shè)定CPL F0MOV3CH,#1;定時判斷標志位賦1， 定時判斷功能開啟JNB P0.7,M1; 鬧鈴重響間隔時間選取MOV R4,#0; 鬧鈴重響間隔30秒MOV R3,#30AJMP MAINM1:; 鬧鈴重響間隔60秒MOV R4,#1MOV R3,#0AJMP MAINDSPDKQ:判斷是否應該進行定時判斷MOVA,3CH;3CHJNZ DSPD2;序AJMP MAINDSPD2:MOV A,R4;JZ S_PD;R4AJMP MAIN;S_PD:MOV A,R3;JNZMAIN;R4,R3到JNB P0.6,SHENGYIN2序AJMP TISHI;AJMP MAINCESHI:ACALL RINGAJMP MAINSHENGYIN1:;LCALL RINGAJMP MAINSHENGYIN2:SETB F0;是引入的判斷因子，當其為 0時，不對定時時間是否到0進行判斷當3CHP是0時，跳轉(zhuǎn)到定時判斷程所存定時分數(shù)為 0, 則轉(zhuǎn)而判斷R3所存定時秒數(shù)所存參數(shù)減為 0， 定時長度已鬧鈴重響功能開啟時，跳入響鈴程不是鬧鈴重響定時，則定時時間到時，跳入提示程序調(diào)用響鈴子程序鬧鈴重響標志位設(shè)定LCALL RING;響鈴標志位復位跳入鬧鈴調(diào)整程序跳入定時調(diào)整程序跳入日期調(diào)整程序跳入秒表程序時間顯示子程序判斷節(jié)能開關(guān)7是否按下，按下則數(shù)碼管不顯示，延長其壽命顯示當前時間秒位存十位，B存?zhèn)€位顯示當前時間秒十位CLR F0AJMP MAINNLTZZ:AJMP NLTZ1DSTZ:AJMP DSTZ1DATETZ:AJMP DATETZ1STOPWATCHTZ:AJMP STOPWATCHTZ1顯示子程序：DISP:;JNB P3.7,OUT1MOV DPTR,#LEDTABMOV A,SECONDMOV B,#10DIV AB;AMOVC A,A+DPTRMOV P1,ACLR SEC_SACALL D_1MSSETB SEC_SMOV A,BMOVC A,A+DPTRMOV P1,ACLR SECGACALL D_1MSJ顯示當前時間秒個位顯示當前時間分位SETB SEC_GMOV A,MINUTEMOV B,#10DIV ABMOVC A,A+DPTRMOV P1,ACLR MIN_SACALL D_1MSSETB MIN_SMOV A,BMOVC A,A+DPTRMOV P1,ACLR MIN_GACALL D_1MSSETB MIN_G顯示當前時間時位MOV A,HOURMOV B,#10DIV ABMOV DPTR,#LEDTABMOVC A,A+DPTRMOV P1,ACLR HOU_SACALL D_1MSSETB HOU_SMOV A,BMOVC A,A+DPTRMOV P1,ACLR HOU_GSETB HOU_GMOV A,WEEKMOVC A,A+DPTRMOV P1,ACLR Y_SACALL D_1MSSETB Y_SOUT1:RETACALL D_1MS