单片机课程设计.docx

1、单片机课程设计单片机原理与应用课程设计报告书课 题 数字电子表 班 级 电1101-5 学 号 20115011 姓 名 郑俊观 同 组 董鹏飞 赵玉猛 指导教师 杨勇 完成日期 2014 年 7 月 2 日 目 录一、前言 2二、设计要求 2三、设计方案和论证 2（一）总设计原理图 2（二）设计方案的选择 2（3）硬件部分 4（4）软件部分 8三、设计总结26 一、前言时钟，自从它发明的那天起，就成为人类的朋友，但随着时间的推移，科学技术的不断发展，人们对时间计量的精度要求越来越高，应用越来越广。怎样让时钟更好的为人民服务，怎样让我们的老朋友焕发青春呢？这就要求人们不断设计出新型时钟。现今，

2、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，石英表，石英钟都采用了石英技术，因此走时精度高，稳定性好，使用方便，不需要经常调校，数字式电子钟用集成电路计时时，译码代替机械式传动，用LED显示器代替显示器代替指针显示进而显示时间，减小了计时误差，这种表具有时，分，秒显示时间的功能，还可以进行时和分的校对，片选的灵活性好。在一个单片机应用系统中，时钟有两方面的含义：一是指为保障系统正常工作的基准振荡定时信号，主要由晶振和外围电路组成，晶振频率的大小决定了单片机系统工作的快慢；二是指系统的标准定时时钟，即定时时间，它通常有两种实现方法：一是用软件实现，即用单片机内部的可编程定时/计数器

3、来实现，但误差很大，主要用在对时间精度要求不高的场合；二是用专门的时钟芯片实现，在对时间精度要求很高的情况下，通常采用这种方法，典型的时钟芯片有：DS1302，DS12887，X1203等都可以满足高精度的要求。本文主要介绍用单片机内部的定时/计数器来实现电子时钟的方法，本设计由单片机AT89C51芯片和LED数码管为核心，辅以必要的电路，构成了一个单片机电子时钟。二、设计要求1、准确计时，以数字形式显示时、分、秒的时间。2、小时以24小时计时形式，分秒计时为60进位。 3、校正时间功能,即能随意设定走时时间。4、设计5V直流电源，系统时钟电路、复位电路。 5、能指示秒节奏，即秒提示。三、设计

4、方案和论证本次设计时钟电路，使用了AT 89C51单片机芯片控制电路，单片机控制电路简单且省去了很多复杂的线路，使得电路简明易懂，使用按键来调整时钟的时、分、秒。同时使用汇编语言程序来控制整个时钟显示，使得编程变得更容易，这样通过三个模块：按键、芯片、 LED显示即可满足设计要求。（一） 总设计原理框图如上图所示：（二）设计方案的选择1.计时方案 方案1：采用实时时钟芯片现在市场上有很多实时时钟集成电路，如DS1287、DS12887、DS1302等。这些实时时钟芯片具备年、月、日、时、分、秒计时功能和多点定时功能，计时数据的更新每秒自动进行一次，不需要程序干预。因此，在工业实时测控系统中多采

5、用这一类专用芯片来实现实时时钟功能。 方案2：使用单片机内部的可编程定时器。利用单片机内部的定时计数器进行中端定时，配合软件延时实现时、分、秒的计时。该方案节省硬件成本，但程序设计较为复杂。2.显示方案对于实时时钟而言，显示显然是另一个重要的环节。通常LED显示有两种方式：动态显示和静态显示。静态显示的优点是程序简单、显示亮度有保证、单片机CPU的开销小，节约CPU的工作时间。但占有I/O口线多，每一个LED都要占有一个I/O口，硬件开销大，电路复杂。需要几个LED就必须占有几个并行口，比较适用于LED数量较少的场合。当然当LED数量较多的时候，可以使用单片机的串行口通过移位寄存器的方式加以解

6、决，但程序编写比较麻烦。LED动态显示硬件连接简单，但动态扫描的显示方式需要占有CPU较多的时间，在单片机没有太多实时测控任务的情况下可以采用。本系统使用单片机内部的可编程定时器和采用8位LED数码管来分别显示时、分、秒，因数码管个数较多，故本系统选择动态显示方式。（三）硬件部分1、AT89C51单片机介绍AT89C51单片机是由ATMEL公司生产的一种低电压、高性能CMOS 8位单片机，片内含8kbytes的可反复写的FlashROM和128bytes的RAM，2个16位定时计数器5。 AT89C51单片机内部主要包括累加器ACC(有时也简称为A)、程序状态字PSW、地址指示器DPTR、只读

7、存储器ROM、随机存取存储器RAM、寄存器、并行I/O接口P0P3、定时器/计数器、串行I/O接口以及定时控制逻辑电路等。这些部件通过内部总线联接起来，构成一个完整的微型计算机。AT89C51单片机管脚结构图 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4TTL门电流。P

8、1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

9、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。 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（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：口管脚 备选功能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.

10、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：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用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

11、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。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。EA：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）。2、上电按钮复位电路 本设计采用上电按钮复位电路：首先经过上电复位，当按下按键时，RST直接与VCC相连，为高电平形成复位，同时电解

12、电容被电路放电；按键松开时，VCC对电容充电，充电电流在电阻上，RST依然为高电平，仍然是复位，充电完成后，电容相当于开路，RST为低电平，单片机芯片正常工作。其中电阻R2决定了电容充电的时间，R2越大则充电时间长，复位信号从VCC回落到0V的时间也长。3、晶振电路 本设计晶振电路采用12M的晶振。晶振的作用是给单片机正常工作提供稳定的时钟信号。单片机的晶振并不是只能用12M，只要不超过20M就行，在准许的范围内，晶振越大，单片机运行越快，还有用12M的就是好算时间，因为一个机器周期为1/12时钟周期，所以这样用12M的话，一个时钟周期为12us，那么定时器计一次数就是1us了，电容范围在20

13、-40pF之间，这里连接的是33pF的电容。机器周期=10*晶振周期=12*系统时钟周期 4、显示电路 就时钟而言，通常可采用液晶显示或数码管显示。由于一般的段式液晶屏，需要专门的驱动电路，而且液晶显示作为一种被动显示，可视性相对较差；对于具有驱动电路和微处理器接口的液晶显示模块（字符或点阵），一般多采用并行接口，对微处理器的接口要求较高，占用资源多。另外，89C2051本身无专门的液晶驱动接口，因此，本时钟采用数码管显示方式。数码管作为一种主动显示器件，具有亮度高、价格便宜等优点，而且市场上也有专门的时钟显示组合数码管。对于实时时钟而言，显示显然是另一个重要的环节。通常LED显示有两种方式：

14、动态显示和静态显示。静态显示的优点是程序简单、显示亮度有保证、单片机CPU的开销小，节约CPU的工作时间。但占有I/O口线多，每一个LED都要占有一个I/O口，硬件开销大，电路复杂。需要几个LED就必须占有几个并行口，比较适用于LED数量较少的场合。当然当LED数量较多的时候，可以使用单片机的串行口通过移位寄存器的方式加以解决，但程序编写比较麻烦。LED动态显示硬件连接简单，但动态扫描的显示方式需要占有CPU较多的时间，在单片机没有太多实时测控任务的情况下可以采用。本系统需要采用8位LED数码管来分别显示时、分、秒，因数码管个数较多，故本系统选择动态显示方式。5、 时钟显示校正电路本设计利用按

15、键开关来校正时钟显示的数字。当按钮按下时，将在相应的端口输入一个低电平，通过相应的程序来改变时钟显示。其中S1按键开关用来选择要修改的数字；S2按键用来增加所选数字的数值；S3按键用来减少所选数字的数值。 6、总电路原理图图如下图所示。 （四） 软件部分 根据上述电子时钟的工作流程，软件设计可分为以下几个功能模块：1、主程序模块。主程序主要用于系统初始化：设置计时缓冲区的位置及初值，定时器的工作方式和计数初值等参数。 2、计时模块。即定时器0中断子程序，完成刷新计时缓冲区的功能。系统使用12MHz的晶振，假设定时器0工作在方式1，则定时器的最大定时时间值远远小于1s。因此本系统采用定时器与软件

16、循环相结合的定时方法。设定时器0工作在方式1，每隔50ms溢出中断一次，则循环中断20次延时时间是1s，上述过程重复60次为1分，分计时60次为1小时，小时计时24次则时间重新回到12：00：00。因定时器0工作在方式1，则50ms定时对应的定时器初值为 TH0=3CH，TH0=0B0H。但应当指出：CPU从响应T0中断到完成定时器初值重装这段时间，定时器T0并不停止工作，而是继续计数。因此，为了确保T0能准确定时50ms，重装的定时器初值必须加以修正，修正的定时器初值必须考虑到从原定时器初值中扣除计数器多计的脉冲个数。由于定时器计数脉冲的周期恰好和机器周期吻合，因此修正量等于CPU从响应中断

17、到重装完TL0为止所用的机器周期数。 3、时间设置模块。该模块由键盘输入相应的数据来设置当前时间。程序通过调用一个键盘设置子程序通过键盘扫描将键入的8位时间值送入显示缓冲区。设置时间后，时钟要从这个时间开始计时，而时分秒单元各占一个字节，键盘占8个字节。因此程序中要调用一个合字子程序将显示缓冲区中的6位BCD码合并为3位压缩BCD码，并送入计时缓冲区，作为当前计时起始时间。 4、显示模块。该模块完成时分秒8位LED的动态显示。因为显示为8位，二计时是3个字节单元，为此，必须将3字节计时缓冲区中的时分秒压缩BCD码拆分为8字节BCD码，并送入显示缓冲区中。当按下调整时间键后，在8位设置完成之前，

18、这8个LED应该显示键人的数据，不显示当前的时间。为此，我们设置了一个计时显示允许标志位F0，在时间设置期间F0=1，不调用刷新显示缓冲区的子程序。5、程序流程框图 6、汇编程序如下： S_SET BIT P1.0 M_SET BIT P1.1 H_SET BIT P1.2 SECOND EQU 30H MINUTE EQU 31H HOUR EQU 32H TCNT EQU 34H ORG 0000H SJMP START ORG 000BH LJMP INT_T0 START: MOV DPTR,#TABLE MOV HOUR ,#12 MOV MINUTE,#0 MOV SECOND ,

19、#0 MOV TCNT,#0 MOV TMOD,#01H MOV TH0,#3CH MOV TL0,#0B0H MOV IE,#82H SETB TR0 A1:LCALL DISPLAY JNB S_SET,S1 JNB M_SET,S2 JNB H_SET,S3 LJMP A1 S1: LCALL DELAY JB S_SET,A1 INC SECOND MOV A,SECOND CJNE A,#60,J0 MOV SECOND,#0 LJMP K1 S2: LCALL DELAY JB M_SET,A1 K1: INC MINUTE MOV A,MINUTE CJNE A,#60,J1 M

20、OV MINUTE,#0 LJMP K2 S3: LCALL DELAY JB H_SET,A1 K2: INC HOUR MOV A,HOUR CJNE A,#24,J2 MOV HOUR,#0 MOV MINUTE,#0 MOV SECOND,#0 LJMP A1 J0:JB S_SET,A1 LCALL DISPLAY SJMP J0 J1:JB M_SET,A1 LCALL DISPLAY SJMP J1 J2: JB H_SET,A1 LCALL DISPLAY SJMP J2 INT_T0:MOV TH0,#3CH MOV TL0,#0B0H INC TCNT MOV A,TCNT

21、 CJNE A,#20,RETUNE INC SECOND MOV TCNT,#0 MOV A,SECOND CJNE A,#60,RETUNE INC MINUTE MOV SECOND,#0 MOV A,MINUTE CJNE A,#60,RETUNE INC HOUR MOV MINUTE,#0 MOV A,HOUR CJNE A,#24,RETUNE MOV HOUR,#0 MOV MINUTE,#0 MOV SECOND,#0 MOV TCNT,#0 RETUNE: RETI DISPLAY: MOV A,SECOND MOV B,#10 DIV AB CLR P3.6 MOVC A

22、,A+DPTR MOV P0,A LCALL DELAY SETB P3.6 MOV A,B CLR P3.7 MOVC A,A+DPTR MOV P0,A LCALL DELAY SETB P3.7 CLR P3.5 MOV P0,#40H LCALL DELAY SETB P3.5 MOV A,MINUTE MOV B,#10 DIV AB CLR P3.3 MOVC A,A+DPTR MOV P0,A LCALL DELAY SETB P3.3 MOV A,B CLR P3.4 MOVC A,A+DPTR MOV P0,A LCALL DELAY SETB P3.4 CLR P3.2 M

23、OV P0,#40H LCALL DELAY SETB P3.2 MOV A,HOUR MOV B,#10 DIV AB CLR P3.0 MOVC A,A+DPTR MOV P0,A LCALL DELAY SETB P3.0 MOV A,B CLR P3.1 MOVC A,A+DPTR MOV P0,A LCALL DELAY SETB P3.1 RET TABLE: DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H DB 6DH,7DH,07H,7FH,6FH DELAY: MOV R6,#10 D1: MOV R7,#250 DJNZ R7,$ DJNZ R6,D1 RET END 3、设

24、计总结做了一周的课程设计，我有很多的心得体会，有关于单片机的，也有关于同学之间合作的。因为单片机已经很早结课了，刚拿到题目，不知道从哪入手，后来通过对书本的回顾，加深了对单片机的记忆。课堂教学考虑到大多数同学的需求，主要强调“基本”基本知识、基本理论、基本方法、基本技能。而这次设计正是为我们提供了一个深入学习、探索的机会，成为课堂教学的有益补充。我们正面临就业问题，这次课设给了我们一个机会去试验。通过这次数字电子表的课程设计，使我得到了一次用专业知识、专业技能分析和解决现实问题的能力。使我在单片机的基本原理、单片机应用学习过程中，以及在常用编程设计思路技巧的掌握方面都能向前迈了一大步，为日后成

25、为一名合格的应用型人才打下良好的基础。综合课程设计让我把以前学习到的知识得到巩固和进一步的提高认识，对已有知识有了更深层次的理解和认识。在此，由于自身能力有限，在课程设计中碰到了很多的问题，我通过查阅相关书籍、资料以及和几位同学交流得到解决。还有数字电子表是我们生活中非常常见的一种东西，对于我们学以致用的这种能力得到了很好锻炼，能够为我们以后的工作于学习打下基础。通过这次课程设计，让我深深的认识到，在实践中获得的知识很重要。虽然这次的课程设计我参考了一些文献资料，没有做到创新，但在对程序的读写过程中我明白了许多。这次课程设计的最大收获是只有把理论用到实践中我们才能真正掌握好所学知识。通过合作，我们的合作意识得到加强，合作能力得到提高。上大学后，很多同学都没有过深入的交流，在设计的过程中，我们用了分工与合作的方式，每个人互责一定的部分，同时在一定的阶段共同讨论，以解决分工中个人不能解决的问题，在交流中大家积极发言，和提出意见，同时我们还向别的同学请教。在此过程中，每个人都想自己的方案得到实现，积极向合作伙伴说明自己的想法。能过比较选出最好的方案，在这过程也提高了我们的能力。 最后感谢杨老师为我们教授了一学期的单片机理论课程。谢谢您！让我们受益匪浅。