07余绪永单片机电子时钟设计

单片机电子时钟设计一、前言：单片机的应用介绍自20世纪70年代以来，单片机在工业测控、仪器仪表、航天航空、军事武器、家用电器等领域的应用越来越广泛，功能越来越完善。由单片机及各种微处理器、DSP所构成的嵌入式系统设计已成为电子技术产业发展的一项重要内容。单片机技术的应用能力也成为电子技术及自动化专业必须掌握的技术之一。高职教育培养的是应用型人才，教学内容的选择应侧重能力的培养和技能的训练。传统的单片机教材已不能适应高职教育的教学需要。本书以够用为原则，简化了单片机理论的难度和深度，以Atmel公司的AT89C51单片机为例详细介绍了单片机的基础知识、基本结构、指令系统、内部资源、外部扩展等基本内容，并在每章中都增加了实训环节，从课程一开始就立求提高学生的学习兴趣、培养动手能力和软硬件综合应用能力。各章中给出的实训内容由浅入深、循序渐进、内容丰富。所有实训均包含详细的硬件接线图、元器件清单及参考程序，便于学生制作。为了配合实训环节，本书的第七章特别介绍了在单片机开发过程中常用的工具软件的使用方法。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AT89S51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、课程设计的目的和要求1、设计目的通过对课题设计方案的分析、选择、比较、熟悉单片机应用系统开发、研制的过程，软硬件设计的方法、内容及步骤。2、设计要求它的设计要求是要可以分别设定小时，分钟和秒，复位后时间为：00：00：00，蜂鸣器的响应。三、总体设计本次电子时钟设计方案分为硬件设计和软件设计，硬件电路设计主要是用单片机和LED显示屏连接组成，另外加入按钮，开关，蜂鸣器等；软件编程设计用Protues软件绘制，KeilC51调试。硬件设计的主要任务是根据总体设计要求，以及在所选的机型上的基础上，确定系统扩展所用到的外围电路等，然后设计出系统电路原理图。对于电路芯片的选择原则应根据系统对它的速度、精度、价格的要求而确定。除此之外，还应考虑和系统中的传感器、放大器相匹配问题。系统的软件与硬件的设计是紧密联系在一起的，在某场合硬件和软件具有一定的互换性。为了降低成本、简化硬件结构，某些功能可由软件来完成。若为了提高工作速度、精度、减少软件的工作量、提高可靠性，也可以采用硬件来完成。总之，硬件、软件两者是相辅相成的，可根据实际应用情况来合理选择。四、硬件设计1、硬件的选用（1）AT98C51单片机AT89S51是美国ATMEL公司生产的低功耗，高性能CMOS8位单片机，片内含4Kbytes的可系统编程的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度，非易失性存储技术生产，兼容标准8051指令系统及引脚。AT89S51提供以下标准功能：4K字节Flash闪速存储器，128字节内部RAM，32I/O口线，看门狗（WDT），两个数据指针，两个16位定时/计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。芯片的特点、功能有：AT89S51有40引脚，双列直插（DIP）封装，所用引脚功能如下：1.TAL2——振荡器反相放大器的输出端2.RST——复位输入，高电平有效，在晶振工作时，在RST引脚上作用2个机器周期以上的高电平，将使单片机复位。WDT溢出将使该引脚输出高电平，设置SFTAUXR的DISRTO位（地址8EH）可打开或关闭该功能。DISRTO位缺省为RESET输出高电平打开状态。3.EA/VPP——片外程序存储器访问允许信号。欲使CPU仅访问外部程序存储器（地址为0000H-FFFFH），EA端必须保持低电平（接地），如果EA端为高电平（接Vcc端），CPU则执行内部程序存储器中的指令。4.P1口,P2口——P1，P2是一组带内部上拉电阻的8位双向I/O口。运行时通过P1口控制驱动电路的工作，将数据送到数码管，显示相应的段码，为了达到减少功耗或满足端口对最大电流的限制，应加上一限流电阻。P2.0——P2.5口控制数码管的位选，使六个数码管轮流显示数据，等于1时位选三极管导通，等于0时位选三极VCC——运行时加＋4.5V5.GND——接地6.XTAL1——振荡器反相放大器及内部时钟发生器的输入端7.X管截止。8.无自锁开关——（S2－P3.7）开关接相应引脚P3.7，当开关按下时，相应引脚为低电平0，断开时引脚为高电平1（2）LED数码管LED数码管是显示常用电子元器件，它是由发光二极管构成的，亦称半导体数码管。将条状发光二极管按照共阴极（负极）或共阳极（正极）的方法连接，组成“8”字，再把发光二极管另一电极作笔段电极，就构成了LED数码管。下面将介绍它的性能特点：（1）能在低电压、小电流条件下驱动发光，能与CMOS、ITL电路兼容。（2）发光响应时间极短（0.1μs）,高频特性好，单色性好，亮度高。（3）体积小，重量轻，抗冲击性能好。（4）成本低，寿命长，使用寿命在10万小时以上，甚至可达100万小时。（3）按键控制电路当用手按下一个键时，如下图，往往按键在闭合位置和断开位置之间跳几下才稳定到闭合状态的情况；在释放一个键时，也会和出现类似的情况，这就是抖动。这就是使用按键控制不可避免的问题。抖动的持续时间随键盘材料和操作员而异，不过通常总是不大于10ms。很容易想到，抖动问题不解决就会引起对闭合键的识别。用软件方法可以解决抖动问题，这就是通过延迟10ms来等待抖动消失，这之后，再读入按键码。五、软件设计1、软件程序设计本设计的软件程序包括主程序、定时中断子程序、时钟显示子程序和延迟程序等等。主程序是先开始执行的，然后启动定时器，定时器启动后在进行按键检测，检测完成后，就可以显示时间。按键处理是先检测秒按键是否按下，分按键如果按下，分就加1；如果没有按下，就检测时按键是否按下；时按键如果按下，时就加1，如果没有按下，就把时间显示出来。定时器中断是先检测1秒是否到，1秒如果到，秒单位就加1；如果没到，就检测1分钟是否到，1分钟如果到，分单元就加1；如果没到，就检测1小时是否到，1小时如果到，时单元就加1，如果没到，就显示时间。时间显示是先秒个位计算显示，然后是秒十位计算显示，再是分个位计算显示，再然后是分十位显示，再就是时个位计算显示，最后是时十位显示。如图所示：2、定时中断程序设计单片机的定时功能也是通过计数器的计数来实现的，此时的计数脉冲来自单片机的内部，即每个机器周期产生一个计数脉冲，也就是每经过1个机器周期的时间，计数器加1.如果89C52采用的12M赫兹晶体，则计数频率为1M赫兹，即每经过1us的时间计数器加1。这样可以根据计数值计算出定时时间，也可以根据定时时间的要求计算出计数器的初值。89C52单片机的定时器/计数器具有4种工作方式，其控制字均在相应的特殊功能寄存器中，通过对特殊功能寄存器的编程，可以方便的选择定时器/计数器两种工作模式和4种工作方式。定时器/计数器工作方式0时，为13位的计数器，由TLX（X=0、1）的低5位和THX的高8位所构成。TLX低5位溢出则向THX进位，THX计数溢出则置位TCON中的溢出标志位TFX。六、使用keil、proteus软件调试仿真说明Proteus仿真和KeilC联调用Proteus软件，根据数字电子钟的原理图，画出仿真图，得到的如图所示：软件设计代码七、实验总结任务要求出发，分析如何实现功能，通过这次课程设计使我对单片机有了深入的认识，特别是对定时器中断方式有了直观的认识，设计数字钟我们用单片机内部定时\计数器，通过设置定时器产生精确的定时中断，达到计时的目的。这个数字钟还可以进一步的加入功能，在以后的设计中，逐渐增加其它的功能，比如说加温度检测，加秒表和显示日期和星期等来进一步完善这个电子钟。