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1、網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院單片機原理及應(yīng)用大作業(yè)單片機原理及應(yīng)用大作業(yè)題題目目：單片機電子時鐘設(shè)計學(xué)習(xí)中心：學(xué)習(xí)中心：*學(xué)習(xí)中心層層次：次：專升本專專業(yè)：業(yè)：*年年級：級：2016 年 04 春季學(xué)學(xué)號：號：*學(xué)生姓名：學(xué)生姓名：*基于基于 5151 單片機的電子時鐘設(shè)計單片機的電子時鐘設(shè)計摘摘 要要：本文介紹了基于 51 單片機的電子時鐘的設(shè)計，從硬件和軟件兩個方面給出了具體實現(xiàn)過程。該時鐘的設(shè)計采用功能分塊的思想方法，將硬件電路劃分為開關(guān)電路，顯示驅(qū)動電路和數(shù)碼管電路等若干獨立模塊，而軟件的實現(xiàn)則由鬧鐘的聲音程序、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

2、程序，延時程序等組成。文中給出了各個模塊的電路圖，并用 Proteus 的 ISIS 軟件對電子時鐘系統(tǒng)的各個功能進行了仿真，并給出了相應(yīng)的仿真結(jié)果圖像。關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：單片機；電子時鐘；鍵盤控制一、引言一、引言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?，F(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?現(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、

3、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(dāng)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(dāng)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。三、時鐘

4、設(shè)計分析三、時鐘設(shè)計分析針對要實現(xiàn)的功能，采用AT89S51單片機進行設(shè)計，AT89S51 單片機是一款低功耗， 高性能CMOS8位單片機， 片內(nèi)含4KB在線可編程 （ISP） 的可反復(fù)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(biāo)準(zhǔn)MCS- 51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(yù)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

5、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(zhǔn)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(xué)習(xí)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

6、。 第六部分是硬件實現(xiàn)部分：連接電路并導(dǎo)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。四、時鐘的設(shè)計四、時鐘的設(shè)計A.A.電路設(shè)計電路設(shè)計1.1. 整體設(shè)計整體設(shè)計此次設(shè)計主要是應(yīng)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/0端口，使電路更加簡單。單片機采用AT89S51系列，這種單片機應(yīng)用簡單，適合電子鐘設(shè)計。電路的總體設(shè)計框架如下：2.2. 分塊設(shè)計分塊設(shè)計模塊電路主要分為：輸入部分、輸出部分、復(fù)位和晶振電路。2.12.1 輸入部分輸入

7、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：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(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：單片機輸入部分晶振和復(fù)位輸出部分2.22.2 輸出部分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：2.32.3 晶振與復(fù)位電路晶振與復(fù)位電路本實驗單片機時

8、鐘用內(nèi)部時鐘，模塊如下：復(fù)位電路為手動復(fù)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：B.B.程序設(shè)計程序設(shè)計B.1B.1 程序總體設(shè)計程序總體設(shè)計本實驗用匯編程序完成.程序總的流程圖如下：主 程 序開始顯 示 星期，時，是否有調(diào)T0中秒，分，時等閃爍提示顯示日期并調(diào)響鈴提示時間調(diào)整鬧鈴設(shè)置定時設(shè)置鈴聲測試秒表模式回主程序定時按0按0鬧鈴按1按2按3按4按5按77鍵按4按8按0按0倒 計時 啟動 并回 主程序秒 表暫停秒 表清零回 主程序按7B.2B.2 程序主要模塊程序主要模塊B.2.1B.2.1 延時模塊延時模塊數(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

9、序需反復(fù)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 。B.2.2B.2.2中斷服務(wù)程序中斷服務(wù)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)10000次，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，

10、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(dāng)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(shù)器 T1 工作于方式 1， 當(dāng)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(wù)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(wù)程序中日歷的實現(xiàn)較為復(fù)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

11、，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(yīng)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

12、除，為閏年。B.2.3B.2.3 主程序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。B.2.4B.2.4顯示子程序顯示子程序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(yīng)，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ACALL調(diào)用；有點直接嵌套在相應(yīng)的程序里面，順序執(zhí)行，或者用調(diào)轉(zhuǎn)語句AJMP調(diào)用。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

13、=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(diào)用 31 天的程序若月份為 4、6、9、11 則調(diào)用 30 天的程序C C 程序調(diào)試及仿真程序調(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HEX文件。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。利用利用ProteusProteus仿真實驗過程截圖：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)五、總結(jié)本文先從整體論述了設(shè)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(guān)電路，顯示驅(qū)動電路，以及數(shù)碼管電路等，而軟件部分，則依據(jù)要實現(xiàn)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(diào)整程序、鬧鐘調(diào)整程序、定時調(diào)整程序，延時程序等。最后將各模塊集成為一個整體,合成一個多功能的電子鐘。