用5单片机实现电子时钟单片机课程设计.doc

【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流用5单片机实现电子时钟单片机课程设计.精品文档.湖北文理学院 单片机课程设计题目：用51单片机实现电子时钟院 部 物理与电子信息工程学院 专 业 名 称 电子信息科学与技术 班 级 1111 姓 名 杨庆月 学 号 2011111136 指 导 教 师 李刚 2013年12月09日 目录摘要-11 单片机的相关知识 -11.1 单片机的简介-11.2 单片机的特点-11.3 89C52单片机的基本特点-22 电子时钟-32.1电子时钟的基本特点-32.2电子时钟的原理-43 控制系统的硬件设计 -43.1单片机型号的选择-43.2 lcd1602工作的原理-43.3 键盘电路的设计-63.4 复位电路设计-63.5 时钟电路设计-73.6 整体电路原理图-74 控制系统的软件的设计 -84.1程序的设计-84.2程序源代码-85 仿真结果和实物图-195.1仿真结果-195.2实物图-196 总结-20参考文献 -21摘要：单片计算机即单片微型计算机。由 RAM ,ROM,CPU构成，定时，计数和多种接口于一体的微控制器。它体积小，成本低，功能强，广泛应用于智能产业和工业自动化上。而 51系列单片机是各单片机中最为典型和最有代表性的一种。这次课程设计通过对它的学习，应用，从而达到学习、设计、开发软、硬的能力。本设计主要设计了一个基于 AT89C52单片机的电子时钟。并在 1602上显示相应的时间。并通过一个控制键用来实现时间的调节和是否进入省电模式的转换。具有时钟和日历的功能，年限显示范围是2013-2099（可修改），且具有闰年自动修正功能关键字：单片机；子时钟；键盘控制；LCD1602。1 单片机识的相关知识1.1 单片机简介MCS-51是 INTEL公司在成功推广的 MCS-48单片机基础上加以改进而成的 8位单片机。这种单片机大约是上世纪 70年代末推出的，内部程序可重写的为 8751，外扩程序的是 8031，一次性生产，不可改变程序的是 8051。外形一般为 DIP40封装。不久又推出了增强型的 8052，其资源更加丰富。以后又采用 CHMOS技术推出了 80c51,耗电大大降低。到了 90年代，INTEL公司把精力放到更赚钱的计算机上，将 51单片机技术转让给了一此其它公司，如 ATMEL Philips等半导体制造公司，使 51系列单片机的市场份额不断扩大。尽管十多年前就有人认为 51单片机会很快淘汰，但事实证明 51单片机经过不断的改进后，由于技术成熟，使用方便，至今在 8位单片机市场仍然拥有庞大的用户。特别是 MCS-51技术的 20年专利期限到期后，大量的兼容型号不断推出。从上世纪 90年代后期开始，美国 ATMEL公司在掌握快速擦写的存储器后，推出了 AT89C系列，此系列在中国获得了广泛的应用。在此之前，由于可擦写的 8751价格昂贵，国内长时间采用 8031+27C64这样的外扩存程序储器方式。51单片机最初只有 DIP40这种很古老的封装，后来推出了 CHMOS工艺的80C51后开始有了 PLCC44这种相对较小的方形封装。AT89C系列中开始有 20脚的 DIP20的精简型封装，这极大方便了在一些相对简单的单片机应用，缩小了 PCB的体积。20脚的有 AT89C1051、AT89C1051、AT89C1051，对应程序存储器分别为 1K、2K、4K。标准的 51为 4K程序空间，128字节的 RAM，32条端口，5个中断，2个定时/计数器，12个时钟周期执行一条基本指令，最长的除法为 48个周期。52为 8K程序空间，256字节的 RAM，32条端口，6个中断，3个定时/计数器。AT89S51是可在板上直接下载程序的改进型号，并增加了看门狗功能，AT89C51只能在编程器下写入程序，所以经常会有人在 PCB上安装 IC插座，以便取下来编程更新程序。AT的 51系列后来也推出了单周期的 51，但价格没什么优势，国内很少使用。最近几年宏晶在国内大量推广 STC51系列单片机，最近又推出不少所谓 1T的单片机，价格较低STC采用串口直接下载程序，写入程序很方便。1.2 单片机的特点1 . 单片机的存储器ROM 和RAM 时严格区分的。ROM 称为程序存储器，只存放程序，固定常数，及数据表格。RAM 则为数据存储器，用作工作区及存放用户数据。2 . 采用面向控制的指令系统。为满足控制需要，单片机有更强的逻辑控制能力，特别是单片机具有很强的位处理能力。3 . 单片机的I/O 口通常时多功能的。由于单片机芯片上引脚数目有限，为了解决实际引脚数和需要的信号线的矛盾，采用了引脚功能复用的方法，引脚处于何种功能， 可由指令来设置或由机器状态来区分。4 . 单片机的外部扩展能力很强。在内部的各种功能部件不能满足应用的需求时，均可在外部进行扩展，与许多通用的微机接口芯片兼容，给应用系统设计带来了很大的方便。1.3 89C52单片机介绍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。P1 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AT89C52 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）P3.7 /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/PROG：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/VPP：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 电子时钟2.1 电子时钟的基本特点 现在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、石英钟、石英表都采用了石英技术，因此走时精度高，稳定性好，使用方便，不需要经常调试，数字式电子钟用集成电路计时时，译码代替机械式传动，用用液晶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。2.2 电子时钟的原理该电子时钟由89C52，1602 液晶等构成，采用晶振电路作为驱动电路，由延时程序和循环程序达到时分秒的计时，六十秒为一分钟，六十分钟为一小时，满二十四小时为一天。而电路中有四个控制按键，一个是选择，一个进行加数，一个进行减数，还有一个保存。例如按下选择键，然后1602显示光标，此时可以用加或减来进行调节，在按下选择键，光标移到不同的单位上，同理进行调节，最后待日期时间调节好后，按下保存键，时钟开始计时。3 控制系统的硬件设计3.1 单片机型号的选择通过对51单片机的学习，认为STC89C52 是最理想的电子时钟开发芯片。STC89C52，最终认为89C52是一种带8K 字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压，高性能CMOS8位微处理器，器件采用高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-52指令集和输出引脚相兼容。还有一点重要原因，就是采用AT89C52时不能用开发板进行程序的下载，所以最终选用STC89C52进行设计。3.2 1602 工作原理及显示电路 字符型LCD 通常有14 条引脚线或16 条引脚线的LCD，多出来的2 条线是背光电源线VCC(15 脚)和地线GND(16 脚)，其控制原理与14 脚的LCD 完全一样 1602液晶的基本的操作分为以下四种：状态字读操作：输入RS=低、RW=高、EP=高； 输出：DB07 读出为状态字；数据读出操作：输入RS=高、RW=高、EP=高； 输出：DB07 读出为数据；指令写入操作：输入RS=低、RW=低、EP=上升沿； 输出：无；数据写入操作：输入RS=高、RW=低、EP=上升沿； 输出：无。如图 1602模块的引脚LCD1602正面LCD1602背面1602与单片机连接图3.3 键盘电路设计本时钟采用四个按键控制，一个(实物图蓝色线24号引脚)是选择，一个进行加数（实物图紫色线25号引脚），一个进行减数（实物图灰色线26号引脚），还有一个保存（实物图白色线27号引脚）。例如按下选择键，然后1602显示光标，此时可以用加或减来进行调节，在按下选择键，光标移到不同的单位上，同理进行调节，最后待日期时间调节好后，按下保存键，时钟开始计时。3.4 复位电路设计 单片机复位有上电复位和手动复位两种方式，上电复位是接通电源后利用RC充电来实现复位。手动复位是通过人为干预，强制系统复位。 连接至9号复位引脚 复位电路如图所示，可以实现上电复位和手动复位功能。3.5 时钟电路设计系统时钟源由内部时钟方式产生，时钟电路由12MH晶振和两个30PF瓷片电容组成，构成自激振荡，形成振荡源提供给单片机。电容可在5PF到30PF之间选择，电容的大小对振荡频率有微小影响，可起频率微调作用。 3.6整体电路原理图4 控制系统的软件设计 4.1 程序设计 由于C 语言程序设计较汇编可读性强，可移植性，且可以大大降低编程的难度和缩短开发周期，本系统程序采用c 语言设计。4.2 程序源代码#include<reg52.h> /包含单片机寄存器的头文件#include<intrins.h> /包含_nop_()函数定义的头文件#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit RS=P20; /寄存器选择位，将RS位定义为P2.0引脚sbit RW=P21; /读写选择位，将RW位定义为P2.1引脚sbit E=P22; /使能信号位，将E位定义为P2.2引脚sbit BF=P07; /忙碌标志位，将BF位定义为P0.7引脚uchar code table="2013-12-07 WEEK6" /初始化液晶显示 16uchar code table1="TIME: 19-27-50" /14 uchar count,s1num;char second,minute,hour,day,month,year,week;sbit s1=P23; /功能键sbit s2=P24; /加键sbit s3=P25; /减键sbit s4=P26; /保存并退出 /* 延时若干毫秒 */void delay(uchar n)uchar i,a,b;for(i=0;i<n;i+) for(b=199;b>0;b-) for(a=1;a>0;a-);函数功能：判断液晶模块的忙碌状态返回值：result。result=1，忙碌;result=0，不忙uchar BusyTest(void)bit result;RS=0; /根据规定，RS为低电平，RW为高电平时，可以读状态RW=1;E=1; /E=1，才允许读写_nop_(); /空操作_nop_();_nop_();_nop_(); /空操作四个机器周期，给硬件反应时间result=BF; /将忙碌标志电平赋给resultE=0; /将E恢复低电平return result;函数功能：写指令入口参数：dictatevoid WriteInstruction(uchar dictate)while(BusyTest()=1); /如果忙就等待RS=0; /根据规定，RS和R/W同时为低电平时，可以写入指令RW=0;E=0; /E置低电平(根据表8-6，写指令时，E为高脉冲， /就是让E从0到1发生正跳变，所以应先置"0"_nop_();_nop_(); /空操作两个机器周期，给硬件反应时间P0=dictate; /将数据送入P0口，即写入指令或地址_nop_();_nop_();_nop_();_nop_(); /空操作四个机器周期，给硬件反应时间E=1; /E置高电平_nop_();_nop_();_nop_();_nop_(); /空操作四个机器周期，给硬件反应时间E=0; /当E由高电平跳变成低电平时，液晶模块开始执行命令函数功能：写数据入口参数：y(为字符常量)void WriteData(uchar y)while(BusyTest()=1);RS=1; /RS为高电平，RW为低电平时，可以写入数据RW=0;E=0; /E置低电平(根据表8-6，写指令时，E为高脉冲， /就是让E从0到1发生正跳变，所以应先置"0"P0=y; /将数据送入P0口，即将数据写入液晶模块_nop_();_nop_();_nop_();_nop_(); /空操作四个机器周期，给硬件反应时间E=1; /E置高电平_nop_();_nop_();_nop_();_nop_(); /空操作四个机器周期，给硬件反应时间E=0; /当E由高电平跳变成低电平时，液晶模块开始执行命令函数功能：对LCD的显示模式进行初始化设置void LcdInitiate(void)uchar num;second=50;minute=27;hour=19;week=6;day=7;month=12;year=13;count=0;s1num=0;E=0;delay(15); /延时15ms，首次写指令时应给LCD一段较长的反应时间WriteInstruction(0x38); /显示模式设置：16×2显示， /5×7点阵，8位数据接口delay(5); /延时5ms?，给硬件一点反应时间WriteInstruction(0x38);delay(5);WriteInstruction(0x38); /连续三次，确保初始化成功delay(5);WriteInstruction(0x0c); /显示模式设置：显示开，无光标， /光标不闪烁delay(5);WriteInstruction(0x06); /显示模式设置：光标右移，字符不移delay(5);WriteInstruction(0x01); /清屏幕指令，将以前的显示内容清除delay(5);WriteInstruction(0x80);for(num=0;num<16;num+) /让液晶显示日期WriteData(tablenum);delay(5);WriteInstruction(0x80+0x40);for(num=0;num<14;num+) /让液晶显示时间WriteData(table1num);delay(5);TMOD=0x01; /定时器中断初始化TH0=(65536-50000)/256;TL0=(65536-50000)%256;EA=1;ET0=1;TR0=1;/-写年月日-void write_nyr(uchar add,uchar date)uchar i,j;i=date/10;j=date%10;WriteInstruction(0x80+add);WriteData(0x30+i);WriteData(0x30+j);/-写时分秒-void write_sfm(uchar add,uchar date)uchar i,j;i=date/10;j=date%10;WriteInstruction(0x80+0x40+add);WriteData(0x30+i);WriteData(0x30+j);/-写星期-void write_week(uchar add,uchar date)WriteInstruction(0x80+add);WriteData(0x30+date);/-该年是否是闰年-bit leap_year()int leap;if(year%4=0&&year%100!=0)|year%400=0)leap=1; /是闰年elseleap=0; /非闰年return leap;/-键盘扫描-void keyscan() if(s1=0) /第一个键是否按下delay(5);if(s1=0)while(!s1);s1num+;if(s1num>7)s1num=1;if(s1num=1) /第一个键被按一次TR0=0;WriteInstruction(0x80+0x40+13);WriteInstruction(0x0f);if(s1num=2)WriteInstruction(0x80+0x40+10);if(s1num=3)WriteInstruction(0x80+0x40+7);if(s1num=4)WriteInstruction(0x80+9);if(s1num=5)WriteInstruction(0x80+6);if(s1num=6)WriteInstruction(0x80+3);if(s1num=7)WriteInstruction(0x80+15);if(s1num!=0) /如果功能键被按下if(s2=0) /第二个按下delay(5);if(s2=0)while(!s2);if(s1num=1) /第一个键被按一次，秒钟加一second+;if(second=60)second=0;write_sfm(12,second);WriteInstruction(0x80+0x40+13);if(s1num=2) /第一个键被按二次，分钟加一minute+;if(minute=60)minute=0;write_sfm(9,minute);WriteInstruction(0x80+0x40+10);if(s1num=3) /第一个键被按三次，时钟加一hour+;if(hour=24)hour=0;write_sfm(6,hour);WriteInstruction(0x80+0x40+7);if(s1num=4) /日期加一day+;if(day=32)day=1;write_nyr(8,day);WriteInstruction(0x80+9);if(s1num=5) /月加一month+;if(month=13)month=1;write_nyr(5,month);WriteInstruction(0x80+6);if(s1num=6) /年加一year+;if(year=99)year=0;write_nyr(2,year);WriteInstruction(0x80+3);if(s1num=7) /星期加一week+;if(week=8)week=1;write_week(15,week);WriteInstruction(0x80+15);if(s3=0) /第三个键被按下delay(5);if(s3=0)while(!s3);if(s1num=1) /秒减一second-;if(second=-1)second=59;write_sfm(12,second);WriteInstruction(0x80+0x40+13);if(s1num=2) /分减一minute-;if(minute=-1)minute=59;write_sfm(9,minute);WriteInstruction(0x80+0x40+10);if(s1num=3) /时减一hour-;if(hour=-1)hour=23;write_sfm(6,hour);WriteInstruction(0x80+0x40+7);if(s1num=4) /日减一day-;if(day=0)day=31;write_nyr(8,day);WriteInstruction(0x80+9);if(s1num=5) /月减一month-;if(month=0)month=12;write_nyr(5,month);WriteInstruction(0x80+6);if(s1num=6) /年减一year-;if(year=-1)year=99;write_nyr(2,year);WriteInstruction(0x80+3);if(s1num=7) /日期减一week-;if(week=0)week=7;write_week(15,week);WriteInstruction(0x80+15);if(s4=0) /保存并退出s1num=0; WriteInstruction(0x0c);TR0=1;main functionvoid main(void)uchar k=0;LcdInitiate(); /调用LCD初始化函数while(1)keyscan();k=1;函数功能：定时器T0的中断服务函数void timer0() interrupt 1count+;if(count=13)count=0;second+;if(second=60) /秒计满60，秒归0，分+1second=0;minute+;if(minute=60)/分计满60，分归0，时+1minute=0;hour+;if(hour=24)/时计满24，时归0，星期+1，日+1hour=0;week+;day+;if(week=8)week=1;/星期计满7，星期归1if(month=1|month=3|month=5|month=7|month=8|month=10|month=12)/大月三十一天if(day=32) /大月天数计满31，日归1，月+1day=1;month+;if(month=4|month=6|month=9|month=11) /小月三十天if(day=31)/小月天数计满30，日归1，月+1day=1;month+;if(month=2)if(leap_year()if(day=30) /闰年二月29天?计满，日归1，月+1day=1;month+;elseif(day=29) /非闰年二月28天 计满，日归1，月+1day=1;month+;if(month=13)/月计满12，月归1，年+1month=1;year+;if(year=99)/年计满99，年归0year=0;write_nyr(2,year);write_nyr(5,month);write_nyr(8,day);write_week(15,week);write_sfm(6,hour);write_sfm(9,minute);write_sfm(12,second);5 仿真结果和实物图5.1 仿真结果5.2 实物图6 总结：说句实话，这个时钟在硬件上没有什么太多的技术含量，只有一个单片机的最小系统和一个显示电路，其实它们可以结合在一起，但是为了以后的方便，我还是将它们设计了两个部分，方便以后最小系统的其他方面的应用。还有就是程序，这个时钟程序如果让我自己写的话那我肯定不能再规定时间内完成，所以还是靠外界力量的帮忙。也正是如此，我找到我学习单片机的弱点，那就是程序的编写，记得室友百度开玩笑说：“程序是单片机的灵魂”，想想当时很搞笑，但仔细一想，那还真是个恰当的比喻，如果说单片机没有程序的输入，那么它不能完成任何事情。虽然本学期的单片机课程即将结束，但是我学习单片机的过程还没有结束，以后还是要在程序的编写上多多下工夫。此次的电子时钟设计给我奠定了一个实践基础，我会在以后的学习、生活中磨练自己，使自己适应于以后的竞争。当遇到不会或是设计不出来的地方，我们就会在QQ 群里讨论或者是同学之间相互帮助。团结就是力量，无论在现在的学习中还是在以后的工作中，团结都是至关重要的，有了团结会有更多的理念、更多的思维、更多的情感。参考文献1郭天祥新概念51单片机C语言教程 入门，提高，开发，拓展全攻略M北京：电子工业出版社，2009