微机原理与单片机技术综合设计与实践格式(修改红色字体的内容)-2.doc

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1、Four short words sum up what has lifted most successful individuals above the crowd: a little bit more.-author-date微机原理与单片机技术综合设计与实践格式(修改红色字体的内容)-2广东工业大学华立学院广东工业大学华立学院 课 程 设 计（论文）课程名称微机原理与单片机技术综合设计与实践 题目名称 60秒LED旋转电子钟 系 部 机电与信息工程学部 专业班级 10电气1班 学号 12031001012 学生姓名 郭会创 指导教师 王 赟 2013年06月25日-广东工业大学华立学院课

2、程设计（论文）任务书题目名称60秒LED旋转电子钟学系学部机电与信息工程学部专业班级10电气1班姓 名郭会创学 号12031001012一、课程设计（论文）的内容以89C51单片机为核心，制作一个LED显示的智能电子钟。具体要求：1、用4只LED数码管输出显示时和分。2、可通过按键设置闹钟功能，且停闹无须手工操作。3、可通过按键设置分校时。4、月计时误差小于45秒。二、课程设计（论文）的要求与数据1、系统框图、方案论证；2、各部分的硬件电路原理图及功能说明；3、程序流程图及分析；4、系统调试与分析；5、源程序清单。三、课程设计（论文）应完成的工作1. 画出系统框图，论证系统设计方案；2、器件选

3、型，给出系统各个组成部分的硬件电路原理图；3、给出程序流程图；4、进行源程序的设计及调试；5、撰写课程设计报告的。四、课程设计（论文）进程安排序号设计（论文）各阶段内容地点起止日期1选择课题，明确设计要求，查阅资料校内6.172方案论证、系统总体设计校内6.186.193硬件电路原理图设计校内6.206.214程序流程图的设计、源程序的编制及系统调试校内6.226.235撰写课程设计报告校内6.246.256五、应收集的资料及主要参考文献1 孙育才.MCS-51系列单片微型计算机及其应用M.东南大学出版社，2004.62 张毅刚，彭喜源，谭晓昀.MCS51系列单片机实用设计M.哈尔滨工业大学出

4、版社， 2008发出任务书日期： 2013年 06月17 日 指导教师签名：计划完成日期： 2013年 06月25 日 教学单位责任人签章：目录1系统分析51.1功能要求51.2方案论证52 系统设计72.1 系统硬件电路的设计72.2 系统程序的设计113 结束语13参考文献14附录1材料清单15附录2电路原理图16附录3实物图17附录4主要程序清单18利用word的菜单“自动生成目录”：1、单击工具栏菜单“插入”/引用/索引和目录/目录/去掉“使用超级链接而不使用页码”选项，格式“正式”，显示级别“3级”2、选中生成的目录，单击菜单“格式”/段落/行距/1.5倍行距3、选中生成的目录，小四

5、宋体大标题：居中，三号黑体加粗，格式/段落/大纲级别/1，1.5倍行距，段前、段后0.5二级标题：小四黑体加粗，格式/段落/大纲级别/2，1.5倍行距，段前、段后0.51系统分析1.1功能要求正文：小四宋体，1.5倍行距本文设计一款采用LED显示器件显示的电子时钟，有效克服了时钟存在的误差问题，并能在夜间不必其它照明就能看到时间，且以60只发光管实现秒显示，接近于传统的秒针来显示秒的形式。另加七只装饰用的LED灯，使整个时钟显的相当美观新颖，故还可作为室内装饰用。电子钟的外观如图1.1所示。周边60只发光管顺时旋转来显示秒，中间四只LED数码管用于显示时间，中下方的七只LED灯顺时旋转，供装饰

6、用。其主要功能有：（1）整点报时；（2）四只LED数码管显示当前时分；（3）每隔一秒钟周边的60只LED发光管旋转一格，装饰用的LED每隔一秒旋转一次；（4）当发生停电事件时，由后备电池供电，系统进入低功耗状态，所有显示部件停止显示，这样即延长了电池的寿命，同时又保证了CPU继续计数，不至于因停电而时钟停止运行。当恢复供电后，系统自动恢复工作状态，不影响计时。图号：按章编号，如第1章第1个图，图1.1，第1章第2个图，图1.2，第2章第1个图，图2.1，依次类推。五号宋体图1.1 多功能电子钟外观图1.2方案论证从“正文”开始编页码电脑钟的原理框图如图1.2所示。它由以下几个部件组成：单片机8

7、9C2051、电源、时分显示部件、60秒旋转译码驱动电路。图1.2 电子钟系统原理框图时分显示采用动态扫描，以降低对单片机端口数的要求，同时也降低系统的功耗。时分显示模块、60秒旋转译码驱动电路以及显示驱动都通过89C2051的I/O口控制。电源部分：由两部分组成，一是由220V的市电通过变压、整流稳压来得到+5V电压，维持系统的正常工作；二是由3V的电池供电，以保证停电时正常走时。正常情况下电池是不提供电能的，以保证电池的寿命。 2 系统设计2.1 系统硬件电路的设计本系统的应用程序主要由主程序、中断服务程序和子程序组成。主程序的任务是对系统进行初始化，实现参数输入，并控制电加热炉的正常运行

8、。主程序主要由系统初始化、数据2.1.1 60秒旋转译码驱动原理按常规传统设计，需60进制译码驱动电路才能实现60秒旋转译码驱动，若用六片十进制计数译码器构成六十进制计数译码电路，则电路连线多（需要120根连线），硬件电路庞大，开销大。为此，本文巧妙地采用了两片CD4017进行六十进制计数译码，实现60秒旋转译码驱动。既减少了电路的复杂程度又可降低了成本。图2.1为CD4017功能引脚图和工作时序图。图2.1 CD4017时序图CD4017集成电路是十进制计数/时序译码器，共有10个译码输出Q0Q9；每个译码输出通常处于低电平，且在时钟脉冲由低到高的上升沿输出高电平；每个高电平输出维持1个时钟

9、周期；每输入10个时钟脉冲，输出一个进位脉冲，因此进位输出信号可作为下一级计数器的时钟信号。在清零输入端（R）加高电平或正脉冲时，只有输出端Q0为高电平，其余各输出端均为低电平“0”。为实现对发光二极管的驱动，将每一个译码输出端口接一只发光二极管，并将二极管串联限流电阻后接地。当译码端口Q0Q9中任一端口为高电平，则对应的发光二极管点亮，如图2.2（左）所示。根据CD4017的功能，可发现其10个输出的高电平是相互排斥的，即任一时刻只有一只发光二极管点亮，因此可电路进一步简化为如图4（右）所示，从而简化电路设计。图2.2 CD4017控制发光二极管原理图在本电子钟设计中，每秒点亮一个发光二极管

10、，循环点亮一周共需60个发光二极管，若用上述的6片CD4017实现驱动，显然电路复杂。为此我们选用两片CD4017和一片6反相器，采用“纵横双译码”技术，巧妙地实现60秒旋转译码驱动，其中一片接成10进制，一片接成6进制，实现610=60的功能，具体连接方法如图2.3所示。图2.3 发光二极管“纵横双译码”循环点亮LED原理图将周期为1秒的输入脉冲作为其中一片CD4017的时钟脉冲，而此片的级联进位输出端（QC）作为另一片的时钟输入，并将Q6与复位端相连。在两片译码输出端交叉点上接入发光二极管，构成610矩阵。根据CD4017时序特点，在初始状态，作为高位（纵）的CD4017译码器输出端口Q0

11、处于高平，经反相器反相后为低电平。当作为低位（横）的CD4017译码器输出端口Q0Q9依次输出高电平后，则对应的二极管LD1LD10依次点亮；此后由于QC端的进位，高位CD4017译码输出端口Q1输出高电平，反相后输出低电平，当低位的CD4017译码输出端口Q0Q9依次输出高电平后，二极管LD11LD20依次点亮。如此往复，直至高位Q6向复位端输入高电平，CD4017复位，60秒循环点亮重新开始。2.1.2 时分显示部件由于系统要显示的内容较简单，显示量不多，所以选用数码管既方便又经济。LED有共阴极和共阳极两种。二极管的阴极连接在一起，通常此公共阴极接地，而共阳极则将发光二极管的阳极连接在一

12、起，接入+5V的电压。一位显示器由8个发光二极管组成，其中7个发光二极管构成字型“8”的各个笔划（段）ag，另一个小数点为dp发光二极管。当在某段发光二极管施加一定的正向电压时，该段笔划即亮；不加电压则暗。为了保护各段LED不被损坏，需外加限流电阻，如图2.4所示。图2.4 LED数码管结构原理图众所周知，LED显示数码管通常由硬件7段译码集成电路，完成从数字到显示码的译码驱动。本系统采用软件译码，以减小体积，降低成本和功耗，软件译码的另一优势还在于比硬件译码有更大的灵活性。所谓软件译码，即由单片机软件完成从数字到显示码的转换。从LED数码管结构原理可知，为了显示字符，要为LED显示数码管提供

13、显示段码，组成一个“8”字形字符的7段，再加上1个小数点位，共计8段，因此提供给LED数码管的显示段码为1个字节。各段码位与显示段的对应关系如表2.1。表2.1 各段码位的对应关系段码位D7D6D5D4D3D2D1D0显示段dpgfedcba需说明的是当用数据口连接LED数码管adp引脚时，不同的连接方法，各段码位与显示段有不同的对应关系。通常数据口的D0位与a段连接，D1位与b段连接，D7位与dp段连接,如表1所示，表2.2为用于LED数码管显示的十六进制数和空白字符与P的显示段码。表2.2 LED显示段码字型共阳极段码共阴极段码字型共阳极段码共阴极段码0C0H3FH990H6FH1F9H0

14、6HA88H77H2A4H5BHB83H7CH3BOH4FHCC6H39H499H66HDA1H5EH592H6DHE86H79H682H7DHF84H71H7F8H07H空白FFH00H880H7FHP8CH73H注：（1）本表所列各字符的显示段码均为小数点不亮的情况。 （2）“空白”字符即没有任何显示。根据AT89C2051单片机灌电流能力强，拉电流能力弱的特点，我们选用共阳数码管。将AT89C2051的P1.0P1.7分别与共阳数码管的ag及dp相连，高电平的位对应的LED数码管的段暗，低电平的位对应的LED数码管的段亮，这样，当P0口输出不同的段码，就可以控制数码管显示不同的字符。如：

15、当P0口输出的段码为1100 0000，数码管显示的字符为0。数码管显示器有二种工作方式，即静态显示方式和动态扫描显示方式。为节省端口及降低功耗，本系统采用动态扫描显示方式。动态扫描显示方式需解决多位LED数码管的“段控”和“位控”问题，本电路的“段控”（即要显示的段码的控制）通过P0口实现；而每一位的公共端，即LED数码管的“位控”，则由P3口控制。这种连接方式由于多位字段线连在一起，因此，要想显示不同的内容，必然要采取轮流显示的方式，即在某一瞬间，只让其中的某一位的字位线处于选通状态，其它各位的字位线处于断开状态，同时字段线上输出这一位相应要显示字符的字段码。在这一瞬时，只有这一位在显示，

16、其他几位则暗。在本系统中,字位线的选通与否是通过PNP三极管的导通与截止来控制,即三极管处于“开关”状态。系统的时分显示部件由4只7段共阳LED数码管构成，前两只用于时的显示，后两只用于分的显示。值得一提的是，在设计中需要实现时与分之间的两个闪烁点，为此，将第三只LED数码管倒置摆放，这样就形成了两个很自然的闪烁点。与此同时，为了能使两点显示能够形象的表示时钟“秒”的变化，设计时，将两个点由P1.7单独控制，每隔一秒使P1.7发送一个正脉冲，从而实现了两个点的闪烁显示，闪烁周期为一秒。2.2 系统程序的设计本系统的软件系统主要可分为主程序和定时器中断程序两大模块。在程序过程中，加入了抗干扰措施

17、。下面对部分模块作介绍。2.1.1 系统主程序设计主程序的功能是完成系统的初始化，在显示时间之前，对系统是否停电状态进行检测；若停电，将系统进入低功耗状态，用电池电压维持单片机计时工作，但此时不显示时间，用节省用电；若不停电，则将时分发送显示。程序流程如图2.5所示。2.2.2 中断程序设计中断程序(如图2.6所示)完成时间计数，时间调整，误差消除等功能。中断采用AT89C2051内部T0中断实现，定时时间为125ms，当时间到达125ms8,即1分钟时，分计数缓冲器MINBUFFER增加1，到达1小时，则时计数缓冲器HOURBUFFER增加1，并将分、时的个位、十位放入显示缓冲器。当分计数缓

18、冲器和时计数缓冲器分别到达60min、24h时，则对它们清零，以便从新计数。在中断设计中，还通过软件实现了累计误差消除功能，使整个系统时间的精确度得到保证。 图2.5 系统主程序流程图 图2.6 定时中断程序3 结束语上述电子钟，无论在外观上还是功能上都实现了较为完善的设计。特别值得一提的是本系统在精度上的设计，突破传统的方法，对可能产生的积累误差采用“抵消法”，从而有效地降低了时间误差。由于计数时产生的积累误差所导致的时间误差，是所有的电子计时系统共同存在的问题。但在目前市场上的电子时钟产品，如计算机中的时钟，手机中的时钟等并没有有效的采取消除误差的措施。本系统设计的消除积累误差来减少时间误

19、差的软件方法，并不需要任何的硬件，因此在不增加成本的情况下，可以普遍用于所有的电子时钟产品。注意，总结不是写个人体会，不要出现“我”、“本人”之类的词，是总结本设计的内容，例如，实现什么功能，怎么实现的，有什么特别之处，有什么优、缺点，今后可如何改进之类。参考文献1 张毅刚，彭喜源，谭晓昀.MCS51系列单片机实用设计M.哈尔滨工业大学出版社，2008.2 楼苗然，李光飞.单片机课程设计指导M.北京航空航天大学出版社，2007.3 4 5 请按实际情况填写，至少5个附录1材料清单名称型号数量 单片机AT89C20511 数字集成芯片CD40172 数字集成芯片CD40691超高亮数码管共阳 尺

20、寸0.5inch4高亮发光二极管3红、透明13高亮发光二极管3绿、透明50 普通二极管IN40014 普通二极管IN41482 稳压二极管C4V7( 4.7V)1 三极管90125 三极管90131 轻触按键小（尺寸66mm5.5）3 蜂鸣器5 V1 晶振6M（小体积）1 底座14脚1 底座16脚2 底座20脚1 底座40脚1 电阻220欧姆，1/8瓦8 电阻4.7K，1/8瓦5 电阻100欧姆，1/8瓦1 电阻10k，1/8瓦4 电阻270欧姆，1/8瓦1 电容100微法/25伏2 电容220微法/25伏1 电容30P 瓷片3 电容104（0.1微法）3 变压器5 V/100 M A1 电源

21、线150cm1 固定脚铜3套 PCB线路板直径1151附录2电路原理图附录3实物图附录4主要程序清单ALARMHBUFF2 EQU 77H ;闹铃时间的时十位计时绶冲 ALARMHBUFF1 EQU 76H ;闹铃时间的时个位计时绶冲 ALARMMBUFF2 EQU 75H ;闹铃时间的分十位计时绶冲 ALARMMBUFF1 EQU 74H ;闹铃时间的分个位计时绶冲 HBUFF2 EQU 73H ;时十位计时绶冲 HBUFF1 EQU 72H ;时个位计时绶冲 MBUFF2 EQU 71H ;分十位计时绶冲 MBUFF1 EQU 70H ;分个位计时绶冲 DP EQU 6FH ;控制数码管点

22、的亮暗 NUM EQU 78H ;前四秒还是后四秒计数 SBUFF EQU 79H ;秒十进制计时绶冲(低四位对应个位，高四位对应十位) MBUFF EQU 7AH ;分十进制计时绶冲 HBUFF EQU 7BH ;时十进制计时绶冲 ALARMMBUFF EQU 7CH ;闹铃时间的分十进制计时绶冲 ALARMHBUFF EQU 7DH ;闹铃时间的时十进制计时绶冲 NUMT1 EQU 67H;用于控制时间调整时按键p3.2一次按下时，计数器T1中断的次数 NUMT2 EQU 68H;用于控制时间调整时按键p3.3一次按下时，计数器T1中断的次数 KEYNUMT1 EQU 69H ;用于存储N

23、UMT1已经计数到第几个半秒 KEYNUMT2 EQU 6AH ;用于存储NUMT1已经计数到第几个半秒 STOREKEYNUMT2 EQU 6BH ;用于存储当前KEYNUMT1的值，以和下次做比较，看是否有变化 STOREKEYNUMT1 EQU 6CH ;用于存储当前KEYNUMT2的值，以和下次做比较，看是否有变化 ORG 0000H AJMP START ORG 000BH MOV TH0 , #0BH ;设置计数初值 ,R4用来存储低位的初值 MOV TL0 , R4 AJMP INTERT0 ORG 001BH AJMP INTERT1 ORG 0040HSTART: MOV N

24、UMT1 , #00H MOV NUMT2 , #00H MOV KEYNUMT1 , #00H MOV KEYNUMT2 , #00H MOV STOREKEYNUMT2 , #00H MOV STOREKEYNUMT1 , #00H MOV NUM , #8 MOV DPTR , #TAB MOV ALARMHBUFF , #18H ;置闹铃时间初始值为18:55 MOV ALARMMBUFF , #55H MOV ALARMHBUFF2, #01H MOV ALARMHBUFF1, #08H MOV ALARMMBUFF2 , #05H MOV ALARMMBUFF1 , #05H MO

25、V HBUFF2, #01H ;置闹钟时间为18:53 MOV HBUFF1, #08H MOV MBUFF2 , #05H MOV MBUFF1 , #03H MOV HBUFF , #18H MOV MBUFF , #53H MOV SBUFF , #3CH ;置初始秒为60,计时时减 MOV TCON , #05H ;下降沿触发 MOV TMOD , #11H ;初始化定时器,T0 ,T1 16位计时 MOV TH0 , #0BH ;设置计数初值，125ms计时 MOV TL0 , #0DBH MOV TH1 , #3CH ;T1置初值，进行100ms计时，用于调整时间 MOV TL1

26、, #0B0H MOV IE , #82H ;开T0中断 SETB PT0 ;T0中断优先级最高 SETB TR0 ;允许T0计数 SETB P3.2 SETB P3.3START1: MOV A , HBUFF ; 显示时，7点以前及21点以后亮度调暗 SUBB A , #7H JC START2 MOV A , HBUFF SUBB A , #21H JNC START2 ACALL DISPLAY ACALL ZDBS AJMP START3START2: ACALL NIGHTDISPLAYSTART3: MOV A ,ALARMHBUFF ;检测是否是定闹时间 CJNE A , HB

27、UFF , START4 MOV A , ALARMMBUFF CJNE A , MBUFF ,START4 MOV C, DP ;若是定闹时间,则利用dp的值来决定蜂鸣 MOV P3.2, C MOV A , SBUFF JNZ START1 ;若还没到1分钟，则继续蜂鸣 SETB P3.2START4: JNB P3.2,ADJUSTTIME1 ;循环等待中断，并检测是否键按下，若是，则进入相应程序 JNB P3.3,ADJUSTTIME2 AJMP START1 AJMP START1 ;* ;*int0中断子程序* ;*ADJUSTTIME1:NOP MOV KEYNUMT1 ,#00

28、H MOV TH1 , #3CH ;T1置初值，进行100ms计时，用于调整时间 MOV TL1 , #0B0H SETB ET1 ;开T1中断 SETB PT1 ;设T1中断优先级最高 SETB TR1 ;允许T1计时 MOV STOREKEYNUMT1 , KEYNUMT1 ;存储当前次KEYNUMT1的值TIME1_1:ACALL DISPLAY MOV A , KEYNUMT1 CJNE A , STOREKEYNUMT1,TIME1_2 ;若当前KEYNUMT1的值与上一次的值不等，则时间加1分，否则继续循环，等等至半分钟 AJMP TIME1_3TIME1_2:MOV STOREK

29、EYNUMT1 , KEYNUMT1 ;加1后存储当前的KEYNUMT1的值 ACALL ADDBUFF0 ;分加1TIME1_3:JNB P3.2,TIME1_1 ;若p3.2已关，则退出增时，否则继续循环 CLR ET1 CLR PT1 CLR TR1 AJMP START1;*;*时间增1分*;*ADDBUFF0:MOV A , MBUFF ; 若按键小于1s，则分增1 ADD A , #1 DA A MOV MBUFF , A ANL A , #0FH MOV MBUFF1 , A MOV A , MBUFF SWAP A ANL A , #0FH MOV MBUFF2 , A MOV

30、 A , MBUFF CJNE A , #60H , ADDBUFF1 MOV MBUFF , #00H MOV MBUFF2 , #00H MOV MBUFF1 , #00H MOV A , HBUFF ;时增1 ADD A , #1 DA A MOV HBUFF , A ANL A , #0FH MOV HBUFF1 , A MOV A , HBUFF SWAP A ANL A , #0FH MOV HBUFF2 , A MOV A , HBUFF CJNE A , #24H , ADDBUFF1 ;若没到24小时,则不必初值置0 MOV HBUFF , #00H MOV HBUFF2 ,

31、 #00H MOV HBUFF1 , #00HADDBUFF1:RET;*;*int1中断子程序*;* ADJUSTTIME2: NOP ACALL DL100MS MOV C , P3.3 JC TIME2_6 ;如果(P3.3按键100ms以上) 则不做处理 MOV KEYNUMT2 , #00H ;否则进入定闹设置 MOV STOREKEYNUMT2 , KEYNUMT2 ;记录当前NUMT2的数据，以看下次有没改变TIME2_1:NOP MOV TH1 , #3CH ;T1置初值，进行100ms计时，用于调整时间 MOV TL1 , #0B0H SETB ET1 ;开T1中断 SETB

32、 PT1 ;设T1中断优先级最高 SETB TR1 ;允许T1计时TIME2_2:ACALL ALARMDISPLAY MOV A , KEYNUMT2 CJNE A , STOREKEYNUMT2 ,TIME2_3 AJMP TIME2_4TIME2_3: MOV STOREKEYNUMT2 , KEYNUMT2 MOV A , ALARMMBUFF ; 若按键小于1s，则分增1 ADD A , #1 DA A MOV ALARMMBUFF , A ANL A , #0FH MOV ALARMMBUFF1 , A MOV A , ALARMMBUFF SWAP A ANL A , #0FH

33、MOV ALARMMBUFF2 , A MOV A , ALARMMBUFF CJNE A , #60H , TIME2_4 MOV ALARMMBUFF , #00H MOV ALARMMBUFF2 , #00H MOV ALARMMBUFF1 , #00H MOV A , ALARMHBUFF ;时增1 ADD A , #1 DA A MOV ALARMHBUFF , A ANL A , #0FH MOV ALARMHBUFF1 , A MOV A , ALARMHBUFF SWAP A ANL A , #0FH MOV ALARMHBUFF2 , A MOV A , ALARMHBUFF

34、 CJNE A , #24H , TIME2_4 ;若没到24小时,则初值不必置0 MOV ALARMHBUFF , #00H MOV ALARMHBUFF2 , #00H MOV ALARMHBUFF1 , #00HTIME2_4:NOP JNB P3.3,TIME2_2 ;若按键已经未按，则退出循环 CLR ET1 CLR TR1 MOV KEYNUMT2 , #00H MOV NUMT2 , #00H MOV R2 , #10 ; 直到p3.3 20s钟内都是未按，此时复原数据，即退出设置TIME2_7:MOV R1 , #200 TIME2_5:ACALL ALARMDISPLAY ACALL DL1MS JNB P3.3 , TIME2_1 DJNZ R1 , TIME2_5 DJNZ R2 , TIME2_7TIME2_6:CLR ET1 CLR PT1 CLR TR1 LJMP START1;*;*T1中断子程序*;*INTERT1:NOP MOV TH1 , #3CH ;T1置初值，进行100ms计时，用于调整时间 MOV TL1 , #0B0H PUSH ACC PUSH PSW CLR ET0 CLR ET1 ;关T1中断 MOV A , NUMT1