电子时钟课程设计.pdf

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1、单片机课程设计单片机课程设计题题 目：目：电子时钟电子时钟班级：姓名：学号：指导教师：设计时间：评语：成绩摘 要针对数字时钟的问题，利用8051 单片机，proteus 软件，vw(伟福)等软件，运用单片机中定时计数器 T0,中断系统以及按键的控制实现了电子时钟的设计。设计的电子时钟通过数码管显示，并能通过按键的设计实现小时与分钟的调整。时间的启动与暂停等等。关键字：数字时钟；单片机；定时计数器1 引言时钟，自他发明的那天起，就成为人类的朋友，但随着时间的推移，科学技术不断的发展，人们对时间计量的进度要求越来越高，应用越来越广。怎样让时钟更好地为人类服务，怎样让我们的老朋友焕发青春呢？这就要求

2、人们不断设计出新型时钟。现金，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，石英钟都使用了石英技术，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 显示器代替指针显示器，减小了计时误差，这种表具有时、分、秒显示的功能，还可以进行时、分的校对，片选的灵活性好。时钟电路在计算机系统中起着非常重要的作用，是保证系统正常工作的基础。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震荡定时信号，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，及定时

3、时间，它通常有两种方法实现：一是软件实现，即用单片机内部的可编程定时/计数器来实现，但误差很大，主要用在对时间精度要起不高的场合；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。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，以单片机为核心，辅以必要电路，构成了一个单片机电子时钟。单片机应用系统由硬件系统和软件系统两部分组成。硬件系统是指单片机以及扩展的存储器、IO 接口、外围扩展的功能芯片以及接口电路。软件系统包括监控程序和各种应用程序。在单片机应用系统中，单片机是整个系统的核心，对整个系统的信息输入、处理、信息输出进行控制。与单片机配套的有相应的复位电路

4、、时钟电路以及扩展的存储器和IO 接口，使单片机应用系统能够运行。在一个单片机应用系统中，往往都会输入信息和显示信息，这就涉及键盘和显示器。在单片机应用系统中，一般都根据系统的要求配置相应的键盘和显示器。配置键盘和显示器一般都没有统一的规定，有的系统功能复杂，需输入的信息和显示的信息量大，配置的键盘和显示器功能相对强大，而有些系统输入/输出的信息少，这时可能用几个按键和几个 LED 指示灯就可以进行处理了。在单片机应用系统在中配置的键盘可以是独立键盘，也可能是矩阵键盘。显示器可以是LED 指示灯，也可以是 LED 数码管，也可以是LCD 显示器，还可以使用 CRT 显示器。单片机应用系统中键盘

5、一般用的比较多的是矩阵键盘，显示器用的比较多的是 LED 数码管还有 LCD 显示器。2 设计方案及原理2.1 中断系统简介MCS-51 单片机提供 5 个硬件中断源，2 个外部中断源，2 个定时计数器 T0 和 T1 的溢出中断 TF0 和 TF1，1 个串行口发送 TI 和接收 RI 中断。MCS-51 单片机中没有专门的开中断和关中断指令，对各个中断源的允许和屏蔽是由内部的中断允许寄存器 IE 的各位来控制的。中断允许寄存器 IE 的字节地址为 A8H，可以进行位寻址。系统复位时，中断允许寄存器 IE 的内容为 00H，如果要开放某个中断源，则必须使 IE 中的总控置位和对应的中断允许位

6、置“1”。MCS-51 单片机有 5 个中断源，为了处理方便，每个中断源有两级控制，高优先级和低优先级。通过由内部的中断优先级寄存器IP 来设置，中断优先级寄存器IP 的字节地址为 B8H，可以进行位寻址。如果某位被置“1”，则对应的中断源被设为高优先级；如果某位被清零，则对应的中断源被设为低优先级。对于同级中断源，系统有默认的优先权顺序，从高到低优先权顺序为外部中断 0、定时计数器 T0 中断、外部中断 1、定时计数器 T1 中断、串行口中断。通过设置中断优先级寄存器IP 能够改变系统默认的优先级顺序。2.2 计数器定时器简介MCS-51 系列中 51 子系列有两个 16 位的可编程定时计数

7、器 T0 和定时计数器 T1。它由加法计数器、方式寄存器 TMOD、控制寄存器 TCON 等组成。方式寄存器用于设定定时计数器 T0 和 T1 的工作方式，控制寄存器用于对定时计数器启动、停止进行控制。每个定时计数器既可以对系统时钟计数实现定时，也可以外部信号计数实现计数功能通过编程设定来实现。定时计数器有四种工作方式，通过编程可设定工作于某种方式。四种工作方式为：13 位定时计数器、16 位定时计数器、8 位自动重置定时计数器、两个 8 位定时计数器（只有T0 有）。每一个定时计数器定时计数时间到时产生溢出，使相应的溢出位置位，溢出可通过查询或中断方式处理。2.3 键盘和数码管简介键盘是单片

8、机应用系统中最常用的输入设备，在单片机应用系统中，操作人员一般都是通过键盘向单片机系统输入指令、地址和数据，实现简单的人机通信。键盘实际上是一组按键开关的集合，平时按键开关总是处于断开状态，当按下键时它才闭合。键盘的结构形式一般有两种：独立式键盘和矩阵式键盘。矩阵式键盘的工作方式有3 种：查询工作方式、定时扫描工作方式和中断工作方式。LED 数码显示管在单片机应用系统中，经常用到 LED 数码管作为显示输出设备，LED数码管显示器虽然显示信息简单，但它具有显示清晰、亮度高、使用电压低、寿命长、与单片机接口方便等特点，基本上能够满足单片机应用系统的需要，所以在单片机应用系统中经常用到。LED 数

9、码管显示器是由发光二极管按一定的结构组合起来的显示器件。在单片机应用系统中通常使用的是 8 段式 LED数码管显示器，它有共阴极和共阳极两种。所谓译码方式是指由显示字符转换得到对应的字段码的方式。对于 LED 数码管显示器，通常的译码方式有两种：硬件译码方式和软件译码方式。LED 数码管在显示时，通常有两种显示方式：静态显示方式和动态显示方式。在使用时可以把它们组合起来。在实际应用时，如果数码管个数较少，通常用硬件译码静态显示，在数码管个数较多时，则通常用软件译码动态显示。2.4 设计思想电子时钟是利用单片机内部的定时器计数器来实现的，它的处理过程如下：首先设定单片机内部的一个定时器计数器工作

10、于定时方式，对机器周期计数形成基准时间，然后对基准时间计数形成秒，秒计 60 次形成分，分计 60 次形成小时，小时计 24 次则计满一天。然后通过数码管把它们的内容在相应位置显示出来即可。数码管显示可以采用静态显示方法或动态显示方法。静态显示方法需要数据锁存器等硬件，接口复杂，时钟显示一般用6 个或 8 个数码管。由于系统没有其他的复杂的任务处理，而且显示的时钟信息随时都可能变化，一般采用动态显示方式。动态显示方法线路相对简单，但需动态扫描，扫描频率要大于人眼视觉暂留频率，信息看起来才稳定。在具体处理时，定时器计数器采用中断方式工作，对时钟的形成在中断服务程序中实现。在主程序中只需对定时器计

11、数器初始化、调用显示子程序和控制子程序。时间调整的方法，设计了简单的按键，可以通过按键实现时、分的调整，在主程序中加入了键盘设置子程序。用定时计数器 T0，工作于定时，采用方式 1，对 12MHZ 的系统时钟进行定时计数，形成定时时间为 50ms，所以定时初值为 15536(3CB0H)。用片内 RAM 的 7BH 单元对 50ms计数，计 20 次秒计数器 78H 单元加 1，秒计数器加到 60 则分计数器 79H 单元加 1，分计数器加到 60 则时计数器 7AH 单元加 1，时计数器加到24 则时计数器清 0。然后把秒、分、时计数器分成十位和个位放到8 个数码管的显示缓冲区，通过数码管显

12、示出来。显示格式为小时十位、小时个位-分十位、分个位-秒十位、秒个位。3 硬件设计图 2.1 硬件原理图 1图 2.2 硬件原理图 24 软件设计4.1 设计模块程序分为 4 个部分：主程序，中断服务程序，显示程序，按键处理程序。4.1.1 主程序主程序设置显示缓冲区以及定时计数器 T0 初始值，并开始计数，反复调用键盘扫描与显示子程序。流程如图 3.1。定时器 0 工作图 3.1 主程序流程图4.1.2 中断服务程序定时计数器 T0 用于时间计时。选择方式 1，重复定时，定时时间设为 50ms，定时时间到则中断，在中断服务程序中用 7BH 对 50ms 计数，计 20 次则对秒单元(78H)

13、加 1，秒单元加到 60 则对分单元(79H)加 1，同时秒单元清 0；分单元加到 60 则对时单元(80H)加 1，同时分单元清 0；时单元加到 24 则对时单元清 0，标志一天时间计满。中断服务程序流程图如图 3.2计数器加 1图 3.2 中断服务程序流程图4.1.3 显示程序本系统共采用 8 个显示块，从右向左依次是秒各位、秒十位、横线、分各位、分十位、横线、时各位、时十位，分别连接 P2.7、P2.6、P2.5、P2.4、P2.3、P2.2、P2.1、P2.0，对应显示缓冲区 70H、71H、72H、73H、74H、75H、76H、77H。P2 口作为位选线，P0 口作为段码线，数码块

14、为共阳极连接，采用动态显示的方法。4.1.4 按键处理程序按键从上到下依次为 K0、K1、K2，分别与 P1.0、P1.1、P1.2 相连接。按下 K0 键后，时钟停止计时，并进入小时调整状态，按K1 或 K2 键可进行加 1 或减 1 操作，再按一次K0 键，进入分钟调整状态，同样按 K1 或 K2 键可进行加 1 或减 1 操作，再按下 K0 键则恢复计时状态。4.2 程序清单ORG 0000HLJMP STARTORG 000BH ;定时器/计数器 T0 中断程序入口LJMP INTT0START:MOV R0,#70H ;主程序MOV R7,#0CHINIT:MOV R0,#00HST

15、ART1:LCALL SCANDL1MS:MOV R6,#14H ;INC R0DJNZ R7,INITMOV 72H,#0AHMOV 75H,#0AHMOV TMOD,#01HMOV TL0,#0B0HMOV TH0,#03CHSETB EASETB ET0SETB TR0LCALL KEYSCANSJMP START1延时 1MS 子程序DL1:MOV R7,#19HDL2:DJNZ R7,DL2DJNZ R6 ,DL1DL20MS:ACALL SCAN ;SCAN:RETMOV B,#0AHDIV ABMOV 71H,AMOV 70H,BMOV A,79HMOV B,#0AH延时 20M

16、S 子程序数码管显示程序 RET ACALL SCAN ACALL SCAN MOV A,78H ;DIV ABMOV 74H,AMOV 73H,B MOV A,7AHMOV B,#0AHDIV ABMOV 77H,A MOV 76H,B MOV R1,#70H ;MOV R5,#80H ;MOV R3,#08HSCAN1:MOV A,R5MOV P2,AMOV A,R1MOV DPTR,#TAB循环扫描显示选通最右边的第一个数码块MOVC A,A+DPTRMOV P0,ALCALL DL1MSTAB:DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0F8H,80H,90

17、H,0BFHINTT0:PUSH ACC ;INC R1MOV A,R5RR AMOV R5,ADJNZ R3,SCAN1MOV P2,#00HMOV P0,#0FFHRET;“09”,“-”的共阳极字段码定时器/计数器 T0 中断服务程序PUSH PSWCLR ET0CLR TR0MOV TL0,#0B0HMOV TH0,#03CHSETB TR0INC 7BHMOV A,7BHCJNE A,#14H,OUTT0MOV 7BH,#00INC 78HMOV A,78HCJNE A,#3CH,OUTT0MOV 78H,#00 INC 79H MOV A,79HCJNE A,#3CH,OUTT0M

18、OV 79H,#00 INC 7AH MOV A,7AHCJNE A,#18H,OUTT0MOV 7AH,#00OUTT0:SETB ET0 POP PSW POP ACCRETIKEYSCAN:CLR EA ;JNB P1.0,KEYSCAN0JNB P1.1,KEYSCAN1 JNB P1.2,KEYSCAN2KEYOUT:SETB EA按键处理程序 RETKEYSCAN0:LCALL DL20MS JB P1.0,KEYOUTWAIT0:JNB P1.0,WAIT0KEYSCAN1:LCALL DL20MS JB P1.1,KEYOUT INC 7CH MOV A,7CH CLR ET0

19、 CLR TR0 CJNE A,#03H,KEYOUT MOV 7CH,#00 SETB ET0 SETB TR0 SJMP KEYOUTWAIT1:JNB P1.1,WAIT1 MOV A,7CH CJNE A,#02H,KSCAN11 MOV A,79H CJNE A,#3CH,KEYOUT SJMP KEYOUTKSCAN11:INC 7AH MOV A,7AH CJNE A,#18H,KEYOUT SJMP KEYOUTKEYSCAN2:LCALL DL20MS JB P1.2,KEYOUT INC 79H MOV 79H,#00MOV 7AH,#00WAIT2:JNB P1.2,WA

20、IT2 MOV A,7CH CJNE A,#02H,KSCAN21 DEC 79H MOV A,79H SJMP KEYOUTKSCAN21:DEC 7AH MOV A,7AH CJNE A,#0FFH,KEYOUT MOV 7AH,#17H SJMP KEYOUTCJNE A,#0FFH,KEYOUTMOV 79H,#3BHEND总 结针对电子时钟的问题，利用单片机内部的定时计数器 T0 计时的功能以 50MS 为最小计时单位，进行计时，计 20 次为一秒，秒单元计 60 次为一分钟，分单元计 60 次为一小时，小时单元计 24 次为一天，每个单元计满则自动清 0。单片机外部通过 P2 口与数码显示管连接，显示秒，分，时，同时还可通过按键调整时间。最后运用proteus 软件仿真，并运行成功。在设计软件程序，编写论文过程中还存在部分不足之处，在以后的学习中积极改进，进一步掌握汇编语言的编写技巧，熟练单片机硬件内容，改正缺点。参 考 文 献1 李华，王思明，张金敏.单片机原理及应用J.兰州：兰州大学出版社,2001.2 闫玉德，俞虹.MCS-51 单片机原理与应用J.北京：机械工业出版社，2002.3 肖靖.单片机入门与实验设计J.北京：北京航天航空大学出版社，2008.