单片机课程设计--电子时钟设计Word格式.docx
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3)完成必要的参数计算与元器件选择;
4)完成应用程序设计;
5)进行软硬件调试;
主要设计条件
1、教材
2、单片机开发板、PROTEUS软件
3、参考书:
1)单片机原理及运用电子工业出版社
2)单片机应用技术新教程电子工业出版社
2
目 录
0
1
一、系统总体方案选择与说明 1
1.系统总体方案选择 1
2.说明 1
二、系统结构框图与工作原理 3
1.系统结构框图 3
2.工作原理 4
三、各单元硬件设计说明及计算方法 5
1.定时器\计数器 5
2.中断系统 6
3.键盘 6
4.LED数码管显示器:
7
5.LED数码显示器有两种连接方法 7
图
(1)LED引脚排列 8
四、软件设计与说明(包括流程图) 8
1.主程序 8
2.数码管显示模块 9
3.定时器/计数器T0中断服务程序 10
4.按键处理模块 11
五、程序清单 13
1.中断子程序 13
2.延时程序 13
3.主程序和定时器中断子程序 13
4.LED显示子程序 14
5.按键控制子程序 15
6.数字电子时钟系统PROTUES仿真 19
六、参考文献 20
致 谢 21
一、系统总体方案选择与说明
1.系统总体方案选择
该课程设计是利用MCS-51单片机内部的定时/计数器、中断系统、以及行列键盘和LED显示器等部件,设计的一个单片机电子时钟。
设计的电子时钟通过数码管显示,并能通过按键实现设置时间和暂停、启动控制等,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,初值设为50000。
形成定时时间为50ms。
计时周期为24小时,显示满刻度为23时59分59秒,另外还有校时功能。
因此,一个基本的数字钟电路主要由显示器“时”,“分”,“秒”和单片机,还有校时电路组成。
8个数码管的段选接到单片机的P0口,位选接到单片机的P2口。
数码管按照数码管动态显示的工作原理工作,将标准秒信号送入“秒单元”,“秒单元”采用60进制计数器,每累计60秒发出一个“分脉冲”信号,该信号
将作为“分单元”的时钟脉冲。
“分单元”也采用60进制计数器,每累计
60分钟,发出一个“时脉冲”信号,该信号将被送到“时单元”。
“时单元”
采用24进制计时器,可实现对一天24小时的累计。
显示电路将“时”、“分”、“秒”通过七段显示器显示出来。
校时电路时用来对“时”、“分”、“秒”显示数字进行校对调整,校时电路时用来对“时”、“分”、“秒”显示数字进行校对调整,按一下second,秒单元就加1,按一下minute,分就加1,按一下hour,时就加1。
2.说明
2.1、系统由AT89C51、LED数码管、按键、电容、电阻等部分构成,能实现时间的调整、输出、调时间等功能。
系统中按钮BUTTON能对时间进行调整功能的按钮,采用单键控制调时功能,运用软件去抖判断按键的时间从而选择完成相对应的功能
2.2、时钟显示:
在此部分的设计中,在显示时,首先将时间十进制数据转化为显示段码,然后送往数码管显示。
显示段码采用动态扫描的方式。
2.3、时间调整:
该设计需要校对时间,所以用三个按键来实现。
按hour来调节小时的时间,按minute来调节分针的时间,按sceond来调节秒的时间。
按键处理是先检测秒按键是否按下,秒按键如果按下,秒就加1;
如果没有按下,就检测分按键是否按下,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。
2.4、中断:
中断技术在单片系统中有着十分重要的作用,它不仅可以提高单片机CPU的效率,也可以对突发事件处理。
所谓中断就是当CPU正在执行程序A时,发生了另一个急需处理的事件B,这是CPU暂停当前执行的程序A,立即转去执行处理事件B的程序,处理完事件B后,再返回到程序A继续执行,这个过程被叫做中断。
关于中断的概念有下列几个名词:
(1)程序A称为主程序,
(2)处理事件B的程序称为中断服务程序,(3)主程序中转向中断服务程序的地方称为断点,(4)引起中断的原因即事件B称为中断源,(5)转去执行中断服务程序称为中断响应。
关于中断的概念可以打个如下的比喻。
领导(CPU)在自己的房间办公(执行主程序),下属
(外设)有问题打电话来请示(中断源),领导停下正在进行的工作,通过电话给下属做指示(执行中断服务程序),指示完后,领导挂断电话,继续做自己的工作(返回主程序继续执行)。
21
二、系统结构框图与工作原理
1.系统结构框图
数字电子时钟的原理图
2.工作原理
软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\计数器工作于定时方式,对机器周期计数形成基准时间,然后用另一个定时器\计数器或软件计数的方法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,时钟显示用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。
译码方式可分为软件译码和硬件译码,软件译码通过译码程序查得显示信息的字段码;
硬件译码通过硬件译码器得到显示信息的字段码,实际中通常采用软件译码。
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数器初始化、调用显示子程序和控制子程序。
另外,为了使用方便,设计了简单的按键,可以通过按键实现时、分的调整,这样在主程序中就加入了键盘设置子程序。
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、I\O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、时钟电路以及扩展的存储器和I\O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LCD显示器。
三、各单元硬件设计说明及计算方法
1.定时器\计数器
1 、MCS-51系列中51子系列有两个16位的可编程定时\计数器可:
定时
\计数器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。
2 、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。
3、每个定时计数器都有多种工作方式,其中T0有四种工作方式,T1有三种工作方式,T2有三种工作方式。
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)
4、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.中断系统:
1、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。
2、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置“1”。
3、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。
4、MCS-51单片机响应中断的条件为:
中断源有请求且中断允许。
3.键盘
键盘是单片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数码管显示器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。
5.LED数码显示器有两种连接方法
(1)共阳极接法把发光二极管的阳极连在一起构
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