基于51单片机的电子时钟的设计与实现2Word格式.docx

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微控制器（Microcoｎtｒoｌｌers）成为单片机较为准确表达的名词。

4、MCU的百花齐放阶段

单片机发展到这一阶段,表明单片机已成为工业控制领域中普遍采用的智能化控制工具－－---小到玩具、家电行业,大到车载、舰船电子系统，遍及计量测试、工业过程控制、机械电子、金融电子、商用电子、办公自动化、工业机器人、军事和航空航天等领域。

为满足不同的要求，出现了高速、大寻址范围、强运算能力和多机通信能力的8位、16位、３2位通用型单片机,小型廉价型、外围系统集成的专用型单片机,以及形形色色各具特色的现代单片机。

可以说,单片机的发展进人了百花齐放的时代，为用户的选择提供了空间。

在日常生活和工作中，我们常常使用到定时控制。

早起常用的一些时间控制单元都是使用模拟电路设计和制作的，其定时准确性和重复精度都不是很理想,现在基本上都是基于数字技术的新一代产品,随着单片机性能价格比的不断提高，新一代产品的应用也越来越广泛，大可构成复杂的工业过程的控制系统,完成复杂的控制功能。

小则用于家电控制，大则用于工业和科学研究中的精确时间定位，配以适当的接口芯片,可以构造各式各样的微电子产品。

我们专业在本学期的数字逻辑电路实验中已经能使用脉冲信号发生器、相关芯片、数码管和导线在实验箱上实现基于基本门电路的数字时钟；

在电子系统综合设计

（2）这门课上，我们学习了单片机的相关知识,了解了其低功耗、可靠性和稳定性强、可以在内部的EPＲＯM上写入和擦除程序的相对先进的特点与功能。

因此,我们希望在有单片机芯片的开发板上通过编程实现数字钟，并期望它能有更多的功能和更好的稳定性。

2实验方案设计

２．1设计要求

◆实现时、分、秒的计时功能

◆实现年、月、日的日历功能

◆体现平闰年的区别,各时间单位之间进制准确

◆实现闹钟报警功能

2．2　数字钟的构成

数字钟实际上是一个对标准频率（１HZ）进行计数的计数电路.由于计数的起始时间不可能与标准时间一致,故需要在电路上加一个校时电路,同时标准的1MＨＺ时间信号必须做到准确稳定.通常使用石英晶体振荡器电路构成数字钟。

⑴晶体振荡器电路　

晶体振荡器电路给数字钟提供一个频率稳定准确的12MＨｚ的方波信号,可保证数字钟的走时准确及稳定.不管是指针式的电子钟还是数字显示的电子钟都使用了晶体振荡器电路。

⑵时间计数器电路　

时间计数电路由秒个位和秒十位计数器,分个位和分十位计数器电路构成，秒个位和秒十位计数器,分个位和分十位计数器为60进制计数器。

⑶译码驱动电路

译码驱动电路将计数器输出的8421BCＤ码转换为数码管需要的逻辑状态,并且为保证数码管正常工作提供足够的工作电流。

⑷数码管

数码管通常有发光二极管（LED）数码管和液晶（LCＤ）数码管,本设计提供的为ＬＥD数码管。

２.３系统总体框图

3软件系统方案设计与选择

3．1　主程序流程图

3.1主程序流程图（续）

3.2定时器子程序流程图

3.3方案选择与相关技术

方案一:

基本门电路搭肩，用基本门电路来实现数字钟,电路结构复杂，鼓掌系数大,不易调试。

方案二：

单片机编程，用单片机设计电路，由于使用软硬件结合的方式，所以电路结构简单，调试也相对方便。

与第一种方案比较优点的是非常明显的。

我们选择了第二种方案。

４　硬件系统方案设计与选择

4．1单片机的结构

4.１.1　结构框图

4.２开发板结构与使用方法

4.２．１开发板的结构

4.2．2通过ＳSＴ51实现开发板只读模式和程序烧写的切换

打开ＳSＴEasyIAP11Ｆ.ｅｘe程序,选择串口

选择芯片型号和内部程序存储器

选择ＰC串口，MCU晶振和波特率

先选择确定在复位MCU

通讯成功后窗口右上角显示芯片信息和版本信息

点击ＤｏwnlｏadＳoftICE选项，将MCU中的BOOＴLOAＤER监控程序替换为ＳofｔICE监控程序

选择确认更换

打开ＫｅilC５1程序,新建一个工程

保存在自己新建的文件夹中

点击保存出现CＰＵ选择对话框,选择SST系列的89X516RD２

出现是否添加标准５１初始代码对话框,选“否”

工程建立之后新建源程序文件，点击”Ｆilｅ”菜单下“Nｅｗ”选项

保存在工程文件夹内，C程序文件后缀为“.C”，汇编程序文件后缀为“．ＡSM”

在文本编辑区编写源程序并保存;

在SourceGroup上右击选择“AｄdFiｌes　Tｏ　Group…”选项添加源文件至工程

选择编写好的源程序文件，点击Ａdｄ添加所选文件

点击编译按钮，编译工程

进入目标板调试选项设置,点击“Projｅct”菜单下“OｐtionsforTaｒget…”选项

选择为硬件仿真功能

点击Ｓｅtting进入通讯参数设定菜单，去掉所有Cacｈe选项。

至此设置完毕，进入仿真调试阶段

点击DEBUG下的“Staｒt／ＳtｏpDｅｂｕｇ　Sｅssion”选项进入DEBUG界面

进入后可以看到信息栏中由显示连接成功信息。

在此仿真界面可以进行单步、全速、断点等调试方式

由SｏfｔＩCE监控程序转换回SSTBｏｏt－Stｒap　Ｌoadｅｒ监控程序

打开编辑器SUPERPRO程序

进入ＳUPERPRO程序界面,单击“选择器件选项”

进入器件选择对话框，在器件类型处选择“MCU/MPU”在查找处输入要器件名称，找到之后选择“确定”

单击“装入文件”选项

进入下载文件选择对话框，选择要下载的SoftＩCE监控程序，文件格式一般为“．ｈｅx”或“.bin”格式

因为SST单片机的监控程序存储在Block1中，Ｂlock1的地址为1000０ｈ,故数据缓冲区起始地址改为“10０00”，下载一般执行程序则直接默认

具体步骤为：

Eｒase=》Progｒam=》Veriｆy;

打开SSＴBＯOT－STＲAＰLＯAＤER软件工具,并按之前的步骤与单片机通讯连接成功。

在界面的右下方IAP　Ｆuncｔｉon菜单中有下载选项,选择“Downloaｄ”选项下载程序

进入了下载文件选择界面

在文件查找对话框中找到要下载的用户程序,一般为.Ｈｅx或.bin格式文件

选择好用户程序后,单击步骤二中的ＯK选项开始下载,界面最下面的状态栏显示下载进度，当显示为Doｎe时表示程序下载已经完成，单片机上电执行用户程序了

4.3方案选择与相关技术

4.3.１显示模块

显示模块是本次单片机课程设计最核心的部分。

方案一：

采用LCD1602。

LＣD16０2为工业字符型液晶,能够同时显示１６x0２即32个字符。

其采用标准的1６脚接口,该液晶模块内部的字符发生存储器（CGROM）已经存储了160个不同的点阵字符图形,所以可分容易的实现数字钟数码显示。

采用ＬEＤ共阴极数码管。

共阴数码管在应用时将公共极CＯM接到地线GNＤ上,当某一字段发光二极管的阳极为高电平时，相应字段就点亮。

当某一字段的阳极为低电平时,相应字段就不亮。

基于以上分析,我们考虑到现实经济因素，所以选择了方案二。

共阴极数码管要正常显示,就要用驱动电路来驱动数码管的各个段码，从而显示出我们要的数字,因此根据数码管的驱动方式的不同,可以分为静态式和动态式两类:

静态显示驱动。

就是每一个数码管显示器都要占用单独的具有锁存功能的I/O接口用于笔划段字形代码。

这样单片机只要把要显示的字形代码发送到接口电路,直到要显示新的数据时，再发送新的字形码,因此，使用这种办法单片机中CPU的占用较小。

但对于静态显示方式,所需的数据锁存装置很多,引线多而复杂，且可靠性也较低。

方案二:

动态显示驱动。

通过单片机对数码管位选通ＣOM端电路的控制，只要将需要显示的数码管的选通控制打开,该位就显示出字形,没有选通的数码管就不会亮。

通过分时轮流控制各个数码管的ＣOＭ端，就使各个数码管轮流受控显示,这就是动态驱动。

动态显示可以大幅度地降低硬件成本和电源的功耗，因为某一时刻只有一个数码管工作,也就是所谓的分时显示,故显示所需要的硬件电路可分时复用。

动态显示方式，可以避免静态显示的问题。

但设计上如果处理不当,易造成亮度低,闪烁问题。

因此合理的设计既应保证驱动电路易实现，又要保证显示后的数据稳定，无闪烁。

动态显示采用多路复用技术的动态扫描显示方式,复用的程度不是无限增加的,因为利用动态扫描显示使我们看到一幅稳定画面的实质是利用了人眼的暂留效应和发光二极管发光时间的长短,发光的亮度等因素.我们通过实验发现，　当扫描刷新频率（发光二极管的停闪频率）　为5０Hｚ,发光二极管导通时间≥1m　s　时，显示亮度较好,无闪烁感.。

鉴于上述的方案分析,我们采用方案二

４.3.2闹铃模块

采用语音芯片ISＤ1１１０闹铃。

ＩSD１11０具有多种采样率对应，多种录放时间,可以利用振荡电阻自已决定采样率。

操作简单，灵活。

音质好,适应电压范围广。

可先对录放音设备录入一段音乐或其他报时方式,当到设定时间时,单片机控制录放音设备放音。

采用蜂鸣器闹铃，当到设定时间时,单片机向蜂鸣器送出低电平，蜂鸣器响铃。

采用蜂鸣器闹铃结构简单,只需要单路信号控制,发出的闹铃声音可以根据响和不响的不同的软件延时时间来控制，当然也能发出音乐声音。

基于两种方案分析,虽然语音芯片ISD1１１０具备更多优点,但鉴于经济因素,我们本次设计还是决定采用方案二。

4.3.3　ＬED灯显示模块

采用ＬED灯可以方便的用不同的流水方式或单个LＥD灯来判断系统的工作状态,实现不同的显示功能，是一种经济又实用的方式。

5　系统测试

5.１测试环境

硬件平台：

计算机一台、通讯电缆一根、数据线一根、单片机系统学习平台V1.1

软件平台：

WINDＯWＳXP操作系统、SｏｆｔＩCE监控程序、Keiｌ软件

5．2　测试过程

硬件测试：

用SoｆtICE查看和改变单片机工作状态

软件测试：

将数字钟程序烧入单片机，并测试其功能是否完善

５.３测试结果

时钟精度分析：

为进一步使本次的系统做得更完美，我使用了标准的秒表对自己设计的时间进行了精度测量。

本次设计系统使用的晶振为1２MHZ.数码管显示

00:

5：

０0时，用秒表测得相应的数据如表3所示：

序号

1

2

3

４

5

T（min）

5.00.5781

5.00.４787

5.０0.5040

5．00．309６

4.59.2587

6

7

8

9

1０

Ｔ（miｎ）

5.01.43３5

5.００.2003

４.５9.455６

５.01.2０2６

5.00．259７

11

12

13

14

15

T（mｉn）

４.5８.9７50

5.00.1181

５.00.9６０4

5．０2.50６０

4．5９.８985

16

17

18

19

２０

10．0０.1081

10.0１．05４5

1０．00．９5６0

10．00.7８5４

5.00.43５５

通过计算可得数码管显示:

5:

0０时

秒表测得的数值平均值为:

00：

２343

6实验心得

本次数字钟实验耗时很久,最后做出的来的功能也是经过反复多次调试才全部达标，是一次很有意义的学习和动手经历。

从完全不懂单片机到在单片机上编出数字钟的程序,我们的感受主要有一下几点:

◆看再多的课本可能效果也不如实际编程的学习效率高。

事实上我们编跑马灯的程序的时候缺什么就看什么,非常有针对性,在短时间内掌握了汇编语言编程的基础。

从本课程的角度来说，实践对理论的反馈作用体现的更加明显。

◆调试程序比编程本身枯燥的多，但是在某种意义上更加重要。

编程是靠灵感的,脑袋里有了算法可以很快写出来，但是实际结果能不能达到还要看调试，要考虑算法逻辑、语法、内存地址等诸多方面。

这一点在对硬件编程上体现的尤为明显。

◆本实验最后完成了数字钟的诸多功能,并没有向其他领域拓展的功能,是比较遗憾的地方。

希望能在电子系统综合设计（２）中得到弥补!

参考文献

[１］楼然苗.《单片机课程设计指导》.北京航空航天大学出版社，２0０7．7.

[2]苏家健．《单片机原理及应用技术》.高等教育出版社,2004.11.

[３］深圳市精敏数字机器有限公司单片机入门背景知识,２012.5.

[4]张毅坤　陈善久裘雪红．单片微型计算机原理及应用.　西安电子科技大学出版,199８．9１版.

[5]　李学海.《标准80C51单片机基础教程：

原理篇》.北京航空航天大学出版社,2006.

[6]王建校.《51系列单片机及Ｃ5１程序设计》.科学出版社，2002．

［７]陈龙三．《C语言控制与应用》.清华大学出版社,１9９９．8.

[8]赵建领．《５1系列单片机开发宝典》.　电子工业出版社,２007.

附录一系统电路图

附录二软件完整代码

ORＧ0000Ｈ

LJＭＰMＡIN

ORＧ0003H　　;

时钟中断入口

ＬJMPJIA1

ORG００0BH　　　　　；

日期中断入口

LJMＰ　CLOCK

ＯＲG00１3Ｈ

LJMＰ　JIAN1

ORＧ001BH

ＬJＭPNＡOZHO

ＯRＧ0030H

DＡTEＬEＤ１ＥQU5５H　　　;

日期月地址

DATＥLED2　EQＵ56H;

日期日地址

DATＥＬED3　EQＵ57H　;

日期年高位地址

DATELED4EQU６７H　　；

日期年低位地址

SHUNAO　EQU5８Ｈ

ＮAOH　EＱU　59H

ＮAOM　ＥQU40H

DB　３FH,06H，5ＢＨ，4FH,66H,６DH,７DH,０7H，７FH，6ＦH

OＲG0100H

ＭAIN:

　MOVR３,＃0

MＯVR０,＃12

ＭＯV　R1,#0

ＭＯV　NＡOH，#1２

ＭOVNAOM，#0

MOＶSHUNAO,#40

MOＶP1,#0ＦFH

MOＶR5，#０FFH

MOＶ66H,#0FＦＨ

MＯVSP,#30Ｈ

MOVＲ2,#0

MＯVR7,#7FH

ＭＯVDATELED1,#0１

MOVＤＡTELED２,#01H

MＯVDＡTＥLEＤ3,＃00H

MＯVDATEＬED4，#２0

MOVＴMOＤ，#２1H

MＯVTH0，#3CH

ＭOＶTＬ0,#0B0H

MOＶ　TＨ1，＃00H

MＯVTH0,#00H

SＥTBTＲ0

ＣLRTR1

MＯVIE,#087H

ＳETＢIT1　　　;

外部中断模式

SEＴBIT0

ＣLRPS

CLRPT1

CLRPＴ0

SＥTBPＸ1

SETBPX0

LED：

MOVA,R0

MOVR7,#７ＦH

ＬCALLLED1

LＣＡLＬTIＭE

MＯVA,R0

CJNＥ　Ａ，NＡOＨ,ＮONAO

MOVA，R１

CＪNEA,ＮAOM,NONAＯ

JBTＲ1,NONAO

LJMＰ　NAＯKAI

NOＮAO:

　INCＮAOM

MOＶA,NＡＯＭ

ＭＯＶ３8H,R１

CJＮE　A,38H,ＮONＡＯ１

NＯNAO1:

DECNAOM

ＭOＶA,R１

MOＶ　Ｒ7,#0ＥFH

LCALLLＥD１

ＬＣALＬTIME

MOVA,Ｒ2

MOＶ　R7，#0FDH

LＣALＬTIMＥ

LCALＬ　LED１

LCALLTIME

ＪNBP３.4,ＳＥTM

JNBP3.5,DＡTＥH

LＪMPＬEＤ

NAOKAI:

ＳETBET1

SETBＴR1

ＬJMP　NONAO

ＤATEＨ:

LJMPDATE

SEＴＭ:

　CLRET1

LCALLＴIME3

JBP3．4，ＬED

SETM3:

　JＮBP3.４,SＥTＭ3

LCALＬTIＭE３

JＮBP3.4,ＳETM3

ＭOVP1,#11111110B

ＳEＴM1:

MOＶ　A,R1

MOVＲ7,＃0EＦH

LCＡLLＬED1

ＭOVR7，#７ＦＨ

LCALL　LED1

LCAＬL　TIME

ＪB　Ｐ３.４,SETM1C1

ＬCALLTIME3

JＮＢP３.4,SETH

SEＴM1Ｃ1:

DJNZR5，SＥTM1

MOＶ　R5，#0FFH

ＳＥTM2:

　MＯVA,#00H

MOVDPTＲ，＃0FAFＦH

MOVＸ　@DPTＲ,Ａ

ＭＯVDＰTR，＃0FBFFH

MOＶＡ,#0ＥFH

MＯVX@DPTＲ,A

ＬCALL　TIME

ＭOVＡ,#00H

MOV　DPTR,#0FAFFH

ＭOＶX　@DPTR,A

MOVDPTR,#0FＢFFＨ

MOVＡ，#0F7H

ＭOVX＠ＤPTR,Ａ

LCALＬTＩME

MOVＡ，R０

MＯVＲ7,#7FH

LCＡLＬ　LED１

ＬCＡLＬTＩMＥ

JBP3.4,SEＴM1C2

LＣAＬLTIMＥ3

JNBP３.4,SＥTH

ＳＥTM１Ｃ2：

DJＮZＲ５，SEＴＭ２

ＭＯVR5,#0FFH

ＬＪMＰＳETM１

SEＴＨ：

　JNBＰ3.4,SETH

LＣAＬLTIＭE3

ＪNＢP3.4，SEＴH

MOVP1，#１1111101B

SEＴＨ1：

MOＶA，Ｒ0

MOVR7,#07ＦＨ

LCALLLED１

LＣALL　TＩＭＥ

ＭOVA,Ｒ１

MOV　R7,#0EFH

LCALＬＬED1

LCAＬLTＩME

JBP３.４,SＥTＨ2

LＣＡLＬＴIMＥ３

ＪNＢ　P３.4,SＥTD

ＳEＴH2:

DＪNZR５,SETH1

MOＶR5,#０FFH

SETH3:

MOＶA,Ｒ1

ＭOVＲ7,#0EFH

LCALL　ＬＥＤ1

ＬＣAＬL　TＩＭE

MOVＡ,#０0H

MOＶDPTR,＃0FＡFFH

MOＶX@DPTR，Ａ

MOVDＰTＲ,#０FＢFFH

MOVA,#07FＨ

MOVＸ@DＰTR,Ａ

LCALＬ　TIME

MOVＡ,#00H

MOVDＰTR,#0FAFFH

MOVＸ＠DPＴR，A

MOVDPTR,#0ＦＢＦFH

MOVA,#０BＦH

MOVX　@DPＴR,A

LＣALLTIMＥ

JB　P３．4，ＳEＴH4

LCALLTIMＥ3

ＪNB　P３.4,SＥTD

SＥTH4：

　ＤＪNZR5，SETH3

MOＶR5,#0FFH

LJMPSETH１

SETＤ:

　　JＮＢP３.４,SETD

LCALL　ＴIME3

JNBＰ3.4,SETD

MOV　P1,#1１111０１1B

SＥTD1：

MOＶ　Ａ,DＡTELＥＤ4

MOVR７,#７ＦH

LＣALＬ　ＬED1

LＣＡLＬTＩME

MＯVA,DATELＥＤ3

ＭＯＶＲ７,#０ＤFH

LCALＬ　LＥD1

LCALＬＴIMＥ

MOV　A,DＡＴELＥD1

MOVR7,#0Ｆ7H

ＬＣAＬLLEＤ1

LＣＡＬLＴＩME

MＯＶA,DATＥLＥD2

ＭOV　R7,#０ＦDH

LCAＬLLED1

LCＡLLTIME

JBP3.4,ＡGＡIN2

ＬCAＬＬTＩME3

JＮBＰ3.4,SETＤＭ

AGAIＮ2:

DJNZR５，SEＴD1

ＭOVR5,#0FFH

SETD3:

　　ＭOＶA,DATＥＬED4

ＭＯVＲ７,＃7FH

LＣＡＬＬ　LEＤ1

ＬCALLＴIMＥ

MOVA,DＡTEＬＥD3

ＭOＶR7,#0DＦＨ

LCＡLLLＥD1

LＣAＬL　TIＭＥ

MOＶA,DATＥＬED1

MＯV　R7，＃0F7H

LCALＬ　ＬＥD１

LCＡLLTＩＭE

MOV　A,＃00H

MOVＤＰＴR,#0FＡFFH

MOVX＠ＤPTR,A

MＯＶ　DＰTＲ，#0FＢFFH

MOVＡ,#0ＦDH

ＭＯＶX　＠DPTR,Ａ

LCＡＬＬ　TIME

MOVA,#０0H

MOV　ＤPTR,#0ＦAFFH

ＭOＶＸ@DPTＲ，A

ＭOV　ＤPＴR，#0FBＦFＨ

MOVＡ,＃0FEH

MOVX　@DＰTR,A

LCＡLLTIMＥ

JBP3.４，AＧAIN3

LCAＬＬTIME3

ＪNBP3．４，SＥＴDM

AGＡIN3:

DＪＮZ