单片机数字电子钟汇编课程设计.docx

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单片机数字电子钟汇编课程设计

个性化电子钟课程设计

学院材料与能源学院

专业微电子科学与工程

年级班别2013级2班

学生姓名馥语甄心

一、设计任务书.....................................P1

二、个性化电子钟功能...............................P2

三、单片机系统原理图和工作原理描述.................P4

四、电路原理图设计.................................P11

五、程序模块图.....................................P12

六、程序清单.......................................P13

七、设计或调试的过程中遇到的问题及解决方法.........P27

八、测试数据与误差校准.............................P29

九、收获与体会.....................................P30

1、设计任务书

1．AT89S51CPU，12MHZ时钟，常规上电和手动复位电路。

2．4位LED数码显示器（带钟点），分别显示“小时：

分钟”或“分钟：

秒”

3．3个独立试按键，具体功能描述如下：

[MODE]——模式转换键，具有“正常——小时（校准）——分钟（校准）——小时（闹铃）——分钟（闹铃）”等5种模式，每按一次，转换一种模式。

假设当前处于正常模式，按一下此键，“小时”闪烁，表示进入“小时”调校模式，再按一次，转入分钟模式，如此类推，正常模式下不闪烁。

[UP]——加“1”键，按下此键，被选中的项目加“1”

[DOWN]——减“1”键，按下此键，被选中的项目减“1”

4．设计1路蜂鸣器输出驱动电路，用于报警或按键声

5．电源：

9V交流输入，全波整流，滤波，7805稳压电路，输出5V直流电源共给单片机系统。

6．编写数字电字钟的所有软件，包括主程序，定时器中断计时程序，定时器中断扫描显示程序，键盘扫描及功能程序，BCD码转换程序，“二翻十﹑拆字﹑转码”程序，闹铃程序等等。

将这些程序整合成一个完整的电子钟程序，在软件模拟器上调试，在MCS51学习机上调试，并测试其功能及性能。

7．在程序调试通过后，测试计时精度，分析误差来源，提出补偿方法，

用数据说明补偿前后计时精度。

2、个性化电子钟功能

按键说明：

K6

MODE

校准功能模式键

时钟校准、设置闹钟参数（6种）

K5

UP

加1键

按下，对应的参数加1

K4

DOWN

减1键

按下，对应的参数减1

K3

CHOICE

显示选择键

选择要显示的界面（5种）

K1

REST

复位键

恢复初始状态

CHOICE

（K3）

0小时：

分钟（系统）

MODE

（K6）

0加减不改变显示

1分钟：

秒（系统）

1系统小时校准

2小时：

分钟（闹钟）

2系统分钟校准

3闹铃重响时间

3系统秒校准

4秒表

4闹钟小时校准

DOWN

减1

5闹钟分钟校准

秒表启动（秒表状态，MODE0）

6重响时间设置

停重响闹钟

UP

加1

禁止重响下，先按UP,再按DOWN停闹钟（MODE0）

秒表复位

停第一次闹钟（MODE0）

1.常规上电和手动复位（K1）

2.CHOICE按键：

4位LED数码显示器（带钟点），共5种显示选择：

分别显示“小时：

分钟”、“分钟：

秒”、闹钟的“小时：

分钟”、“N分钟都响铃设置”、“秒表”

3.MODE按键：

共有6种模式，“小时校准（闪烁）”、“分钟校准（闪烁）”、“秒校准（闪烁）”、“小时闹铃校准（闪烁）”、“分钟闹铃校准（闪烁）”、“闹钟重响时间设置”

4.UP按键：

按下，对应的项目加1（MODE0模式下，可以停止闹钟或者复位秒表）

DOWN按键：

按下，对应的项目减1（MODE0模式下，可以启动或停止秒表或者停止重响的闹钟

5.用P1.6口驱动1路蜂鸣器电路，用于闹钟响铃和按键声、满1分钟报警（滴一下）、满1小时报警（滴一下）

6.闹钟功能：

闹钟设置：

通过UP和DOWN键，调节好闹钟的小时和分钟，在设置N分钟后重响。

本程序设置的闹钟可选择一次的N分钟后重响，如果不想要这个功能，则在用户设置RECL_CNT（N分钟重响变量）时候，设为0，即可。

本闹钟最大可以设置59分钟后重响（太久了也用处不大）

闹钟的关闭：

如果设置的分钟重响变量为0，MODE按键处于模式0（此时的UP键和DOWN键不会改变系统时间），先按一下UP键，再按一下DOWN键，即可关闭闹钟，不会重响。

如果设置的分钟重响变量不是0，MODE按键处于模式0，第一次响铃按一下UP键停止闹钟，N分钟后重响，第二次响铃，按一下DOWN键，则关闭闹钟

7.用LED灯指示当前所选择的模式，模式1-6分别对应LED灯D1-D6，模式0对应D8（这样方便看出自己当前选择的是那种功能调节模式）

8.满1分钟提示音、满1小时提示音、按键音

9.钟点闪烁，以500ms闪烁一次的频率进行闪烁

10.秒表功能：

选择MODE0模式下选择CHOICE4，即为秒表界面，按下DOWN键，启动秒表或者停止秒表；按下UP键，使秒表复位

三、单片机系统原理图及工作原理描述

1）CPU电路

中央处理器（CPU）是整个单片机的核心部件，是8位数据宽度的处理器，能处理8位二进制数据或代码，CPU负责控制、指挥和调度整个单元系统协调的工作，完成运算和控制输入输出功能等操作。

1、电源类引脚

VCC（40脚）：

接+5 V电源正端。

VSS（20脚）：

接地端。

2、时钟类引脚

XTAL1（19脚）和XTAL2（18脚）：

接外部石英晶体的一端。

P0口（39~32脚）：

P0.0~P0.7统称为P0口。

P1口（1~8脚）：

P1.0~P1.7统称为P1口，可作为准双向I/O口使用。

P2口（21~28脚）：

P2.0~P2.7统称为P2口，一般可作为准双向I/O口使用。

P3口（10~17脚）：

P3.0~P3.7统称为P3口。

表3P3.0口的第二功能：

口线

功能描述

P3.0

RXD（串行数据输入线）

P3.1

TXD（串行数据输出线）

P3.2

INT0（外部中断0输入引脚）

P3.3

INT1（外部中断1输入引脚）

P3.4

T0（定时器/计数器0的外部输入引脚）

P3.5

T1定时器/计数器0的外部输入引脚）

P3.6

WR（外部数据存储器写选通信号引脚）

P3.7

RD（外部数据存储器读选通信号引脚）

3、控制引脚

RST/VPP（9脚）：

复位引脚，引脚上出现2个机器周期的高电平将使单片机复位。

LE/PROG（30脚）：

地址锁存允许信号。

PSEN（29角）：

外部存储器读选通信号。

EA/Vpp（31角）：

程序存储器的内外部选通，接低电平从外部程序存储器读指令，如果接高电平则从内部程序存储器读指令

2）复位电路

单片机在启动时都需要复位，以使CPU及系统各部件处于确定的初始状态，并从初态开始工作。

89系列单片机的复位信号是从RST引脚输入到芯片内的施密特触发器中的。

当系统处于正常工作状态时，且振荡器稳定后，如果RST引脚上有一个高电平并维持2个机器周期（24个振荡周期）以上，则CPU就可以响应并将系统复位。

单片机系统的复位方式有：

手动按钮复位和上电复位。

1、手动按钮复位

手动按钮复位需要人为在复位输入端RST上加入高电平。

一般采用的办法是在RST端和正电源Vcc之间接一个按钮。

当人为按下按钮时，则Vcc的+5V电平会直接加到RST端。

手动按钮复位的电路如所示。

由于人的动作再快也会使按钮保持接通达数十毫秒，所以，完全能够满足复位的时间要求。

2、上电复位

AT89C51芯片的上电复位电路，只要在RST复位输入引脚上接一电容至Vcc端，下接一个电阻到地即可。

对于CMOS型单片机，由于在RST端内部有一个下拉电阻，故可将外部电阻去掉，而将外接电容减至22μF。

上电复位的工作过程是在加电时，复位电路通过电容加给RST端一个短暂的高电平信号，此高电平信号随着Vcc对电容的充电过程而逐渐回落，即RST端的高电平持续时间取决于电容的充电时间。

为了保证系统能够可靠地复位，RST端的高电平信号必须维持足够长的时间。

上电时，Vcc的上升时间约为10ms，而振荡器的起振时间取决于振荡频率，如晶振频率为10MHz，起振时间为1ms；晶振频率为1MHz，起振时间则为10ms。

在上图的复位电路中，当Vcc掉电时，必然会使RST端电压迅速下降到0V以下，但是，由于内部电路的限制作用，这个负电压将不会对器件产生损害。

另外，在复位期间，端口引脚处于随机状态，复位后，系统将端口置为全“l”态。

如果系统在上电时得不到有效的复位，则程序计数器PC将得不到一个合适的初值，因此，CPU可能会从一个未被定义的位置开始执行程序。

开发板采用的是按下K1键，即可手动复位，让程序恢复初始状态

3）时钟电路

单片机要不断的从程序存储器中取出指令并执行，这些执行步骤是按节拍进行的，时钟电路就是提供CPU运行节拍的电路。

AT89C51的时钟电路可以由内部或外部两种方式产生。

AT89C51内部具有一个振荡电路，内部方式就是利用该电路在XTAL.1和XTAL.2两引脚之间外接晶振和电容C1、C2构成并联谐振电路，使内部震荡产生自激振荡如图所示。

晶振频率可选择1.2-10MHZ，电容可选则15-100PF，以对时钟频率起微调作用。

2、CPU时序的周期单位

通过之中振荡电路，单片机的每一步工作都按照一定的节拍进行，步调得到同意.描述MCS-51系列单片机的时序单位有4中，即时钟周期.状态周期，机器周期和指令周期。

时钟周期P:

既振荡周期，是MCS-51系列单片机的最小时序单位.例如:

若时钟频率F=12MHZ，则时钟周期=1/F=0.0833us。

状态周期S：

连续两个振荡周期为一个状态周期。

机器周期：

单片机完成某种基本操作的时间称为机器周期。

一个机器周期由6个状态周期（12个振荡周期）构成。

指令周期：

执行一条指令所需要的时间。

MCS-51的指令周期一般需要1或2个机器周期，乘，除法指令为4个机器周期。

若采用上例钟12MHZ的晶振，则执行一条指令相应地需要1us，2us或4us。

晶振频率越高，指令执行的速度越快。

4）七段数码管的引脚图及使用

数码管使用条件：

a、段及小数点上加限流电阻。

b、使用电压：

段：

根据发光颜色决定；小数点：

根据发光颜色决定。

c、使用电流：

静态：

总电流80mA（每段10mA）；动态：

平均电流4-5mA峰值电流100mA。

上面这个只是七段数码管引脚图，其中共阳极数码管引脚图和共阴极的是一样的。

  LED数码管根据LED的接法不同分为共阴和共阳两类，右图是共阴和共阳极数码管的内部电路，它们的发光原理是一样的，只是它们的电源极性不同而已。

将多只LED的阴极连在一起即为共阴式，而将多只LED的阳极连在一起即为共阳式。

以共阴式为例，如把阴极接地，在相应段的阳极接上正电源，该段即会发光。

当然，LED的电流通常较小，一般均需在回路中接上限流电阻。

假如我们将"b"和"c"段接上正电源，其它端接地或悬空，那么"b"和"c"段发光，此时，数码管显示将显示数字“1”。

而将"a"、"b"、"d"、"e"和"g"段都接上正电源，其它引脚悬空，此时数码管将显示“2”。

其它字符的显示原理类同。

我们的开发板用的数码管是共阳极的，由P0和P2共同控制，通过5ms中断来依次使4个管对应的口为低电平，即可达到同时显示4个数码管的要求

5）蜂鸣器电路

为了避免冲突，这次我采用的是P1.6输出方波来驱动蜂鸣器，所以用P1.6连接途中的2位置

6）电源电路

7）按键电路

P3.2~P3.6分别对应控制按键K6~K3，按键按下，则对应的P3口置为低电平

4、电路原理图设计

5、程序模块框图

系统初始化

定时器初始化

是否按下按键

K6

模式

对应项目加1

K5

加1

K4

减1

K3

选择

K1

复位

回复初始

5种显示选择模式

对应项目减1

6种功能校准模式选择

正常显示数码管内容

设置完成

是

否

秒、分、时计时

控制数码管亮

（秒表计时）

20ms中断

5ms中断

六、程序清单

LED1EQU7FH

LED2EQU7EH

LED3EQU7DH

LED4EQU7CH

H_MEMEQU7BH;系统小时

M_MEMEQU7AH;系统分钟

S_MEMEQU79H;系统秒

MODE_REGEQU78H;模式值

INT_CNTEQU77H;计时中断计数变量

SCAN_CNTEQU76H;显示扫描变量

TEMPEQU75H

H_CLEQU74H;闹钟小时

M_CLEQU73H;闹钟分钟

FLASH_BITEQU72H;小数点值

CHOICEEQU71H;选择值

CHOICE_ALLAEQU70H;“分钟”位置显示变量

CHOICE_ALLBEQU69H;“小时”位置显示变量

CL_CNTEQU68H;闹钟重响判断变量

RECL_CNTEQU67H;闹钟重响时间变量

SEC_CNT1EQU66H

SEC_CNT2EQU65H

SEC_CNT3EQU64H

ORG0000H

LJMPMAIN

ORG0003H

RETI

ORG000BH

LJMPINT_T0

ORG0013H

RETI

ORG001BH

LJMPINT_T1

ORG0023H

RETI

;-----------------------主程序初始化----------------------

ORG0030H

MAIN:

MOVSP,#2FH

MOVH_MEM,#1

MOVM_MEM,#0

MOVS_MEM,#0

MOVINT_CNT,#26

MOVSCAN_CNT,#0

MOVH_CL,#0

MOVM_CL,#0

MOVCHOICE,#0

MOVMODE_REG,#0

MOVCL_CNT,#3D

MOVCL_CNT,#3DH;各种参数初始化

MOVSEC_CNT1,#0

MOVSEC_CNT2,#0

MOVSEC_CNT3,#0

SETBET0;开放T0中断

SETBET1;开放T1中断

SETBEA;开放总中断控制

SETBPT0;计时优先

MOVTL0,#0E0H

MOVTH0,#0B1H;设置20ms定时初值

MOVTL1,#78H

MOVTH1,#0ECH;设置5ms定时初值

MOVTMOD,#00010001B;使T1、T2处于工作方式1

SETBTR0;开放T0中断

SETBTR1;开放T1中断

;-------------主程序，无限循环-----------------

WAIT:

LCALLKEY_SCAN;调用按键扫描子程序

LCALLCONVERT_BCD;调用拆字转码子程序

SJMPWAIT;原地等待中断来临

;---------------数码管显示子程序---------------------------

CONVERT_BCD:

MOVR2,#0

LCALLWHICH_CHOICE;判断当前的显示选择

MOVR3,CHOICE_ALLA;CHOICE_ALLA内容显示

LCALLBTID;调用二翻十子程序

MOVA,R6

ANLA,#0FH;取低4位

MOVDPTR,#LED_CODE

MOVCA,@A+DPTR

MOVLED1,A;在LED1显示

MOVA,R6

ANLA,#0F0H;取高4位

SWAPA

MOVCA,@A+DPTR

MOVLED2,A;在LED2显示

MOVR2,#0

MOVR3,CHOICE_ALLB;CHOICE_ALLB内容显示

LCALLBTID;调用二翻十子程序

MOVA,R6

ANLA,#0FH;取低4位

MOVCA,@A+DPTR

MOVC,FLASH_BIT

MOVACC.7,C;LED3的小数点显示

MOVLED3,A;在LED3显示

MOVA,R6

ANLA,#0F0H;取高4位

SWAPA

MOVCA,@A+DPTR

MOVLED4,A;在LED4显示

RET

;-----------------------T0=20ms中断---------------------------------

INT_T0:

PUSHACC

PUSHPSW;入栈保护

MOVTL0,#0E0H

MOVTH0,#0B1H;重新装载20ms中断初值

DJNZINT_CNT,T0_EXIT;判断跑够500ms没有

MOVINT_CNT,#23;够了，重新再跑500ms

CPLFLASH_BIT;让小数点亮

JNBFLASH_BIT,T0_EXIT;判断小数点是否亮，亮，返回

LCALLDELAY5MS

INCS_MEM;再跑了500ms，小数点灭，秒加1

MOVA,S_MEM

CJNEA,#60,T0_EXIT;判断秒是否超过60

MOVS_MEM,#0;超过，秒清零

INCM_MEM;分加1

LCALLSOUND;发出满1分钟提示音

MOVA,M_MEM

CJNEA,#60,T0_EXIT;判断分钟是否超过60

MOVM_MEM,#0;超过，分钟清0

INCH_MEM;小时加1

LCALLSOUND;发出满1小时提示音

MOVA,H_MEM

CJNEA,#24,T0_EXIT;判断小时是否超过24

MOVH_MEM,#0;超过，小时清零

T0_EXIT:

POPPSW

POPACC

RETI

SOUND1:

CLRP1.6

LCALLDELAY1MS

SETBP1.6

LCALLDELAY1MS;发出声音

;-----------------------T1=5毫秒中断，4个数码管轮流显示--------------------------------

;用得是共阳极数码管，由P0和P2共同控制，每一次5ms中断依次使P2.3~P2.0分别为低电平，LED1~LED4依次给P0输出，从而实现了每个5ms让一个数码管亮，轮流来，由于频率快，就实现了视觉上的4个数码管同时亮

INT_T1:

PUSHACC

PUSHPSW

PUSHDPL

PUSHDPH

MOVTL1,#78H;5毫秒中断

MOVTH1,#0ECH

SETBRS0;切换键区

LCALLSECOND

MOVDPTR,#SCAN_TABLE

MOVA,SCAN_CNT

ADDA,SCAN_CNT;乘以2（0、2、4、6）调整偏移量

MOVR1,A

MOVCA,@A+DPTR

MOVR0,A

MOVA,@R0

MOVP0,A;把LED1给P0口

INCDPTR

MOVA,R1

MOVCA,@A+DPTR

MOVP2,A;把让P3.3为低电平，驱动数码管

INCSCAN_CNT

MOVA,SCAN_CNT

CJNEA,#4,T1_EXIT

MOVSCAN_CNT,#0

T1_EXIT:

POPDPH

POPDPL

POPPSW

POPACC

RETI

;秒表程序

SECOND:

MOVA,CHOICE

CJNEA,#4,SEC_EXIT

MOVA,MODE_REG

CJNEA,#0,SEC_EXIT

JNBP3.3,SEC_RESET;处于模式0，选择秒表显示，按下DOWN键

JNBP3.4,SET1

JBP3.0,SEC_EXIT

INCSEC_CNT1

MOVA,SEC_CNT1

CJNEA,#4,SEC_EXIT;判断是否够20ms

INCSEC_CNT2;够，秒秒显示加1（显示的1分度就是20ms）

MOVSEC_CNT1,#0

MOVA,SEC_CNT2

CJNEA,#48,SEC_EXIT;判断是否够1s

MOVSEC_CNT2,#0;够，秒秒清零

INCSEC_CNT3;秒加1

MOVA,SEC_CNT3

CJNEA,#60,SEC_EXIT;判断秒是否超过60

MOVSEC_CNT3,#0;超过，秒清零

RET

SET1:

CPLP3.0;取反电平

RET

SEC_RESET:

MOVSEC_CNT1,#0;秒表复位

MOVSEC_CNT2,#0

MOVSEC_CNT3,#0

SEC_EXIT:

RETI

;----------------按键扫描子程序------------