電子時鐘課程設(shè)計

1、<p><b>　　單片機課程設(shè)計</b></p><p>　　題 目： 電子時鐘 </p><p><b>　　班 級： </b></p><p><b>　　姓 名： </b></p><p><b>　　學(xué) 號：

2、</b></p><p><b>　　指導(dǎo)教師： </b></p><p><b>　　設(shè)計時間： </b></p><p>　評語：成績 </p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　針對數(shù)字時鐘的問

3、題，利用8051單片機，proteus軟件，vw(偉福)等軟件，運用單片機中定時計數(shù)器T0,中斷系統(tǒng)以及按鍵的控制實現(xiàn)了電子時鐘的設(shè)計。設(shè)計的電子時鐘通過數(shù)碼管顯示，并能通過按鍵的設(shè)計實現(xiàn)小時與分鐘的調(diào)整。時間的啟動與暫停等等。</p><p>　　關(guān)鍵字：數(shù)字時鐘；單片機；定時計數(shù)器</p><p><b>　　1 引言</b></p><p&g

4、t;　　時鐘，自他發(fā)明的那天起，就成為人類的朋友，但隨著時間的推移，科學(xué)技術(shù)不斷的發(fā)展，人們對時間計量的進(jìn)度要求越來越高，應(yīng)用越來越廣。怎樣讓時鐘更好地為人類服務(wù)，怎樣讓我們的老朋友煥發(fā)青春呢？這就要求人們不斷設(shè)計出新型時鐘。</p><p>　　現(xiàn)金，高精度的計時工具大多數(shù)都使用了石英晶體振蕩器，由于電子鐘，石英表，石英鐘都使用了石英技術(shù)，因此走時精度高，穩(wěn)定性好，使用方便，不需要經(jīng)常調(diào)校，數(shù)字式電子鐘用集成電

5、路計時時，譯碼代替機械式傳動，用LED顯示器代替指針顯示器，減小了計時誤差，這種表具有時、分、秒顯示的功能，還可以進(jìn)行時、分的校對，片選的靈活性好。</p><p>　　時鐘電路在計算機系統(tǒng)中起著非常重要的作用，是保證系統(tǒng)正常工作的基礎(chǔ)。在一個單片機應(yīng)用系統(tǒng)中，時鐘有兩方面的含義：一是指為保障系統(tǒng)正常工作的基準(zhǔn)震蕩定時信號，主要由晶振和外圍電路組成，晶振頻率的大小決定了單片機系統(tǒng)工作的快慢；二是指系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)定時時

6、鐘，及定時時間，它通常有兩種方法實現(xiàn)：一是軟件實現(xiàn)，即用單片機內(nèi)部的可編程定時/計數(shù)器來實現(xiàn)，但誤差很大，主要用在對時間精度要起不高的場合；二是用專門的時鐘芯片實現(xiàn)，在對時間精度要求很高的情況下，通常采用這種方法。本文主要介紹用單片機內(nèi)部的定時計數(shù)器來實現(xiàn)電子時鐘的方法，以單片機為核心，輔以必要電路，構(gòu)成了一個單片機電子時鐘。</p><p>　　單片機應(yīng)用系統(tǒng)由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩部分組成。硬件系統(tǒng)是指單片機以

7、及擴展的存儲器、I\O接口、外圍擴展的功能芯片以及接口電路。軟件系統(tǒng)包括監(jiān)控程序和各種應(yīng)用程序。</p><p>　　在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中，單片機是整個系統(tǒng)的核心，對整個系統(tǒng)的信息輸入、處理、信息輸出進(jìn)行控制。與單片機配套的有相應(yīng)的復(fù)位電路、時鐘電路以及擴展的存儲器和I\O接口，使單片機應(yīng)用系統(tǒng)能夠運行。</p><p>　　在一個單片機應(yīng)用系統(tǒng)中，往往都會輸入信息和顯示信息，這就涉及鍵盤和

8、顯示器。在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中，一般都根據(jù)系統(tǒng)的要求配置相應(yīng)的鍵盤和顯示器。配置鍵盤和顯示器一般都沒有統(tǒng)一的規(guī)定，有的系統(tǒng)功能復(fù)雜，需輸入的信息和顯示的信息量大，配置的鍵盤和顯示器功能相對強大，而有些系統(tǒng)輸入/輸出的信息少，這時可能用幾個按鍵和幾個LED指示燈就可以進(jìn)行處理了。在單片機應(yīng)用系統(tǒng)在中配置的鍵盤可以是獨立鍵盤，也可能是矩陣鍵盤。顯示器可以是LED指示燈，也可以是LED數(shù)碼管，也可以是LCD顯示器，還可以使用CRT顯示器。單片機應(yīng)

9、用系統(tǒng)中鍵盤一般用的比較多的是矩陣鍵盤，顯示器用的比較多的是LED數(shù)碼管還有LCD顯示器。</p><p><b>　　2 設(shè)計方案及原理</b></p><p>　　2.1 中斷系統(tǒng)簡介</p><p>　　MCS-51單片機提供5個硬件中斷源，2個外部中斷源，2個定時計數(shù)器T0和T1的溢出中斷TF0和TF1，1個串行口發(fā)送TI和接收RI中斷

10、。</p><p>　　MCS-51單片機中沒有專門的開中斷和關(guān)中斷指令，對各個中斷源的允許和屏蔽是由內(nèi)部的中斷允許寄存器IE的各位來控制的。中斷允許寄存器IE的字節(jié)地址為A8H，可以進(jìn)行位尋址。系統(tǒng)復(fù)位時，中斷允許寄存器IE的內(nèi)容為00H，如果要開放某個中斷源，則必須使IE中的總控置位和對應(yīng)的中斷允許位置“1”。</p><p>　　MCS-51單片機有5個中斷源，為了處理方便，每個中斷

11、源有兩級控制，高優(yōu)先級和低優(yōu)先級。通過由內(nèi)部的中斷優(yōu)先級寄存器IP來設(shè)置，中斷優(yōu)先級寄存器IP的字節(jié)地址為B8H，可以進(jìn)行位尋址。如果某位被置“1”，則對應(yīng)的中斷源被設(shè)為高優(yōu)先級；如果某位被清零，則對應(yīng)的中斷源被設(shè)為低優(yōu)先級。對于同級中斷源，系統(tǒng)有默認(rèn)的優(yōu)先權(quán)順序，從高到低優(yōu)先權(quán)順序為外部中斷0、定時計數(shù)器T0中斷、外部中斷1、定時計數(shù)器T1中斷、串行口中斷。通過設(shè)置中斷優(yōu)先級寄存器IP能夠改變系統(tǒng)默認(rèn)的優(yōu)先級順序。</p>

12、<p>　　2.2 計數(shù)器定時器簡介</p><p>　　MCS-51系列中51子系列有兩個16位的可編程定時\計數(shù)器T0和定時\計數(shù)器T1。它由加法計數(shù)器、方式寄存器TMOD、控制寄存器TCON等組成。方式寄存器用于設(shè)定定時計數(shù)器T0和T1的工作方式，控制寄存器用于對定時計數(shù)器啟動、停止進(jìn)行控制。</p><p>　　每個定時計數(shù)器既可以對系統(tǒng)時鐘計數(shù)實現(xiàn)定時，也可以外部信

13、號計數(shù)實現(xiàn)計數(shù)功能通過編程設(shè)定來實現(xiàn)。</p><p>　　定時計數(shù)器有四種工作方式，通過編程可設(shè)定工作于某種方式。四種工作方式為：13位定時\計數(shù)器、16位定時\計數(shù)器、8位自動重置定時\計數(shù)器、兩個8位定時\計數(shù)器（只有T0有）。 每一個定時計數(shù)器定時計數(shù)時間到時產(chǎn)生溢出，使相應(yīng)的溢出位置位，溢出可通過查詢或中斷方式處理。</p><p>　　2.3 鍵盤和數(shù)碼管簡介</p>

14、;<p>　　鍵盤是單片機應(yīng)用系統(tǒng)中最常用的輸入設(shè)備，在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中，操作人員一般都是通過鍵盤向單片機系統(tǒng)輸入指令、地址和數(shù)據(jù)，實現(xiàn)簡單的人機通信。鍵盤實際上是一組按鍵開關(guān)的集合，平時按鍵開關(guān)總是處于斷開狀態(tài)，當(dāng)按下鍵時它才閉合。鍵盤的結(jié)構(gòu)形式一般有兩種：獨立式鍵盤和矩陣式鍵盤。矩陣式鍵盤的工作方式有3種：查詢工作方式、定時掃描工作方式和中斷工作方式。</p><p>　　LED數(shù)碼顯示管在單片

15、機應(yīng)用系統(tǒng)中，經(jīng)常用到LED數(shù)碼管作為顯示輸出設(shè)備，LED數(shù)碼管顯示器雖然顯示信息簡單，但它具有顯示清晰、亮度高、使用電壓低、壽命長、與單片機接口方便等特點，基本上能夠滿足單片機應(yīng)用系統(tǒng)的需要，所以在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中經(jīng)常用到。LED數(shù)碼管顯示器是由發(fā)光二極管按一定的結(jié)構(gòu)組合起來的顯示器件。在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中通常使用的是8段式LED數(shù)碼管顯示器，它有共陰極和共陽極兩種。所謂譯碼方式是指由顯示字符轉(zhuǎn)換得到對應(yīng)的字段碼的方式。對于LED數(shù)碼管

16、顯示器，通常的譯碼方式有兩種：硬件譯碼方式和軟件譯碼方式。LED數(shù)碼管在顯示時，通常有兩種顯示方式：靜態(tài)顯示方式和動態(tài)顯示方式。在使用時可以把它們組合起來。在實際應(yīng)用時，如果數(shù)碼管個數(shù)較少，通常用硬件譯碼靜態(tài)顯示，在數(shù)碼管個數(shù)較多時，則通常用軟件譯碼動態(tài)顯示。</p><p><b>　　2.4 設(shè)計思想</b></p><p>　　電子時鐘是利用單片機內(nèi)部的定時器\

17、計數(shù)器來實現(xiàn)的，它的處理過程如下：首先設(shè)定單片機內(nèi)部的一個定時器\計數(shù)器工作于定時方式，對機器周期計數(shù)形成基準(zhǔn)時間，然后對基準(zhǔn)時間計數(shù)形成秒，秒計60次形成分，分計60次形成小時，小時計24次則計滿一天。然后通過數(shù)碼管把它們的內(nèi)容在相應(yīng)位置顯示出來即可。</p><p>　　數(shù)碼管顯示可以采用靜態(tài)顯示方法或動態(tài)顯示方法。靜態(tài)顯示方法需要數(shù)據(jù)鎖存器等硬件，接口復(fù)雜，時鐘顯示一般用6個或8個數(shù)碼管。由于系統(tǒng)沒有其他的

18、復(fù)雜的任務(wù)處理，而且顯示的時鐘信息隨時都可能變化，一般采用動態(tài)顯示方式。動態(tài)顯示方法線路相對簡單，但需動態(tài)掃描，掃描頻率要大于人眼視覺暫留頻率，信息看起來才穩(wěn)定。</p><p>　　在具體處理時，定時器計數(shù)器采用中斷方式工作，對時鐘的形成在中斷服務(wù)程序中實現(xiàn)。在主程序中只需對定時器計數(shù)器初始化、調(diào)用顯示子程序和控制子程序。時間調(diào)整的方法，設(shè)計了簡單的按鍵，可以通過按鍵實現(xiàn)時、分的調(diào)整，在主程序中加入了鍵盤設(shè)置子

19、程序。</p><p>　　用定時／計數(shù)器T0，工作于定時，采用方式1，對12MHZ的系統(tǒng)時鐘進(jìn)行定時計數(shù)，形成定時時間為50ms，所以定時初值為15536(3CB0H)。用片內(nèi)RAM的7BH單元對50ms計數(shù)，計20次秒計數(shù)器78H單元加1，秒計數(shù)器加到60則分計數(shù)器79H單元加1，分計數(shù)器加到60則時計數(shù)器7AH單元加1，時計數(shù)器加到24則時計數(shù)器清0。然后把秒、分、時計數(shù)器分成十位和個位放到8個數(shù)碼管的顯示

20、緩沖區(qū)，通過數(shù)碼管顯示出來。顯示格式為小時十位、小時個位---分十位、分個位---秒十位、秒個位。</p><p><b>　　3 硬件設(shè)計</b></p><p>　　圖2.1 硬件原理圖1</p><p>　　圖2.2 硬件原理圖2</p><p><b>　　4軟件設(shè)計</b></p&g

21、t;<p><b>　　4.1 設(shè)計模塊</b></p><p>　　程序分為4個部分：主程序，中斷服務(wù)程序，顯示程序，按鍵處理程序。</p><p><b>　　4.1.1 主程序</b></p><p>　　主程序設(shè)置顯示緩沖區(qū)以及定時計數(shù)器T0初始值，并開始計數(shù)，反復(fù)調(diào)用鍵盤掃描與顯示子程序。流程如圖3

22、.1。</p><p>　　圖3.1 主程序流程圖</p><p>　　4.1.2 中斷服務(wù)程序</p><p>　　定時計數(shù)器T0用于時間計時。選擇方式1，重復(fù)定時，定時時間設(shè)為50ms，定時時間到則中斷，在中斷服務(wù)程序中用7BH對50ms計數(shù)，計20次則對秒單元(78H)加1，秒單元加到60則對分單元(79H)加1，同時秒單元清0；分單元加到60則對時單元(80

23、H)加1，同時分單元清0；時單元加到24則對時單元清0，標(biāo)志一天時間計滿。中斷服務(wù)程序流程圖如圖3.2</p><p>　　圖3.2 中斷服務(wù)程序流程圖</p><p>　　4.1.3 顯示程序</p><p>　　本系統(tǒng)共采用8個顯示塊，從右向左依次是秒各位、秒十位、橫線、分各位、分十位、橫線、時各位、時十位，分別連接P2.7、P2.6、P2.5、P2.4、P2.

24、3、P2.2、P2.1、P2.0，對應(yīng)顯示緩沖區(qū)70H、71H、72H、73H、74H、75H、76H、77H。P2口作為位選線，P0口作為段碼線，數(shù)碼塊為共陽極連接，采用動態(tài)顯示的方法。</p><p>　　4.1.4 按鍵處理程序</p><p>　　按鍵從上到下依次為K0、K1、K2，分別與P1.0、P1.1、P1.2相連接。按下K0鍵后，時鐘停止計時，并進(jìn)入小時調(diào)整狀態(tài)，按K1或K

25、2鍵可進(jìn)行加1或減1操作，再按一次K0鍵，進(jìn)入分鐘調(diào)整狀態(tài)，同樣按K1或K2鍵可進(jìn)行加1或減1操作，再按下K0鍵則恢復(fù)計時狀態(tài)。</p><p><b>　　4.2 程序清單</b></p><p>　　ORG 0000H</p><p>　　LJMP START</p><p>　　ORG

26、000BH ;定時器/計數(shù)器T0中斷程序入口</p><p>　　LJMP INTT0</p><p>　　START: MOV R0,#70H ;主程序</p><p>　　MOV R7,#0CH</p><p>　　INIT: MOV @R0,#00H&l

27、t;/p><p>　　INC R0</p><p>　　DJNZ R7,INIT</p><p>　　MOV 72H,#0AH</p><p>　　MOV 75H,#0AH</p><p>　　MOV TMOD,#01H</p><p>　　MOV

28、TL0,#0B0H</p><p>　　MOV TH0,#03CH</p><p>　　SETB EA</p><p>　　SETB ET0</p><p>　　SETB TR0</p><p>　　START1: LCALL SCAN</p><p>

29、　　LCALL KEYSCAN</p><p>　　SJMP START1</p><p>　　DL1MS: MOV R6,#14H ;延時1MS子程序</p><p>　　DL1: MOV R7,#19H</p><p>　　DL2: DJNZ R7,

30、DL2</p><p>　　DJNZ R6 ,DL1</p><p><b>　　RET</b></p><p>　　DL20MS: ACALL SCAN ;延時20MS子程序</p><p>　　ACALL SCAN</p><p>　　

31、ACALL SCAN</p><p><b>　　RET</b></p><p>　　SCAN: MOV A,78H ; 數(shù)碼管顯示程序</p><p>　　MOV B,#0AH</p><p>　　DIV AB</p><p>　　MOV

32、 71H,A</p><p>　　MOV 70H,B</p><p>　　MOV A,79H</p><p>　　MOV B,#0AH</p><p>　　DIV AB</p><p>　　MOV 74H,A</p><p>　　MOV

33、73H,B</p><p>　　MOV A,7AH</p><p>　　MOV B,#0AH</p><p>　　DIV AB</p><p>　　MOV 77H,A</p><p>　　MOV 76H,B</p><p>　　MOV R1,#7

34、0H ;循環(huán)掃描顯示</p><p>　　MOV R5,#80H ;選通最右邊的第一個數(shù)碼塊 </p><p>　　MOV R3,#08H</p><p>　　SCAN1: MOV A,R5</p><p>　　MOV P2,A</p><p>

35、;　　MOV A,@R1</p><p>　　MOV DPTR,#TAB</p><p>　　MOVC A,@A+DPTR</p><p>　　MOV P0,A</p><p>　　LCALL DL1MS</p><p>　　INC R1</p><p&g

36、t;　　MOV A,R5</p><p>　　RR A</p><p>　　MOV R5,A</p><p>　　DJNZ R3,SCAN1</p><p>　　MOV P2,#00H</p><p>　　MOV P0,#0FFH</p><p&g

37、t;<b>　　RET</b></p><p>　　TAB:DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0F8H,80H,90H,0BFH</p><p>　　;“0~9”,“-”的共陽極字段碼</p><p>　　INTT0: PUSH ACC ;定時器/計數(shù)器T0中斷

38、服務(wù)程序</p><p>　　PUSH PSW</p><p>　　CLR ET0</p><p>　　CLR TR0</p><p>　　MOV TL0,#0B0H</p><p>　　MOV TH0,#03CH</p><p>　　SET

39、B TR0</p><p>　　INC 7BH</p><p>　　MOV A,7BH</p><p>　　CJNE A,#14H,OUTT0</p><p>　　MOV 7BH,#00</p><p>　　INC 78H</p><

40、p>　　MOV A,78H</p><p>　　CJNE A,#3CH,OUTT0</p><p>　　MOV 78H,#00</p><p>　　INC 79H</p><p>　　MOV A,79H</p><p>　　CJNE A,#3CH,OU

41、TT0</p><p>　　MOV 79H,#00</p><p>　　INC 7AH</p><p>　　MOV A,7AH</p><p>　　CJNE A,#18H,OUTT0</p><p>　　MOV 7AH,#00</p><p>

42、　　OUTT0: SETB ET0</p><p>　　POP PSW</p><p>　　POP ACC</p><p><b>　　RETI</b></p><p>　　KEYSCAN: CLR EA ;按鍵處理程序</p&

43、gt;<p>　　JNB P1.0,KEYSCAN0</p><p>　　JNB P1.1,KEYSCAN1</p><p>　　JNB P1.2,KEYSCAN2</p><p>　　KEYOUT: SETB EA</p><p><b>　　RET</

44、b></p><p>　　KEYSCAN0: LCALL DL20MS</p><p>　　JB P1.0,KEYOUT</p><p>　　WAIT0: JNB P1.0,WAIT0</p><p>　　INC 7CH</p><p>　　MOV

45、 A,7CH</p><p>　　CLR ET0</p><p>　　CLR TR0</p><p>　　CJNE A,#03H,KEYOUT</p><p>　　MOV 7CH,#00</p><p>　　SETB ET0</p><p>

46、　　SETB TR0</p><p>　　SJMP KEYOUT</p><p>　　KEYSCAN1: LCALL DL20MS</p><p>　　JB P1.1,KEYOUT</p><p>　　WAIT1: JNB P1.1,WAIT1</p><p&

47、gt;　　MOV A,7CH</p><p>　　CJNE A,#02H,KSCAN11</p><p>　　INC 79H</p><p>　　MOV A,79H</p><p>　　CJNE A,#3CH,KEYOUT</p><p>　　MOV 79H

48、,#00</p><p>　　SJMP KEYOUT</p><p>　　KSCAN11: INC 7AH</p><p>　　MOV A,7AH</p><p>　　CJNE A,#18H,KEYOUT</p><p>　　MOV 7AH,#00</p&

49、gt;<p>　　SJMP KEYOUT</p><p>　　KEYSCAN2: LCALL DL20MS</p><p>　　JB P1.2,KEYOUT</p><p>　　WAIT2: JNB P1.2,WAIT2</p><p>　　MOV A,7CH<

50、/p><p>　　CJNE A,#02H,KSCAN21</p><p>　　DEC 79H</p><p>　　MOV A,79H</p><p>　　CJNE A,#0FFH,KEYOUT</p><p>　　MOV 79H,#3BH</p>

51、<p>　　SJMP KEYOUT</p><p>　　KSCAN21: DEC 7AH</p><p>　　MOV A,7AH</p><p>　　CJNE A,#0FFH,KEYOUT</p><p>　　MOV 7AH,#17H</p>

52、<p>　　SJMP KEYOUT</p><p><b>　　END</b></p><p><b>　　總 結(jié)</b></p><p>　　針對電子時鐘的問題，利用單片機內(nèi)部的定時計數(shù)器T0計時的功能以50MS為最小計時單位，進(jìn)行計時，計20次為一秒，秒單元計60次為一分鐘，分單元計60次為

53、一小時，小時單元計24次為一天，每個單元計滿則自動清0。單片機外部通過P2口與數(shù)碼顯示管連接，顯示秒，分，時，同時還可通過按鍵調(diào)整時間。最后運用proteus軟件仿真，并運行成功。在設(shè)計軟件程序，編寫論文過程中還存在部分不足之處，在以后的學(xué)習(xí)中積極改進(jìn)，進(jìn)一步掌握匯編語言的編寫技巧，熟練單片機硬件內(nèi)容，改正缺點。</p><p><b>　　參 考 文 獻(xiàn)</b></p>&l