基于80c51和pcf8563的電子時鐘課程設(shè)計

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文檔簡介

1、　　單片機(jī)技術(shù) 課程設(shè)計任務(wù)書　　課題名稱基于單片機(jī)的電子時鐘設(shè)計 　　系別理學(xué)院 　　專業(yè) _電子信息科學(xué)與技術(shù)_　　班級 _電科XXX班__ &l

2、t;p>　　學(xué) 號 _201X09020XX 　　姓名 XXX _ 　　指導(dǎo)教師 XXX _ 　　2013年 6 月 20 日　　目錄<

3、/p>　　1．摘要

4、73; 1　　2. 引言

5、73; 2　　3. 時鐘原理分析

6、 &

7、#173; 2　　4. 時鐘設(shè)計分析 &

8、#173; 3　　5. 時鐘的實現(xiàn) &#

9、173; 4　　1.使用的PCF8563芯片 &#

10、173; 3　　1.1PCF8563的性能特點

11、

12、73; 4　　1.2 PCF8563的工作原理 &

13、#173; 4　　1.3系統(tǒng)硬件設(shè)計

14、73; 4　　2. 分

15、塊設(shè)計

16、3; 5　　2.1 輸入部分

17、

18、3; 5　　2.2 輸出部分

19、 5　　2.3完整電路圖

20、3;&#

21、173; 6　　6. 程序設(shè)計

22、 6　　1 程序總體設(shè)計

23、3;&#

24、173; 6　　2 .程序主要模塊

25、; 6　　2.1 延時模塊 &

26、#173;

27、; 6　　2.2中斷服務(wù)程序

28、73;&

29、#173; 6　　2.3主程序 &#

30、173; 8　　2.4 顯示子程序

31、;

32、73; 8　　2.5 C程序調(diào)試及仿真

33、73; 8　　7. 總結(jié)

34、;

35、73; 11　　8. 參考文獻(xiàn) &#

36、173; 11　　9. 程序

37、; 12　　基

38、于51單片機(jī)的電子時鐘設(shè)計　　摘要：本文介紹了基于51單片機(jī)的電子時鐘的設(shè)計，從硬件和軟件兩個方面給出了具體實現(xiàn)過程。該時鐘的設(shè)計采用功能分塊的思想方法，將硬件電路劃分為開關(guān)電路，顯示驅(qū)動電路和數(shù)碼管電路等若干獨立模塊，而軟件的實現(xiàn)則由鬧鐘的聲音程序、時間顯示程序、日期顯示程序，秒表顯示程序，時間調(diào)整程序、鬧鐘調(diào)整程序、定時調(diào)整程序，延時程序等組成。文中給出了各個模塊的電路圖，并用Proteu

39、s的ISIS軟件對電子時鐘系統(tǒng)的各個功能進(jìn)行了仿真，并給出了相應(yīng)的仿真結(jié)果圖像。　　關(guān)鍵詞：單片機(jī)；電子時鐘；鍵盤控制　　Electronic Clock Design Based on 51 Single-chip　　Abstract: This paper introduces the electronic

40、clock design based on 51 single-chip microcomputer, and it provides us specific implementation process from aspects of hardware and software. This clock is designed by the method of function blocks. In hardware, it’s cir

41、cuit is divided into switch block, display drive block and digital control block. However, the software consist of the program of alarm clock, time display, date display, stopwatch display, time adjust, timing adjustment

42、, the alarm c　　Key words: single chip microcomputer; electronic clock; Keyboard control　　1　　一、引言

43、　1957年,Ventura發(fā)明了世界上第一個電子表，從而奠定了電子時鐘的基礎(chǔ)，電子時鐘開始迅速發(fā)展起來?，F(xiàn)代的電子時鐘是基于單片機(jī)的一種計時工具，采用延時程序產(chǎn)生一定的時間中斷，用于一秒的定義，通過計數(shù)方式進(jìn)行滿六十秒分鐘進(jìn)一，滿六十分小時進(jìn)一，滿二十四小時小時清零。從而達(dá)到計時的功能，是人民日常生活補(bǔ)課缺少的工具?，F(xiàn)在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、石英鐘、石英表都采用了石英技術(shù)，因此走時精度高，穩(wěn)定性好，

44、使用方便，不需要經(jīng)常調(diào)試，數(shù)字式電子鐘用集成電路計時時，譯碼代替機(jī)械式傳動，用LED顯示器代替指針顯示進(jìn)而顯示時間，減小了計時誤差，這種表具有時、分、秒顯示時間的功能，還可以進(jìn)行時和分的校對，片選的靈活性好。　　二、時鐘原理分析　　利用單片機(jī)定時器完成計時功能，定時器0計時中斷程序每隔0.01s中斷一次并當(dāng)作一個計數(shù)

45、，設(shè)定定時1秒的中斷計數(shù)初值為100，每中斷一次中斷計數(shù)初值減1，當(dāng)減到0時，則表示1s到了，秒變量加1，同理再判斷是否1min鐘到了，再判斷是否1h到了。　　為了將時間在LM016L液晶顯示上顯示，可采用靜態(tài)顯示法和動態(tài)顯示法，由于靜態(tài)顯示法需要譯碼器，數(shù)據(jù)鎖存器等較多硬件，可采用動態(tài)顯示法實現(xiàn)LED顯示，通過對每位數(shù)碼管的依次掃描，使對應(yīng)數(shù)碼管亮，同時向該數(shù)碼管送對應(yīng)的字碼，使其顯示數(shù)字。由

46、于數(shù)碼管掃描周期很短，由于人眼的視覺暫留效　　應(yīng)，使數(shù)碼管看起來總是亮的，從而實現(xiàn)了各種顯示。　　三、時鐘設(shè)計分析　　80C51單片機(jī)屬于MCS-51系列單片機(jī)，由Intel公司開發(fā)，其結(jié)構(gòu)是8048的延伸，改進(jìn)了8048的缺點，增加了如乘（MUL）、除（DIV）、減（SUB

47、B）、比較（CMP）、16位數(shù)據(jù)指針、布爾代數(shù)運(yùn)算等指令，以及串行通信能力和5個中斷源。采用40引腳雙列直插式DIP（Dual In Line Package），內(nèi)有128個RAM單元及4K的ROM。80C51有兩個16位定時計數(shù)器，兩個外中斷，兩個定時計數(shù)中斷，及一個串行中斷，并有4個8位并行輸入口。80C51內(nèi)部有時鐘電路，但需要石英晶體和微調(diào)電容外接，本系統(tǒng)中采用12MHz的晶振頻率。由于80C51的系統(tǒng)性能滿足系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集及時間

48、精度的要求，而且產(chǎn)品產(chǎn)量豐富來源廣，　　2　　應(yīng)用也很成熟，故采用來作為控制核心。在程序方面，采用分塊設(shè)計的方法，這樣既減小了編程難度、使程序易于理解，又能便于添加各項功能。程序可分為鬧鐘的聲音程序、時間顯示程序、日期顯示程序，秒表顯示程序，時間調(diào)整程序、鬧鐘調(diào)整程序、定時調(diào)整程序，延時程序等。運(yùn)用這種方法，關(guān)鍵在于

49、各模塊的兼容和配合，若各模塊不匹配會出現(xiàn)意想不到的錯誤。　　首先，在編程之前必須了解硬件結(jié)構(gòu)尤其是各引腳的用法，以及內(nèi)部寄存器、存儲單元的用法，否則，編程無從下手，電路也無法設(shè)計。這是前期準(zhǔn)備工作。第二部分是硬件部分：依據(jù)想要的功能分塊設(shè)計設(shè)計，比如輸入需要開關(guān)電路，輸出需要顯示驅(qū)動電路和數(shù)碼管電路等。第三部分是軟件部分：先學(xué)習(xí)理解匯編語言的編程方法再根據(jù)設(shè)計的硬件電路進(jìn)行分塊的編程調(diào)試，最終&

50、lt;/p>　　完成程序設(shè)計。第四部分是軟件畫圖部分：設(shè)計好電路后進(jìn)行畫圖，包括電路圖和仿真圖的繪制。第五部分是軟件仿真部分：軟硬件設(shè)計好后將軟件載入芯片中進(jìn)行仿真，仿真無法完成時檢查軟件程序和硬件電路并進(jìn)行修改直到仿真成功。第六部分是硬件實現(xiàn)部分：連接電路并導(dǎo)入程序檢查電路，若與設(shè)計的完全一樣一般能實現(xiàn)想要的功能。最后進(jìn)行功能擴(kuò)展，在已經(jīng)正確的設(shè)計基礎(chǔ)上，添加額外的功能！<p&

51、gt;　　四、時鐘的實現(xiàn)　　1、使用的PCF8563芯片　　PCF8563芯片原理圖如下　　3　　1.1PCF8563的性能特點　　低工作電流：典型值為0

52、.25μA（VDD=3.0V，Tamb=25℃時）。　　世紀(jì)標(biāo)志　　大工作電壓范圍：1.0～5.5　　低休眠電流典型值為0.25μA(VDD=3.0V,Tamb=25℃)　　400KHz 的I2C 總線接口（VDD=1.8～5.5V

53、時）。　　可編程時鐘輸出頻率為：32.768KHz，1024Hz，32Hz，1Hz。　　報警和定時器。　　掉電檢測器。　　內(nèi)部集成的振蕩器電容。<b

54、>　　片內(nèi)電源復(fù)位功能。　　I2C 總線從地址：讀，0A3H；寫，0A2H。　　開漏中斷引腳。　　1.2 PCF8563的工作原理其內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如下　　1.3系統(tǒng)硬件設(shè)計

55、硬件電路設(shè)計包括PCF8563時鐘，日歷器件與80c51單片機(jī)的接口電路、LM016L液晶顯示電路以及鍵盤電路3個部分。80c51是一種低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，具有8 KB在系統(tǒng)可編程Flash存儲器；使用高密度非易失存儲器技術(shù)制造，與T業(yè)80C51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容：片上Flash允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適用于常規(guī)編程器。具有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash，使其為

56、眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超高效的解決方案。 PCF8563采用32．768 kHz可編程時鐘輸出頻率，I2C總線是由數(shù)據(jù)線SDA和時鐘SCL構(gòu)成的串行總線，可發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。單片機(jī)與PCF8563之間雙向傳送數(shù)據(jù)，最高傳送速率為100 Kb／s。FC總線的優(yōu)點是簡單和有效。由于接口直接在組件之上，因此，I2C總線占用的空間非常小，減少了電路板的空間和器件引腳的數(shù)量，降低了成本。圖2為PCF

57、8563與80c51單片機(jī)的接口電路，PCF8563的SCL與單片機(jī)的引腳P14連接；SDA與單片機(jī)的引腳P15連接，實現(xiàn)時間、日期等數(shù)據(jù)的讀取。　　4　　2. 分塊設(shè)計　　模塊電路主要分為：輸入部分、輸出部分。&

58、lt;p>　　2.1 輸入部分　　輸入信號主要是各種模式選擇和調(diào)整信號，由按鍵開關(guān)提供。　　以下為輸入部分樣例：　　2.2 輸出部分　　本電路的輸出信號為LM016L液晶顯示</p&g

59、t;　　輸出部分如下　　5　　2.3完整電路圖如下　　五、程序設(shè)計　　1 程序總體設(shè)計</p

60、>　　本實驗用C語言完成　　2 .程序主要模塊　　2.1 延時模塊　　LM016L液晶顯示，這里使用延遲1ms的程序，此程序需反復(fù)調(diào)，只是延時的長短不同罷了，在此不再贅述。

61、　　2.2中斷服務(wù)程序　　定時長度為0.01s,工作于方式1，計數(shù)1次，時長1us，故計數(shù)器計數(shù)10000次，進(jìn)入中斷，計數(shù)初值為65536-10000=55536=#0D8F0，裝滿定時器需要0.01s的時間，從而100次中斷為一秒，一秒之后，判斷是否到60秒，若不到則秒加一，然后返回，若到，則秒賦值為0，分加一，

62、依次類推。包括日期顯示的功能也是如此。另外，由于要實現(xiàn)倒計時功能，因此在中斷程序中還要加入減一的寄存器，需要時將其進(jìn)行顯示。基于以上考慮，以R3為倒計時中的秒，R4為倒計時的分，當(dāng)秒加1時R3減一，減到0之后，秒賦值為　　6　　59，分減一，直到分為0。　　計數(shù)器T1工作于方

63、式1，當(dāng)調(diào)用響鈴程序時，其計數(shù)功能開啟，為音樂音調(diào)不同頻率的方波的形成，提供延時。其中斷服務(wù)程序就是根據(jù)音調(diào)改變音樂方波輸出口電平的高低，用語句 CPL實現(xiàn)。　　中斷服務(wù)程序中日歷的實現(xiàn)較為復(fù)雜，要考慮平年，閏年，特殊的2月，每月的天數(shù)的不盡相同。具體的邏輯判斷方法為：首先，要考慮年份是不是閏年，閏年的判斷方法是：將年份除以100，若能整除，則將年份除以400，若還能整除，則為閏年，若不能，則

64、為平年；若不能被100整除，則判斷是否能被4整除，若能，則為閏年，若不能則為平年。只有2月與平、閏年相關(guān)，因此在閏年和平年的子程序中，要判斷是不是2月，若是則在相應(yīng)的年中進(jìn)行日期的增加，若不是則轉(zhuǎn)入平時的月份。其中1、3、5、7、8、10、12月是每月31天，4、6、9、11月為每月30天。　　日歷進(jìn)位判斷流程圖如下：　　7</b

65、>　　2.3主程序　　主程序主要對按鍵進(jìn)行掃描，以及判斷定時和鬧鈴時間是否已到，若到則調(diào)用相關(guān)程序。　　2.4 顯示子程序　　日期的顯示，秒表的顯示，倒計時的顯示，調(diào)定時的顯示，通過子程序調(diào)用語句ACALL調(diào)用；有點直接嵌套在

66、相應(yīng)的程序里面，順序執(zhí)行，或者用調(diào)轉(zhuǎn)語句AJMP調(diào)用。　　2.5 C 程序調(diào)試及仿真　　本程序通過Keil單片機(jī)開發(fā)平臺實現(xiàn)程序的編譯，鏈接，生成HEX文件。通過Keil和硬件仿真平臺Proteus的聯(lián)合，可以將設(shè)計效果仿真出來，根據(jù)效果，有目的的改變設(shè)計，優(yōu)化程序。　　六，總結(jié)</b&

67、gt;　　本文先從整體論述了設(shè)計電子鐘的大致思路，然后再采用劃分模塊的方法，將硬件電路劃分為開關(guān)電路，顯示驅(qū)動電路，以及數(shù)碼管電路等，而軟件部分，則依據(jù)要實現(xiàn)的功能，劃分為：鬧鐘的聲音程序，時間顯示程序，日期顯示程序，秒表顯示程序，時間調(diào)整程序、鬧鐘調(diào)整程序、定時調(diào)整程序，延時程序等。最后將各模塊集成為一個整體,合成一個多功能的電子鐘。

68、　　參考文獻(xiàn)　　[1] 謝自美．電子線路設(shè)計·實驗·測試[M]．武漢：華中理工大學(xué)出版社，1992.　　[2] 何立民．單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計[M]．北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1993.　　[3] 樓然笛．單片機(jī)開發(fā)[M]．北京：人民郵電出版社，1994.[4] 付家才．

69、單片機(jī)控制工程實踐技術(shù)[M]．北京：化學(xué)工業(yè)出版社 2004.3.[5] 李光才．單片機(jī)課程設(shè)計實例指導(dǎo)[M]．北京：北京航空航天大學(xué)出版社 2004.3.[6] 朱定華．單片機(jī)原理及接口技術(shù)實驗[M]．北京：北方交通大學(xué)出版社2002.11.　　[7] 劉湘濤．江世明．單片機(jī)原理與應(yīng)用[M]. 北京:電子工業(yè)出版社,2006.<p&g

70、t;　　8　　程序如下　　#include<reg52.h>　　#define uchar unsigned char 　　#define uint unsigned int</

71、p>　　sbit rs=P2^1;　　sbit lcden=P2^3;　　sbit rw=P2^2;　　sbit s1=P3^0;　　sbit s2=P3^1;　　sbit s3=P3^2;</p

72、>　　sbit p26=P2^6;　　sbit p27=P2^7;　　sbit p37=P3^7;　　uchar count,s1num;　　char miao,shi,fen;　　uchar code

73、 table[]=" 2013-7-05 FIR";　　uchar code ntime[]=" 00:00:00";　　void delay(uint z)　　{

74、uint x,y;　　for(x=z;x>0;x--)　　for(y=110;y>0;y--);　　}　　void write_date(uchar date)

75、　　{　　rs=1;　　rw=0;　　lcden=0;　　P0=date;<

76、/p>　　delay(5);　　lcden=1;　　delay(5);　　lcden=0;

77、　　}　　void write_com(uchar com)　　{　　rs=0;　　rw=0;&

78、lt;p>　　lcden=0;　　P0=com;　　delay(5);　　lcden=1;　　d

79、elay(5);　　lcden=0;　　}　　void init()　　{　　uchar nu

80、m;　　p26=0;　　p27=0;　　lcden=0;　　//fen=59;　　//miao=53;</

81、p>　　//shi=23;　　write_com(0x38);　　write_com(0x0c);　　write_com(0x06);　　write_com(0x01);　　write_com(0x8

82、0);　　for(num=0;num<15;num++)　　{　　write_date(table[num]);　　delay(5);<b&g

83、t;　　}　　write_com(0x80+0x40);　　for(num=0;num<12;num++)　　{　　write_date(ntime[num]);&l

84、t;b>　　delay(5);　　}　　TMOD=0x01;　　TH0=(65536-50000)/256;　　TL0=(65536-50000)%256;<b

85、>　　EA=1;　　ET0=1;　　TR0=1;　　}　　void write_shifenmiao(uchar add,uchar

86、 date)　　{　　uchar shi,ge;　　shi=date/10;　　ge=date%10;　　write_com(0x80+0x40+add);<p&

87、gt;　　write_date(0x30+shi);　　write_date(0x30+ge);　　}　　void keyscan()　　{<b&g

88、t;　　p37=0;　　if(s1==0)　　{　　delay(5);　　if(s1==0)

89、　{s1num++;　　while(!s1);　　if(s1num==1)　　{　　TR0=0;　　write_com(0x80+0x40+10);&l

90、t;/p>　　write_com(0x0f);　　}　　}　　if(s1num==2)　　{<p&g

91、t;　　write_com(0x80+0x40+7);　　}　　if(s1num==3)　　{　　write_com(0x80+0x40+4);<b

92、>　　}　　if(s1num==4)　　{　　s1num=0;　　write_com(0x0c);　　TR0=

93、1;　　}　　}　　if(s1num!=0)　　{　　if(s2==0)<

94、;/b>　　{　　delay(5);　　if(s2==0)　　{　　wh

95、ile(!s2);　　if(s1num==1)　　{　　miao++;　　if(miao==60)　　miao=0;

96、　　write_shifenmiao(10,miao);　　write_com(0x80+0x40+10);　　}　　if(s1num==2)　　{<

97、;/p>　　fen++;　　if(fen==60)　　fen=0;　　write_shifenmiao(7,fen);　　write_com(0x80+0x40+7);

98、　　}　　if(s1num==3)　　{　　shi++;　　if(shi==24)<p

99、>　　shi=0;　　write_shifenmiao(4,shi);　　write_com(0x80+0x40+4);　　}　　}

100、　　}　　if(s3==0)　　{　　delay(5);　　if(s3==0)&

101、lt;/b>　　{　　while(!s3);　　if(s1num==1)　　{　　/*if(miao==0)<p&g

102、t;　　{　　miao=59;　　write_shifenmiao(10,miao);　　write_com(0x80+0x40+10);　　}*/</

103、p>　　miao--;　　if(miao==-1)　　miao=59;　　write_shifenmiao(10,miao);　　write_com(0x80+0x40

104、+10);　　}　　if(s1num==2)　　{　　fen--;　　if(fen==-1)

105、　　fen=59;　　write_shifenmiao(7,fen);　　write_com(0x80+0x40+7);　　}　　if(s1num==3)

106、　　{　　shi--;　　if(shi==-1)　　shi=23;　　write_shifenmiao(4,shi);

107、　　write_com(0x80+0x40+4);　　}　　}　　}　　}&

108、lt;p>　　}　　void main()　　{　　init();　　while(1)&l

109、t;p>　　{　　keyscan();　　}//　　while(1);　　}<p&g

110、t;　　void timer0() interrupt 1　　{　　TH0=(65536-50000)/256;　　TL0=(65536-50000)%256;　　count++;</p&g

111、t;　　if(count==18)　　{　　count=0;　　miao++;　　if(miao==60)<

112、;p>　　{　　miao=0;　　fen++;　　if(fen==60)　　{<p&

113、gt;　　fen=0;　　shi++;　　if(shi==24)　　{　　shi=0;<p

114、>　　}　　write_shifenmiao(4,shi);　　}　　write_shifenmiao(7,fen);　　}&l

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