單片機課程設(shè)計--- 簡易數(shù)字鐘

1、<p><b>　　課程設(shè)計說明書</b></p><p>　　（2012 /2013學(xué)年第 二 學(xué)期）</p><p>　　課程名稱 ： 單片機應(yīng)用 </p><p>　　題 目 ： 簡易數(shù)字鐘 </p><p>　　專業(yè)班級 ： <

2、;/p><p>　　學(xué)生姓名 ： </p><p>　　學(xué) 號： </p><p>　　指導(dǎo)教師 ： </p><p>　　設(shè)計周數(shù) ： </p><p>　　設(shè)計成績 ：

3、 </p><p>　　2013年 6 月 26 日</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　第一章 課程設(shè)計目的***********************************3</p><p>　　第二章 課程設(shè)計任務(wù)*******************

4、****************3</p><p>　　2.1設(shè)計題目***************************************3</p><p>　　2.2原始數(shù)據(jù)及主要任務(wù)******************************3</p><p>　　2.3技術(shù)要求*************************************

5、**3</p><p>　　第三章 課程設(shè)計內(nèi)容***********************************3</p><p>　　3.1方案設(shè)計***************************************4</p><p>　　3.2 CD4511芯片功能和使用方法************************4</p>

6、<p>　　3.3 MCS-51單片機定時器/計數(shù)器介*******************5</p><p>　　3.4 綜合電路設(shè)計***********************************6</p><p>　　3.5單元電路設(shè)計*************************************7</p><p>　　3.5.

7、1鍵盤單元*************************************7</p><p>　　3.5.2數(shù)碼管顯示***********************************8</p><p>　　3.5.3時鐘產(chǎn)生單元**********************************8</p><p>　　3.5.4蜂鳴器電路單元****

8、****************************8 第四章 原理和仿真************************************9</p><p>　　3.6 原理圖和仿真圖*********************************9</p><p>　　3.7系統(tǒng)調(diào)試**************************************10</p

9、><p>　　3.8 實習(xí)心得體會**********************************11</p><p>　　參考文獻*****************************************13</p><p>　　附錄（c語言程序）*******************************14</p><p>&

10、lt;b>　　一、課程設(shè)計目的：</b></p><p>　　1.1綜合利用所學(xué)單片機知識完成一個單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計并在實驗室實現(xiàn)，從而加深對單片機軟硬知識的理解，獲得初步的應(yīng)用經(jīng)驗。</p><p>　　1.2學(xué)習(xí)AT89C51定時/計數(shù)器的原理及基本應(yīng)用，掌握多位數(shù)碼管動態(tài)顯示方法以及芯片CD4511等的特點。</p><p>　　1.3掌握K

11、eil uVision2 的使用方法和PROTEUS軟件使用過程。</p><p><b>　　二、課程設(shè)計任務(wù)</b></p><p>　　2.1設(shè)計題目：簡易數(shù)字鐘設(shè)計</p><p>　　2.2原始數(shù)據(jù)及任務(wù)：采用AT89S51作為控制單元，實現(xiàn)簡易數(shù)字鐘設(shè)計。1、確定總體設(shè)計方案；2、設(shè)計鍵盤輸入電路；3、設(shè)計顯示電路；4、合理分配地址

12、，編寫系統(tǒng)程序；5、利用Protel設(shè)計硬件電路原理圖和PCB圖；6、軟硬件聯(lián)機調(diào)試。</p><p><b>　　2.3技術(shù)要求</b></p><p>　　設(shè)計一臺以MCS-51為核心的簡易數(shù)字鐘。四位數(shù)碼管顯示小時和分鐘，中間的那個點來區(qū)分小時和分鐘；每秒用LED閃爍一下；用了4個按鍵，一個是選擇鍵，一個是加鍵，一個確認鍵。時間要精確，整點報時，聲音間隔為一秒，

13、并且可以調(diào)整時間調(diào)整位閃爍提示。</p><p><b>　　三、課程設(shè)計內(nèi)容</b></p><p>　　3.1：方案設(shè)計過程如下</p><p>　?。?）根據(jù)題目要求利用protel設(shè)計原理圖，請老師檢查是否有錯誤。</p><p>　?。?）利用仿真軟件protus鋪設(shè)電路，進行合理安排布局。</p>

14、<p>　?。?）學(xué)習(xí)keil編程軟件，按照功能要求進行編程。</p><p>　?。?）在確認無誤后，將程序加載到protus進行仿真。</p><p>　?。?）根據(jù)原理圖進行硬件焊接電路板和檢測。</p><p>　　單元器件選擇主要器件如下：</p><p>　　STC90C52AD+單片機（DIP40）；4位共陰數(shù)碼顯

15、示管，4個</p><p>　　470歐電阻，1個； 300歐電阻，7個； NPN三極管4個</p><p>　　1k歐電阻，4個； 晶振：12MHz，1個；</p><p>　　10K電阻，4個； 按鍵開關(guān)：4個；</p><p>　　LED二極管1個； 蜂鳴器1個； PNP三極管1個。</p>

16、<p>　　3.2CD4511簡介說明和使用方法</p><p>　　簡介：CD4511 是一片 CMOS BCD—鎖存/7 段譯碼/驅(qū)動器，用于驅(qū)動共陰極 LED （數(shù)碼管）顯示器的 BCD 碼—七段碼譯碼器。具有BCD轉(zhuǎn)換、消隱和鎖存控制、七段譯碼及驅(qū)動功能的CMOS電路能提供較大的拉電流?？芍苯域?qū)動共陰LED數(shù)碼管。 </p

17、><p>　　使用方法:其中a b c d 為 BCD 碼輸入，a為最低位。LT為燈測試端，加高電平時，顯示器正常顯示，加低電平時，顯示器一直顯示數(shù)碼“8”，各筆段都被點亮，以檢查顯示器是否有故障。BI為消隱功能端，低電平時使所有筆段均消隱，正常顯示時， B1端應(yīng)加高電平。另外 CD4511有拒絕偽碼的特點，當輸入數(shù)據(jù)越過十進制數(shù)9(1001)時，顯示字形也自行消隱。LE是鎖存控制端，高電平時鎖存，低電平時傳輸數(shù)據(jù)。

18、a～g是 7 段輸出，可驅(qū)動共陰LED數(shù)碼管。另外，CD4511顯示數(shù)“6”時，a段消隱；顯示數(shù)“9”時，d 段消隱，所以顯示 6、9 這兩個數(shù)時，字形不太美觀,若要多位計數(shù)，只需將計數(shù)器級聯(lián)，每級輸出接一只 CD4511 和 LED 數(shù)碼管即可。所謂共陰 LED 數(shù)碼管是指 7 段 LED 的陰極是連在一起的，在應(yīng)用中應(yīng)接地。限流電阻要根據(jù)電源電壓來選取，電源電壓5V時可使用300Ω的限流電阻。其真值表如下圖所示：</p>

19、<p>　　3.3 MCS-51單片機內(nèi)部定時器/計數(shù)器中斷系統(tǒng)簡介 </p><p>　　用定時／計數(shù)器T0，工作于定時，采用方式1，對6MHZ的系統(tǒng)時鐘進行定時計數(shù),形成定時時間50ms。計1200次分計數(shù)器自增1，時計數(shù)器加到24則時計數(shù)器清0。然后把分、時計數(shù)器分成十位和個位放到4個數(shù)碼管的顯示緩沖區(qū)，通過數(shù)碼管顯示出來。在處理過程中加上了按鍵判斷程序，能對按鍵處理。</p>

20、<p><b>　　3.4綜合電路設(shè)計</b></p><p>　　本系統(tǒng)共有兩部分構(gòu)成，即硬件部分與軟件部分。其中硬件部分由電源輸入部分、鍵盤輸入部分、復(fù)位部分、晶振部分、顯示部分、報警部分部分組成，軟件部分對應(yīng)的由主程序、初始化程序、LED顯示程序、鍵盤掃描程序、啟動程序、關(guān)閉程序、按鍵功能程序、EEPROM讀寫程序和延時程序等組成。其原理框圖如下圖</p>&l

21、t;p><b>　　3.4.1鍵盤單元</b></p><p>　　鍵盤設(shè)計如下圖所示(P0口需要通過上拉電阻接到+5V電源，這點需注意，上拉電阻接法如下)</p><p>　　其中12個鍵的功能分配如下</p><p>　　S1: 選擇鍵 S2：加鍵 S3：減鍵 S4：確認鍵 </p><p>　

22、　采用掃描控制端口P0的值來確定有沒有鍵按下，按下的是那個鍵。</p><p>　　3.4.2數(shù)碼管顯示</p><p>　　我們采用共陰數(shù)碼管顯示共4個，段選端接P2口，位選段接P1口，具體接法如下：</p><p>　　數(shù)碼管位選端由P1口高四位的4個端口控制，分別通過NPN接到數(shù)碼管的公共端，其接法如上圖：</p><p>　　數(shù)碼管

23、顯示是單片機中應(yīng)用最為廣泛的一種顯示方式之一，</p><p>　　共陰極數(shù)碼管0到9十個數(shù)的代碼如下：</p><p>　　{0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66</p><p>　　,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f};</p><p>　　3.4.3時鐘產(chǎn)生單元</p><p>　　5

24、1單片機的時鐘信號通常用兩種電路形式得到：內(nèi)部振蕩方式和外部振蕩方式。 在引腳XTAL1和XTAL2外接晶體振蕩器(簡稱晶振)或陶瓷諧振器，就構(gòu)成了內(nèi)部振蕩方式。由于單片機內(nèi)部有一個高增益反相放大器，當外接晶振后，就構(gòu)成了自激振蕩器并產(chǎn)生振蕩時鐘脈沖。內(nèi)部振蕩方式的外部電路如下圖所示。 </p><p>　　圖中，電容器C起穩(wěn)定振蕩頻率、快速起振的作用，其電容值一般在5-30pF。晶振頻率的

25、典型值為12MH2，采用6MHz的情況也比較多。內(nèi)部振蕩方式所得的時鐘情號比較穩(wěn)定，實用電路中使用較多。外部振蕩方式是把外部已有 的時鐘信號引入單片機內(nèi)。這種方式適用來使單片機的時鐘與外部信號保持同步。 </p><p>　　3.4.4 蜂鳴器電路單元：如圖下所示 </p><p><b>　　第四章

26、原理和仿真</b></p><p>　　3.5 protel系統(tǒng)原理圖如下：</p><p>　　Protus仿真圖如下：</p><p><b>　　3.6系統(tǒng)調(diào)試</b></p><p>　　硬件調(diào)試時可先檢查面包板及焊接的質(zhì)量情況，在檢查無誤后可通電檢查LED顯示器的點亮狀況。若亮度不理想，可以調(diào)整P3

27、口的電阻大小，一般情況下取200Ω電阻即可獲得滿意的亮度效果。 </p><p>　　硬件調(diào)試：硬件調(diào)試是利用基本測試儀器（萬用表等），檢查用戶系統(tǒng)硬件中存在的故障。硬件調(diào)試可分為靜態(tài)調(diào)試與動態(tài)調(diào)試兩步進行。</p><p>　　靜態(tài)調(diào)試：是在用戶系統(tǒng)未工作時的一種硬件檢測。</p><p>　　第一步：目測。檢查外部的各種元件或者是電路是否

28、有斷點。</p><p>　　第二步：用萬用表測試。先用萬用表復(fù)核目測中有疑問的連接點，再檢測各種電源線與地線之間是否有短路現(xiàn)象。</p><p>　　第三步：加電檢測。給板加電，檢測所有插座或是器件的電源端是否符合要求的值 </p><p>　　第四步：聯(lián)機檢查。因為只有用單片機開發(fā)系統(tǒng)才能完成對用戶系統(tǒng)的調(diào)試。 </p><p>　　動態(tài)

29、調(diào)試：是在用戶系統(tǒng)工作的情況下發(fā)現(xiàn)和排除用戶系統(tǒng)硬件中存在的器件內(nèi)部故障、器件連接邏輯錯誤等的一種硬件檢查。動態(tài)調(diào)試的一般方法是由近及遠、由分到合。由分到合是指首先按邏輯功能將用戶系統(tǒng)硬件電路分為若干塊，當調(diào)試電路時，與該元件無關(guān)的 器件全部從用戶系統(tǒng)中去掉，這樣可以將故障范圍限定在某個局部的電路上。當各塊電路無故障后，將各電路逐塊加入系統(tǒng)中，在對各塊電路功能及各電路間可能存在的相互聯(lián)系進行調(diào)試。由分到合的調(diào)試既告完成。由近及遠是將信號

30、流經(jīng)的各器件按照距離單片機的邏輯距離進行由近及遠的分層，然后分層調(diào)試。調(diào)試時，仍采用去掉無關(guān)元件的方法，逐層調(diào)試下去，就會定位故障元件了。</p><p>　　軟件調(diào)試：軟件調(diào)試是通過對程序的匯編、連接、執(zhí)行來發(fā)現(xiàn)程序中存在的語法錯誤與邏輯錯誤并加以排除糾正的過程。</p><p>　　可以利用仿真器加以調(diào)試，對系統(tǒng)單個單元進行調(diào)試，當單元電路成功后，在對整個程序調(diào)試，最后在用CPU芯片調(diào)

31、試。</p><p>　　通過軟硬結(jié)合的方式對電路板進行硬件調(diào)試，硬件沒錯誤之后，開始進行軟件編程，直到整個功能實現(xiàn)，并進行優(yōu)化。</p><p>　　3.7 課程設(shè)計心得體會和收獲：</p><p>　　我經(jīng)過這兩個星期單片機課程設(shè)計的學(xué)習(xí)，我們組從畫原理圖。到的protus仿真圖修改，再到程序的編寫和電路板的焊接都主要是我自己解決的，，錯了向老師和同學(xué)們請教然后

32、再次去修改。在這個過程中我不僅加深了對單片機理論的理解，懂得了更多理論的知識，而且我還學(xué)會了將理論知識更好的運用到實際當中去。課程設(shè)計是對我們能力的訓(xùn)練，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，單片機已運用廣泛。在生活當中可謂是無所不在，小到遙控器、手機，大到電腦等家用電器，可以說跟我們的生活息息相關(guān)。因此作為二十一世紀的大學(xué)生來說掌握單片機的開發(fā)及時是十分重要的。</p><p>　　回想兩個星期的課程設(shè)計，真的是感慨頗多，從

33、剛剛開始的容易上手到后面的摸不著方向，通過查詢資料請教老師解決了所有的問題。通過這次的課程設(shè)計，讓我懂得了理論與實際的結(jié)合時非常重要的，只有結(jié)合起來才能得出想要的結(jié)論，從理論當中得出結(jié)論，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考能力。在設(shè)計的過程中發(fā)現(xiàn)自己的不足之處，對以前所學(xué)的知識理解的不夠深刻，掌握的不夠不夠牢固，比如對單片機的匯編語言不能理解，不懂得一些元件的運用等等。課程設(shè)計結(jié)束后，一定要把自己以前沒學(xué)有車的重新溫過一次。在設(shè)計中遇

34、到的許多的問題，都在老師的幫助下和同學(xué)的指導(dǎo)下完成了，讓我體會到了團隊合作的重要性，同時也感謝同學(xué)和老師對我的指導(dǎo)。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1]《電力電子技術(shù)基礎(chǔ)》（第五版）康華光主編 高等教育出版社。</p><p>　　[2]《單片機原理及應(yīng)用 》張毅剛 主編 高等教育出版社。<

35、/p><p>　　[3]《電路設(shè)計與制版Protel 99入門與提高》 老虎工作室編制。</p><p>　　[4]《PROTEUS入門實用教程》第2版 周潤景蔡雨恬編著機 械 工 業(yè) 出 版。</p><p>　　[5]《單片機10天征服你》郭天祥 哈爾濱工程大學(xué)錄制。</p><p>　　附錄： C語言實驗程序如下</p>

36、<p>　　#include <reg52.h></p><p>　　#define uchar unsigned char</p><p>　　#define uint unsigned int</p><p>　　uchar code table[]={0x10,0x20,0x30,0x40,0x50,0x60,0x70,0x80,0x90

37、}; </p><p>　　uchar t0,t1,min,hour,function,a0,a1,a2,a3;</p><p><b>　　bit shan;</b></p><p>　　void delay(uint count) ;</p><p>　　uchar keychuli();</p>

38、<p>　　uchar key();</p><p>　　void display(uchar,uchar,uchar,uchar);</p><p>　　void send();</p><p>　　void ini();</p><p>　　void chuli();</p><p>　　//******

39、*********主函數(shù)***************************</p><p>　　void main()</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　ini();</b></p><p><b>　　while(1)</b></p

40、><p>　　{display(16,16,16,17); </p><p>　　if(key()==1) //當k1按下后則定時器驅(qū)動時鐘開始走</p><p>　　{TR0=1;function=1;shan=0;</p><p><b>　　while(1)</b></p><p>　　

41、{send();// 送數(shù)</p><p>　　display(a0, a1, a2, a3); // 顯示</p><p>　　chuli(); //處理</p><p><b>　　}}}}</b></p><p>　　//*************初始化程序************************

42、**</p><p>　　voidini()</p><p><b>　　{</b></p><p>　　TMOD=0x01,TH0=0x3c,TL0=0xb0;TH1=0x3c,TL1=0xb0; // 定時50ms中斷一次</p><p>　　EA=1,ET0=1,TR0=0;ET1=1;TR1=0;</p

43、><p><b>　　}</b></p><p>　　//**************鍵值處理程序*************************</p><p>　　void chuli()</p><p>　　{switch(key())</p><p>　　{case 0:break;&l

44、t;/p><p>　　case 1:// 當按鍵k1按下后</p><p>　　{function++;// 判斷按下的次數(shù)</p><p>　　switch(function)</p><p>　　{case 1:TR0=1;TR1=0;shan=0;break;//一次條秒同時閃爍</p><p>　　case

45、2: //兩次調(diào)分同時閃爍</p><p>　　case 3://三次調(diào)分同時閃爍</p><p>　　case 4:TR0=0;TR1=1;shan=1;break;//四次跳出調(diào)整狀態(tài)時鐘繼續(xù)走時</p><p>　　case 5:function=1;TR0=1;TR1=0;shan=0;break;//輪流循環(huán)</p>

46、<p><b>　　}}</b></p><p><b>　　break;</b></p><p>　　case 2://k2鍵上調(diào)</p><p>　　{switch(function) </p><p>　　{case 1:break;</p>

47、<p>　　case 2:min++;if(min==60)min=0;break;</p><p>　　case 3:hour++;if(hour==24) hour=0;break;</p><p><b>　　}}</b></p><p><b>　　break; </b></p>

48、;<p>　　case 4: //k3鍵下調(diào)</p><p>　　{switch(function)</p><p>　　{case 1:break;</p><p>　　case 2:min--;if(min==255) min=59;break;</p><p>　　case 3:hour--

49、;if(hour==255) hour=23;break;</p><p><b>　　}}</b></p><p><b>　　break;</b></p><p><b>　　}}</b></p><p>　　//*************定時器0的中斷服務(wù)程序*****

50、************</p><p>　　void timer0() interrupt 1 using 3</p><p><b>　　{</b></p><p>　　TH0=0x3c,TL0=0xb0;</p><p><b>　　t0++;</b></p><p>

51、　　if(t0==1200)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　t0=0;</b></p><p><b>　　min++;</b></p><p>　　if(min==60)</p><p><b>　　{&

52、lt;/b></p><p><b>　　min=0;</b></p><p><b>　　hour++;</b></p><p>　　{if(hour==24)</p><p>　　hour=0;}}}}</p><p>　　//*************定時器

53、1的中數(shù)服務(wù)程序，對shan取反，以使燈閃爍***************</p><p>　　void timer1() interrupt 3 using 2</p><p><b>　　{</b></p><p>　　TH0=0x3c,TL0=0xb0;</p><p><b>　　t1++;</b

54、></p><p>　　if(t1==40)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　t1=0;</b></p><p>　　shan=~shan;</p><p><b>　　}}</b></p>&l

55、t;p>　　uchar keychuli()</p><p>　　{ uchar k; </p><p>　　k=P1; //P1口內(nèi)容送K</p><p>　　k=~k; //取反</p>

56、<p>　　k=(k&0xff); //屏蔽高4位,如果掃描8鍵，屏蔽該句。</p><p>　　return(k); //返回鍵值</p><p><b>　　}</b></p><p>　　//***函數(shù)原型：key();功能:鍵盤掃描函數(shù)，函數(shù)返回值即鍵值。</p&g

57、t;<p>　　uchar key()</p><p><b>　　{</b></p><p>　　uchar keyzhi,keyzhii; //電子鐘鍵盤按鍵鍵值臨時存放</p><p>　　keyzhi=keychuli(); //調(diào)P1口處理函數(shù)</p><p>　　if(

58、keyzhi!=0) //有鍵動作延時去抖動，否則函數(shù)返回</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　send();</b></p><p>　　display(a0, a1, a2, a3);</p><p>　　display(a0, a1, a2, a3);&

59、lt;/p><p>　　keyzhi=keychuli(); //再次調(diào)P1口處理函數(shù)</p><p>　　if(keyzhi!=0) //真正有鍵按下，取鍵值并暫存</p><p><b>　　{</b></p><p>　　keyzhii=keyzhi;</p><p>　

60、　while(keyzhi!=0) //判按鍵是否釋放，沒有釋放延時去抖動等待釋放</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　send();</b></p><p>　　display(a0, a1, a2, a3);</p><p>　　display(a0, a1,

61、 a2, a3);</p><p>　　keyzhi=keychuli();</p><p><b>　　}</b></p><p>　　keyzhi=keyzhii; //按鍵釋放后恢復(fù)按鍵鍵值</p><p><b>　　} } </b></p><p>　

62、　return(keyzhi); //返回按鍵鍵值</p><p><b>　　}</b></p><p>　　//***************顯示子程序****************************</p><p>　　void display(uchar a3,uchar a2,uchar a1,uchar a

63、0)</p><p>　　{P2=table[a3];P1=0x10;delay(1);P2=table[a2];</p><p>　　P1=0x20;delay(1);P2=table[a1];P1=0x40;</p><p>　　delay(1);P2=table[a0];P1=0x80;delay(1);</p><p>&l

64、t;b>　　}</b></p><p>　　//******************將數(shù)送至緩沖單元，當shan的標志位為1時，再根據(jù)此時的此時的功能標示，對該位熄滅******</p><p>　　void send()</p><p><b>　　{</b></p><p>　　a0=min%10

65、;</p><p>　　a1=min/10;</p><p>　　a2=hour%10;</p><p>　　a3=hour/10;</p><p>　　if(shan==1)</p><p>　　{switch(function)</p><p><b>　　{</b>

66、</p><p>　　case 2:a0=16,a1=16;break;</p><p>　　case 3:a2=16,a3=16;break;</p><p><b>　　}}}</b></p><p>　　//***********延時子程序基數(shù)為1毫秒*******************</p>

67、<p>　　void delay(uint count) </p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　uint j;</b></p><p>　　while(count--!=0)</p><p><b>　　{</b></