網(wǎng)絡教育學院 單片機原理及應用 大作業(yè) 題 目 ： 單片機電子時鐘設計 學習中心： 層 次： ?？破瘘c本科 專 業(yè) ： 電氣工程及其自動化 年 級： 學 號： 學生 姓名 ： 大工 15秋 單片機原理及應用 大作業(yè) 具體要求： 1 作業(yè)內(nèi)容 從以下五個題目中任選其一作答。 2 正文格式 作業(yè)正文內(nèi)容統(tǒng)一采用宋體，字號為小四， 字數(shù)在 2000字以上 。 3. 作業(yè)提交 學生需要 以附件形式上交離線作業(yè)（附件的大小限制在 10選擇已完成的作業(yè)，點 “上交” 即可。如下圖所示。 4. 截止時間 2016 年 3 月 9 日。 在此之前，學生可隨時提交離線作業(yè)，如 需修改，可直接上傳新文件，平臺會自動覆蓋原有文件。 5. 注意事項 請同學 獨立完成作業(yè)，不準抄襲其他人或者請人代做，如有雷同作業(yè)，成績以零分計！ 題目 一 ： 單片機電子時鐘設計 準 則： 設計一個基 于 51單片 機 或 電子時鐘，并且能夠?qū)崿F(xiàn)時分秒的顯示和調(diào)節(jié) 撰寫 要求： （ 1） 首先介紹課題背景， 并進行需求分析及可行性分析， 包括軟硬件功能分配、核心器件的選型 等 ； （ 2） 對系統(tǒng)硬件進行設計，包括 硬件功能模塊劃分、電路原理圖設計 等 ； （ 3） 對系統(tǒng)軟件進行設計，選用匯編語言或 給出軟件開發(fā)流程 ； （ 4）總結：需要說明的問題以及設計的心得體會。 單片機電子時鐘設計 一、 引言 單片機技術在計算機中作為獨立的分支，有著性價比高、集成度高、體積少、可靠 性高、控制功能強大、低功耗、低電壓、便于生產(chǎn)、便于攜帶等特點，越來越廣泛 的被應用于實際生活中。單片機全稱，單片機微型計算機，從應用領域來看，單片 機主要用來控制系統(tǒng)運行，所以又稱微控制器或嵌入式控制器，單片機是將計算機 的基本部件微型化并集成在一塊芯片上的微型計算機。 二、時鐘的基本原理分析 利用單片機定時器完成計時功能，定時器 0 0 計時中斷程序每隔 斷一次并當作 一個計數(shù)，設定定時 1 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 1 ，當 減到 0 0 時，則表示 1s 到了，秒變量加 1 1 ，同理再判斷是否 1到了，再判斷是否 1h 到了。 為了將時間在 碼管上顯示，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) 示，通過對 每位數(shù)碼管的依次掃描，使對應數(shù)碼管亮，同時向該數(shù)碼管送對應的字碼，使其顯 示數(shù)字。由于數(shù)碼 管掃描周期很短，由于人眼的視覺暫留效應，使數(shù)碼管看起來總 是亮的，從而實現(xiàn)了各種顯示。 三、時鐘設計分析 針對要實現(xiàn)的功能，采用 片機進行設計， 片機是一款低功耗，高性能 單片機，片內(nèi)含 4線可編程（ 的可 反復擦寫 1000 次的 讀程序存儲器，器件采用高密度、非易失性存儲技術制 造，兼容標準 1 指令系統(tǒng)及 80腳結構。這樣，既能做到經(jīng)濟合理又能實現(xiàn)預期的功能。 在程序方面，采用分塊設計的方法，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 用這種方法，關鍵在于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構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，電路也無法設計。這是前期準備工作。第二部 分是硬件部分：依據(jù)想要的功能分塊設計設計，比如輸入需要開關電路，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：先學習理解匯編語言的編程 方法再根據(jù)設計的硬件電路進行分塊的編程調(diào)試，最終完成程序設計。第四部分是 軟件畫圖部分：設計好電路后進行畫圖，包括電路圖和仿真圖的繪制。第五部分是 軟件仿真部分：軟硬件設計好后將軟件載入芯片中進行仿真，仿真無法完成時檢查 軟件程序和硬件電路并進行修改直到仿真成功。第六部分是硬件實現(xiàn)部分：連接電 路并導入程序檢查電路，若與設計的完全一樣一般能實現(xiàn)想要的功能。最后進行功 能擴展，在已經(jīng)正確的設計基礎上，添加額外的功能！ 四、時鐘的實現(xiàn) A. 電路設計 1. 整體設計 此次設計主要是應用單片機來設計電子時鐘，硬件部分主要分以下電路模塊：顯示 電路用 8 8 個共陰數(shù)碼管分別顯示，星期（年份），小時、分鐘（月份）和秒（日） ，通過動態(tài)掃描進行顯示，從而避免了譯碼器的使用，同時節(jié)約了 I/0 端口，使電 路更加簡單。單片機采用 列，這種單片機應用簡單，適合電子鐘設計。 電路的總體設計框架如下： 2. 分塊設計 模塊電路主要分為：輸入部分、輸出部分、復位和晶振電路。 入部分 輸入信號主要是各種模式選擇和調(diào)整信號，由按鍵開關提供。 以下為輸入部分樣例 ： 在本實驗中主要用用 輸入按鍵信號，還用到了特殊的 。對于 ，由于其 存在高阻狀態(tài)，為了實現(xiàn)開關功能，給其添加上拉電阻，具體如下圖所示： 出部分 本電路的輸出信號為 7 7 段數(shù)碼管的位選和段選信號，鬧鈴脈沖信號，提示燈信號。 本實驗的數(shù)碼管是共陰的，為了防止段選信號不能驅(qū)動數(shù)碼管，故在 連接 上拉電阻后，再送段選信號，以提高驅(qū)動，位選信號直接從 接入，如下圖： 鬧鈴由 輸出，模塊如下： 振與復位電路 本實驗單片機時鐘用內(nèi)部時鐘，模塊如 下： 復位電路為手動復位構成，模塊如下： 各模塊拼接組合，電路總體設計圖如下 : B. 程序設計 序總體設計 本實驗用匯編程序完成 . . 程序總的流程圖如下： 序主要模塊 時模塊 數(shù)碼管顯示動態(tài)掃描時，用到延時程序，這里使用延遲 1程序，此程序需反復 調(diào) , , 除數(shù)碼管動態(tài)掃描外，數(shù)碼管的閃爍提示，以及音樂模塊也用到了延時，只是 延時的長短不同罷了，在此不再贅述。 斷服務程序 本實驗中，計數(shù)器 1 中斷都有運用，其中 斷為時鐘定時所用， 斷用于 音樂播放。 定時長度為 工作于方式 1 1 ，計數(shù) 1 1 次，時長 1故計數(shù)器計 數(shù) 10000 次，進入中斷，計數(shù)初值為 65536- 10000=55536=#0裝滿定時器需要 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 0 ，分加 一，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，需要時將其進行顯示。基 于以上考慮，以 倒計時中的秒， 倒計時的分，當秒加 1 1 時 一，減到 0 0 之后，秒賦值為 59 ，分減一，直到分為 0 0 。 計數(shù)器 作于方式 1 1 ， 當調(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 現(xiàn)。 中斷服務程序中日歷的實現(xiàn)較為復雜，要考慮平年，閏年，特殊的 2 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，則為平年；若不能被 100 整除，則判斷是否能被 4 4 整除，若能， 則為閏年，若不能則為平年。只有 2 2 月與平、閏年相關，因此在閏年和平年的子程 序中，要判斷是不是 2 2 月，若是則在相應的年中進行日期的增加，若不是則轉入平 時的月份。其中 1 1 、 3 3 、 5 5 、 7 7 、 8 8 、 10 、 12 月是每月 31 天， 4 4 、6 6 、 9 9 、 11 月為每月 30 天 。 日歷進位判斷流程圖如 下： 本實驗用 8 8 個數(shù)碼管，剛好能顯示年，月，日，掃描顯示與時間的掃描顯示類似。 年比較特殊，由兩個寄存器存儲，個位，十位為 0 0 時，表明年數(shù)能被 100 整除，若此 時千位，百位 組成兩位數(shù)能被 4 4 整除，則年數(shù)被 400 整除，為閏年。若十位，個位組成兩位數(shù)能被 4 整除，則年數(shù)能被 4 4 整除，為閏年。 程序主程序主要對按鍵進行掃描，以及判斷定時和鬧鈴時間是否已到，若到則調(diào)用相關 程序。 示子程序 8 8 個數(shù)碼管輪流進行顯示，分別顯示 1依賴人的視覺 暫留效 應，給人以數(shù)碼管持續(xù)高亮的錯覺。 日期的顯示，秒表的顯示，倒計時的顯示，調(diào)鬧鈴，調(diào)定時的顯示，閃爍的顯示程 序與以上的的掃描相似，有的以子程序的方式出現(xiàn)，通過子程序調(diào)用語句 用；有點直接嵌套在相應的程序里面，順序執(zhí)行，或者用調(diào)轉語句 用。 C C 程序調(diào)試及仿真 本程序通過 片機開發(fā)平臺實現(xiàn)程序的編譯，鏈接，生成 件。通過 硬件仿真平臺 聯(lián)合，可以將設計效果仿真出來，根據(jù)效果，有目的的 改變設計，優(yōu)化程序。 利用 真實驗過程截圖： 普通時間顯示模式仿真圖，表示：星期一 9 9 點 10 分 38 秒 五，總結 本文先從整體論述了設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。 附錄： 延時程序： 7,#2 2,#250 2,$ 7,程序： ;,38H; ,37H; ,#0 ;0, 0 1 ;1 ;4,#0 ;3,#30 按下 0 0 鍵，顯示日期并可對日期進行調(diào)整 按下 1 1 鍵，顯示時間，并可調(diào)時 按下 2 2 鍵，進行鬧鈴設置 按下 3 3 鍵，進行定時設置 鬧鈴測試 按下 6 6 鍵，進入秒表方式 調(diào)用時鐘顯示子程序 判斷是否開啟鬧鈴重響功能 判斷是否開啟鬧鈴功能，沒開則去判斷定時 判斷定時值 3 是否到零、鬧鈴時刻是否已到判斷小時數(shù)是否到鬧鈴所定時間， 若到，則對 分進行判斷；若不到，則對定時進行判斷 判斷分是否到鬧鈴所定時間，若到，則對秒進 行判斷；若不到，則對定時進行判斷 判斷秒是否到鬧鈴所定時間，若到，則時，分， 秒都到達鬧鈴時刻，進入響鈴子程序；若不到則判斷定時 鬧鈴重響判斷程序 標志位 0 0 ，不進行鬧鈴重響設定 定時判斷標志位賦 1 1 ， 定時判 斷功能開啟 鬧鈴重響間隔時間選取 鬧鈴重響間隔 30 秒 1: ; ; 鬧鈴重響間隔 60 秒 4,#1 3,#0 ; ; 判斷是否應該進行定時判斷 ,33引入的判斷因子，當其為 0 0 時，不對定時 時間是否到 0 0 進行判斷 ; 當 3是 0 0 時，跳轉到定時判斷程序 ,_,3;0 ;0 ; ; 顯示子程序： ; ; 所存定時分數(shù)為 0, 則轉而判斷 存定時秒 數(shù) 所存參數(shù)減為 0 0 ， 定時長度已到 鬧鈴重響功能開啟時，跳入響鈴程序 不是鬧鈴重響定時，則定時時間到時，跳入提 示程序 調(diào)用響鈴子程序 鬧鈴重響標志位設定 響鈴 標志位復位 跳入鬧鈴調(diào)整程序 跳入定時調(diào)整程序 跳入日期調(diào)