1、 - 1 -单片机课程设计说明书设计题目： proteus 环境下的电子时钟设计 系 别： 电控系 专业班级： 学生姓名： 学 号： 指导老师： 日 期： - 2 -目录1.设计要求31.1 实验目的31.2 系统功能31.2.1 基本功能31.2.2 扩展功能32.系统设计32.1 实验原理32.2 实验分析42.2.1 电路的总体设计42.2.2 程序的总体设计43.单元电路设计63.1 输入部分63.2 输出部分73.3 晶振与复位电路74 程序设计84.1 延时模块84.2 中断服务程序94.3 主程序115.系统仿真146.参考文献16- 3 -1.设计要求1.1 实验目的1. 学习
2、 8051 定时器时间计时处理、按键扫描及 LED 数码管显示的设计方法。2. 设计任务及要求 利用实验平台上 4 个 LED 数码管， 设计带有闹铃功能的数字时钟1.2 系统功能1.2.1 基本功能1. 在 4 位数码管上显示当前时间。显示格式“时时分分” 2. 由 LED 闪动做秒显示。3. 利用按键可对时间及闹玲进行设置，并可显示闹玲时间。当闹玲时间到蜂鸣器发出声响，按停止键使可使闹玲声停止。4.实现秒表功能（百分之一秒显示）1.2.2 扩展功能1.日历功能（能对年，月，日，星期进行显示，分辨平年，闰年以及各月天数，并调整）2.音乐闹铃（铃音可选择，闹铃被停止后，闪烁显示当前时刻 8 秒
3、后，或按键跳入正常时间显示状态）3.定时功能（设定一段时间长度，定时到后，闪烁提示）4.倒计时功能（设定一段时间长度，能实现倒计时显示，时间长减到 0 时，闪烁提示）5.闹铃重响功能（闹铃被停止后，以停止时刻开始，一段时间后闹铃重响，且重响时间的间隔可调）2.系统设计2.1 实验基本原理利用单片机定时器完成计时功能，定时器 0 计时中断程序每隔 0.01s 中断一次并当作一个计数，设定定时 1 秒的中断计数初值为 100，每中断一次中断计数初值减 1，当减到 0 时，则表示 1s 到了，秒变量加 1，同理再判断是否1min 钟到了，再判断是否 1h 到了。为了将时间在 LED 数码管上显示，可
4、采用静态显示法和动态显示法，由于- 4 -静态显示法需要译码器，数据锁存器等较多硬件，可采用动态显示法实现 LED显示，通过对每位数码管的依次扫描，使对应数码管亮，同时向该数码管送对应的字码，使其显示数字。由于数码管扫描周期很短，由于人眼的视觉暂留效应，使数码管看起来总是亮的，从而实现了各种显示。2.2 实验设计分析针对要实现的功能，采用AT89S51单片机进行设计，这样，既能做到经济合理又能实现预期的功能。在程序方面，采用分块设计的方法，这样既减小了编程难度、使程序易于理解，又能便于添加各项功能。2.2.1 电路的总体设计此次设计主要是应用单片机来设计电子时钟，硬件部分主要分以下电路模块：显
5、示电路用8个共阴数码管分别显示，星期（年份） ，小时、分钟（月份）和秒（日） ，通过动态扫描进行显示，从而避免了译码器的使用，同时节约了I/0端口，使电路更加简单。单片机采用AT89S51系列，这种单片机应用简单，适合电子钟设计。框架如下：2.2.2 程序的总体设计程序设计的整体思路为：接通电源，数码管显示星期数，时，分，秒。并且走时显示 LED 灯每隔 1秒改变一次明暗，此为正常工作模式。以下为在该工作方式下模式选择的按键方式：单片机输入部分晶振和复位输出部分- 5 -框图如下：主程序开始显示星期，时，分，秒是否有调 转？T0中断秒，分，时等进位闪烁提示显示日期并调整响铃提示时间调整闹铃设置
6、定时设置铃声测试秒表模式回主程序定时到按0键按0键闹铃到按1键按2键按3键按4键按5键按7键7键恢复按4键按8键按0键按0键倒计时启动并显示 回主程序秒表暂停秒表清零回主程序按7键- 6 -3.单元电路设计模块电路主要分为：输入部分、输出部分、复位和晶振电路。3.1 输入部分输入信号主要是各种模式选择和调整信号，由按键开关提供。以下为输入部分样例：在本实验中主要用用P3口输入按键信号，还用到了特殊的P0口。对于P0口，由于其存在高阻状态，为了实现开关功能，给其添加上拉电阻，具体如下图所示：- 7 -3.2 输出部分本电路的输出信号为7段数码管的位选和段选信号，闹铃脉冲信号，提示灯信号。本实验的
7、数码管是共阴的，为了防止段选信号不能驱动数码管，故在P1口连接上拉电阻后，再送段选信号，以提高驱动，位选信号直接从P2口接入，如下图：闹铃由P2.6端输出，模块如下：- 8 -3.3 晶振与复位电路本实验单片机时钟用内部时钟，模块如下：复位电路为手动复位构成，模块如下：各模块拼接组合，电路总体设计图如下：- 9 -4.程序设计4.1 延时模块数码管显示动态扫描时，用到延时程序，这里使用延迟 1ms 的程序，此程序需要反复调用程序如下：D_1MS:MOV R7,#2D_5:MOV R2,#250DJNZ R2,$DJNZ R7,D_5RET除数码管动态扫描外，数码管的闪烁提示，以及音乐模块也用到
8、了延时，只是延时的长短不同罢了，在此不再赘述。- 10 -4.2中断服务程序本实验中，计数器T0,T1中断都有运用，其中T0中断为时钟定时所用，T1中断用于音乐播放。NOYESYESNO计数器 T1 工作于方式 1， 当调用响铃程序时，其计数功能开启，为音乐音调不同频率的方波的形成，提供延时。其中断服务程序就是根据音调改变音乐方波输出口电平的高低，用语句 CPL 实现。中断服务程序中日历的实现较为复杂，要考虑平年，闰年，特殊的2月，每月的天数的不尽相同。具体的逻辑判断方法为：首先，要考虑年份是不是闰年，闰年的判断方法是：将年份除以100，若能整除，则将年份除以400，若还能整除，则为闰年，若不
9、能，则为平年；若不能被100整除，则判断是否能被4整除，若能，则为闰年，若不能则为平年。只有2月与平、闰年相关，因此在闰年和平年的子程序中，要判断是不是2月，若是则在相应的年中进行日期的增加，进入 T0 定时中断修正，重装计数初值按 7 键秒表的百分之一秒位，秒位，分位，时位的进位DEC PNUMPNUM=0，已到 1 秒MOV PNUM,#100 重装中断计数值INC SECOND 秒位加 1R3,R4 所存定时长度减 1分，时，日周，月，年的进位RETI 中断返回- 11 -若不是则转入平时的月份。其中1、3、5、7、8、10、12月是每月31天，4、6、9、11月为每月30天。日历进位判
10、断流程图如下：本实验用8个数码管，刚好能显示年，月，日，扫描显示与时间的扫描显示类似。年比较特殊，由两个寄存器存储，个位，十位为0时，表明年数能被100整除，若此时千位，百位组成两位数能被 4 整除，则年数被 400 整除，为闰年。若十位，个位组成两位数能被 4 整除，则年数能被 4 整除，为闰年。4.3 主程序主程序主要对按键进行扫描，以及判断定时和闹铃时间是否已到，若到则调年份能否被 100 整除N Y年份是否能被 4 整除 年份是否能被 400 整除N N平年 闰年YY是不是 2 月 是不是 2 月Y日=28 之后返回为 1 NN Y日=29 之后返回为 1若月份为 1、3、5、7、8、
11、10、12月则调用 31 天的程序若月份为 4、6、9、11 则调用 30天的程序- 12 -用相关程序，该段程序如下：MAIN:JNB P3.0,DATETZ ;按下0键，显示日期并可对日期进行调整JNB P3.1,ZSTZ1 ;按下1键，显示时间，并可调时JNB P3.2,NLTZZ ;按下2键，进行闹铃设置JNB P3.3,DSTZ ;按下3键，进行定时设置JNB P3.4,CESHI ;闹铃测试JNB P3.6,STOPWATCHTZ ;按下6键，进入秒表方式ACALL DISP ;调用时钟显示子程序JNB P0.6,RERING ;判断是否开启闹铃重响功能RE: JNB P2.7,D
12、SPDKQ ;判断是否开启闹铃功能，没开则去判断定时FMQPD: ;判断定时值R4,R3是否到零、闹铃时刻是否已到MOV A,HOUR;SUBB A,38H;JZ FEN ;判断小时数是否到闹铃所定时间，若到，则对分进行判断；若不到，则对定时进行判断AJMP DSPDKQFEN:MOV A,MINUTE;SUBB A,37H;JZ MIAO ;判断分是否到闹铃所定时间，若到，则对秒进行判断；若不到，则对定时进行判断AJMP DSPDKQMIAO:MOV A,SECONDSUBB A,#0- 13 -JZ SHENGYIN1 ;判断秒是否到闹铃所定时间，若到，则时，分，秒都到达闹铃时刻，进入响铃
13、子程序；若不到则判断定时AJMP DSPDKQRERING: ;闹铃重响判断程序JNB F0, RE ;标志位F0为0，不进行闹铃重响设定CPL F0MOV 3CH,#1 ;定时判断标志位赋1， 定时判断功能开启JNB P0.7,M1 ;闹铃重响间隔时间选取MOV R4,#0 ;闹铃重响间隔30秒MOV R3,#30AJMP MAINM1: ;闹铃重响间隔60秒MOV R4,#1MOV R3,#0AJMP MAINDSPDKQ: ;判断是否应该进行定时判断MOV A,3CH ;3CH是引入的判断因子，当其为0时，不对定时时间是否到0进行判断JNZ DSPD2 ;当3CH不是0时，跳转到定时判断
14、程序AJMP MAINDSPD2:MOV A,R4;JZ S_PD ;R4所存定时分数为0,则转而判断R3所存定时秒数AJMP MAIN;S_PD:- 14 -MOV A,R3;JNZ MAIN ;R4,R3所存参数减为0， 定时长度已到JNB P0.6,SHENGYIN2 ;闹铃重响功能开启时，跳入响铃程序AJMP TISHI ;不是闹铃重响定时，则定时时间到时，跳入提示程序AJMP MAINCESHI:ACALL RINGAJMP MAINSHENGYIN1: ;调用响铃子程序 LCALL RINGAJMP MAINSHENGYIN2:SETB F0 ;闹铃重响标志位设定LCALL RIN
15、G ;响铃CLR F0 ;标志位复位AJMP MAINNLTZZ: AJMP NLTZ1 ;跳入闹铃调整程序DSTZ:AJMP DSTZ1 ;跳入定时调整程序DATETZ:AJMP DATETZ1 ;跳入日期调整程序STOPWATCHTZ: AJMP STOPWATCHTZ1 ;跳入秒表程序5.系统仿真- 15 -通过硬件仿真平台Proteus，可以将设计效果仿真出来，根据效果，有目的的改变设计，优化程序。1.普通时间显示模式仿真图，表示：星期一 9点10分38秒2.日期调节，显示模式仿真图，表示：2010年7月10日3.闹铃调节显示仿真图，表示闹铃时刻为8点整- 16 -4.定时，倒计时显示
16、仿真图，表示此时定时初值已经减到54秒，及还有54秒定时到。定时最大值为59分59秒。5.秒表显示仿真图，表示秒表已经从0记到8.28秒。秒表可计时到小时，其中小时位数字可到99，即最大计时为100小时6.参考文献1王港元 编 电工电子实践指导 2006 年 2 月 江西科学技术出版社2华成英 童诗白 编 模拟电子技术基础 2006 年 5 月 高等教育出版社3王永洪 编 线性集成运算放大器及其应用 1989 年 2 月 机械工业出版社4张郁弘 庄灿涛 著 晶体管运算放大器及其应用1978 年 9 月 国防工业出版社5谢嘉奎 宣月清 冯军 编 电子线路（线性部分） 1999 年 6 月 高等教育出版社- 17 -附件：A.Proteus电路图
