單片機論文基于51單片機的數(shù)字鐘設(shè)計

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1、基于 51 單片機的數(shù)字鐘設(shè)計 姓名： 學號： 專業(yè)： 摘 要：本文設(shè)計了一個單片機多功能定時系統(tǒng)，配置了外圍設(shè)備，構(gòu)成了一個可編程的計時定時系統(tǒng)，有體積小，可靠性高，功能強等特點。它可避免多種控制器的混淆，利用一個控制器對多路電器進行控制，同時又可以進行時鐘校準和定點打鈴。它可執(zhí)行不同的時間表的打鈴，可任意設(shè)置時間。這種智能化產(chǎn)品減輕了人的勞動，擴大了數(shù)字化范圍，為家庭數(shù)字化提供了可能。不僅能滿足所需要求而且還有很多功能可供開發(fā)，有著廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。 關(guān)鍵詞：MCS-51單片機、數(shù)字鐘、多功能定時器 1 引言 在日常生活和工作中，我們常用到定時控制，早期的一

2、些時間控制單元定時準確性和重復精度都不理想，現(xiàn)在大多都是基于數(shù)字技術(shù)的新一代產(chǎn)品，隨著單片機性價比的不斷提高，新一代產(chǎn)品的應(yīng)用也越來越廣泛。它功能強大，體積小，質(zhì)量輕，靈活好用，配以適當?shù)慕涌谛酒?，可以?gòu)造各種各樣、功能各異的微電子產(chǎn)品。 隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，家用電器和辦公電子設(shè)備逐漸增多，不同的設(shè)備都有自己的控制器，使用起來很不方便。根據(jù)這種實際情況，本文設(shè)計了一個單片機多功能定時系統(tǒng)，它可避免多種控制器混淆，利用一個控制器對多路電器進行控制，同時又可以進行時鐘校準和定點打鈴。它可執(zhí)行不同的時間表的打鈴，任意設(shè)置時間。這種智能化產(chǎn)品減輕了人的勞動，擴大了數(shù)字化范圍。它配置了外圍設(shè)備，構(gòu)

3、成了一個可編程的計時定時系統(tǒng)，具有體積小，可靠性高，功能強等特點。不僅能滿足所需要求而且還有很多功能可供開發(fā)，有著廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。 2 電路的硬件設(shè)計 復位電路：MCS-51單片機的復位由外部的復位電路來實現(xiàn)。復位引腳RST通過一個斯密特觸發(fā)器與復位電路相連，斯密特觸發(fā)器用來抑制噪聲，在每個機器周期的S5P2，斯密特觸發(fā)器的輸出電平由復位電路采樣一次，然后得到內(nèi)部復位操作所需要的信號。 時鐘電路：單片機各功能部件的運行都是以時鐘頻率為基準工作。因此，時鐘頻率直接影響單片機的速度，時鐘電路的質(zhì)量直接影響單片機系統(tǒng)的穩(wěn)定性，本文采用內(nèi)部時鐘方式。電路圖如下： 按鍵電路：

4、按鍵的開關(guān)狀態(tài)通過一定的電路轉(zhuǎn)換為高、低電平狀態(tài)。按鍵閉合過程在相應(yīng)的I/O端口形成一個負脈沖。抖動持續(xù)時間一般在5-10ms之間。本文采用獨立式按鍵，直接用I/O口線構(gòu)成單個按鍵電路，每個按鍵占用一條I/O口線，每個按鍵的工作狀態(tài)不會產(chǎn)生互相影響。電路圖如下： P1.0口表示功能移位鍵，按鍵選擇要調(diào)整的時十位、時個位、分十位或分個位。P1.1口表示數(shù)字“+“鍵，按下則對應(yīng)的數(shù)字加1。P1.2口表示數(shù)字“-”鍵，按下則對應(yīng)的數(shù)字減1。P1.3口表示時間表的切換，程序默認為日常時間表，當按下該開關(guān)，使輸入為低電平時，綠發(fā)光二極管表示當前執(zhí)行的是考試時間表。再按鍵，使鍵抬起，輸入維高

5、電平時，用紅發(fā)光二級管表示當前執(zhí)行的是日常作息時間表。 打鈴電路：P1.5口控制繼電器進而控制電鈴工作。當時鐘當前的時間和當前所執(zhí)行的時間表的時間一致時，相應(yīng)得標志位為1，P1.5口輸出高電平，控制繼電器閉合，從而合上開關(guān)，啟動電鈴進行打鈴。打鈴一定時間，標志位置0，P1.5輸出低電平，繼電器打開，電鈴停止工作。電路圖如下： 該電路可執(zhí)行兩個時間表,為了能夠從外觀上看出當前正在執(zhí)行的是那種時間表，在電路中加上了紅、綠兩個不同的發(fā)光二極管，當紅發(fā)光二極管接通時，表示當前正在執(zhí)行日常作息時間表；當綠發(fā)光二極管接通時則表示當前正在執(zhí)行的是考試時間表。電路圖如下： 電源電

6、路設(shè)計：電源電路包括變壓器、橋式整流器、電容和穩(wěn)壓器。通過變壓器變壓，使得220V電壓變?yōu)? V，在通過橋式整流，電容的濾波作用，穩(wěn)壓器的穩(wěn)壓作用，可輸出5V的穩(wěn)定電壓。 3 電路的軟件設(shè)計 本設(shè)計的軟件程序包括主程序、中斷子程序、打鈴子程序、時鐘顯示子程序、查詢時間表切換程序和延時子程序等等。另外由于電路中有四個按鍵，還設(shè)計了防抖動程序來防止干擾。軟件程序整個流程圖如下： 開始 初始化 是 是否按時間表切換鍵 切換時間表 否 查詢功能移位鍵 調(diào)整時間 是 調(diào)用打鈴子程序 是否與時間表時

7、間匹配 否 定時程序設(shè)計：單片機的定時功能也是通過計數(shù)器的計數(shù)來實現(xiàn)的，此時的計數(shù)脈沖來自單片機的內(nèi)部，即每個機器周期產(chǎn)生一個計數(shù)脈沖，也就是每經(jīng)過1個機器周期的時間，計數(shù)器加1。如果MCS-51采用的12MHz晶體，則計數(shù)頻率為1MHz，即每過1us的時間計數(shù)器加1。這樣可以根據(jù)計數(shù)值計算出定時時間，也可以根據(jù)定時時間的要求計算出計數(shù)器的初值。MCS-51單片機的定時器/計數(shù)器具有4種工作方式，其控制字均在相應(yīng)的特殊功能寄存器中，通過對特殊功能寄存器的編程，可以方便的選擇定時器/計數(shù)器兩種工作模式和4種工作方式。 定時器/計數(shù)器工作在方式0，為13位

8、的計數(shù)器，由TLX(X=0、1)的低5位和THX的高8位所構(gòu)成。TLX低5位溢出則向THX進位，THX計數(shù)溢出則置位TCON中的溢出標志位TFX. 當定時器/計數(shù)器工作于方式1，為16位的計數(shù)器。本設(shè)計師單片機多功能定時器，所以MCS-51內(nèi)部的定時器/計數(shù)器被選定為定時器工作模式，計數(shù)輸入信號是內(nèi)部時鐘脈沖，每個機器周期產(chǎn)生一個脈沖使計數(shù)器增1。 實時時鐘實現(xiàn)的基本方法：時鐘的最小計時單位是秒，我們可把定時器的定時時間定為50ms。計數(shù)溢出20次即可得到時鐘的最小計時單位：秒。而計數(shù)20次可以用軟件實現(xiàn)。 秒計時是采用中斷方式進行溢出次數(shù)的累積，計滿20次，即得到秒計時。從秒到

9、分，從分到時是通過軟件累加并進行比較的方法來實現(xiàn)的。要求每滿1秒，則“秒”單元中的內(nèi)容加1；“秒”單元滿60，則“分”單元中的內(nèi)容加1；“分”單元滿60，則“時”單元中的內(nèi)容加1；“時”單元滿24，則將時、分、秒的內(nèi)容全部清零。 實時時鐘程序設(shè)計步驟： （1）選擇工作方式，計算初值； （2）采用中斷方式進行溢出次數(shù)累計； （3）從秒—分—時的計時是通過累加和數(shù)值比較實現(xiàn)的； （4）時鐘顯示緩沖區(qū)：時鐘時間在方位數(shù)碼管上進行顯示，為此在內(nèi)部RAM中要設(shè)置顯示緩沖區(qū)，共6個地址單元。顯示緩沖區(qū)從左到右依次存放時、分、秒數(shù)值； （5）主程序：主要進行定時器/計數(shù)器的初始化編程，然后反

10、復調(diào)用顯示子程序的方法等待中斷的到來。 （6）中斷服務(wù)程序：進行計時操作 （7）加1子程序：用于完成對時、分、秒的加操作，中斷服務(wù)程序在秒、分、時加1時共有三種條調(diào)用加1子程序，包括三項內(nèi)容：合字、加1并進行十進制調(diào)整、分字。 程序說明：在整個系統(tǒng)中，單片機的30H、31H和32H中存儲當前時間的時、分鐘和秒。由于要用數(shù)碼管顯示當前的時間，必須用到分字和合字，因此在33H、34H、35H、36H、37H和38H中存儲當前時間的時十位、時個位、分十位、分個位、秒十位和秒個位，方便顯示。本設(shè)計有由四個輕觸按鍵組成的小鍵盤，這些按鍵可以任意改變當前的狀態(tài)。 本設(shè)計采用查表方式，在程序

11、里預先存儲日常作息時間表和考試時間表，可通過按鍵來選擇所要執(zhí)行的時間表。并可區(qū)別當前所執(zhí)行的時間表。系統(tǒng)開機后，按功能移位鍵就可調(diào)整當前的時間，整個系統(tǒng)操作簡單，功能明確。顯示數(shù)據(jù)時，先把要顯示的數(shù)據(jù)送到數(shù)據(jù)緩沖區(qū)SBUF中，再從SBUF中顯示。串行口緩沖寄存器SBUF器是可直接尋址的專用寄存器。對于發(fā)送器，一般不需要雙緩沖。 4 結(jié)論 單片機多功能定時系統(tǒng)理論上能很好的達到了學要求，發(fā)揮了單片機在智能化方面的應(yīng)用。該設(shè)計很好的滿足當前需要，是一個理想的智能化的設(shè)計。它具有一個走時精確的實時鐘，可以任意設(shè)置時間，可以控制時間表的轉(zhuǎn)換，時鐘的顯示功能等。可以通過按鍵操作和數(shù)字顯示。該設(shè)計規(guī)模

12、小，但是功能多，操作簡單，造價低，應(yīng)用非常廣泛。該系統(tǒng)的設(shè)計為向家庭數(shù)字化方向發(fā)展又前進了一步。同時又擴大了單片機的應(yīng)用領(lǐng)域。 參考文獻 [1] 張景元.基于單片機的多用途定時器的設(shè)計與實現(xiàn).電子工程師2000年第8期 [2] 李洪濤.一種單片機控制的定時打鈴器.電子世界.1990年第2期 [3] 何業(yè)軍 李超.基于單片機控制的高精度定時打鈴器的設(shè)計.電子技術(shù).2001年第7期 [4] 關(guān)宗安 仲叢久.基于單片機實現(xiàn)的多路定時控制器的設(shè)計.沈陽航空工業(yè)學院報.2004年6月.第21卷第3期 [5] ATMEL.Microcontroller Data book.2002 [6] 張友德.單片微型機原理、應(yīng)用與實踐.上海：復旦大學出版社.1992 [7]李華.MCS-51系列單片機實用接口技術(shù)，北京：北京航空航天大學出版社.1993 [8]何希慶,高偉.MCS-51單片機原理、實驗、實例[M].山東:山東大學出版社.1989 [9]張毅剛,潭曉昀.MCS-51單片機應(yīng)用設(shè)計[M].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學出版社.1997 [10]房小翠，王金鳳.單片微型計算機與機電接口技術(shù)[M].北京國防工業(yè)出版社.2002