基于at89s52單片機的數字電子時鐘設計(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 0000H～ FFFFH）程序存儲器（ ROM）， 32位 I/O 口線，看門狗定時器， 2 個數據指針，三個 16 位定時器 /計數器，一個 6向量 2 級中斷結構，全雙工串行口內晶振及時鐘電路。 其中，數據存儲器（ RAM）用于存放各種運算的中間結果，作緩存和數據暫存，以及設置特征標志等。 AT89S52 的片內數據存儲器用位尋址方式，最大尋址范圍為 256 字節（ 00H～ FFH）。按使用情況不同可分成低 128 字節（ 00H～ 7FH）和高 128 字節（ 80H～ FFH）。其中低 128 字節為真正的 RAM 存儲器，高 128 字節為特殊功能寄存器（ SFR）區，如累加器 ACC、程序狀態字 PSW、數據指針DPTR、程序計數器 PC 等。整個片內 RAM 區分布如圖 31 所示。 圖 31 片內 RAM 區 2 實驗板電路原理圖 實驗板電路結構框圖如圖 32 所示，原理電路圖（只有本設計所需部分）見附錄 A。 圖 32 實驗板結構框圖 功能電路分析 時鐘電路 實驗板的時鐘振蕩源 電路如圖 33 所示。其中 JT 為 的晶振，改變兩電容 CB 的值即可對此晶振頻率進行調節。該電路提供單片機工作所需的振蕩頻率，計算定時器初值即需此晶振頻率，在通信時也需知道晶振頻率，以對波特率進行計算。 圖 33 時鐘電路 復位電路 如圖 34 所示為實驗板的復位電路，當 RESET 信號為低電平時，實驗板為工作狀態，當 RESET 信號為高電平時，實驗板為復位或下載程序狀態。由于AT89S52 具有 ISP 的功能，即可以通過并口線直接將程序下載到單片機內，因此， AT89S52 具 有兩種狀態，下載程序狀態和運行狀態。該復位電路能實現上電自動復位，也能手動復位，一般復位時 RESET 應保持 20 毫秒以上高電平，此復位時間由接地電容控制。 3 圖 34 復位電路 鍵盤電路 如圖 35 所示為陣列按鍵電路，各設置及轉換信號由此電路輸入，實驗板提供了 16 個按鍵，由 P1 口經 SN74F244（驅動芯片）輸出擴展成 4 4 的陣列按鍵， ～ 為行線， ～ 為列線。 SN74F244 有一片選信號線 G ，當此口線為低電平時， A1～ A4 與 Y1～ Y4 接通，反之 ， A1～ A4 與 Y1～ Y4 斷開。 此鍵盤用掃描工作方式，若有鍵按下，則相應位端口被拉低為低電平，由于本系統只用了 4 個按鍵，所以只需對 4 個按鍵進行掃描。掃描時，先置 口為高電平，向 P1 口送 0EFH（ MOV P1， 0EFH），再置 口為低電平，讀P1 口（ MOV A， P1），最后判斷 P1 口低 4 位哪位是低電平，若某位為低電平，則相應按鍵被按下，如 為低電平（ =0），則 K1 鍵被按下。 圖 35 陣列按鍵 數碼顯示電路 如圖 36 所示為數碼顯示電路，實驗板使用了 6 個共陽 數碼管， P0 口為段碼信號線， B1～ B6 為位控線，是 P1 口經 SN74F573（反向驅動芯片，即輸入為高電平，則輸出為低電平，反之則輸出為高電平，該芯片也有一片選信號 C，當 4 此信號為高電平時有效）反向得到，再由 B1～ B6 控制晶體管 Q1～ Q6，以達到控制每位數碼管的目的。 系統采用動態顯示，先向 P0 口送第一位數碼管需要顯示的段碼值，再給 P1口送 0FEH，延時 1 毫秒使第一位數碼管顯示，又向 P0 口送第二位數碼管需要顯示的段碼值， P1 口送 0FDH，延時 1 毫秒，使第二位數碼管顯示。依次遞推，直到最后一位數碼管，然后再循環。 改變延時時長可以調節數碼管顯示的亮度，由于單片機執行速度很快（微秒級），所以看上去數碼管一直亮著。 圖 36 數碼顯示電路 蜂鳴器電路 其硬件原理圖如圖 37 所示。此電路用于定時時發出提示音。 SPEAKER 與 口相連，當 SPEAKER 輸出高電平時蜂鳴器不響，而 SPEAKER 輸出低電平時蜂鳴器發出響聲。只需控制 SPEAKER 輸出高低電平的時間和變化頻率，就可以讓蜂鳴器發出不同的聲音。此電路用于產生定時器提示音。 圖 37 蜂鳴器電路 本章小節 本章主要對芯片作了介紹，對其 內存單元作了詳細說明，并對系統硬件（實驗板）的結構框圖和各功能電路作了說明，以及這些電路在本設計中的用途。 1 4 系統軟件設計 數據單元分配 數據存儲單元分配 數據存儲單元分配如下表所示： 項目 秒 分 時 日 月 年 存儲單元 30H 31H 32H 33H 34H 35H 項目 定時 1：開關 定時 1：分 定時 1：時 定時 2：開關 定時 2：分 定時 2：時 存儲單元 36H 37H 38H 39H 3AH 3BH 項目 定時 3：開關 定時 3：分 定時 3：時 存顯示首地址 堆棧起始 單元 存儲單元 3CH 3DH 3EH 3FH 50H 標志位單元分配 標志位單元（ 20H）分配如下表所示： 位單元 項目 位單元 項目 01H 2 位數碼管閃爍標志位 08H 定時 1 顯示標志位 02H 09H 定時 2 顯示標志位 03H 4 位數碼管閃爍標志位 0AH 定時 3 顯示標志位 04H 0BH 定時 1 響鈴標志位 05H 6 位數碼管顯示標志位 0CH 定時 2 響鈴標志位 06H 0DH 定時 3 響鈴標志位 07H 日期顯示標志位 0EH 總響鈴標志位 計時時鐘實現的基本方法 時鐘的最小計時單位是秒，使用定時器的方式 1，最大的定時時間也只能達到 131 毫秒?？砂讯〞r器的定時時間定為 50 毫秒，這樣，計數溢出 20 次即可得到時鐘的最小計時單位 ─ 秒。計數 20 次可以用軟件實現，對定時器溢出次數進行計數，計滿 20 次即為 1 秒。從秒到分，從分到時，以及日、月、年都是通過軟件累加并進行比較的方法實現的。 2 實現時鐘程序設計步驟 系統采用模塊化結構，主程序只需調用各個子程序模塊即可實現相應功能。其模塊結構圖如圖 41 所示。 圖 41 程序各模塊方框圖 主程 序模塊設計 整個程序進行模塊化設計，主程序只需調用相應的程序即可。主程序流程如圖 42 所示。 圖 42 主程序流程圖 3 計時子程序模塊的實現 當 T0 中斷時，執行本程序，因 T0 設為 50 毫秒中斷，故中斷 20 次為 1 秒。中斷程序分別有 20 次計數（ 1 秒）， 60 次計數（ 1 分）， 60 次計數（ 1 小時）， 24次計數（ 1 天）， 2 2 31 次計數（ 1 個月）， 12 次計數（ 1 年）。當前位到設定數值時寫 0 或 1，下一位加 1。由于本世紀是 21 世紀，年位前兩位是 4的倍數，故判斷閏年時只需對年的后兩位進行計算，能被 4 整 除為閏年，否則為平年，年位只進行加 1，大于 99 時又重新開始。計時中斷流程圖如圖 43 所示。 圖 43 計時子程序流程圖 圖 44 顯示子程序流程圖 4 顯示子程序模塊的實現 顯示原理在 節已給予了說明，流程圖如圖 44 所示。 時鐘設定子程序模塊的實現 當設定時間時，斷開 T0 中斷，秒單元清 0，進入時、分單元設定。設定好后重裝 T0 初值，開 T0 中斷。流程圖如圖 46 所示。 圖 46 時鐘設定子程流程圖 日期、定時設定子程序模塊的實 現 日期、定時的設定同時鐘設定。定時設定時，把時鐘的秒位換成定時標志位，“ 00”為當路定時關，“ 01”為當路定時開，流程圖與時鐘設定程序相似。 程序說明 定時器初值計算 因定時器工作于方式 1，需要 50ms 的中斷，所以計數初值 : χ =216 t fosc／ 12=65536 50 103 106／ 12=19456 表示成十六進制為 χ =4C00H， 故 （ TH0） =4CH，（ TL0） =00H。 程序初始化 程序初始化時 ， 清相應內存單元 （ 20H～ 4FH 共 48 個單 元 ）， 送時間 （ 00時 00 分 00 秒 ） 、日期 （ 07 年 10 月 01 日 ） 初值 ， 送定時器 T0、 T1 初值 ， TH0= TH1=4CH， TL0= TL1=00H， 特殊寄存器 （ SP=50H、 TMOD=11H） 值等。 5 誤差分析及校正 當 T0 中斷時，需重裝定時初值，且要加上從斷開 T0 中斷到允許 T0 中斷共有 13 個周期，以減小誤差，故理論重裝定時初值為（ TH0） =4CH，（ TL0） =13H。但該外接晶振電路的晶振頻率可調，可能出現誤差，所以實際不是這個值。 經調試，當定時初值為（ TH0） =4CH，（ TL0） =06H 時， 24 小時約慢 2 秒，所以每當計時 24 小時之后，給秒單元（ 30H）送 02H，使秒累加時從 2 加起，24 小時就少加 2 秒，即可使時間得到校正。 實現閃動設定 閃動可選用段碼送 00H 實現，也可禁止當前位顯示，選通位送 0 實現。本設計選用后者實現閃動，用定時器 T1 進行控制。 實現連續加 1 先判斷鍵是否松開，若松開，則只執行一次加 1 程序段，進行單次加 1；若未松開則連續執行加 1 程序段，實現連續加 1。每執行一次加 1 程序段就調用顯示子程序進行延時，以對調節速度進行控制。本系統以 5Hz 的速度連續加 1，這樣能快速對 時間、日期、定時進行設定。 定時音與顯示相沖突問題及解決方案 由于蜂鳴器響時 口的電平呈高頻變化，頻率 1K～ 2K，其間隙時間為～ 1 毫秒，小于 6 毫秒，因顯示時每個數碼管顯示 1 毫秒，至少需要 6 毫秒，故蜂鳴器響時無法進行顯示。為解決此問題，可增加鎖存器，采用靜態顯示；也可增加一語音芯片，既可解決此問題，也可把定時音換成音樂或語音提示，或增加其它功能，使系統功能更強。 本章小節 本章主要對系統的軟件設計進行了詳細說明，從數據單元及標志單元的分配，到各子程序模塊的實現方法，以及對時鐘 的誤差分析、校正，定時音與顯示相沖突問題及解決方案。 1 5 系統調試 該時鐘程序的功能模塊先后實現的順序為：主程序→時間模塊→顯示模塊→鍵盤模塊→時間設定及其顯示模塊→日期及其顯示模塊→日期設定及其顯示模塊→定時及其顯示模塊→定時設定及其顯示模塊→定時提示音及與顯示相沖突的協調模塊。每完成一個模塊就與前一個已完成的模塊結合起來調試，直至實現相應功能，再編寫下一模塊程序。在與主程序銜接時，主程序和各子程序也需作相應的改動，以便與子程序更好的銜接，特別是顯示子程序需作較大改動，以便對不同內容進行顯示。 程序用 偉福軟件進行匯編語言程序編寫，該軟件還可進行軟件仿真。用匯編語言編好程序后，先編譯，把匯編語言編譯成二進制代碼和十六進制代碼。若編譯無法進行，說明程序有語法錯誤，需進行修改。編譯成功后則可進行軟件仿真，仿真可單步運行，也可連續運行。仿真時應調出數據窗口，看各單元數據是否正確，這是軟件仿真的目的。當然，有些錯誤軟件仿真不容易發現，這就得把編譯得到二進制代碼或十六進制代碼下載到實驗板上運行（用 Easy 51Pro 下載軟件，與實驗板相配的下載軟件。下載時先擦再寫，若不能能正常寫入，則再擦，再寫，直到寫入芯片），看 是否正常，若不正常，再根據出錯的地方返回用軟件仿真，查看相應的數據單元，再修改程序，這樣反復調試，直至程序可用，在實驗板上能正常運行。 待程序調試成功后即可燒寫到實驗板上，讓其運行，至此，完成系統調試。 1 結束語 經過兩個多月的工作，基于單片機的電子時鐘系統的設計已經完成。經試驗驗證，滿足設計要求。由于加入了計時修正，在精度方面已經相當準確了，不過還可以達到更高精度，需要精確計算定時器 T0 中斷次數的誤差，再予以修正；在軟件的定時部分可以進行改進，用循環程序實現，每次循環只需更改相應單元即可，這樣使程序精簡。由 于時間原因，沒能實現這兩部分。該系統的擴展功能由于硬件原因不能實現，以后如硬件允許可以實現這部分功能，還可增加其它功能。 本次設計主要涉及了 單片機原理及接口技術 的相關知識 和匯編語言 編程的諸多要領。設計中涉及的許多問題，更是對以前所學的知識的回顧及在過去的三年中學到知識的系統總結，這次設計對我們將來的工作有 很大 的幫助。 在設計中，我積極查閱資料，細心鉆研各個細節，完成了 多功能時鐘的開發與調試 ，也讓我們明白了在設計中考慮問題應該全面 。 在設計中既鍛煉了我的動手能力，又學會查閱資料，提煉需要的信息。 由于本人水平有 限，文中 難免出現錯誤與 不足 之處 ，懇請各位老師批評指正 。 1 致謝 首先要感謝我的家人，是他們讓我能上大學；在大學里，先要學會學習才能學的更好，是老師教了我怎樣學習，到現在能完成畢業設計，都少不了老師的功勞；在整個設計過程中，從硬件電路圖到軟件編程，應用了相當多的知識，包含了大學三年所學的知識，在此向各位任課老師表示感謝。 在設計 過程 中，指導老師 李俊老師 給予了我很大幫助 ，李老師 對設計中出現的 問題作了及時講解和耐心指導， 使 我的 設計得以順利完成。在此 ，特 向 李俊 老師表示感謝 ；同時，很多同學也給我提供了很多幫助，也向幫助 我的同學表示感謝。 1 附錄 A：實驗板原理圖 1 附錄 B：程序清單 ORG 0000H LJMP START ORG 000BH LJMP INTT0 ORG 001BH LJMP INTT1 。。主程序 。。 ORG 0020H START: MOV R0,20H 。清 20H4FH 共 48 個單元 MOV R7,30H 。20H,21H 標志用 CLEARA: MOV @R0,00H INC R0 DJNZ R7,CLEARA CLR CLR CLR MOV SP,50H MOV 33H,01H MOV 34H,0AH MOV 35H,07H MOV TMOD,11H 。設 T0、 T1為 16 位定時器 MO