大工17春单片机原理及应用大作业题目及答案.doc

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《单片机原理及应用》大作业

题 目： 单片机的电子时钟设计

学习中心： 浙江龙游奥鹏学习中心
层 次： 专升本
专 业： 电气工程及其自动化
年 级： 16年 春季
学 号： 201604451977
学生姓名： 李 金 阳

大工17春《单片机原理及应用》大作业具体要求：
1 作业内容
从以下五个题目中任选其一作答。
2 正文格式
作业正文内容统一采用宋体，字号为小四，字数在2000字以上。
3. 作业提交
学生需要以附件形式上交离线作业（附件的大小限制在10M以内），选择已完成的作业，点“上交”即可。如下图所示。

4. 截止时间
2017年9月6日。在此之前，学生可随时提交离线作业，如需修改，可直接上传新文件，平台会自动覆盖原有文件。
5. 注意事项
请同学独立完成作业，不准抄袭其他人或者请人代做，如有雷同作业，成绩以零分计！

题目一：单片机电子时钟设计
准 则：设计一个基于51单片机或STM单片机的电子时钟，并且能够实现时分秒的显示和调节
撰写要求：（1）首先介绍课题背景，并进行需求分析及可行性分析，包括软硬件功能分配、核心器件的选型等；
（2）对系统硬件进行设计，包括硬件功能模块划分、电路原理图设计等；
（3）对系统软件进行设计，选用汇编语言或C语言编写程序，给出软件开发流程；
（4）总结：需要说明的问题以及设计的心得体会。

目 录

第一章 基于51系列单片机的电子时钟设计与制作的概述 - 5 -
1．设计任务与要求 - 5-
2．方案设计选择 - 6 -
3．系统主要方框图 -7-
第二章 硬件单元电路设计与参数计算 - 7 -
1．电源电路 - 7 -
2．单片机最小系统电路 - 7 -
3．按键电路 - 8 -
4．时钟电路 - 9 -
5．LCD1602显示电路 - 10 -
6．软件设计流程图 - 11 -
7．总原理图 - 11 -
第三章 仿真测试 - 12 -
第四章 程序 - 13 -
第五章 心得体会 - 19 -

第一章 基于51系列单片机的电子时钟
设计与制作的概述
前 言
目前，单片机正朝着高性能和多品种方向发展趋势将是进一步向着CMOS化、低功耗、小体积、大容量、高性能、低价格和外围电路内装化等几个方面发展。下面是单片机的主要发展趋势。单片机应用的重要意义还在于，它从根本上改变了传统的控制系统设计思想和设计方法。从前必须由模拟电路或数字电路实现的大部分功能，现在已能用单片机通过软件方法来实现了。这种软件代替硬件的控制技术也称为微控制技术，是传统控制技术的一次革命。
单片机模块中最常见的是数字钟，数字钟是一种用数字电路技术实现时、分、秒计时的装置，与机械式时钟相比具有更高的准确性和直观性，且无机械装置，具有更更长的使用寿命，因此得到了广泛的使用。
经多方查阅资料、反复论证设计出了这款简单实用的单片机电子时钟。
1．设计任务与要求
（1）首先介绍课题背景，并进行需求分析及可行性分析，包括软硬件功能分配、核心器件的选型等；
（2）对系统硬件进行设计，包括硬件功能模块划分、电路原理图设计等；
（3）对系统软件进行设计，选用汇编语言或C语言编写程序，给出软件开发流程；
（4）总结：需要说明的问题以及设计的心得体会。
2．方案设计选择
根据上述设计要求，结合现有元件，利用集成芯片完成具有以上功能的电路。
1）由于需要准确显示时钟日历（年月日时分秒），这里对于显示的选择比较：
（1）数码管显示，优点价格便宜，但是不能显示复杂的英文，显示出来很大，布线不易，不美观。
（2）LCD1602,价格适中，可以显示复杂的英文，功耗不大，外观较小，计较符合
（3）LCD12864,彩屏，如果用这些，可以显示中文，还用一些图片，但是价格较高，秉着合理利用的原则，不大材小用，决定放弃。
2）由于需要准确显示时钟日历（年月日时分秒），这里对应时钟的选择作出比较：
（1）可以利用单片机自己自带的定时器精确定时,在通过软件控制,这样就减少了硬件的成本,但是这样需要晶振绝对的稳定,而且掉电数据不保存,还没有年月星期的自动调整功能,对程序的要求很高,不易控制.
(2)DS1302它可以对年、月、日、周、日、时、分、秒进行计时，且具有闰年补偿等多种功能。不必在程序上做太多的处理,与单片机的接口简单,掉电有备用电池用来供电保存数据。所以非常适合要求
3）单片机的选型
（1）DSP（digital signal processor）是一种独特的微处理器，是以数字信号来处理大量信息的器件。它不仅具有可编程性，而且其实时运行速度可达每秒数以千万条复杂指令程序，远远超过通用微处理器，是数字化电子世界中日益重要的电脑芯片。它的强大数据处理能力和高运行速度，是最值得称道的两大特色。但是对于我们来说，一个是它需要你熟悉它，会运用，这个我们还没有达到。就算我们会用，在一个问题是价格贵，买不起，封装不是DIP的，不易实验，所以又是大材小用，很没有必要选择这么高级的。
（2）AT89S82是一款非常流行的单片机了，很适合我们的任务所需，但是他的下载电路并不是那么的简单，再说这个是国外生产的，何必用呢？
（3）STC89C52RC是非常值得推荐的，STC是在深圳的一家8051单片机设计生产公司。STC系列的单片机现在在中国的51单片机市场上占有较大比例。宏晶科技现已成长为全球最大的8051单片机设计公司，完完全全的中国制造，它是AT89S52的增强版本，技术成熟，运用稳定，下载电路非常方便，很适合我们选择用
5V电源

STC89C52RC
3．系统主要方框图
按键

液晶显示
时钟芯片

第二章 硬件单元电路设计与参数计算
1.电源电路
图中J1为电源插座，S5为带锁开关，要特别主意这来个的封装，很容易错。利用外部电源直接提供5V直流电源接入电源接口，再通过带锁开关控制导通情况。图中LED起到指示作用，当通电时亮，电阻为限流作用一般接220 ~1 K，不接后果很严重，LED只亮一下。
2．单片机最小系统电路
关于最小系统和STC89C52RC单片机的介绍网上有很多,非常容易搜到,这里就不累赘!
这里讨论几个问题:
1）要使STC89C52RC复位需要两个机器周期的高电平,我们用的是12M晶振，那么一个机器周期为1/12M=1uS，当S4按下时，C3迅速导通通电，此时9脚为高电平，松开后电容要电，起到延时的作用，t=C3*(R8+R2)=0.11S>2uS,足够为复位提供搞电平
2）三点式电容震荡是单片机所用到的，这里只是外面接两个电容而已，电容要求小于47P,,一般晶振不大于48M
3）相对余AT的单片机STC下载简单多了，这里只是引出了四条线，分别为VCC,GND,TXD,RXD,只需四根线就可以完成下载，而却可以通过引出的端口对板上供电。
3．按键电路

按键电路主要是别忘了加上拉电阻，要不就不稳定了，这里用了四个按键作为功能键，一个按键作为复位键对应分别为：S0 功能选择，S1 减，S2 加，S3 确认，S4 复位。
4．时钟电路
DS1302是美国DALLAS公司推出的一种高性能、低功耗的实时时钟芯片，附加31字节静态RAM，采用SPI三线接口与CPU进行同步通信，并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号和RAM数据。实时时钟可提供秒、分、时、日、星期、月和年，一个月小与31天时可以自动调整，且具有闰年补偿功能。工作电压宽达2.5～5.5V。采用双电源供电（主电源和备用电源），可设置备用电源充电方式，提供了对后背电源进行涓细电流充电的能力。DS1302的外部引脚分配如图1所示及内部结构如图2所示。DS1302用于数据记录，特别是对某些具有特殊意义的数据点的记录上，能实现数据与出现该数据的时间同时记录，因此广泛应用于测量系统中。
1.各引脚的功能为：
Vcc1：主电源；Vcc2：备份电源。当Vcc2>Vcc1+0.2V时，由Vcc2向DS1302供电，当Vcc2< Vcc1时，由Vcc1向DS1302供电。
SCLK：串行时钟，输入，控制数据的输入与输出；
I/O：三线接口时的双向数据线；
CE：输入信号，在读、写数据期间，必须为高。该引脚有两个功能：第一，CE开始控制字访问移位寄存器的控制逻辑；其次，CE提供结束单字节或多字节数据传输的方法。
5．LCD1602显示电路
LCD1602可以显示16*2=32个字符，也可以用来显示一些汉字图片（利用取模软件提取），原理图中的可调电阻是用来调节字符显示的亮度的，调节是要有耐心，应为用到的是精密可调电阻，这个需要转很多圈，不容易显示出来，注意不能跳到太亮，要不很容易烧掉液晶，下面为接口说明，一般不显示很可能是程序的问题和可调电阻没有调节好，至于介绍网上很容易找到。

6．软件设计流程图
开机

开机画面显示

N
是否有按键按下

Y

检测那个按键按下

减键
功能选择键

复位键

确认键

加减

7．总原理图

第三章 仿真测试
（1）首先在protues中仿真调好，在程序中要特别注意与硬件中引脚对应上
（2）按键的测试比较简单，只要你对应的按键能够实现相应的功能就可以，不可以，那么肯定是硬件或者连接线的问题了。
（3）元件清单
原件名称
数量
原件名称
数量
STC89C52RC
1
103可调电阻
1
DS1302
1
102排阻（9脚）
1
DS1302
1
4.7KΩ电阻
1
LCD1602
1
10KΩ电阻
2
32.768K晶振

30P电容
2
12M晶振
1
4.7Ω电阻
1
小按键
1
10uF电容
2
470Ω电阻
1
104电容
3
100uF电容
2
470uF电容
2
1KΩ电阻
1

2

第四章 程序
. ORG 0000H ;程序开始入口
LJMP START
ORG 0003H ;外中断0中断程序入口
RETI
ORG 000BH ;定时器T0中断程序入口
LJMP INTT0 ;跳至INTTO执行
ORG 0013H ;外中断1中断程序入口
RETI
ORG 001BH ;定时器T1中断程序入口
LJMP INTT1
ORG 0023H ;串行中断程序入口地址
RETI
;---------------主程序----------------------;
START: MOV R0,#70H ;70给R0,清70-7FH显示内存
MOV R7,#0FH
CLEARDISP: MOV @R0,#00H ;0给R0中的数为地址的内存中存放(70H)
INC R0
DJNZ R7,CLEARDISP
MOV 78H,#2 ;默认时间为12:00,闹钟5:00
MOV 79H,#1
MOV 74H,#2 ;防止上电时数码管显示00小时
MOV 75H,#1
MOV 66H,#1 ;中断退出时66H为1时,分、时计时单元数据移入显存标志
MOV 68H,#1 ;上电默认闹钟开状态
MOV 7DH,#6 ;闹钟时十位
MOV 7CH,#3
MOV 69H,#0
MOV 7AH,#0AH ;放入"熄灭符"数据
MOV TMOD,#11H ;设T0、T1为16位定时器
MOV TL0,#0B0H ;50MS定时初值（T0计时用）
MOV TH0,#3CH
SETB EA ;总中断开放
SETB ET0 ;允许T0中断
SETB TR0 ;T0定时器开始计时
MOV R4,#14H ;1秒定时用初值（50MS×20）
START1: LCALL DISPLAY ;显示子程序
LCALL BEEP ;闹钟查询
JNB P1.7,SETTIME ;P1.7口为0时转时间调整程序
JMP START1 ;P1.7口为1时跳回START1
;-----------------------时间闹钟调整系统--------------------------;
NFLAG: MOV A,68H ;设置闹钟开关状态
CJNE A,#1,BEE68
MOV 68H,#0
JMP E6
BEE68: MOV 68H,#1
E6: MOV 66H,#8 ;中断退出66H不为1时分、时计时单元数据移入显存标志
MOV 72H,7BH
MOV 73H,7CH
MOV 74H,7DH
MOV 75H,7EH
LCALL DDL
LCALL DDL
MOV 72H,68H
MOV 73H,69H
MOV 74H,7AH
MOV 75H,7AH
LCALL DDL
LCALL DDL
MOV 66H,#1
LJMP START1
SETTIME: LCALL DDL
JB P1.7,NFLAG ;键按下时间小于1秒，设置闹钟开关状态并查看闹钟时间,不关走时,确保准确,大于1秒调时
MOV TL1,#0B0H ;T1闪烁定时初值
MOV TH1,#3CH
MOV R2,#06H ;进入调时状态，赋闪烁定时初值
MOV 66H,#8 ;调闹钟时保持走时,关闭时钟显示数据
SETB ET1 ;允许T1中断
SETB TR1 ;开启定时器T1
SET1: LCALL DISPLAY ;调用显示,防止键按下无显示
JNB P1.7,SET1 ;P1.7口为0等待键释放
MOV R5,#00H ;清设置类型闪烁标志
SETN1: INC R5 ;闹钟分调整
SET5: LCALL DISPLAY
JB P1.7,SET5
SEETN1: LCALL DDL ;有键按下大于1秒分时间连续加(0.5秒加1),小于1秒转调时状态
JB P1.7,SET6 ;键释放查询,键释放自动转调时
MOV R0,#7CH
LCALL ADD1
MOV A,R3
CLR C
CJNE A,#60H,HHN1
HHN1: JC SEETN1
LCALL CLR0
JMP SEETN1
SET6: INC R5 ;闹钟时调整
SEET6: LCALL DISPLAY
JB P1.7,SEET6
SEETNH1: LCALL DDL
JB P1.7,SETF
MOV R0,#7EH
LCALL ADD1
MOV A,R3
CLR C
CJNE A,#24H,HOUU1
HOUU1: JC SEETNH1
LCALL CLR0
JMP SEETNH1
SETF: LCALL DISPLAY
JB P1.7,SETF
LCALL DDL
JNB P1.7,SETOUT ;短按调时,长按退出
CLR ET0
CLR TR0
MOV 70H,#00H ;设定后的时间从00秒开始走时
MOV 71H,#00H
INC R5
SET3: LCALL DISPLAY
JB P1.7,SET3
SETMM: LCALL DDL
JB P1.7,SET4
MOV R0,#77H
LCALL ADD1
MOV A,R3
CLR C
CJNE A,#60H,MMH
MMH: JC SETMM
LCALL CLR0
AJMP SETMM
SET4: INC R5
SEET4: LCALL DISPLAY
JB P1.7,SEET4
SETHH: LCALL DDL
JB P1.7,SETOUT1
MOV R0,#79H
LCALL ADD1
MOV A,R3
CLR C
CJNE A,#24H,HOUU
HOUU: JC SETHH
LCALL CLR0
AJMP SETHH
SETOUT1: SETB ET0
SETB TR0 ;计时开始
SETOUT: MOV R5,#00H ;清设置类型闪烁标志
CLR TR1 ;关闭T1
CLR ET1 ;关T1中断
MOV 66H,#1
SETOUT2: LCALL DISPLAY
JNB P1.7,SETOUT2
LJMP START1
;--------------------------延时1秒钟-----------------------;
DDL: MOV 18H,#36
DDL0: MOV 17H,#239
DDL1: LCALL DISPLAY
DJNZ 17H,DDL1
DJNZ 18H,DDL0
RET
;----------------------------T0中断程序------------------------;
INTT0: PUSH ACC ;打包
PUSH PSW
CLR ET0
CLR TR0
MOV A,#0B7H
ADD A,TL0
MOV TL0,A
MOV A,#3CH
ADDC A,TH0
MOV TH0,A
SETB TR0
DJNZ R4, OUTT0 ;20次中断未到中断退出
ADDSS: MOV R4,#14H ;20次中断到（1秒）重赋初值
MOV R0,#71H ;指向秒计时单元（70-71H）
ACALL ADD1 ;调用加1程序（加1秒操作）
MOV A,R3 ;秒数据放入A（R3为2位十进制数组合）
CLR C ;清进位标志
CJNE A,#60H,ADDMM
ADDMM: JC OUTT01 ;小于60秒退出
ACALL CLR0 ;等于或大于60秒清0
MOV R0,#77H ;指向分计时单元（76H-77H）
ACALL ADD1
MOV A,R3
CLR C
CJNE A,#60H,ADDHH
ADDHH: JC OUTT0
ACALL CLR0
MOV R0,#79H ;指向小时计时单元（78H-79H）
ACALL ADD1
MOV A,R3
CLR C
CJNE A,#24H,HOUR
HOUR: JC OUTT0
ACALL CLR0
OUTT0: MOV A,66H ;查询标志
CJNE A,#1,OUTT01
MOV 72H,76H ;中断退出时将分、时计时单元数据移入对应显示单元
MOV 73H,77H
MOV 74H,78H
MOV 75H,79H
OUTT01:POP PSW ;出栈
POP ACC
SETB ET0 ;开放T0
RETI ;中断返回
;---------------------------加1程序--------------------------;
ADD1: MOV A,@R0 ;取当前计时单元数据到A
DEC R0 ;指向前一地址
SWAP A ;A中数据高四位与低四位交换
ORL A,@R0 ;前一地址中数据放入A中低四位
ADD A,#01H ;A加1操作
DA A ;十进制调整
MOV R3,A ;移入R3寄存器
ANL A,#0FH ;高四位变0
MOV @R0,A ;放回前一地址单元
MOV A,R3 ;取回R3中暂存数据
INC R0 ;指向当前地址单元
SWAP A ;A中数据高四位与低四位交换
ANL A,#0FH ;高四位变0
MOV @R0,A ;数据放入当削地址单元中
RET
CLR0: CLR C
CLR A ;清累加器
MOV @R0,A ;清当前地址单元
DEC R0 ;指向前一地址
MOV @R0,A ;前一地址单元清0
RET ;子程序返回
;-------------------------调时闪烁程序----------------------;
INTT1: PUSH ACC
PUSH PSW
MOV TL1,#0B0H
MOV TH1,#3CH
DJNZ R2,INTT1OUT ;0.3秒未到退出中断（50MS中断6次）
MOV R2,#06H ;重装0.3秒定时用初值
CPL 02H ;0.3秒定时到对闪烁标志取反
JB 02H,FLASH1 ;02H位为1时显示单元"熄灭"
MOV A,R5
CJNE A,#01H,NL
JMP NNN1
NL:CJNE A,#02H,NL1
LJMP NNN1
NL1:CJNE A,#03H,NL2
LJMP NLL
NL2:CJNE A,#04H,INTT1OUT
LJMP NLL
NLL:MOV 72H,76H
MOV 73H,77H
MOV 74H,78H
MOV 75H,79H
AJMP INTT1OUT
NNN1:MOV 72H,7BH
MOV 73H,7CH
MOV 74H,7DH
MOV 75H,7EH
INTT1OUT:POP PSW ;恢复现场
POP ACC
RETI ;中断退出
FLASH1:MOV A,R5
CJNE A,#01H,ML
LJMP MNN1
ML:CJNE A,#02H,ML1
LJMP MNN2
ML1:CJNE A,#03H,MN
LJMP MLL
MN:CJNE A,#04H,INTT1OUT
LJMP MHL
MLL:MOV 72H,7AH
MOV 73H,7AH ;显示单元（72-73H），将不显示分数据
MOV 74H,78H
MOV 75H,79H
AJMP INTT1OUT
MHL:MOV 72H,76H
MOV 73H,77H
MOV 74H,7AH ;显示单元（74-75H），小时数据将不显示
MOV 75H,7AH
AJMP INTT1OUT
MNN1:MOV 72H,7AH
MOV 73H,7AH ;显示单元（72-73H），将不显示闹钟分数据
MOV 74H,7DH
MOV 75H,7EH
AJMP INTT1OUT
MNN2:MOV 72H,7BH
MOV 73H,7CH
MOV 74H,7AH
MOV 75H,7AH ;显示单元（74-75H），闹钟小时数据将不显示
AJMP INTT1OUT
;-------------------------显示-------------------------------;
DISPLAY:MOV DPTR,#DISDATA
MOV A,70H
MOVC A,@A+DPTR
MOV P3,A
CLR P1.0
NOP
NOP
NOP
SETB P1.0
MOV A,71H
MOVC A,@A+DPTR
MOV P3,A
CLR P1.1
NOP
NOP
NOP
SETB P1.1
MOV A,72H
MOVC A,@A+DPTR
MOV P3,A
CLR P1.2
NOP
NOP
NOP
SETB P1.2
MOV A,73H
MOVC A,@A+DPTR
MOV P3,A
CLR P1.3
NOP
NOP
NOP
SETB P1.3
MOV A,74H
MOVC A,@A+DPTR
MOV P3,A
CLR P1.4
NOP
NOP
NOP
SETB P1.4
MOV A,75H
MOVC A,@A+DPTR
MOV P3,A
CLR P1.5
NOP
NOP
NOP
SETB P1.5
RET
BEEP:MOV A,68H ;查询标志
CJNE A,#1,BEERE
MOV A,78H ;查询闹钟时个位
CJNE A,7DH,BEERE
MOV A,79H ;查询闹钟时十位
CJNE A,7EH,BEERE
MOV A,76H ;查询闹钟分个位
CJNE A,7BH,BEERE
MOV A,77H ;查询闹钟分十位
CJNE A,7CH,BEERE
BB:CLR P1.6
LCALL DDL
SETB P1.6
LCALL DDL
JNB P1.7,BEERR
BEERE:RET
BEERR:SETB P1.6
MOV 68H,#0
LCALL DISPLAY
JNB P1.7,BEERR
JMP BEERE
DISDATA:DB 0C0H,0F9H,64H,70H,59H,52H,42H,0F8H,40H,50H,0FFH ;0123456789空白
END

第五章 心得体会
经过这次理工的大作业设计训练让我受益匪浅。下面是这次我对大作业进行的总结，总结收获与不足，以便在今后的学习工作中能有所受用。
一、通过这次的大作业，让我更加明白了其重要性，也是通过这次的大作业，我去探索一些未知的或是尚未深刻理解的东西。
二、思想的转变，、这次大作业给了我们很大的发挥空间，可以自己来设计电路，自己来仿真测试，至此知道了以后做事做东西都不能老靠着前面人，要做到能自己解决的就自己解决，这样才能提高自学能力，这是很有必要的。
三、发现理论知识的不足，之前自己总觉得学这个没有用，学那个没处用，现在做过自己的小设计就发现其实我们所上课程，所学知识都用的上，还不够呢。做设计就是需要建立在扎实的理论知识基础上，这样才不会脱离实际，也更加的有目的，以后上课可得认真听讲，做好随堂笔记。
总之，这次大作业让我收获颇丰，同时也让我发现了自身的诸多不足。我将通过学习、实践等方式不断提高，努力改善，克服那些在学习、获得知识的前进道路上的障碍。在今后的学习、工作中有更大的收获，在不断学习，探索中，实现自己的人身价值！