Proteus电子钟设计.doc

单片机MCS-51数钟
课程设计

系 别：
专 业：
班 级：
姓名及学号：

日 期：20111010
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目 录

单片机MCS-51数钟 1
课程设计 1
一、 课程设计的目的 3
二、 课程设计任务 3
三、 硬件结构概述 4
（一） 复位电路 4
（二） 晶振电路 4
（三） 按键电路 5
（四） 显示部分 6
四、 软件结构概述 6
（一）代码说明 6
（二）按键处理思路 10
（三）秒表设计思路 11
五、 调试过程 12
（一）系统仿真 12
（二）仿真过程中出现的问题及解决方案 13
六、 心得体会 13
七、 参考文献 14

一、 课程设计的目的
(1)巩固、加深和扩大单片机应用的知识面，提高综合及灵活运用所学知识解决工业控制的能力；
(2)培养针对课题需要，选择和查阅有关手册、图表及文献资料的自学能力，提高组成系统、编程、调试的动手能力；
(3)过对课题设计方案的分析、选择、比较、熟悉单片机用系统开发、研制的过程，软硬件设计的方法、内容及步骤。
二、 课程设计任务
(1)在ZY15MCU12BD型综合单片机实验箱的硬件结构上编写软件完成设计。也可以在其它MCS—51单片机硬件板上完成，或自行设计硬件并制做完成。
(2)程序的首地址应使目标机可以直接运行，即从0000H开始。在主程序的开始部分必须设置一个合适的栈底。程序放置的地址须连续且靠前，不要在中间留下大量的空闲地址，以使目标机可以使用较少的硬件资源。
(3)6位LED数码管从左到右分别显示时、分、秒(各占用2位)，采用24小时标准计时制。开始计时时为000000，到235959后又变成000000。
(4)在键盘上选定3个键分别作为小时、分、秒的调校键。每按一次键，对应的显示值便加1。 分、秒加到59后再按键即变为00；小时加到23后再按键即变为00。在调校时均不向上一单位进位 (例如分加到59后变为00，但小时不发生改变)。
(5) 软件设计必须使用MCS-51片内定时器，采用定时中断结构，不得使用软件延时法。
（6）在以上设计的基础上，修改程序制作一个电子秒表。分、秒各占用2位显示，1/10秒、1/100秒各占用1位显示。设定二个键分别作启动停止、清零。
(7)在做完(6)后，将时钟与秒表合二为一，并且在同时使用时互不影响。即可在时钟与秒表之间任意切换，而不影响走时、计秒。
（8）简化按键，用3个按键完成以上功能。
(9)上机调试通过。
三、 硬件结构概述
（一） 复位电路
单片机复位的条件是：必须使RST/VPD 或RST引（9）加上持续两个机器周期（即24个振荡周期）的高电平。例如，若时钟频率为12 MHz，每机器周期为1μs，则只需2μs以上时间的高电平，在RST引脚出现高电平后的第二个机器周期执行复位。单片机常见的复位如图所示。电路为上电复位电路，它是利用电容充电来实现的。在接电瞬间，RESET端的电位与VCC相同，随着充电电流的减少，RESET的电位逐渐下降。只要保证RESET为高电平的时间大于两个机器周期，便能正常复位。该电路除具有上电复位功能外，若要复位，只需按图中的RESET键，此时电源VCC经电阻R1、R2分压，在RESET端产生一个复位高电平
图1　单片机复位电路
（二） 晶振电路
下图所示为时钟电路原理图，在AT89S51芯片内部有一个高增益反相放大器，其输入端为芯片引脚XTAL1，输出端为引脚XTAL2。而在芯片内部，XTAL1和XTAL2之间跨接晶体振荡器和微调电容，从而构成一个稳定的自激振荡器。时钟电路产生的振荡脉冲经过触发器进行二分频之后，才成为单片机的时钟脉冲信号。
图2晶振电路
（三） 按键电路
图3 按键电路
如图3所示，为按键部分。其中，K1为功能选择键，K2为确定键，K3为复位键，其原理为：检测P1.0-P1.1上点位，当有键按下时为高电平，当没有键按下时为低电平。
图4 显示电路

（四） 显示部分
如图4所示，为显示电路部分，P0口输出段码，P2口输出位码。采用六位共阳极七段数码管显示，用NPN型三极管驱动位，P0口接上拉电阻，驱动段。
四、 软件结构概述
（一）代码说明
/******************Copyright (asm)*********************
文件名：单片机课程设计（汪劲08118012 舒坦08118037）
功能： 基于MCS-51单片机的时钟及秒表设计
说明： 采用6位LED软件译码动态显示；P0口输出字段码，P2口输出位码；按键 key1为功能选择键；按键 key2为确定键；按键 key3为复位键 **********************************************************/
变量和标志位的定义
#include"reg51.h"
unsigned int i=1;
unsigned int code x[]={0x01,0x02,0x04,0x08,0x10,0x20};
unsigned int code table[]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,
0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90};
unsigned int sfm[6],s=0,f=0,m=0,keyS,flag=0,ss=0;
bit flagbit=0,run=0,bitc=0;
sbit key1=P1^0;
sbit key2=P1^1;
sbit key3=P1^2;
char lm, mm=0,ms=0,mf=0;
1ms软件延时子函数
void delay(unsigned int t) //1ms软件延时子函数
{
unsigned int ii,jj;
for(ii=t;ii>0;ii--)
for(jj=0;jj<120;jj++);
}

定时器T0中断
void init() interrupt 1 //定时器T0中断
{
TH0=0x0d8; //重装初值
TL0=0x9b;
i++; //10ms计数器加1
if(i>=100) //如果时间到 1S，秒加 1，10ms计数器复位
i=1,m++;
if(m>=60 ) //如果时间到 1min，分加 1，秒计数器复位
{
m=0;
f++;
}
if(f>=60) f=0,s++;//若时间到 1小时,小时加 1,分计数器复位
if(s>=24) s=0; //如果时间到 1天，小时计数器复位
if(run) //启动秒表
{
if(i<lm) // 1/10秒和1/100秒计数器计数
mm=100+i-lm;
else
mm=i-lm;
if(mm>=99) //如果计数到 1秒，则秒加 1，1/10秒
和1/100秒计数器复位
mm=0,ms++;
if(ms>=60) ms=0,mf++;//如果计数到 1分，则分加 1，
秒计数器复位
}
}

更新数据缓冲子函数
void deal(void) //更新数据缓冲子函数
{
sfm[0]=s/10;
sfm[1]=s%10;
sfm[2]=f/10;
sfm[3]=f%10;
sfm[4]=m/10;
sfm[5]=m%10;
}
按键处理子函数
void key() //按键处理子函数
{
delay(20); //消抖
if(P1!=0 && !flagbit) //确认按键是否按下
{
flagbit=1; // flagbit为长按标志，若按
键未松开，则为置为 1
if(key1==1 && !flag) // 按下功能选择键 key1
keyS++; // 功能编号加 1
if(key1==1 && flag==1)//若功能编号为 1进入时钟加 1调整
{
if(ss==0)
m++;
if(ss==2)
f++;
if(ss==4) s++;
}
if(key1==1 && flag==2)//若功能编号为 2，进入时钟减 1调整
{
if(ss==0)
if(m>0) m--;
else m=59;
if(ss==2)
if(f>0) f--;
else f=59;
if(ss==4)
if(s>0) s--;
else s=23;
}
if(key2==1 && !flag)//按下确定键key2，进入相应功能
flag=keyS,keyS=0;
if(key2 && (flag==1 || flag==2))//按下key2，进行时
钟调整移位（依次选择分、时、秒）
if(ss!=4) ss+=2;
else ss=0;
if(flag==3) //如果功能编号为 3，则进入秒表
{
if(key1==1 && !run)//按下key1，清空秒表并启动秒表
{run=1,mm=0,ms=0,mf=0,lm=i;}
if(key2==1) //按下key2,秒表暂停
run=0;
}
if(key3==1) //按下 key3,停止秒表或时钟调整回到时钟
{
flag=0;
keyS=0;
ss=0;
mm=0,ms=0,mf=0;
}
}
}
显示时钟子函数
void disp1() //显示时钟子函数
{
char l;
for(l=0;l<6;l++) //动态显示
{
P2=x[l];
P0=table[sfm[l]];
delay(3);
P0=0xff;
}
}
功能编号的显示子函数
void disp2() //功能编号的显示子函数
{
char l;
for(l=0;l<6;l++)
{
P2=x[5];
P0=table[keyS];
delay(3);
P0=0xff;
}
}
当时钟调整时，对应的位闪烁子程序
void disp3() //当时钟调整时，对应的位闪烁
{
char l;
for(l=0;l<6;l++)
{
P2=x[l];
if(l==ss && (i<25 || (i<75 && i>50))) //闪烁条件
continue;
P0=table[sfm[l]];
delay(3);
P0=0xff;
}
}
秒表子函数
void disp4() //秒表子函数
{
char l;
while(flag==3) //当功能编号为3时，进入秒表功能
{

sfm[0]=mf/10;
sfm[1]=mf%10;
sfm[2]=ms/10;
sfm[3]=ms%10;
sfm[4]=mm/10;
sfm[5]=mm%10;
for(l=0;l<6;l++)
{
P2=x[l];
P0=table[sfm[l]];
delay(3);
P0=0xff;
}
if(P1!=0x00 && !flagbit) //当有按键按下时，
key(); 进按键处理子函数
if(P1==0x00 && flagbit) //防止按键长按
flagbit=0;
}
}
主函数
void main()
{
delay(1); //延时1ms
P1=0x00;
TMOD=0x01; //选择中断T0，工作在方式1
TH0=0x0d8; //定时器赋初值，定时10ms
TL0=0x0f0;
ET0=1;EA=1; // 开T0中断允许
TR0=1; //启动定时
while(1)
{
deal();
if(P1!=0x00 && !flagbit) //当有按键按下时，
key(); 进按键处理子函数
if(P1==0x00 && flagbit) //防止按键长按
flagbit=0;
if(keyS) //判断并进入相应功能
disp2();
else
disp1();
if(flag==1)
disp3();
if(flag==3)
disp4();
}
}
（二）按键处理思路
为了简化硬件电路，体现软件的灵活性，本设计只用了3个按键来完成时钟调整（包括时分秒的加减），秒表暂停，整体复位等一系列功能。其具体功能如下：当没有键按下时，时钟正常显示；当key1键按下时，会显示1-3的功能编号，其中1号功能为加1,2号功能为减1,3号功能为秒表；key2键为确定键，用来选择并进入各功能模块，当进入1和2的调时模块后，还用来选择调整时分秒中的某两位；key3为复位键，在任何时候按下key3，都会回到显示时钟状态。如图5为按键部分的流程图

图5 按键处理流程图
（三）秒表设计思路
当选择功能3时，启动秒表，此时1/10秒和1/100秒计数器的计数处理是关键。1/10秒和1/100秒计数器计数假设此时的10ms计数器i 的值为lm，则将此时的i 值 lm 当做秒表的零值，以此作为标志来丈量秒表的计数，我们的处理程序如下：

if(i<lm) // 1/10秒和1/100秒计数器计数
mm=100+i-lm;
else
mm=i-lm;

比如：若此时的 i =68，则将68赋值给 lm ，当i 从68变到100时，mm将从0变到32；当 i 从0变到67时，mm将从33变到100，到此计满 1S。

图6 秒表流程图
五、 调试过程
（一）系统仿真
首先建立一个工程项目选择芯片确定选项，然后建立c源文件（将做好的*.c文件加入），再用项目管理器生成（编译）各种应用文件，最后检查并修改源文件中的错误。
运行proteus软件进行仿真现在proteus软件中建立一个新的文件，再根据自己的要求选择所需的器件，把器件进行适当的排位后进行连接，连接后运行软件进行仿真。效果如图：
图6 调试效果
（二）仿真过程中出现的问题及解决方案
1）子函数disp3( )原本想要的效果是，当对时钟的某位（时、分、秒）进行调整时，对应的两位数码管会闪烁，但在调试过程中，我们发现当设置同样的闪烁间隔时间时，不同电脑会有不同的效果。比如，在这台电脑上闪烁，而在另一台上调试时却不闪烁。
2）开始调试时，经常会发现按键没有按照预定的功能进行工作，或者出现乱码，经过多次尝试，我们发现这都是我们在原来按键的基础上添加功能时，更改或影响了其他的计数器或状态值，根据这个原因，我们逐个排除了许多错误，最终所有的功能都达到了满意的效果。
3）调试过程中，我们发现了一个奇怪的现象，到现在还不能解释清楚：在对计数器重装初值时，本来是要对初值进行加3-8个周期的修正以减小误差计数误差，但实际上我们发现适当减小计数初值，系统的误差会更小。经过多次的调时我们将时钟的误差保持在0.002s/25s，算是比较理想的了。
六、 心得体会
单片机作为我们主要的专业课程之一，我觉得单片机课程设计很有必要，而且很有意义。但当拿到题目时，确实不知道怎么着手，有些迷茫，上网查资料，问老师，在老师的帮助下，历时两个星期，解决一个又一个的困难，终于完成任务。
在这次课程设计中，运用到了很多以前的专业知识，虽然过去从未独立应用过它们，但在学习的过程中带着问题去学我发现效率很高，这是我做这次课程设计的一大收获。另外，要做好一个课程设计，就必须做到：在设计程序之前，对所用单片机的内部结构有一个系统的了解，知道该单片机内有哪些资源；要有一个清晰的思路和一个完整的的软件流程图；在设计程序时，不能妄想一次就将整个程序设计好，反复修改、不断改进是程序设计的必经之路；要养成注释程序的好习惯，一个程序的完美与否不仅仅是实现功能，而应该让人一看就能明白你的思路，这样也为资料的保存和交流提供了方便；在设计课程过程中遇到问题是很正常德，但我们应该将每次遇到的问题记录下来，并分析清楚，以免下次再碰到同样的问题的课程设计结束了，但是从中学到的知识会让我受益终身。发现、提出、分析、解决问题和实践能力的提高都会受益于我在以后的学习、工作和生活中。设计过程，好比是我们人类成长的历程，常有一些不如意，但毕竟这是第一次做，难免会遇到各种各样的问题。在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固，不能灵活运用。
通过这次设计，我懂得了学习的重要性，了解到理论知识与实践相结合的重要意义，学会了坚持、耐心和努力，这将为自己今后的学习和工作做出了最好的榜样。另外，要非常感谢我的指导老师，是她指引我克服一个由一个的困难，让我学会对困难无所畏惧，以及对问题的一些很重要的思考方法。
我学会对困难无所畏惧，以及对问题的一些很重要的思考方法。
七、 参考文献
（1）胡汉才 单片机原理及其接口技术(第二版). 北京：清华大学出版社，2004.2
(2)杨家国等 单片机原理与应用及C51程序设计 北京：清华大学出版社，2006.8