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1、1,题目：电脑时钟的设计与制作 主讲：张兴平 班级：09高职机管 学号：2009401116,黔南职院机电系论文答辩,2,第一节 设计要求,设计并制作出具有如下功能的电脑时钟：自动计时，由6位LED显示器显示时、分、秒。具备校准功能，可以直接由09数字键设置当前时间。具备定时启闹功能。一天时差不超过1S。,3,一、计时方案方案一：采用实时时钟芯片实时时钟芯片具备年、月、日、时、分、秒计时功能和多点定时功能，计时数据的更新每秒自动进行一次，不需程序干预。方案二：软件控制利用MCS-51内部的定时/计数器进行中断定时，配合软件延时实现时、分、秒的计时。,第二节 总体方案,4,二、键盘/显示方案 对
2、于实时时钟而言，显示是另一个重要的环节。方案1：串口扩展，LED静态显示，下面是静态显示框图。该方案占用口资源少，利用串口扩展并口，实现静态显示，显示亮度有保证，但硬件开销大，电路复杂，信息刷新速度慢，比较适用于并行口资源较少的场合。,5,方案2：直接接口，LED动态显示，下面是动态显示框图。直接使用单片机的并行口作显示接口，无需外扩接口芯片，但占用口资源较多，且动态扫描显示方式需占用CPU较多的时间，在单片机没有太多外围接口及实时测控任务的情况下可以采用。本系统选择动态显示方式。,6,第三节 硬件设计,一、电路原理图 电脑钟硬件原理图见图。电脑时钟电路的核心是AT89S51单片机，其内部带有
3、4KB的FLASH ROM,无需外扩程序存储器；电脑时钟没有大量的运算和暂存数据，现有的128B片内RAM已满足要求，也不必外扩片外RAM，系统配备6位LED显示和4X3键盘，采用单片机的并行口作为键盘/显示器接口电路。利用P0口作为6位LED显示的位选口，其中，P0.0P0.5分别对应LED0LED5，P1口则作为断选口，P2口的低3位为键盘输入口，对应02行，P0口同时用作键盘的列扫描口。由于采用共阴极数据码管，因此P0口输出低电平选中相应的位，而P1口输出高电平电量相应的段。P2.7接蜂鸣器，低电平驱动蜂鸣器叫启闹。,7,8,二、本电脑钟具备以下功能：（1）时钟显示：6位LED从左到右依
4、次显示时、分、秒，采用24小时计时。（2）键盘功能：采用4X3键盘，包括：09：数字键，键号为00H09H.C/R键：时间设定/启动计时键，键号为0AH。ALM键：闹钟设置/启闹/停闹键，键号为0BH。其工作流程如下：（1）时间显示：通电后，系统自动进入时钟显示，从00：00：00开始 计 时，此时可以设定当前时间。（2）时间调整；按下C/R键，系统停止计时，进入时间设定状态，系统 保持原有显示，等待键入当前时间。按下09数字键可以顺序设置时、分、秒，并在相应LED管上显示设置值，直至6位设置完毕。系统将自动由设定后 的时间开始计时显示。（3）闹钟设置/启闹/停闹：按下ALM键，系统继续计时，
5、显示00：00：00，进入闹钟设置状态，等待键入启闹时间。按下09数字键可以顺序进行相应的时间设置，并在相应在LED管上显示设置值，直至6为设置完毕。这将启动定时启闹功能，并恢复时间显示。定时时间到，则蜂鸣器鸣叫，直至重新按下ALM键停闹，并取消闹钟设置。,9,第四节 软件设计,一、系统资源分配 为方便阅读程序，先对系统的资源分配加以说明。（1）定时器：定时器0用作时钟定时，按方式1工作，每隔100ms溢出中断一次。（2）片内RAM及标志位的分配与定义见表如下：电子钟控制软件片内RAM及标志位分配表：,10,二、根据上述工作流程，软件设计可分为以下几个功能模块：（1）主程序：初始化与键盘监控。
6、（2）计时：为定时器0中断服务子程序，完成刷新缓冲区的计时功能。（3）时间设置与闹钟设置：由键盘输入数字当前时间与定时启闹时间。（4）显示：完成6位动态显示。（5）键盘扫描：判断是否有键按下，并求取键号。（6）定时比较：判断启闹时间到否，如时间到，则启动蜂鸣器鸣叫。（7）其它辅助功能子程序，如键盘设置、拆字、合字、时间合法性检测等。下面分模块进行软件设计：主程序模块MAIN：流程图1如下所示。,11,（1）主程序模块MAIN：流程图1如下所示,12,（2）计时程序模块CLOCK：流程图2如右图所示,13,如前所述，系统定时采用定时器与软件循环相结合的方法。定时器0每隔100ms溢出中断一次，则
7、循环中断1次延时时间为1S，上述过程重复60次为1分，分计时60次为1小时，小时计时24次则时间重新回到00：00：00.设系统使用6MHZ的晶振，定时器0工作在方式1，则100ms定时对应的定时器初值可由下式计算得到：定时时间=（216-定时器0初值）（12/fosc）因此，定时器0初值=3CBOH，即TH0=3CH，TL0=0B0H当系统使用其它频率的晶振时，可以由上式计算相应的定时器0初值，也可以改变定时时间，例如当系统晶振为12MHZ时，同样的初值对应的定时时间为50ms，则循环中断次数为20次时，延时时间为1s。这里有两个问题需要特别重视：第一，定时器溢出产生中断请求，CPU并不一定
8、立即响应中断，而可能需要延迟一个中断响应时间之后才能响应中断，中断响应时间大约为38个机器周期。显然，这将在定时时间中加入额外的延时时间，导致计时误差。为了保证计时精度，必须采取措施进行补偿。我们采用增大重装的定时器0初值的方方法来减少定时器0的定时时间。具体应调整为多大，一般需要通过调试来确定。经测试，定时器0重装初值设为3CB7H3CBFH就可以满足精度要求。第二，时间是按十进制递增的，而MCS-51单片机只有二进制加法指令，因此用加法指令计时必须进行二十进制转换。,14,（3）时间设置程序和闹钟定时程序模块MODIFY：流程图如图3所示,15,将键盘输入的6位时间合并为3位压缩BCD码（
9、时、分、秒）并送入计时缓冲区和闹钟值寄存区，作为当前计时起始时间或闹钟定时时间。该模块的入口为计时缓冲区或闹钟值寄存区的首地址，将其置入R1中。程序调用一个键盘设置子程序KEYIN（其流程图如图4所示）来将键入的6位时间值送入键盘设置缓冲区，然后用合字子程序COMB将键盘设置缓冲区中的6位BCD码合并为3位压缩BCD码，并送入计时缓冲区或闹钟值寄存区。该程序同时作为时间值合法性检测程序，可完成检测功能：若键盘输入的小时值大于23，分和秒值大于59，则不合法，将取消本次设置，清0重新开始计时。（4）键盘扫描程序模块KEYSCAN:流程图如图5所示,16,判断是否有键按下：无键按下则循环等待;有键
10、按下则求取键号送入A中累加器返回。程序中的去抖延时和循环等待延时都用DISPLAY子程序来代替，从而保证随时刷新显示。（5）显示程序模块DISPLAY：流程图如图6所示,将显示缓冲区的6位BCD码用动态扫描方式显示。为此，必须首先将3字节计时缓冲中的时、分、秒压缩BCD码拆分为6字节（时、分、秒的十位、个位分别占用1字节）BCD码，这一功能由拆字子程序SEPA来实现。需要注意的是，当按下时间或闹钟设置键后，在6位设置完成之前，应显示键入的数据，而不显示当前时间。为此，我们设置了一个计时显示允许标志位F0，在时间/闹钟设置期间F0=1,不调用SEPA，即调用SEPA刷新显示缓冲区的前提条件是F0
11、=0。动态显示程序在第6章中已给出，在此不在傲述。,17,（6）定时比较程序模块ALARM:流程图如图7所示,将当前时间（计时缓冲区的值）与预设的启闹时间（闹钟设置寄存区的值）进行比较，二者完全相同时，启动蜂鸣器鸣叫，并置位闹钟标志位。返回后，带重新按下ALM键停闹，并清0闹钟标志。,18,第七节 系统调试与脱机运行,（7）拆字程序SEPA与合字出现COMB：如前所述，拆字程序的功能是将3字节计时缓冲区中的时、分、秒压缩BCD码拆分为6字节（时、分、秒的十位、个位分别占用1字节）BCD码并刷新显示缓冲；合字程序的功能是将键盘设置缓冲区中的6位BCD码合并为3位压缩BCD码，送入计时缓冲区或闹钟
12、值寄存区，同时检测时间值得合法性。,完成了硬件的设计、制作和软件编程之后，要使系统能够按设计意图正常运行，必须进行系统调试。系统调试包括硬件调试和软件调试两个部分。不过，作为一个计算机系统，其运行是软、硬件相结合的，因此，软、硬件的调试也是不可能绝对分开的。硬件的调试常常需要利用调试软件，软件的调试也可能需要通过对硬件的测试和控制来进行。,19,一、硬件调试 硬件调试的主要任务是排除硬件故障，其中包括设计错误和工艺性故障。（1）脱机检测。用万用表逐步按照电路原理图检查印制电路板中所有器件的各引脚，尤其是电源的链接是否正确；检查数据总线、地址总线和控制总线是否有短路等故障，顺序是否正确；检查各开
13、关按键是否能正常开关，是否连接正确；各限流电阻是否短路等。为了保护芯片，应先对各IC座（优先是电源端）点位进行检查，确定其无误后再插入芯片检查。（2）联机调试。暂时拔掉AT89S51芯片，将仿真器的40芯仿真插头插入AT89S51的芯片插座进行调试，检查键盘/显示接口电路是否满足设计要求。可以通过一些简单的软件来查看接口工作是否正常。例如，我们可以设计一个软件，使P1、P2口输出55H或AAH，同时读P0口，运行后用万用表检查相应端口电平是否一高一低，在仿真器中检查读入的P0口低3位是否为1，如果正常则说明8155工作正常。还可设计一个使所有LED全显示“8.”的静态显示程序来检验LED的好坏
14、。如果运行测试结果与预期不符，则很容易根据故障现象判断故障原因并采取相应措施排除故障。,20,二、软件调试 软件调试的任务是利用开发工具进行在线仿真，发现和纠正程序错误，同时也能发现硬件故障。程序的调试应一个模块地进行，首先单独调试各功能子程序，检验程序是否实现预期的功能，接口电路的控制是否正常等；最后逐步将各子程序连接起来总调。联调需要注意的是，各出现模块间能否正确传递参数，特别要注意各子程序的现场保护与恢复。调试的基本步骤如下：（1）用仿真器修改刑事缓冲区内容，屏蔽拆字程序，调试动态扫描显示功能。例如将DISP0DISP5单元置为“012345”，应能在LED上从左到右显示“012345”
15、。若显示不正确，可在DISP子程序相应位置断点，调试检查。然后用仿真器修改计时缓冲区内容，调用拆字程序，调试显示模块DISPLAY.例如，将HOUR、MIN、SEC单元置为“123456”检查是否能正确显示“12：34：56”。若显示不正确，应在SEPA子程序相应位置设置断点，调试检查。（2）运行主程序调试计时模块，不按下任何键，检查是否能从由00：00：00开始正确计时。若不能正确计时，则应在定时器中断服务子程序中设置断点，检查HOUR、MIN、SEC、MSEC单元是否随断点运行而变化。然后屏蔽缓冲初始化部分，用仿真器修改计时缓冲区内容为23：58：48，运行主程序（不按下任何键），检验能否
16、正确进位。,21,（3）调试键盘扫描模块KEYSCAN,先用延时10MS子程序代替显示子程序延时消抖，在求取建号后设置断点，中断后观察A累加器的键号是否正确；然后用恢复用显示子程序延时消抖，检测与DISPLAY模块能否正确连接。（4）调试时间设置/闹钟定时模块MODIFY。首先屏蔽COMB子程序单独调试键盘设置模块KEYIN，观察显示缓冲区DISP0DISP5单元的内容是否随键入的键号改变，以及键号能否在LED上显示，然后屏蔽KEYIN子程序，单独调试合字模块COMB，分别将R1设置为时间设置缓冲区和闹钟值寄存区的首地址，修改显示缓冲区内容，运行程序后查看时间设置缓冲区HOUR、MIN、SEC
17、单元和闹钟值寄存区AHOUR、AMIN、ASEC单元的内容是否正确。最后联调MODIFY模块。（5）运行主程序联调，检查能否用键盘修改当前时间以及设置闹钟，能否正确计时、启闹、停闹。,22,（1）脱机工作软、硬件调试成功之后，可以将程序固化到AT89S51的Flash ROM中，插入AT89S51芯片，接上电源脱机运行。既然软、硬件都已调试成功，那么脱机运行似乎肯定成功，然而事实往往并非如此，仍有可能出现以下故障：,（2）系统不工作。其原因主要有晶振不起振（晶振损坏、晶振电路布正常导致晶振信号太弱等），或脚没有接高电平（接地或悬空）等。,（3）系统工作时好时坏。这主要是由于干扰引起的。由于本系统没有传感输入道通和控制输出通道，干扰源相对较少且简单，因此，在电源、总线处对地接滤波电容一般可以解决问题。,23,完毕！谢谢各位老师！,
