项目 5 万年历的设计、仿真

项目 5 万年历的设计、仿真

• 5.1 工作任务• 5. 2 理论基础• 5. 3 工作过程• 5. 4 能力拓展

5. 1 工作任务

• (1)具有实时显示年、月、日和时、分、秒功能 ;• (2)走时准确，具备年、月、日、星期、时、分、秒校准功能 ;• (3)时间与阴、阳历能够自动关联 ;• (4)采用市电通过电源适配器供电，当市电停电时，不但万年历所有数据不丢失，且万年历照常运行 (有后备电池供电，可供数年 );

• (5)万年历设置运行到 2030年。

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5. 2 理论基础• 80C51单片机内部设有两个可编程的 16位定时 /计数器，简称定时

器 O(TO)和定时器 1(T1)。它们均可用作定时控制、延时以及对外部事件计数。在定时 /计数器中除了两个 16位的计数器之外，还有两个特殊功能寄存器 (控制寄存器和方式寄存器 )。其逻辑结构如图5一1所示。

• 由图可见， 16位定时 /计数器分别由两个 8位专用寄存器组成，即TO 由 THO 和 TLO构成， T1 由 TH1 和 TL1构成，地址分别为 8AH一 8DH。

• 当定时 /计数器被设定为某种工作方式后，它就会按设定的工作方式独立运行，不再占用 CPU的操作时间，直到加 1计数器计满溢出，才向 CPU申请中断。

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5. 2 理论基础

• 5. 2.1定时 /计数器• 定时 /计数器是一种可编程的部件，在其工作之前必须将控制字写入工作方式寄存器和控制寄存器，这个过程称为定时 /计数器的初始化。

• 1.工作方式寄存器 TMOD• TMOD用于控制 TO 和 T1的工作方式，其各位定义如下 :

• TMOD中各位功能如下 :

• (1)MO,M1:工作方式控制位。可构成如表5一1所示的 4种工作方式 :


5. 2 理论基础• (2) c/T:功能选择位。 c/T -0为定时器方式， c/T = I为计数器方式。• (3) GATE:选通控制位。当 (ATE = 0时，只用软件对 TRO( 或 TR1)

置 1即可启动定时器开始工作，当 (ATE = 1时，只有在 INTO( 或INT1)引脚为 1，且用软件对 TRO( 或 TR1) 置 1才能启动定时器工作。

• TMOD不能位寻址，只能用字节方式设置工作方式。复位时， TMOD所有位均为 O。

• 2.控制寄存器 TCON• TCON的作用是控制定时器的启动、停止以及标志定时器的溢出和中断情况。定时器控制字 TCON的格式如下 :


5. 2 理论基础• 3.定时 /计数器的工作方式• 由上节可知，对 TMOD 中 M1,M0的设置，可选择 4种工作方式，这

4种工作方式中除了工作方式 3以外，其他 3种工作方式的基本原理都是一样的。下面介绍这 4种工作方式的结构、特点及工作情况。

• (1)工作方式 0

• 方式 0是一个 13位的定时 /计数器。其逻辑结构如图5一2所示，以TO为例进行说明。

• (2)工作方式 1

• 方式 1是一个 16位的定时 /计数器。其逻辑结构如图5一3所示，其操作几乎与方式 0完全相同，唯一的差别是在方式 1中，定时器是以16位二进制数参与操作，且定时时间为 :


5. 2 理论基础• (3)工作方式 2

• 方式 2是能重置初值的 8位定时 /计数器。其逻辑结构如图5一4所示。

• 工作方式 2的定时时间为 :

• (4)工作方式 3• 方式 3只适用于定时器 TO。定时器 TO在方式 3下被拆成两个独立

的 8位计数器 TLO 和 THO( 见图5一5).


5. 2 理论基础

• 5. 2. 2定时 /计数器应用举例• 使用定时 /计数器前，需对其进行初始化。初始化的大致步骤如下 :• ①确定工作方式 : 对 TMOD赋值 ;• ②向定时 /计数器 THO,TLO 或 TH1 ,TL1写入初值 ;• ③根据需要开放定时 /计数器的中断 :直接对允许控制寄存器 IE的位赋值 ;

• ④启动定时 /计数器工作 :若用软件启动 (GATE = 0 )，则对 TRO 或TR1置“ 1";若由外部中断引脚电平启动 (GATE -1)，则尚需给INTO 或 INT1加高电平才能启动。


5. 2 理论基础

• 5. 2. 3与本项目相关的指令• 1.逻辑或运算指令

• 这组指令的功能是两操作数所确定的内容按位相或后，结果送到日的操作数地址中。同与逻辑一样，对于最后两条指令，当直接地址为I/o口时，也进行“读一改一写”操作。


5. 2 理论基础• 与、或逻辑运算结合使用，可以实现对某单元内容的某些位进行交换，而其余位保持不变。

• 2.逻辑异或运算指令

• 同样，最后两条指令，也具有“读一改一写”功能。• 异或操作也是按位进行的，当两操作数相同时结果为 0，不同时结果

为 1.


5. 2 理论基础• 任一操作数与它自身相等的数异或，结果为 0;任一操作数与 00 H异或，结果为操作数本身 ;任一操作数与 OFFH异或，结果为操作数的非。

• 3.累加器清“ 0”与取反指令• 清“ 0”指令 :CLR A ; A←0• 取反指令 :CPL A ;A←(A)• 清“ 0”与取反指令只对累加器 A操作，它们都是单字节指令，若用上述异或指令也可以对某操作数清“ 0”或取反，但至少要二字节指令。

• 80C51没有求补指令，若需进行求补计算，可用“取反加 1”实现。• 4.移位指令• RL A; 左小循环• RR A; 右小循环


5. 2 理论基础• R TC A;左大循环• RRC A;右大循环• 同样，移位指令也只对累加器 A进行操作。前两条指令分别将 A中内容循环左移或石移一位，后两条指令分别将 A中内容连同进位位CY一起循环左移或右移一位。以上移位指令的操作过程，可以用图5 -7说明。

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5. 3 工作过程

• 5. 3. 1构思• 学生查阅该项目相关资料，如教材、参考书目、图书、网络资源等，收集万年历信息 ;教师采用多媒体课件讲授该项目理论知识相关内容，为学生制作万年历奠定理论基础 ;学生通过与指导教师交流确定总体设计方案和各模块的设计方案。解决该项目设计，仿真和制作的疑难问题。最终完成学生工作页 ( 如表5-2)的填写。

• 5. 3. 2设计• 各小组集中讨论，汇总信息并整理，确定该项目的设计方案，要保证项目的可行性和可操作性。电路设计枢图如图5一8所示，万年历的硬件电路图参见图5一9.

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5. 3 工作过程• 1.单片机选型• 2.电源、时钟电路和复位电路• 3.显示模块设计• 4.时钟模块设计• 5.调时模块• 6.软件程序设计• 项目的程序流程图如图5一10、图5一11所示。

• 5. 3. 3项目实施• 1.制作秒表的电路板• 列出所需元件清单，如表5 -3所示。


5. 3 工作过程• 2.硬件测试• 3.软件测试

• 5. 3. 4 项目评价• 以教师为主，通过教师评价、学生自评、学生互评、成果评定等四个方面对学生的项目完成情况进行综合评价 ;同时对项目报告进行评价 ;按项目的技术指标进行评价 ;对实施记录和实训报告进行评价 ;以及对学生的学习态度、工作态度、团结协作精神、出勤率、敬业爱岗和职业道德进行评价。以专兼教师为主，按以下几个方面对学生完成项目的整个过程进行评价，项目考核具体内容见表5 -4所示。

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5. 4 能力拓展• 在设计出的万年历的基础上，可以设计一款具有上、下课响铃功能 ;具有防御报警功能 ;具有温度计功能的多功能万年历，其硬件原理图如图5一14所示。

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图 5 一 1 80C51牢时 /计数器谬辑结构图

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表 5 一 1 4种工作方式

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图 5 一 2工作方式 0逻辑结构图

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图 5 -3 工作方式 1逻辑结构图

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图 5 -4工作方式 2逻辑结构图

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图 5 -5工作方式 3 逻辑结构图

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图 5 一 6 例 5. 3题波形示意图

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图 5 一 7 移位指令操作讨程

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表 5 -2 学生工作页

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图 5 一 8 电路设计框图

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图 5-9 万年历的硬件电路图

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图 5 一 10主程序流程图

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图 5 一 11时间调整程序流程图

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图 5-12 万年历仿真图

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图 5-13 万年历调时仿真图

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表 5 -3元件清单

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表 5 -4 项目考核表

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图 5 一 14 硬件原理图

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