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1、单片机课程设计实验报告(时钟、日历). 基于单片机的电子钟设计 目录 第一章电子时钟设计-2 1.1 设计原理简介-2 1.2 设计功能-3第二章主要电路元器件介绍-3 2.1 STC89C52 单片机简介-3 2.1.1 单片机简介-3 2.1.2 主要特性-3 2.1.3 管脚功能说明-4 2.1.4 LCD1602-5第三章单元电路的硬件设计-6 3.1 硬件原理框图-6 3.2 单片机 STC89C52 系统的设计-6 3.3 时钟电路-7 3.4 复位电路-7 3.5 键盘接口电路-8 3.6 LCD1602显示-8 第四章设计总原理图-9 第五章心得体会-9 第六章源程序-10 前
2、言： 课程设计题目电子时钟、日历 任务下达日期2022年6月17 日 设计提交期限2022 年7 月5日 设计主要 内容使用89C51、LCD1602，设计一个能同时显示“年月日”“时分秒”和“星期”的电子作品 主要技术要求及参数基本要求： 1时钟走一天的误差小于1秒钟 2时间、星期、日历均可以通过按键调节设置 成果提交 形式 技术报告一份，制作实物一件。 设计进度安 排第1周查资料，研究设计题目、内容及要求并进行初步设计。第2周设计、安装及调试，并撰写设计报告。 第2周周五上午提交设计报告并现场答辩。 摘要 数字钟已成为人们日常生活中必不可少的必需品，广泛用于个人家庭以及办公室等公共场所，给
3、人们的生活、学习、工作、娱乐带来极大的方便。由于数字集成电路技术的发展和采用了先进的石英技术，使数字钟具有走时准确、性能稳定、携带方便等优点，它还用于计时、自动报时及自动控制等各个领域。尽管目前市场上已有现成的数字钟集成电路芯片出售，价格便宜、使用也方便，但鉴于单片机的定时器功能也可以完成数字钟电路的设计，因此进行数字钟的设计是必要的。在这里我们将已学过的比较零散的数字电路的知识有机的、系统的联系来用于实际，来培养我们的综合分析和设计电路，写程序、调试电路的能力。单片机具有体积小、功能强可靠性高、价格低廉等一系列优点，不仅已成为工业控领域普遍采用的智能化控制工具，而且已渗入到人们工作和和生活的
4、各个角落，有力地推动了各行的技术改造和产品的更新换代，应用前景广阔。 一、作品介绍 该电子钟使用AT89S51为核心，采用LCD1602液晶屏显示，动态显示技术。产用外部接5V电源供电，内部添加了一个4.8V左右的电池以防突然断电后还能保持原先数据不变。该产品简单易于操作，可以实现以下功能： 1、显示年份，格式“年、月、日” 2、时间显示为24小时制，格式“时时”“分分”“妙妙” 3、显示星期,用英文字符表示如星期一“MON” 二、设计目的 1、巩固、加深和扩大51系列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、学会怎么使用LCM602，并且要知道它的组成与构造。
5、3、学会查阅书籍，并且要能够熟练编写程序、仿真、绘画流程图、原理图及BCP 图。 4、对课题设计方案的分析、选择、比较、熟悉用51单片机做系统开发、研制的过程，软硬件设计的方法、内容及步骤。 三、设计要求 1上电以后自动进入计时状态。 2、设计键盘调整时间，完成年月日、星期、时间的设计。 3、采用AT89S51为核心控制芯片，用LCD1602作为显示屏。 第一章 1.1 设计原理简介 该设计设计一个电子时钟，我们采用的是STC89C52 单片机用软件实现计数和显示。该单片机是一个微型计算机，包括中央处理器CPU，RAM，ROM、I/O 接口电路、定时计数器、串行通讯等，是时钟计数设计的核心。该
6、时钟原理框图如图1.1，总体原理为：利用STC89C52 单片机构造电子时钟，可显示年、月、日、星期、时、分、秒，通过C 语言对单片机的编程即可产生相应的计时功能，并可以通过键盘进行时间的调整的控制。 图 2.1 信号发生器原理框图 本方案其主要模块包括复位电路、时钟信号、键盘控制、LCD1602 显示。其各个模块的作原理如下： （1）复位电路是为单片机复位使用，使单片机接口初始化；89C52 等CMOS51 系列单片机的复位引脚RET 是施密特触发输入脚，内部有一个上拉低电阻，当振荡器起振以后，在RST 引脚上输出2 个机械周期以上的高电平，器件变进入复位状态开始，此时ALE、PSEN、P0
7、、P1、P2、P3 输出高电平，RST 上输入返回低电平以后，变退出复位状态开始工作。该方案采用的是人工开关复位，在系统运行时，按一下开关，就在RST 断出现一段高电平，使器件复位。 （2）时钟信号是产生单片机工作的时钟信号，控制着计算机的工作节奏，可以通过提高时钟频率来提高CPU 的速度。89C52 内部有一个可控的反相放大器，引脚XTAL1、XTAL2为反相放大器输入端和输出端，在XTAL1、XTAL2 上外接12MHZ 晶振和30pF 电容便组成振荡器。时钟信号常用于CPU 定时和计数。 （3）键盘模块是是用于控制信号输入的类型，当按键按下时，可以通过单片机编STC89C52单片机数接口
8、电路键盘输入程读取闭合的键号，实现相应的时间调整。其步骤主要是a、断是否有键按下；b、去抖动，延时20ms 左右；c、识别被按下的键号；d、处理，实现功能。 （4）LCD1602显示，通过单片机控制把数据送到LCD1602上显示。 1.2 设计功能 （1）本设计利用3 位（P3.0 、P3.1、P3.2）控制时间的调整，其中当P3.0=0对要调整的年、月、日、星期、时、分、秒的切换；当P3.1=0进行加1设置；当P3.2=0进行减1设置。 （2）本设计利用LCD1602液晶显示进行时间的显示，由单片机的P0端口进行数据的传输；LCD的4（RS）接P2.5，5（RW）接P2.6, 6（E）接P2
9、.7。 第二章主要电路元器件介绍 2.1 STC89C52 单片机简介 2.1.1 单片机简介 AT89C51是一种带4K字节FLASH 存储器的低电压、高性能CMOS 8 位微处理器，俗称单片机。该芯片具 有优异的性价比，集成度高，体积小， 可靠性强，控制功能强等优点。其外 形及引脚排列如图2.1 所示。 2.1.2 主要特性图 2.1 （1）兼容性能强 （2）4K 字节可编程FLASH 存储器 （3）全静态工作：0Hz-24MHz （4）1288 位内部RAM （5）32 可编程I/O 线 （6）两个16 位定时器/计数器 （7）5 个中断源 （8）可编程串行通道 （9）低功耗的闲置和掉电
10、模式 （10）片内振荡器和时钟电路 2.1.3 管脚功能说明 VCC：供电电压。 GND：接地。 P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8个TTL门电流。当P0口的管脚第一次写“1”时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。 P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4个TTL 门电流。P1口管脚写入“1”后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上
11、拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。 P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL 门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。 P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的
12、双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。P3口作为AT89C51的一些特殊功能口，管脚备选功能 P3.0 RXD（串行输入口） P3.1 TXD（串行输出口） P3.2 /INT0（外部中断0） P3.3 /INT1（外部中断1） P3.4 T0（计时器0外部输入） P3.5 T1（计时器1外部输入） P3.6 /WR（外部数据存储器写选通） P3.7 /RD（外部数据存储器读选通） RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时
13、间。 ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。 在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时， ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。 /PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两/PSEN有效
14、。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。/EA / VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。 XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 XTAL2：来自反向振荡器的输出。 2.1.4 LCD1602 这里介绍的字符型液晶模块是一种用 5x7 点阵图形来显示字符的液晶显示器，根据显示的容量可以分为 1 行 16 个字、2 行 16 个
15、字、2 行 20个字等等，这里以常用的 2 行 16 个字的 1602 液晶模块来介绍它的编程方法。1602 采用标准的 16 脚接口，其中: 第 1 脚：VSS 为地电源 第 2 脚：VDD 接 5V 正电源 第 3 脚：V0 为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高，对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K 的电位器调整对比度 第 4 脚：RS 为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。 第 5 脚：RW 为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。当 RS 和 RW 共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当 RS 为
16、低电平 RW 为高电平时可以读忙信号，当 RS 为高电平 RW 为低电平时可以写入数据。 第 6 脚：E 端为使能端，当 E 端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。 第 714 脚：D0D7 为 8 位双向数据线。 第15脚：背光电源正极 第16脚：背光电源负极 第三章单元电路的硬件设计 硬件原理硬件电路的设计决定一个系统的的功能，是设计的基础所在，而一般设计的标：可靠，简洁，高效，优化，好的硬件电路可以给程序的编写带来极大的优势，同时使可以很好的提高该信号设计的精度和灵敏度，使整个系统工作协调有序。 3.1 硬件原理框图 对于该电子时钟的设计，我们采用了以 STC89C52单片机芯片作
17、为核心处理器，编程实 现时间的计时，最后通过 LCD1602的显示。结 构简单，思路仅仅有条，而根据设计的基本要 求，我们又把其细分为不同的功能模块，各个 功能模块相互联系，相互协调，通过单片机程 序构成一个统一的整体，其整体电路原理框 如图3.1 所示：图3.1 3.2 单片机 STC89C52 系统的设计 89C52 单片机是该信号发生器的核心，具有2 个定时器，32 个并行I/O 口，1 个串行I/O 口，5 个中断源。由于本设计功能简单，数据处理容易，数据存储空间也足够，因为我们采用了片选法选择芯片，进行芯片的选择和地址的译码。 单片机引脚分配如下： XTAL1，XTAL2：外接晶振，
18、产生时钟信号； RES：复位电路； P0口：接LCD1602的第714脚进行数据的传输； P2口：LCD的4（RS）接P2.5，5（RW）接P2.6, 6（E）接P2.7； P3口：接按键开关，对时间进行设置。 3.3 时钟电路 单片机的时钟信号通常用两种电路形式得到：内部振荡和外部振荡方式。在引脚XTAL1 和XTAL2 外接晶体振荡器，构成了内部振荡方式。由于单片机内部有一个高增益的反相放器，当外接晶振后，就构成了自激振荡，并产生振动时钟脉冲。晶振通常选用6MHZ、12MHZ、24MHZ。本设计中时钟电路图如图3.2，我们选择了12MHZ和晶振分别接引脚XTAL1和XTAL2，电容C1，C
19、2 均选择为30pF，对振荡器的频率有稳 定作用。 图3.2 3.4 复位电路 复位引脚RST 通过一个斯密特触发器与复位电路相连，斯 密特触发器用来抑制噪声，在每个机器周期的S5P2，斯密特触发器的输出电平由复位电路采样一次，然后才能得到内部复位操作所需要的信号。复位电路通常采用上 电自动复位和按钮复位两种方式。本设计选择了按键复位如图4.3,在系统运 行时，按一下开关，就在RST 断出现一段高电平，使器件复位。此时ALE、 PSEN、P0、P1、P2、P4 输出高电平，RST 上输入返回低电平以后，变退出 复位状态开始工作。 3.5 键盘接口电路 P3.0 、P3.1、P3.2控制时间的调
20、整，其中当P3.0=0对要调整的年、月、 日、星期、时、分、秒的切换；当P3.1=0进行加1设置；当P3.2=0进行减 1设置。 图3.4 3.6 LCD1602显示 对于1602与单片机的连接方法如图3.5所示： 图3.5 第四章设计总原理图 五、实验心得体会 该电子时钟在调试时，总是出现许多的错误，软件上出了许多的问题，之后纠正，和组员慢慢调试修改了好多次。可是在仿真时依然存在很多的问题，开始的时候是仿真没有时间显示，之后改了改电路的P0数据传输线后时间就显示出来了。在时间的调整上问题更多，刚开始时按键没有反应，然后加上了消抖延时后才有反应，但是设的延时时间太长就出现按键不灵，再改后就正常了。 在开发板上调试时，背光是亮着，但是没有数字出现，经过查看1602的资料才发现仿真 不需要调节3脚的变位器，而在电路板上时就需要调节变位器才能使它正常显示。