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1、精选优质文档-倾情为你奉上广东工业大学华立学院 课 程 设 计（论文）课程名称微机原理与单片机技术综合设计与实践 题目名称 60秒LED旋转电子钟 系 部 机电与信息工程学部 专业班级 10电气1班 学号 学生姓名 郭会创 指导教师 王 赟 2013年06月25日专心-专注-专业广东工业大学华立学院课程设计（论文）任务书题目名称60秒LED旋转电子钟学系学部机电与信息工程学部专业班级10电气1班姓 名郭会创学 号一、课程设计（论文）的内容以89C51单片机为核心，制作一个LED显示的智能电子钟。具体要求：1、用4只LED数码管输出显示时和分。2、可通过按键设置闹钟功能，且停闹无须手工操作。3、
2、可通过按键设置分校时。4、月计时误差小于45秒。二、课程设计（论文）的要求与数据1、系统框图、方案论证；2、各部分的硬件电路原理图及功能说明；3、程序流程图及分析；4、系统调试与分析；5、源程序清单。三、课程设计（论文）应完成的工作1. 画出系统框图，论证系统设计方案；2、器件选型，给出系统各个组成部分的硬件电路原理图；3、给出程序流程图；4、进行源程序的设计及调试；5、撰写课程设计报告的。四、课程设计（论文）进程安排序号设计（论文）各阶段内容地点起止日期1选择课题，明确设计要求，查阅资料校内6.172方案论证、系统总体设计校内6.186.193硬件电路原理图设计校内6.206.214程序流程
3、图的设计、源程序的编制及系统调试校内6.226.235撰写课程设计报告校内6.246.256五、应收集的资料及主要参考文献1 孙育才.MCS-51系列单片微型计算机及其应用M.东南大学出版社，2004.62 张毅刚，彭喜源，谭晓昀.MCS51系列单片机实用设计M.哈尔滨工业大学出版社， 2008发出任务书日期： 2013年 06月17 日 指导教师签名：计划完成日期： 2013年 06月25 日 教学单位责任人签章：目录利用word的菜单“自动生成目录”：1、单击工具栏菜单“插入”/引用/索引和目录/目录/去掉“使用超级链接而不使用页码”选项，格式“正式”，显示级别“3级”2、选中生成的目录，
4、单击菜单“格式”/段落/行距/1.5倍行距3、选中生成的目录，小四宋体大标题：居中，三号黑体加粗，格式/段落/大纲级别/1，1.5倍行距，段前、段后0.5二级标题：小四黑体加粗，格式/段落/大纲级别/2，1.5倍行距，段前、段后0.51系统分析1.1功能要求正文：小四宋体，1.5倍行距本文设计一款采用LED显示器件显示的电子时钟，有效克服了时钟存在的误差问题，并能在夜间不必其它照明就能看到时间，且以60只发光管实现秒显示，接近于传统的秒针来显示秒的形式。另加七只装饰用的LED灯，使整个时钟显的相当美观新颖，故还可作为室内装饰用。电子钟的外观如图1.1所示。周边60只发光管顺时旋转来显示秒，中间
5、四只LED数码管用于显示时间，中下方的七只LED灯顺时旋转，供装饰用。其主要功能有：（1）整点报时；（2）四只LED数码管显示当前时分；（3）每隔一秒钟周边的60只LED发光管旋转一格，装饰用的LED每隔一秒旋转一次；（4）当发生停电事件时，由后备电池供电，系统进入低功耗状态，所有显示部件停止显示，这样即延长了电池的寿命，同时又保证了CPU继续计数，不至于因停电而时钟停止运行。当恢复供电后，系统自动恢复工作状态，不影响计时。图号：按章编号，如第1章第1个图，图1.1，第1章第2个图，图1.2，第2章第1个图，图2.1，依次类推。五号宋体图1.1 多功能电子钟外观图1.2方案论证从“正文”开始编
6、页码电脑钟的原理框图如图1.2所示。它由以下几个部件组成：单片机89C2051、电源、时分显示部件、60秒旋转译码驱动电路。图1.2 电子钟系统原理框图时分显示采用动态扫描，以降低对单片机端口数的要求，同时也降低系统的功耗。时分显示模块、60秒旋转译码驱动电路以及显示驱动都通过89C2051的I/O口控制。电源部分：由两部分组成，一是由220V的市电通过变压、整流稳压来得到+5V电压，维持系统的正常工作；二是由3V的电池供电，以保证停电时正常走时。正常情况下电池是不提供电能的，以保证电池的寿命。 2 系统设计2.1 系统硬件电路的设计本系统的应用程序主要由主程序、中断服务程序和子程序组成。主程
7、序的任务是对系统进行初始化，实现参数输入，并控制电加热炉的正常运行。主程序主要由系统初始化、数据2.1.1 60秒旋转译码驱动原理按常规传统设计，需60进制译码驱动电路才能实现60秒旋转译码驱动，若用六片十进制计数译码器构成六十进制计数译码电路，则电路连线多（需要120根连线），硬件电路庞大，开销大。为此，本文巧妙地采用了两片CD4017进行六十进制计数译码，实现60秒旋转译码驱动。既减少了电路的复杂程度又可降低了成本。图2.1为CD4017功能引脚图和工作时序图。图2.1 CD4017时序图CD4017集成电路是十进制计数/时序译码器，共有10个译码输出Q0Q9；每个译码输出通常处于低电平，
8、且在时钟脉冲由低到高的上升沿输出高电平；每个高电平输出维持1个时钟周期；每输入10个时钟脉冲，输出一个进位脉冲，因此进位输出信号可作为下一级计数器的时钟信号。在清零输入端（R）加高电平或正脉冲时，只有输出端Q0为高电平，其余各输出端均为低电平“0”。为实现对发光二极管的驱动，将每一个译码输出端口接一只发光二极管，并将二极管串联限流电阻后接地。当译码端口Q0Q9中任一端口为高电平，则对应的发光二极管点亮，如图2.2（左）所示。根据CD4017的功能，可发现其10个输出的高电平是相互排斥的，即任一时刻只有一只发光二极管点亮，因此可电路进一步简化为如图4（右）所示，从而简化电路设计。图2.2 CD4
9、017控制发光二极管原理图在本电子钟设计中，每秒点亮一个发光二极管，循环点亮一周共需60个发光二极管，若用上述的6片CD4017实现驱动，显然电路复杂。为此我们选用两片CD4017和一片6反相器，采用“纵横双译码”技术，巧妙地实现60秒旋转译码驱动，其中一片接成10进制，一片接成6进制，实现610=60的功能，具体连接方法如图2.3所示。图2.3 发光二极管“纵横双译码”循环点亮LED原理图将周期为1秒的输入脉冲作为其中一片CD4017的时钟脉冲，而此片的级联进位输出端（QC）作为另一片的时钟输入，并将Q6与复位端相连。在两片译码输出端交叉点上接入发光二极管，构成610矩阵。根据CD4017时
10、序特点，在初始状态，作为高位（纵）的CD4017译码器输出端口Q0处于高平，经反相器反相后为低电平。当作为低位（横）的CD4017译码器输出端口Q0Q9依次输出高电平后，则对应的二极管LD1LD10依次点亮；此后由于QC端的进位，高位CD4017译码输出端口Q1输出高电平，反相后输出低电平，当低位的CD4017译码输出端口Q0Q9依次输出高电平后，二极管LD11LD20依次点亮。如此往复，直至高位Q6向复位端输入高电平，CD4017复位，60秒循环点亮重新开始。2.1.2 时分显示部件由于系统要显示的内容较简单，显示量不多，所以选用数码管既方便又经济。LED有共阴极和共阳极两种。二极管的阴极连
11、接在一起，通常此公共阴极接地，而共阳极则将发光二极管的阳极连接在一起，接入+5V的电压。一位显示器由8个发光二极管组成，其中7个发光二极管构成字型“8”的各个笔划（段）ag，另一个小数点为dp发光二极管。当在某段发光二极管施加一定的正向电压时，该段笔划即亮；不加电压则暗。为了保护各段LED不被损坏，需外加限流电阻，如图2.4所示。图2.4 LED数码管结构原理图众所周知，LED显示数码管通常由硬件7段译码集成电路，完成从数字到显示码的译码驱动。本系统采用软件译码，以减小体积，降低成本和功耗，软件译码的另一优势还在于比硬件译码有更大的灵活性。所谓软件译码，即由单片机软件完成从数字到显示码的转换。
12、从LED数码管结构原理可知，为了显示字符，要为LED显示数码管提供显示段码，组成一个“8”字形字符的7段，再加上1个小数点位，共计8段，因此提供给LED数码管的显示段码为1个字节。各段码位与显示段的对应关系如表2.1。表2.1 各段码位的对应关系段码位D7D6D5D4D3D2D1D0显示段dpgfedcba需说明的是当用数据口连接LED数码管adp引脚时，不同的连接方法，各段码位与显示段有不同的对应关系。通常数据口的D0位与a段连接，D1位与b段连接，D7位与dp段连接,如表1所示，表2.2为用于LED数码管显示的十六进制数和空白字符与P的显示段码。表2.2 LED显示段码字型共阳极段码共阴极
13、段码字型共阳极段码共阴极段码0C0H3FH990H6FH1F9H06HA88H77H2A4H5BHB83H7CH3BOH4FHCC6H39H499H66HDA1H5EH592H6DHE86H79H682H7DHF84H71H7F8H07H空白FFH00H880H7FHP8CH73H注：（1）本表所列各字符的显示段码均为小数点不亮的情况。 （2）“空白”字符即没有任何显示。根据AT89C2051单片机灌电流能力强，拉电流能力弱的特点，我们选用共阳数码管。将AT89C2051的P1.0P1.7分别与共阳数码管的ag及dp相连，高电平的位对应的LED数码管的段暗，低电平的位对应的LED数码管的段亮，
14、这样，当P0口输出不同的段码，就可以控制数码管显示不同的字符。如：当P0口输出的段码为1100 0000，数码管显示的字符为0。数码管显示器有二种工作方式，即静态显示方式和动态扫描显示方式。为节省端口及降低功耗，本系统采用动态扫描显示方式。动态扫描显示方式需解决多位LED数码管的“段控”和“位控”问题，本电路的“段控”（即要显示的段码的控制）通过P0口实现；而每一位的公共端，即LED数码管的“位控”，则由P3口控制。这种连接方式由于多位字段线连在一起，因此，要想显示不同的内容，必然要采取轮流显示的方式，即在某一瞬间，只让其中的某一位的字位线处于选通状态，其它各位的字位线处于断开状态，同时字段线
15、上输出这一位相应要显示字符的字段码。在这一瞬时，只有这一位在显示，其他几位则暗。在本系统中,字位线的选通与否是通过PNP三极管的导通与截止来控制,即三极管处于“开关”状态。系统的时分显示部件由4只7段共阳LED数码管构成，前两只用于时的显示，后两只用于分的显示。值得一提的是，在设计中需要实现时与分之间的两个闪烁点，为此，将第三只LED数码管倒置摆放，这样就形成了两个很自然的闪烁点。与此同时，为了能使两点显示能够形象的表示时钟“秒”的变化，设计时，将两个点由P1.7单独控制，每隔一秒使P1.7发送一个正脉冲，从而实现了两个点的闪烁显示，闪烁周期为一秒。2.2 系统程序的设计本系统的软件系统主要可
16、分为主程序和定时器中断程序两大模块。在程序过程中，加入了抗干扰措施。下面对部分模块作介绍。2.1.1 系统主程序设计主程序的功能是完成系统的初始化，在显示时间之前，对系统是否停电状态进行检测；若停电，将系统进入低功耗状态，用电池电压维持单片机计时工作，但此时不显示时间，用节省用电；若不停电，则将时分发送显示。程序流程如图2.5所示。2.2.2 中断程序设计中断程序(如图2.6所示)完成时间计数，时间调整，误差消除等功能。中断采用AT89C2051内部T0中断实现，定时时间为125ms，当时间到达125ms8,即1分钟时，分计数缓冲器MINBUFFER增加1，到达1小时，则时计数缓冲器HOURB
17、UFFER增加1，并将分、时的个位、十位放入显示缓冲器。当分计数缓冲器和时计数缓冲器分别到达60min、24h时，则对它们清零，以便从新计数。在中断设计中，还通过软件实现了累计误差消除功能，使整个系统时间的精确度得到保证。 图2.5 系统主程序流程图 图2.6 定时中断程序3 结束语上述电子钟，无论在外观上还是功能上都实现了较为完善的设计。特别值得一提的是本系统在精度上的设计，突破传统的方法，对可能产生的积累误差采用“抵消法”，从而有效地降低了时间误差。由于计数时产生的积累误差所导致的时间误差，是所有的电子计时系统共同存在的问题。但在目前市场上的电子时钟产品，如计算机中的时钟，手机中的时钟等并
18、没有有效的采取消除误差的措施。本系统设计的消除积累误差来减少时间误差的软件方法，并不需要任何的硬件，因此在不增加成本的情况下，可以普遍用于所有的电子时钟产品。注意，总结不是写个人体会，不要出现“我”、“本人”之类的词，是总结本设计的内容，例如，实现什么功能，怎么实现的，有什么特别之处，有什么优、缺点，今后可如何改进之类。参考文献1 张毅刚，彭喜源，谭晓昀.MCS51系列单片机实用设计M.哈尔滨工业大学出版社，2008.2 楼苗然，李光飞.单片机课程设计指导M.北京航空航天大学出版社，2007.3 4 5 请按实际情况填写，至少5个附录1材料清单名称型号数量 单片机AT89C20511 数字集成
19、芯片CD40172 数字集成芯片CD40691超高亮数码管共阳 尺寸0.5inch4高亮发光二极管3红、透明13高亮发光二极管3绿、透明50 普通二极管IN40014 普通二极管IN41482 稳压二极管C4V7( 4.7V)1 三极管90125 三极管90131 轻触按键小（尺寸66mm5.5）3 蜂鸣器5 V1 晶振6M（小体积）1 底座14脚1 底座16脚2 底座20脚1 底座40脚1 电阻220欧姆，1/8瓦8 电阻4.7K，1/8瓦5 电阻100欧姆，1/8瓦1 电阻10k，1/8瓦4 电阻270欧姆，1/8瓦1 电容100微法/25伏2 电容220微法/25伏1 电容30P 瓷片3
20、 电容104（0.1微法）3 变压器5 V/100 M A1 电源线150cm1 固定脚铜3套 PCB线路板直径1151附录2电路原理图附录3实物图附录4主要程序清单ALARMHBUFF2 EQU 77H ;闹铃时间的时十位计时绶冲 ALARMHBUFF1 EQU 76H ;闹铃时间的时个位计时绶冲 ALARMMBUFF2 EQU 75H ;闹铃时间的分十位计时绶冲 ALARMMBUFF1 EQU 74H ;闹铃时间的分个位计时绶冲 HBUFF2 EQU 73H ;时十位计时绶冲 HBUFF1 EQU 72H ;时个位计时绶冲 MBUFF2 EQU 71H ;分十位计时绶冲 MBUFF1 EQ
21、U 70H ;分个位计时绶冲 DP EQU 6FH ;控制数码管点的亮暗 NUM EQU 78H ;前四秒还是后四秒计数 SBUFF EQU 79H ;秒十进制计时绶冲(低四位对应个位，高四位对应十位) MBUFF EQU 7AH ;分十进制计时绶冲 HBUFF EQU 7BH ;时十进制计时绶冲 ALARMMBUFF EQU 7CH ;闹铃时间的分十进制计时绶冲 ALARMHBUFF EQU 7DH ;闹铃时间的时十进制计时绶冲 NUMT1 EQU 67H;用于控制时间调整时按键p3.2一次按下时，计数器T1中断的次数 NUMT2 EQU 68H;用于控制时间调整时按键p3.3一次按下时，计
22、数器T1中断的次数 KEYNUMT1 EQU 69H ;用于存储NUMT1已经计数到第几个半秒 KEYNUMT2 EQU 6AH ;用于存储NUMT1已经计数到第几个半秒 STOREKEYNUMT2 EQU 6BH ;用于存储当前KEYNUMT1的值，以和下次做比较，看是否有变化 STOREKEYNUMT1 EQU 6CH ;用于存储当前KEYNUMT2的值，以和下次做比较，看是否有变化 ORG 0000H AJMP START ORG 000BH MOV TH0 , #0BH ;设置计数初值 ,R4用来存储低位的初值 MOV TL0 , R4 AJMP INTERT0 ORG 001BH A
23、JMP INTERT1 ORG 0040HSTART: MOV NUMT1 , #00H MOV NUMT2 , #00H MOV KEYNUMT1 , #00H MOV KEYNUMT2 , #00H MOV STOREKEYNUMT2 , #00H MOV STOREKEYNUMT1 , #00H MOV NUM , #8 MOV DPTR , #TAB MOV ALARMHBUFF , #18H ;置闹铃时间初始值为18:55 MOV ALARMMBUFF , #55H MOV ALARMHBUFF2, #01H MOV ALARMHBUFF1, #08H MOV ALARMMBUFF2
24、 , #05H MOV ALARMMBUFF1 , #05H MOV HBUFF2, #01H ;置闹钟时间为18:53 MOV HBUFF1, #08H MOV MBUFF2 , #05H MOV MBUFF1 , #03H MOV HBUFF , #18H MOV MBUFF , #53H MOV SBUFF , #3CH ;置初始秒为60,计时时减 MOV TCON , #05H ;下降沿触发 MOV TMOD , #11H ;初始化定时器,T0 ,T1 16位计时 MOV TH0 , #0BH ;设置计数初值，125ms计时 MOV TL0 , #0DBH MOV TH1 , #3CH
25、 ;T1置初值，进行100ms计时，用于调整时间 MOV TL1 , #0B0H MOV IE , #82H ;开T0中断 SETB PT0 ;T0中断优先级最高 SETB TR0 ;允许T0计数 SETB P3.2 SETB P3.3START1: MOV A , HBUFF ; 显示时，7点以前及21点以后亮度调暗 SUBB A , #7H JC START2 MOV A , HBUFF SUBB A , #21H JNC START2 ACALL DISPLAY ACALL ZDBS AJMP START3START2: ACALL NIGHTDISPLAYSTART3: MOV A ,
26、ALARMHBUFF ;检测是否是定闹时间 CJNE A , HBUFF , START4 MOV A , ALARMMBUFF CJNE A , MBUFF ,START4 MOV C, DP ;若是定闹时间,则利用dp的值来决定蜂鸣 MOV P3.2, C MOV A , SBUFF JNZ START1 ;若还没到1分钟，则继续蜂鸣 SETB P3.2START4: JNB P3.2,ADJUSTTIME1 ;循环等待中断，并检测是否键按下，若是，则进入相应程序 JNB P3.3,ADJUSTTIME2 AJMP START1 AJMP START1 ;* ;*int0中断子程序* ;*
27、ADJUSTTIME1:NOP MOV KEYNUMT1 ,#00H MOV TH1 , #3CH ;T1置初值，进行100ms计时，用于调整时间 MOV TL1 , #0B0H SETB ET1 ;开T1中断 SETB PT1 ;设T1中断优先级最高 SETB TR1 ;允许T1计时 MOV STOREKEYNUMT1 , KEYNUMT1 ;存储当前次KEYNUMT1的值TIME1_1:ACALL DISPLAY MOV A , KEYNUMT1 CJNE A , STOREKEYNUMT1,TIME1_2 ;若当前KEYNUMT1的值与上一次的值不等，则时间加1分，否则继续循环，等等至半
28、分钟 AJMP TIME1_3TIME1_2:MOV STOREKEYNUMT1 , KEYNUMT1 ;加1后存储当前的KEYNUMT1的值 ACALL ADDBUFF0 ;分加1TIME1_3:JNB P3.2,TIME1_1 ;若p3.2已关，则退出增时，否则继续循环 CLR ET1 CLR PT1 CLR TR1 AJMP START1;*;*时间增1分*;*ADDBUFF0:MOV A , MBUFF ; 若按键小于1s，则分增1 ADD A , #1 DA A MOV MBUFF , A ANL A , #0FH MOV MBUFF1 , A MOV A , MBUFF SWAP
29、A ANL A , #0FH MOV MBUFF2 , A MOV A , MBUFF CJNE A , #60H , ADDBUFF1 MOV MBUFF , #00H MOV MBUFF2 , #00H MOV MBUFF1 , #00H MOV A , HBUFF ;时增1 ADD A , #1 DA A MOV HBUFF , A ANL A , #0FH MOV HBUFF1 , A MOV A , HBUFF SWAP A ANL A , #0FH MOV HBUFF2 , A MOV A , HBUFF CJNE A , #24H , ADDBUFF1 ;若没到24小时,则不必初
30、值置0 MOV HBUFF , #00H MOV HBUFF2 , #00H MOV HBUFF1 , #00HADDBUFF1:RET;*;*int1中断子程序*;* ADJUSTTIME2: NOP ACALL DL100MS MOV C , P3.3 JC TIME2_6 ;如果(P3.3按键100ms以上) 则不做处理 MOV KEYNUMT2 , #00H ;否则进入定闹设置 MOV STOREKEYNUMT2 , KEYNUMT2 ;记录当前NUMT2的数据，以看下次有没改变TIME2_1:NOP MOV TH1 , #3CH ;T1置初值，进行100ms计时，用于调整时间 MOV
31、 TL1 , #0B0H SETB ET1 ;开T1中断 SETB PT1 ;设T1中断优先级最高 SETB TR1 ;允许T1计时TIME2_2:ACALL ALARMDISPLAY MOV A , KEYNUMT2 CJNE A , STOREKEYNUMT2 ,TIME2_3 AJMP TIME2_4TIME2_3: MOV STOREKEYNUMT2 , KEYNUMT2 MOV A , ALARMMBUFF ; 若按键小于1s，则分增1 ADD A , #1 DA A MOV ALARMMBUFF , A ANL A , #0FH MOV ALARMMBUFF1 , A MOV A
32、, ALARMMBUFF SWAP A ANL A , #0FH MOV ALARMMBUFF2 , A MOV A , ALARMMBUFF CJNE A , #60H , TIME2_4 MOV ALARMMBUFF , #00H MOV ALARMMBUFF2 , #00H MOV ALARMMBUFF1 , #00H MOV A , ALARMHBUFF ;时增1 ADD A , #1 DA A MOV ALARMHBUFF , A ANL A , #0FH MOV ALARMHBUFF1 , A MOV A , ALARMHBUFF SWAP A ANL A , #0FH MOV A
33、LARMHBUFF2 , A MOV A , ALARMHBUFF CJNE A , #24H , TIME2_4 ;若没到24小时,则初值不必置0 MOV ALARMHBUFF , #00H MOV ALARMHBUFF2 , #00H MOV ALARMHBUFF1 , #00HTIME2_4:NOP JNB P3.3,TIME2_2 ;若按键已经未按，则退出循环 CLR ET1 CLR TR1 MOV KEYNUMT2 , #00H MOV NUMT2 , #00H MOV R2 , #10 ; 直到p3.3 20s钟内都是未按，此时复原数据，即退出设置TIME2_7:MOV R1 ,
34、#200 TIME2_5:ACALL ALARMDISPLAY ACALL DL1MS JNB P3.3 , TIME2_1 DJNZ R1 , TIME2_5 DJNZ R2 , TIME2_7TIME2_6:CLR ET1 CLR PT1 CLR TR1 LJMP START1;*;*T1中断子程序*;*INTERT1:NOP MOV TH1 , #3CH ;T1置初值，进行100ms计时，用于调整时间 MOV TL1 , #0B0H PUSH ACC PUSH PSW CLR ET0 CLR ET1 ;关T1中断 MOV A , NUMT1 INC A MOV NUMT1 , A ;中断一次则相应的增加NUMT1 CJNE A , #5 , INTERT1NEXT ;每中断五次，即半秒，都增加KEYNUMT1 MOV A ,KEYNUMT1 INC A MOV KEYNUMT1 , A MOV NUMT1 , #00H ;NUMT1已经是5了，则处理过KEYNUMT1后，重置NUMT1INTERT1NEXT:NOP MOV A , NUMT2 ;中断一次则相应的增加NUMT1 INC A MOV NUMT2 , A CJNE A, #5,ENDINTE