《2023年电子时钟实验报告.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2023年电子时钟实验报告.pdf（23页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、单片机原理及应用设计报告题 目 电子时钟的设计专 业 _ _ _ _ _ _ 月 勿 理 学 _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _院 部 物理与电子工程学院学 号-姓 名 -指 导 教 师 -答 辩 时 间 五月_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _工作时间：20 2 3年5月基于单片机的电子时钟系统的设计指导教师:-学生：关键词：单片机；电子时钟；键盘控制器；目录第 一 章 总 体 设 计.错误!未定义书签。第二章系统硬件设计.错误!未定义书签。2.1 硬件电路.错误!未定义书签。2.1.1 单片机最小系统.错误!
2、未定义书签。2.1.2 键盘电路。错误!未定义书签。2.1.3 显示电路.错误!未定义书签。第三章系统软件设计.错误!未定义书签。3.1主程序流程图。错误!未定义书签。3.2重要子程序的流程图。错误!未定义书签。第四章系统仿真.错误!未定义书签。第五章综合调试与问题的解决.错误!未定义书签。5.1硬件调试。错误!未定义书签。5.2软件调试问题及解决。错误!未定义书签。结论.错误!未定义书签。参考文献。错误!未定义书签。附 录。错误!未定义书签。第一章总体设计1.1 设计规定电子时钟的计时范围0 0时 0 0 分 0 0 秒至2 3 时 5 9 分 5 9 秒，由按键来调节时钟时间，时分秒都可以
3、调整。1.2 设计思绪根据设计的规定可拟定如下的设计思绪:运用A T 8 9C 5 2 系统单片机，L CD液晶显示器，键盘等一些辅助元件来生成时钟电路己达成设计规定，然后通过编写相应的程序来实现对时钟的调试和控制。1.3 电路的设计方案随着单片机技术的飞速发展，通过单片机对控制对象的控制日益成为此后自动控制领域的一个发展方向。采用M C S 52单片机来对时间进行控制，不仅具有控时方便，组太简朴和灵和性大等优点，并且可以大幅度的提高控制时间的技术指标。从而可以大大提高产品的质量和数量,因此单片机对时间的控制问题是一个工业生产上经常会碰到的问题。通过设计和元器件的功能,设计规定和设计思绪,拟定
4、相应的设计方案，该电路有多部分组成，如控制键盘的输入电路，单片机的时钟电路,LC D液晶显示时间电路等。所以根据上述条件作出相应的实时时钟电路总的框图，然后开始设计内部驱动程序，是各种芯片按照相应的程序实现特定的功能，之后按照程序的设计，将相应的管脚连接调试，看是够能实现特定的功能。硬件框图如下:时钟显示口图1T硬件框图主程序设计的流程图如下:图1-2主程序设计流程图第二章系统硬件设计系统硬件是整个系统的基础,需要考虑多个方面，除了实现显示和闹钟的基本功能外，还要注意系统的稳定度、器件的通用性、软件编程的以实现性、系统其它功能及性能指标。2.1硬件电路本设计以单片机为控制核心,采用模块化设计,
5、共分以下几个功能模块：单片机控制系统、键盘及时间显示、及调时模块等。其硬件图如下:R6S PACK-8TA 懒 C52LCD1lAintfti,SPEAKERUI1 jXTW.1XTM3R$TP1.0/F2P1.1/T2EXP tiPO.O/fiOOPO.V/OtPO.2/XXJ2P0 3/AO3F0.WM4P0.5ZAD5P0.6/AD6P0.M7P2.0/A6P3.WP22/A10P2WA11PJ.4/A12P2.5/A13P2Q/A14P2.7/A15P3.(VRX0P3.1/TXDP3 2/IRTOP3.3/iNHP3.4/TDP3.6/T1P3/S5R图2-1数字电子时钟硬件设计图液
6、晶电路图:图2 2编号符号引脚说明编号行/TtV 不O 引脚说明1VSS电源地9D2Data I/02VDD电源正极10D3Data I/O3VL液晶显示偏压信号11D4Data I/O4RS数据/命令选择端（H/L）12D5Data 1/05R/W读/写选择端（H/L）13D6Data 1/06E使能信号14D7Data 1/07D0Data I/O15BLA背光源正极8D1Data I/O16BLK背光源负极单片机作为整个硬件系统的核心,它既是协调整机工作的控制器,又是数据解决器。时钟的00时00分0 0秒显示设为程序的默认值,当时钟的时间走到10点时,蜂鸣器就打开并开始发出生音。可以通过
7、手动调节s i和s 2以及s 3调节时钟时间。2.1.1单片机最小系统单片机最小系统,或者称为最小应用系统,是指用最少的元件组成的单片机可以工作的系统。对5 2系列单片机来说,最小系统一般应当涉及:单片机、时钟电路、复位电路。其中时钟电路电路图如下：X T A L 1是片内振荡器的反相放大器输入端,X T A L 2则是输出端，使用外部振荡器时,外部振荡信号应直接加到X T A L 1,而XTAL2悬空。内部方式时，时钟发生器对振荡脉冲二分频，如晶振为12MHz，时钟频率就为6MHz。晶振的频率可以在1 MHz-2 4M H z内选择。电容取3 OPF左右。系统的时钟电路设计是采用的内部方式，
8、即运用芯片内部的振荡电路。AT89单片机内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器。引脚XTA L 1和XTAL2分别是此放大器的输入端和输出端。这个放大器与作为反馈元件的片外晶体谐振器一起构成一个自激振荡器。外接晶体谐振器以及电容C 1和C2构成并联谐振电路，接在放大器的反馈回路中。对外接电容的值虽然没有严格的规定,但电容的大小会影响震荡器频率的高低、震荡器的稳定性、起振的快速性和温度的稳定性。因此，此系统电路的晶体振荡器的值为12MHz,电容应尽也许的选择陶瓷电容，电容值约为22 uF。在焊接刷电路板时，晶体振荡器和电容应尽也许安装得与单片机芯片靠近，以减少寄生电容，更好地保证震荡器稳定和
9、可靠地1-3 复位电路电路图如下:图 2-4复位电路图在振荡器运营时，有两个机器周期（2 4个振荡周期）以上的高电平出现在此引腿时，将使单片机复位，只要这个脚保持高电平，5 1 芯片便循环复位。复位后P 0 P 3 口均置1 引脚表现为高电平，程序计数器和特殊功能寄存器S F R 所有清零。当复位脚由高电平变为低电平时，芯片为R O M 的 0 0 H处开始运营程序。复位是由外部的复位电路来实现的。片内复位电路是复位引脚R S T 通过一个斯密特触发器与复位电路相连,斯密特触发器用来克制噪声,它的输出在每个机器周期的S5 P2 ,由复位电路采样一次。复位电路通常采用上电自动复位和按钮复位两种方
10、式，此电路系统采用的是上电与按钮复位电路。当时钟频率选用6 MH z时，C取 2 2 u F,Rs约为2 O O Q,R k 约 为 1 K。复位操作不会对内部R A M 有所影响。复位电路：由电容串联电阻构成，由图并结合“电容电压不能突变”的性质，可以知道，当系统一上电,R S T 脚将会出现高电平，并且，这个高电平连续的时间由电路的R C 值来决定.典型的5 1 单片机当R S T 脚的高电平连续两个机器周期以上就将复位,所以,适当组合R C 的取值就可以保证可靠的复位.一般教科书推荐C取 1 0 u ,R 取 8.2 K.当然也有其他取法的，原则就是要让RC组合可以在R S T脚上产生不
11、少于2个机周期的高电平“旬。2.1.2键盘电路单片机键盘有独立键盘和矩阵式键盘两种：独立键盘每一个I/O 口上只接一个按键，按键的另一端接电源或接地（一般接地），这种接法程序比较简朴且系统更加稳定；而矩阵式键盘式接法程序比较复杂，但是占用的I/O 少。根据本设计的需要这里选用了独立式键盘接法。独立式键盘的实现方法是运用单片机I/O 读取口的电平高低来判断是否有键按下。将常开按键的一端接地,另一端接一个I/0 口，程序开始时将此I/O 口置于高电平，平时无 键 按 下 时 I/O 口保护高电平。当有键按下时，此 I/O 与地短路迫使I/O 为低电平。按键释放后，单片机内部的上拉电阻使I/O口仍然
12、保持高电平。我们所要做的就是在程序中查寻此I/O 口的电平状态就可以了解我们是否有按键动作了在用单片机对键盘解决的时候涉及到了一个重要的过程，那就是键盘的去抖动。这里说的抖动是机械的抖动，是当键盘在未按到按下的临界区产生的电平不稳定正常现象，并不是我们在按键时通过注意可以避免的。这种抖动一般1 02 0 0 毫秒之间，这种不稳定电平的抖动时间对于人来说太快了，而对于时钟是微秒的单片机而言则是慢长的。为了提高系统的稳定,我们必须去除或避开它。目前的技术有硬件去抖动和软件去抖动,硬件去抖动就是用部分电路对抖动部分加之解决，但是实现的难度较大又会提高了成本。软件去抖动不是去掉抖动,而是避抖动部分的时
13、间,等键盘稳定了再对其解决。所以这里选择了软件去抖动,实现法是先查寻按键当有低电平出现时立即延时1 02 0 0 毫秒以避开抖动（经典值为2 0 毫秒），延时结束后再读一次I/O 口的值，这一次的值假如为1 表达低电平的时间不到10 2 0 0 毫秒，视为干扰信号。当读出的值是。时则表达有按键按下，调用相应的解决程序。2.1 .3显示电路显示器普遍地用于直观地显示数字系统的运营状态和工作数据，按照材料及产品工艺，单片机应用系统中常用的显示器有：发光二极管LED显示器、液 晶 LCD显示器、CRT显示器等。发光二极管（LE D）由特殊的半导体材料碎化钱、磷碑化钱等制成，可以单独使用，也可以组装成
14、分段式或点阵式L E D 显示器件。分段式显示器（LED数码管）由 7 条线段围成8字型，每一段包含一个发光二极管。外加正向电压时二极管导通，发出清楚的光。只要按规律控制各发光段亮、灭，就可以显示各种字形或符号。LED 数码管有共阳、共阴之分。本次设计使用LCD液晶显示来显示时间，采用动态显示的方法,其中P3.0-P3.2 为键盘控制端，调节显示的时间，P 1.0P1.7 为液晶输出口，控制时间的显示，P2.0是控制蜂鸣器的输出口。第三章系统软件设计软件在硬件平台上构筑，完毕各部分硬件的控制和协调。系统功能是由硬件和软件共同实现的，由于软件的可伸缩性，最终实现的系统功能可强可弱，差别也许很大。
15、因此，软件是本系统的灵魂。软件采用模块化设计方法，不仅易于编程和调试，也可减小软件故障率和提高软件的可靠性。同时,对软件进行全面测试也是检查错误排除故障的重要手段。3.1主程序流程图系统一开始,一方面程序初始化,时间显示0 0 时 0 0 分 0 0 秒，时间一秒一秒地继续往前走，通过按键S l,s2,S 3 调节时间的时分秒调节，当时间显示的时分秒等于10点时，蜂鸣器就打开，发出声音,一段时间后自动关闭声音。程序不断扫描键盘看是否有s i 键按下,假如没有继续走时，假如扫描键盘时有按键按下，则执行中断程序，可以通过s2,s3调时。主程序流程图如下：图31主程序流程图3.2重要子程序的流程图中
16、断子程序：当按下S1和S 4按下时,运营中断程序,通过S 2,S3调节时间，其流程图如下：主程序中断服务返回图3-2中断子程序流程图按键子程序流程图:按下S1时即可实现时间的调节,通过按S 2时间加，S3时间减，再按S 1回到走时。按键子程序流程图如下:开始通过S2,S3,返回图3-3按键子程序流程图第四章系统仿真Prot e us软件是Labcente r Ele c tr o n i c s公司的一 款电路设计与仿真软件，它涉 及IS IS、ARES等软件模块，ARES模块重要用来完毕PCB的设计，而IS IS模块用来完毕电路原理图的布图与仿真。P r。teu s的软件仿真基于VSM技术,
17、它与其他软件最大的不同也是最大的优势就在于它能仿真大量的单片机芯片，比如MCS-51系列、PIC系列等等,以及单片机外围电路，比如键盘、LED、LCD等等。通过P roteus软件的使用我们可以容易地获得一个功能齐全、实用方便的单片机实验室。下图是截取的是时钟仿真图:图4-1时钟的仿真图第五章综合调试与问题的解决单片机应用系统的调试涉及硬件和软件两部分,但是他们并不能完全分开。一般的方法是排除明显的硬件故障，再进行综合调试，排除也许的软/硬件故障。这次由于时间紧迫的关系没有做实物，但是对硬件调试还是有一定的了解。5.1硬件调试拿到电路板后，一方面要检查加工质量，并保证没有任何方面的错误，如短路
18、和断路，特别要避免电源短路;元器件在安装前要逐个检查，用万用表测其数值,看是否与所用相同；完毕焊接后，应先空载上电（芯片座上不插芯片），并检查各引脚的电位是否对的。若一切正常，方可在断电的情况下将芯片插入，再次检查各引脚的电位及其逻辑关系。将万用表的探针放到单片机接电源的引脚上检测一下，看是否符合规定。5.2软件调试问题及解决软件程序的调试一般可以将重点放在分模块调试上,统调是最后一环。软件调试可以采用离线调试和在线调试两种方式。前者不需要硬件仿真器,可借助于软件仿真器即可；后者一般需要仿真系统的支持。本次设计，用 K eil软件来调试程序,通过各个模块程序的单步或跟踪调试，使程序逐渐趋于对的
19、，最后统调程序。仿真部分采用P r oteus 6 p ro f essi o n a l 软件,此软件功能强大且操作较为简朴,可以很容易的实现各种系统的仿真。一方面打开p ro te u s 6 pro f e ssiona 1软件，在元件库中找到要选用的所有元件，然后进行原理图的绘制；绘制好后再选择wave6000已经编译好的*.hex文献,选择运营,观测显示结果，根据显示的结果和课题的规定再修改程序，再运营查，直到满足规定为止.结 论本设计以单片机为核心，以 LCD液晶作为显示，该设计很好地完毕了设计的各项规定，重要体现如下：手动键盘的控制时间和闹钟，以及准确地走时稳定性好等特点。在毕业
20、设计的整个过程中，我深切地体会到:实践是理论运用的最佳检查。毕业设计是对我们4 年所学知识的一次综合性测试和考验,无论是在动手能力方面还是理论知识的运用能力方面，都使得我有了很大的提高。通过这次毕业设计，使我得到了一次用专业知识、专业技能分析和解决问题全面的系统的锻炼。使我在单片机的基本原理、单片机应用系统开发过程，以及在常用编程设计思绪技巧，特别是对C 语言的掌握方面都能向前迈了一大步,为日后成为合格的应用型人才打下良好的基础。通过总结和分析，我意识到在设计程序之前，一定要有一个清楚的思绪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、不断改善是程序设计的必
21、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，而应当让人一看就能明白你的思绪，这样也为资料的保存和交流提供了方便;在设计课程过程中碰到问题是很正常，但我们应当将每次碰到的问题记录下来,并分析清楚，以免下次再碰到同样的问题。本次毕业设计为我的大学生活画上了圆满的句号，为我即将的工作和生活奠定了坚实的基础。参考文献 1 王静霞.单 片 机 应 用 技 术 M .北京：电子工业出版社，2 0 2 3 :2 0 1 5 0.2 何立民.单片机高等教程 M .北京：北京航空航天大学出版社,2 0 2 3：1 5 0 2 1 0 3 何立民.单片机应用系统设计系统配置与接口技术 M
22、.北京：北京航空航天大学出版社，2 0 2 3：1 4 9 4 .4 雄 建 云.P r o t el 9 9 se EDA技术及应用 M .北京:北京机械工业出版社，20 2 3:1 4 1 1 7 6.5 林春方.电子线路学习指导与实训 M .北京:北京电子工业出版社，2 0 2 3：1 1 8 1 6 4.6杨宝清，宋文贵.实用电路手册 M .北京:机械工业出版社，2 0 2 3：1 3 0 0.7曾屹.单片机原理与应用 M .湖南：中南大学出版社,2 0 2 3:1 8 1 5 4.8 杨立.微型计算机原理与接口技术 M .中国水利水电出版社,2 0 2 3：1 6 5 18 0.9李
23、杨帮.实用电源电路集锦 M .北京：电子工业出版社，1 9 9 8：2 6 5 9.1 0 朱运利.单片机技术应用M.北京：械工业出版社,2 0 2 3：8 0 1 2 7.1 1 胡健.单片机原理及接口技术实践教程 M .北京:机械工业出版社，2 0 2 3 :1 2 1 1 6.12李 华.M C S-5 1 单片机接口技术与运用 M J.北京：北京航天航空大学出版社，20 2 3：4 4 1 9 1.1 3胡汉才.单片机接口技术与运用 M .北京:机械工业出版社,2 0 2 3：1 0 4 2 2 5.1 4 唐俊翟，许雷.单片机原理与应用 M.北京：北京冶金工业出版社，2 0 2 3：
24、6 9 1 43.致 谢在学院各位领导以及指导教师彭老师的大力支持下,我基本完毕了这次设计任务。我在这一次毕业设计过程中，很是受益匪浅。通过对自己在大学四年时间里所学的知识的回顾，并充足发挥对所学知识的理解和对毕业设计的思考及书面表达能力,最终完毕了。这为自己此后进一步深化学习，积累了一定宝贵的经验。撰写论文的过程也是专业知识的学习过程,它使我运用已有的专业基础知识，对其进行设计，分析和解决一个理论问题或实际问题，把知识转化为能力的实际训练。在同学及指导教师彭老师的一些指点和引导下，真正培养了我运用所学知识解决实际问题的能力。通过这次设计我发现，只有理论水平提高了才可以将课本知识与实践相整合,
25、理论知识服务于教学实践，以增强自己的动手能力。这个设计在现实社会中也存在着一定的价值和意义，从中我获得很深刻的经验。通过这次设计，我知道了理论和实际的距离，也知道了理论和实际想结合的重要性，也从中得知了很多书本上无法得知的知识。我们的学习不仅要立足于书本，以解决理论和实际教学中的实际问题为目的，还要以实践相结合,理论问题即实践课题,解决问题即课程研究,学生自己就是一个专家,通过自己的手来解决问题比用脑子解决问题更加深刻。学习就应当采用理论与实践结合的方式，理论的问题，也就是实践性的课题。这种做法既有助于完毕理论知识的巩固，又有助于带动实践，解决实际问题,加强我们的动手能力和解决问题的关键。附
26、录系统软件设计程序代码#i n c 1 u d e#d e f i n e u i n t u n s i g ned i nt#define ucha r unsigned c harsbit rs=P 3 d 5;s b i t r w=P 3 6；s b i t I c d e n=P 3 c 4 ；s b i t s l=P 3 人 0;s b i t s 2=P 3 l;s b i t s 3 =P3 2;s b i t b u z z e r=P 2 人 0;u c h a r n,s I n u m；c h a r m i a o,s h i ,f e n;u c h a r c
27、 o d e t a b i e =0 0:0 0:0 0；v o i d d e l a y(u i n t z)(i n t x,y;o f o r (x=z;x 0;x )3 f o r (y=1 1 0；y 0;y -);)v o i d w r i t e _ c o m(u c h a r c o m)(o r s=0 ;1 c d e n=0 ；P 1=c o m;d e l a y (5);1 c d e n=1 ；d e l a y (5 )；o 1 c d e n=0;v o i d w r i t e _ d a t e (u c h a r d a t e )(r s=
28、l;l c d e n=0 ;P l=d a t e;d e lay(5);A c den=1;d e l a y (5)；led e n=0；)vo i d i n i t()(u char n u m;1 c den=0;0 r w=0;wr i te com(0 x 38);wr i t e_ c o m(Ox 0 c)；write_ c o m (Ox 0 6);owr i t e _com(0 xOl);writ e _c o m (0 x80);of o r(num=0;num l 5;num+)w r ite_da t e(table n u m );delay(5)；aa b
29、uzzer=l;oTMO D=0 x01；TH O=(65536-5 0 00 0)/25 6;TL 0=(6 5 5 36-5 00 Q 0)%256；E A=1;ET 0=1;oTR 0=1；)v o i d w r ite s hifenmiao(u c har add,uchar d a t e)(uchar s h i,ge;shi=d a te/1 0;ge=d ate%10;ewrit e _com(0 x80+ad d)；wr i te_ d a t e(0 x3 0+s h i);owr i t e _date(0 x3 0+g e);)v o i d n aozhong()
30、bu z zer=0；i f(s hi=10&fen=0 0&miao=0 0)o d e I a y(100)；abuzz e r=0;o d e lay(100);)v o id keyscanO(f(sl=0)o6adelay ；o i f(sl=0)s 。s lnum+；owhi 1 e(!s 1);。if(s 1 num 二二 1)o o。TR O=0;必wri t e_ c o m (0 x80+1 0);write c om(OxOf)；6)g if(s lnum=2)w r ite_com(0 x8 0+7);000 i f(si n u m=3)bo2write_ c o m
31、(0 x 8 0+1 0);必 w r i te_c o m(0 x 8 0+4);gdOO6000)i f(slnum=2)f(sin u m=4)b6(。o f e n+;6slnum=0;b的 i f(f e n=6 0)6wri t e_ c o m (0 x 0 c);MOf e n=O；bTR O=1;。writ8_shifenmi a o(7,f en);)0w r i t e c o m (0 x80+7)aif(sl n um!=0)0)(3oi f(sl n um=3)i f(s 2=0)0o 0shi+；必 delay(5);。i f(s h i =2 4)00if(s2
32、=0)g o t 0 shi=0；。awhile(!s2);db&Mwrite_sh i fenmi a o(4,s hi);g if(s lnum=1)000wr i t e _c o m(0 x80+4);08 b0)b 60miao+;0)8if(m i a o=6 0)000)8 0oofniao=0；if(s3=0)b baw r it e _s h i fenmi ab(o(10,miao);ode 1 ay(5)；。if(s 3=0)D 0。g while(!s 3);e 。if(si n um=l)6(mia o 一 一;。o o o if(miao=-l)。g oomia o
33、=59;。write_ s h i fe n mia o(l 0,miao)；必 owr i t e _ c o m (0 x80+10)；2 0 )oif(slnum=2)0 0 efen一；o oi f(fen=-1)b*f en=5 9;g w rite_ s h ifenmia o(7,f e n);wr i t e _c o m(0 x80+7);6)也 i f(s 1 num=3)0 00(必 oshi;g if(shi=-l)必 o shi=2 3;sg write_s h ifenmiao(4,s hi);。g write_com(0 x80+4)；MOe 6a)v o id
34、m a i n()(i n i t();叩 h ile(1)(akey s can();3 naozho n g();。)v o id timer 0()int e rrupt 1(TH O=(6 553 6-5 0 0 00)/256；TL 0=(65 5 36-5 0 0 00)%256;6n+；gi f(n=20)3n=0;on=0;o n i i ao+;Mfiiiao+；e if(mia o=60)o o o ig omiao=0;4f en+;必 if(fen=60)(a f en=0;a s h i +;i f(shi=24)8 00 g 必shi=O;b 0)枚 write_shife nmiao(4,shi);g i f(m i a o=60)。mi a o=0;g f e n+;g if(fe n=6 0)(。f e n=0;o oshi+;if(sh i =2 4)0 0(。shi=0;o d s g wri t e_shifenmiao(4,s h i);awrite_sh i f e n m i a o(7,fen);6)eow r ite_s h i f e nmi a o(10,m i ao);000)0g)3 owrite shifenm i ao(7,f e n)；0)wr i te_shi f e n miao(10,mia o)；0)