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1、烟台大学光电学院单片机课程设计试验报告课设名称：电子时钟姓名：学号： 指导教师：名目4一、设计任务与要求41.1 设计背景41.2 课程设计目的41.3 设计要求4二、总体方案设计52.1 电路的总体原理框图52.2 实现时钟计时的根本方法62.3 电子钟的时间显示62.4 电子钟的时间调整62.5 总体方案介绍72.5.1 计时方案72.5.2 掌握方案72.6 元件清单7三、数字钟的硬件设计83.1 最小系统83.1.1 芯片分析83.1.2 晶振电路93.2 数码显示模块设计10四、系统软件设计124.1 软件设计分析12图 4-1 系统总体流程图134.2 源程序清单13五、电路实物图
2、19见附录19六、设计总结191、设计过程中遇到的问题及解决方法192、设计体会203、对设计的建议20参考文献22附录:实物图 23一、设计任务与要求1.1 设计背景随着科学技术的进展和电子技术产业构造调整，单片机开头快速进展，由于家用电器渐渐普及，市场对于智能时钟掌握系统的需求也越来越大。单片机以其芯片集成度高、处理功能强、牢靠性高等优点，成功应用于工业自动化、智能仪器仪表、家电产品等领域。近些年，人们对数字钟的要求也越来越高，传统的时钟已不能满足人们的需求。多功能数字钟不管在性能还是在样式上都发生了质的变化，有电子闹钟、数字闹钟等等。单片机在多功能数字钟中的应用已是格外普遍的，人们对数字
3、钟的功能及工作挨次都格外生疏。但是却很少知道它的内部构造以及工作原理。由单片机作为数字钟的核心掌握器，可以通过它的时钟信号进展计时实现计时功 能，将其时间数据经单片机输出，利用显示器显示出来。通过键盘可以进展定时、校时功能。输出设备显示器可以用液晶显示技术和数码管显示技术。单片机系统作为一种典型的嵌入式系统，其系统设计包括硬件设计和软件编程设计两个方面，其调试过程一般分为软件调试、硬件测试、系统调试。1.2 课程设计目的通过单片机原理与应用课程设计，使学生把握单片机及其扩展系统设计的方法和设计原则及相应的硬件调试的方法。进一步加深单片机及其扩展系统设计和应用的理解。1.3 设计要求1、主电路系
4、统由秒信号发生器、“时、分、秒”计数器、译码器及显示器、 校时电路、整点报时电路组成2、秒信号产生器是整个系统的时基信号，它直接打算计时系统的精度，一般用石英晶体振荡器加分频器来实现。将标准秒信号送入“秒计数器”，“秒计数器”承受 60 进制计数器，每累计 60 秒发出一个“分脉冲”信号，该信号将作为“分计数器”的时钟脉冲。“分计数器”也承受 60 进制计数器，每累计 60 分钟，发出一个“时脉冲”信号，该信号将被送到“时计数器”。“时计数器”承受 24 进制计时器，可实现对一天 24 小时的累计3、译码显示电路将“时”、“分”、“秒”计数器的输出状态菁七段显示 译码器译码，通过六位 LED
5、七段显示器显示出来4、校时电路时用来对“时”、“分”、“秒”显示数字进展校对调整的二、总体方案设计2.1 电路的总体原理框图依据以上的电子时钟的设计要求可以分为以下的几个硬件电路模块：单片机模块、数码显示模块与按键模块，模块之间的关系图如下面得方框电路图 1 所示晶振单片机数码管显示时间调整器图 1硬件电路方框图62.2 实现时钟计时的根本方法利用 STC 系列单片机的可编程定时/计数器、中断系统来实现时钟计数。(1) 计数初值计算:把定时器设为工作方式 1，定时时间为 50ms，则计数溢出 20 次即得时钟计时最小单位秒，而 100 次计数可用软件方法实现。假设使用 T/C0，方式 1，50
6、ms 定时，fosc=12MHz。则初值 X 满足216-X1/12MHz12s =50000s X=1553600111100101100003CB0H(2) 承受中断方式进展溢出次数累计,计满 20 次为秒计时1 秒；(3) 从秒到分和从分到时的计时是通过累加和数值比较实现。2.3 电子钟的时间显示电子钟的时钟时间在六位数码管上进展显示，因此，在内部RAM 中设置显示缓冲区共 8 个单元。LED8LED7LED6LED5LED4LED3LED2LED1 37H36H35H34H33H32H31H30H时十位时个位 分隔 分十位分个位 分隔秒十位 秒个位2.4 电子钟的时间调整电子钟设置 3
7、 个按键通过程序掌握来完成电子钟的时间调整。A 键按一次调整时，按其次次调整分钟，第三次推出时间调整； B 键对小时或分钟进展加一；C 键对小时或分钟进展减一；2.5 总体方案介绍2.5.1 计时方案利用 STC89C52 单片机内部的定时/计数器进展中断时，协作软件延时实现时、分、秒的计时。该方案节约硬件本钱，且能使读者在定时/计数器的使用、中断及程序设计方面得到熬炼与提高，对单片机的指令系统能有更深入的了解， 从而对学好单片机技术这门课程起到肯定的作用。2.5.2 掌握方案STC89C52 的P0 口和P1 口外接由八个LED 数码管(LED8LED1)构成的显示器，用 P0 口作 LED
8、 的段码输出口，P1 口作八个 LED 数码管的位控输出线， P3 口外接四个按键 A、B、C 构成键盘电路。STC89C52 是一种低功耗，高性能的CMOS 8 位微型计算机。它带有8K Flash 可编程和擦除的只读存储器EPROM，该器件承受 ATMEL 的高密度非易失性存储器技术制造，与工业上标准的 80C51 和 80C52 的指令系统及引脚兼容， 片内 Flash 集成在一个芯片上，可用与解决简单的问题，且本钱较低。简易电子钟的功能不简单，承受其现有的 I/O 便可完成，所以本设计中承受此的设计方案。2.6 元件清单1. STC89C52RC 处理器假设干2. 共阳四位八段数码管假
9、设干3. 焊接单股导线假设干4. STC89C52RC 处理器假设干5. 共阳四位八段数码管假设干6. 焊接单股导线假设干每人必备件1. 1K 电阻 8 个2. 10K 电阻 5 个3.9012 三极管 4 个4. 30pF 电容 2 个5. 10uF 电容 1 个6. 12M 晶振 1 个7. 40 脚插座 1 个8. 14 脚插座 1 个三、数字钟的硬件设计3.1 最小系统3.1.1 芯片分析STC89C52 单片机引脚图如下：图 3-1STC89C52 引脚图MCS-51 单片机是标准的 40 引脚双列直插式集成电路芯片，其各引脚功能如下：VCC：+5V 电源。VSS：接地。RST：复位
10、信号。当输入的复位信号连续两个机器周期以上的高电寻常即为有效，用完成单片机的复位初始化操作。8XTAL1 和 XTAL2：外接晶体引线端。当使用芯片内部时钟时，此二引线端用于外接石英晶体和微调电容；当使用外部时钟时，用于接外部时钟脉冲信号。P0 口：P0 口为一个 8 位漏极开路双向 I/O 口，当作输出口使用时，必需接上拉电阻才能有高电平输出；当作输入口使用时，必需先向电路中的锁存器写入“1”，使 FET 截止，以避开锁存器为“0”状态时对引脚读入的干扰。P1 口：P1 口是一个内部供给上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，它不再需要多路转接电路 MUX；因此它作为输出口使用时，无需再外接上拉
11、电阻，当作为输入口使用时，同样也需先向其锁存器写“1”，使输出驱动电路的 FET 截止。P2 口：P2 口电路比 P1 口电路多了一个多路转接电路 MUX，这又正好与 P0 口一样。P2 口可以作为通用的 I/O 口使用，这时多路转接电路开关倒向锁丰存器 Q 端。P3 引脚兼用功能P3.0串行通讯输入RXDP3.1串行通讯输出TXDP3.2外部中断 0 INT0P3.3外部中断 1INT1P3.4定时器 0 输入(T0)P3.5定时器 1 输入(T1)P3.6外部数据存储器写选通 WRP3.7外部数据存储器写选通 RDP3 口：P3 口特点在于，为适应引脚信号其次功能的需要，增加了其次功能掌握
12、规律。当作为 I/O 口使用时，其次功能信号引线应保持高电平，与非门开通， 以维持从锁存器到输出端数据输出通路的畅通。当输出其次功能信号时，该位应应置“1”，使与非门对其次功能信号的输出是畅通的，从而实现其次功能信号的输出，具体其次功能如表 3-1 所示。表 3-1P3 端口引脚兼用功能表3.1.2 晶振电路9右图所示为时钟电路原理图，在 AT89S51 芯片内部有一个高增益反相放大器，其输入端为芯片引脚 XTAL1，输出端为引脚 XTAL2。而在芯片内部，XTAL1 和 XTAL2 之间跨接晶体振荡器和微调电容，从而构成一个稳定的自激振荡器。时钟电路产生的振荡脉冲经过触发器进展二分频之后，才
13、成为单片机的时钟脉冲信号。图 3-2 晶振电路3.2 数码显示模块设计显示器普遍地用于直观地显示数字系统的运行状态和工作数据，依据材料及产品工艺，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。LED 显示器是现在最常用的显示器之一，如以下图所示。图3-4 LED 显示器的符号图发光二极管LED由特别的半导体材料砷化镓、磷砷化镓等制成，可以单独使用，也可以组装成分段式或点阵式LED 显示器件半导体显示器。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。只要按规律掌握各发
14、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。图是共阳式、共阴式LED 数码管的原理图和符号.10图 3-5 共阳式、共阴式LED 数码管的原理图和数码管的符号图系统承受动态显示方式，用 P0 口来掌握 LED 数码管的段控线，而用 P2 口来掌握其位控线。动态显示通常都是承受动态扫描的方法进展显示，即循环点亮每一个数码管，这样虽然在任何时刻都只有一位数码管被点亮，但由于人眼存在视觉残留效应，只要每位数码管间隔时间足够短，就可以给人以同时显示的感觉。11图 3-6 数码显示电路四、系统软件设计4.1 软件设计分析在编程上，首先进展了初始化，定义程序的的入口地址以及中断的
15、入口地址， 在主程序开头定义了一组固定单元用来储存计数的时.分.秒，在显示初值之后， 进入主循环。在主程序中，对不同的按键进展扫描，实现秒表，时间调整，复位清零等功能，系统总流程图如以下图 7：12图 4-1 系统总体流程图4.2 源程序清单#includeunsignedchartable=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x40,0x00; unsigned char temp,t0,t1,counter,hou,min,sec;sbit d1=P20; void delaycodeunsigned char x,y; f
16、or(x=2;x0;x-)for(y=100;y0;y-);void initt0=0; d1=0;counter=0; hou=12;13min=0; sec=0;TMOD=0x01; TH0=(65536-50000)/256; TL0=(65536-50000)%256; EA=1;ET0=1;TR0=1;void display(hou,min,sec)P1=0xfe; P0=tablehou/10; delay;P1=0xfd; P0=tablehou%10; delay;P1=0xfb; P0=table10; delay; P1=0xf7;P0=tablemin/10; dela
17、y;P1=0xef; P0=tablemin%10; delay;P1=0xdf; P0=table10; delay; P1=0xbf; P0=tablesec/10; delay; P1=0x7f;P0=tablesec%10; delay; P0=table11;void maininit; while(1)14P3=0xff; temp=P3;while(temp=0xfb)delay; temp=P3;while(temp=0xfb)counter+; if(counter=3)counter=0; while(temp=0xfb)temp=P3; display(hou,min,s
18、ec);if(counter=0) display(hou,min,sec);elseP3=0xff; temp=P3;while(temp=0xf7|temp=0xef)delay; temp=P3;while(temp=0xf7|temp=0xef)temp=P3; if(counter=1)switch(temp)case 0xf7:hou+; if(hou=24)hou=0;break; case 0xef:hou-; if(hou=-1)hou=23;break;if(counter=2)switch(temp)case 0xf7:min+; if(min=60)min=0;brea
19、k;case 0xef:min-; if(min=-1)min=59;while(temp=0xf7|temp=0xef)temp=P3; display(hou,min,sec);P1=0xfb; P0=table10; delay; P1=0xdf; P0=table10; delay;P1=0xbf; P0=tablesec/10; delay; P1=0x7f;P0=tablesec%10; delay;switch (counter)case 1:P1=0xf7;P0=tablemin/10; delay;P1=0xef; P0=tablemin%10; delay;if(t0=10
20、)elseP1=0xfe; P0=tablehou/10; delay;P1=0xfd; P0=tablehou%10; delay;P1=0xfe; P0=table11; delay; P1=0xfd; P0=table11; delay;break; case 2:P1=0xfe; P0=tablehou/10; delay;P1=0xfd;P0=tablehou%10; delay;if(t010)elseP1=0xf7;P0=tablemin/10; delay;P1=0xef; P0=tablemin%10; delay;P1=0xf7;P0=table11; delay; P1=
21、0xef; P0=table11; delay;break;void timer0 interrupt 1TH0=(65536-50000)/256; TL0=(65536-50000)%256; t0+;t1+; if(t0=20)t0=0;sec+; if(sec=60)sec=0; min+; if(min=60)min=0; hou+; d1=1; t1=0;if(hou=24)hou=0;if(t1=20)d1=0; t1=0;五、实物图见附录六、设计总结1、设计过程中遇到的问题及解决方法本次设计的单片机电子钟系统中，其误差主要来源包括晶体频率误差，定时器溢出误差，延迟误差。晶体频率
22、产生震荡，简洁产生走时误差；定时器溢出的时间误差，本应这一秒溢出，但却在下一秒溢出，造成走时误差；延迟时间过长或过短，都会造成与基准时间产生偏差，造成走时误差。2、设计体会单片机作为我们主要的专业课程之一，我觉得单片机课程设计很有必要，而且很有意义。但当拿到题目时，确实不知道怎么着手，有些迷茫，上网查资料， 问教师，在教师的帮助下，历时两个星期，解决一个又一个的困难，最终完成任务。在这次课程设计中，运用到了很多以前的专业学问，虽然过去从未独立应用过它们，但在学习的过程中带着问题去学我觉察效率很高，这是我做这次课程设计的一大收获。另外，要做好一个课程设计，就必需做到：在设计程序之前，对所用单片机
23、的内部构造有一个系统的了解，知道该单片机内有哪些资源；要有一个清楚的思路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、不断改进是程序设计的必经之路；要养成注释程序的好习惯，一个程序的完善与否不仅仅是实现功能，而应当让人一看就能明白你的思路，这样也为资料的保存和沟通供给了便利；在设计课程过程中遇到问题是很正常德，但我们应当将每次遇到的问题记录下来，并分析清楚，以免下次再遇到同样的问题的课程设计完毕了，但是从中学到的学问会让我受益终身。觉察、提出、分析、解决问题和实践力量的提高都会受益于我在以后的学习、工作和生活中。设计过程，好比是我们人类成长的历程，常有一些不
24、如意，但到底这是第一次做，难免会遇到各种各样的问题。在设计的过程中觉察了自己的缺乏之处，对以前所学过的学问理解得不够深刻，把握得不够结实，不能敏捷运用。通过这次设计，我懂得了学习的重要性，了解到理论学问与实践相结合的重要意义，学会了坚持、急躁和努力，这将为自己今后的学习和工作做出了最好的典范。另外，要格外感谢我的指导教师，是她指引我抑制一个由一个的困难，让我学会对困难无所畏惧，以及对问题的一些很重要的思考方法。我学会对困难无所畏惧，以及对问题的一些很重要的思考方法。3、对设计的建议单片机电子钟系统误差主要来源包括晶体频率误差，定时器溢出误差，延迟误差。晶体频率产生震荡，简洁产生走时误差；定时器
25、溢出的时间误差，本应这一秒溢出，但却在下一秒溢出，造成走时误差；假设使用时钟芯片则可以削减误差。另外，由于使用的是动态显示，所以数码管不应当是显示的地方可能会消灭余光，用锁存器驱动芯片的话，显示效果会更好。参考文献1 郭天祥概念 51 单片机 C 语言教程入门、提高、开发、拓展 电子工业出版社2023 年2 梅丽凤、王艳秋、汪毓铎、张军单片机原理及接口技术清华大学出版社 2023-83 李朝青单片机原理及接口技术北京航空航天大学出版社 2023-5 4阎石数字电路技术根底 北京高等教育出版社 19985 童诗白、华成英 模拟电子技术根底北京高等教育出版社 20236 夏路易石宗义 电路原理图与
26、电路设计教程 Protel 99SEM 北京期望电子出版社20237 丁光明 唐前辉 单片机原理及应用基于 Keilc 与 Proteus 北京航空航天大学出版社 2023-28 龚运单片机 C 语言开发技术清华大学出版社2023 年。9 孙涵芳 MCS-51 系列单片机原理及应用 M 北京航空航天大学出版社1996-410 陈明荧8051 单片机课程设计实训教材 清华大学出版社2023 年11贾好来MCS51 单片机原理及应用 机械工业出版社 2023 年12徐江海单片机有用教程 机械工业出版社 2023 年13 陈海宴51 单片机原理及应用基于Keilc 与Proteus 北京航空航天大学出版社 2023-714 刘秀英单片机应用设计 200 例 北京航空航天大学出版社 2023 年15 林立张俊亮 曹旭东单片机原理及应用:基于 Proteus 和 Keil C电子工业出版社2023-7附录:实物图正面图：反面图：