實用單片機電子鐘畢業(yè)設計

1、四川信息職業(yè)技術學院 畢業(yè)設計說明書(論文) 設計題目: 實用單片機電子鐘 專 業(yè): 應用電子技術 班 級: 應電 07-2 班 學 號: 0710205089 姓 名: 指導教師: 二 00 九年十二月十一日 四川信息職業(yè)技術學院畢業(yè)設計四川信息職業(yè)技術學院畢業(yè)設計( (論文論文) )任務書任務書 學 生 姓 名 學號 0710205 089 班級 應電 07-2 班 專業(yè)應用電子技術 設計（或論文）題目實用單片機電子鐘 指導教師姓名職 稱工作單位及所從事專業(yè)聯系方式備 注 彌銳 四川電子信息職業(yè)技術學院電子 工程系設計（論文）內容： 1確定整機電路結構，繪制電路原

2、理圖。 2確選擇電路元件，給出元件明細表。 3撰寫設計說明書，要求準確闡述電路選擇依據，反映電路工作原理、元件選擇等設計過程，字數 不少于 4000 字。 進度安排： 57 周：根據要求設計出方框圖和原理電路圖。根據電路分析其工作原理； 89 周：根據電路準備電子元件，進行實物制作； 1012 周：根據調試分析其優(yōu)缺點和提出整改措施； 1315 周：根據設計撰寫論文，并在老師指導下修改、完成論文； 主要參考文獻、資料(寫清楚參考文獻名稱、作者、出版單位)： 1 代啟化.基于 proteus 的電路設計與仿真j.現代電子技術,2006 2 曹洪奎.基于 proteus 單片機系統(tǒng)設計與仿真j.遼

3、寧工學院學報,2007 3 侯玉寶.基于 proteus 的 51 系列單片機設計與仿真m.電子工業(yè)出版社,2008 4 蔡希彪 曹洪奎.單片機電子時鐘系統(tǒng)設計與仿真j.中國科技信息,2007 5 方怡冰.單片機課程的教學與實驗改革j.電氣電子教學學報,2006 6 劉文秀.單片機應用系統(tǒng)仿真的研究j.現代電子技術,2005 審 批 意 見 教研室負責人： 年 月 日 i 目錄 摘 要.1 第 1 章 緒 論.2 第 2 章 電子鐘系統(tǒng)組成及設計流程.3 第 3 章 單元電路設計.4 3.1 單片機介紹.4 3.2 晶振電路設計.5 3.3 控制電路.6 3.4 輸出電路設計.7 3.5 總電

4、路原理圖設計.8 3.6 proteus 電路圖設計.9 第 4 章 軟件設計.10 4.1 程序流程圖設計.10 4.2 源程序設計.11 4.3 keilc51 進行程序調試.17 第 5 章 系統(tǒng)調試與仿真.18 5.1 proteus 中 hex 文件選擇.18 5.2 proteus 進行電子鐘系統(tǒng)仿真.18 總 結.20 參考文獻.22 附 錄 元器件明細表.23 第 1 頁 摘 要 隨著人類科技文明的發(fā)展，人們對于時鐘的要求在不斷地提高。時鐘作為一種 顯示時間的工具，在很多實際應用中它還需要能夠實現更多其它的功能。高精度、 多功能、小體積、低功耗，是現代時鐘發(fā)展的趨勢。在這種趨勢

5、下，時鐘的數字化、 多功能化已經成為現代時鐘生產研究的主導設計方向。本文正是基于這種設計方向， 以單片機為控制核心，設計制作一個符合指標要求的多功能數字時鐘。 本設計基于單片機技術原理，以單片機芯片 at89c51 作為核心控制器，通過硬 件電路的制作以及軟件程序的編制，設計制作出一個多功能數字時鐘系統(tǒng)。該時鐘 系統(tǒng)主要由時鐘模塊、鬧鐘模塊、數碼管顯示模塊、鍵盤控制模塊以及信號提示模 塊組成。系統(tǒng)具有簡單清晰的操作界面，能在+5v 直流電源下正常工作。能夠準確 顯示時間（顯示格式為時時-分分-秒秒，24 小時制），可隨時進行時間調整，具有 鬧鐘時間設置、鬧鐘開/關，并有止鬧功能，設計以硬件軟件

6、化為指導思想，充分發(fā) 揮單片機功能，大部分功能通過軟件編程來實現，電路簡單明了，系統(tǒng)穩(wěn)定性高。 同時，該時鐘系統(tǒng)還具有功耗小、成本低的特點，具有很強的實用性。由于系統(tǒng)所 用元器件較少，單片機所被占用的 i/o 口不多，因此系統(tǒng)具有一定的可擴展性。 關鍵詞 單片機 at89c51；proteus；功能模塊 第 2 頁 第 1 章 緒 論 電子鐘是生活中常見的實用工具之一，沒有時鐘，便沒有時間的概念，那么人 們的生活便會變得雜亂無章，電子鐘通常用于碼頭、車站、家庭、廣場等地方，可 見其用途廣泛。電子鐘的制作由模電電子鐘、數電電子鐘和單片機電子鐘三大類組 成，但隨著人們需求的提高，前兩大類逐漸由于其

7、可靠性差、計時不準、電路復雜、 成本高等缺點而面臨淘汰。而單片機電子鐘也由于其可靠性高、計時精準、電路簡 單、成本低等優(yōu)點受到人們的喜愛。本電路利用單片機設計電子鐘，實現的基本功 能有計時和校時功能，實用于各種需要計時的場合。在計時和校時的基礎功能上， 更在此基礎上拓展了鬧鐘功能，當計時時間到達鬧鐘時間時，蜂鳴器將鳴叫 1 分鐘 （具有止鬧功能）。本次設計的主要鍛煉了我運用所學專業(yè)知識的情況，訓練我如 何將運用所學專業(yè)知識與實踐相結合。 隨著半導體技術的飛速發(fā)展，以及移動通信、網絡技術、多媒體技術在嵌入式 系統(tǒng)設計中的應用，單片機從 4 位、8 位、16 位到 32 位，其發(fā)展歷程一直受到廣大

8、 電子愛好者的極大關注。單片機功能越來越強大，價格卻不斷下降的優(yōu)勢無疑成為 嵌入式系統(tǒng)方案設計的首選，同時單片機應用領域的擴大也使得更多人加入到基于 單片機系統(tǒng)的開發(fā)行列中，推動著單片機技術的創(chuàng)新進步。 proteus 軟件由 labcenter 公司開發(fā)，是目前世界上最先進、最完整的嵌入式 系統(tǒng)設計與仿真平臺，可以實現數字電路、模擬電路及微控制器系統(tǒng)與外設的混合 電路系統(tǒng)的電路仿真、軟件仿真、系統(tǒng)協(xié)同仿真和 pcb 設計等功能微控制器系統(tǒng)相 關的仿真需建立編譯和調試環(huán)境，可選擇 keil c51uvision2 軟件。它的界面友好易 學，在調試程序、軟件仿真方面有很強大的功能。 其革命性的功

9、能是：將電路仿真 和微處理器仿真進行協(xié)同，直接在基于原理圖的虛擬原型上進行處理器編程調試， 并進行功能驗證，通過動態(tài)器件如電機、led、lcd、開關等，實時看到運行后的 輸入、輸出的效果，配合系統(tǒng)配置的虛擬儀器如示波器、邏輯分析儀等，通過軟件 使用和硬件電路設計，不僅讓我鞏固了所學知識并應用于實踐，同時也讓我覺得所 學知識能貢獻于社會，所讀的這幾年書是沒有白念的。讓我有了一個質地的飛躍。 第 3 頁 第 2 章 電子鐘系統(tǒng)組成及設計流程 電子鐘系統(tǒng)主要由 at89c51 單片機、單片機晶振電路、按鍵電路、輸入電路組 成，電子鐘系統(tǒng)電路組成框圖如圖 2-1 所示。 圖 2-1 電路組成框圖 本設

10、計在設計電路的基礎上，再編譯程序，最后將程序導入電路中實現仿真。 具體步驟如圖 2-2 所示。 圖 2-4 基于 proteus 的單片機系統(tǒng)設計流程 單單 片片 機機 晶振電路晶振電路 按鍵電路按鍵電路 數碼管顯示電路數碼管顯示電路 蜂鳴器蜂鳴器 protues 電路設計電路設計 源程序設計源程序設計 生成目標代碼生成目標代碼 基于基于 protues 仿真仿真 第 4 頁 第 3 章 單元電路設計 電子鐘系統(tǒng)主要由單片機晶振電路、按鍵電路、輸出電路組成，下面對各個單 元電路進行設計。 3.1 單片機介紹 本電路設計的核心器件是 at89c51 單片機，它是一種帶 4k 字節(jié)閃爍可編程可 擦

11、除只讀存儲器（fperomfalsh programmable and erasable read only memory） 的低電壓，高性能 cmos8 位微處理器。該器件采用 atmel 高密度非易失存儲器制 造技術制造，與工業(yè)標準的 mcs-51 指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能 8 位 cpu 和閃爍存儲器組合在單個芯片中，atmel 的 at89c51 是一種高效微控制器， at89c2051 是它的一種精簡版本。at89c51 單片機為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一 種靈活性高且價廉的設計方案。主要引腳如圖 3-1 所示。 圖 3-1 at89c51 單片機 第 5 頁 3.2 晶

12、振電路設計 mcs-51 單片機內部有一個用于構成振蕩器的高增益反相放大器，引腳 xtal1 和 xtal2 分別是此放大器的輸出端和輸入端。這個放大器與作為反饋元件的片外 晶體或陶瓷諧振器一起構成一個自激振蕩器。雖然有內部振蕩電路，但要形成時鐘， 必須外接元件。圖 3-2 是單片機內部時鐘方式的電路。 圖 3-2 內部時鐘方式 第 6 頁 本設計中使用的晶體振蕩器為 12mhz 的石英晶體，由此我們可以算出: ，因此該晶振可以為軟件計數提供 1s 的機器周期的s1 fosc 12 時鐘頻率 機器周期 精確的時間。 3.3 控制電路 電子鐘的控制電路可以由獨立式鍵盤和矩陣式鍵盤組成，獨立式鍵盤

13、相互獨立， 每個按鍵占一個 i/o 口線，每根 i/o 口線上按鍵的工作狀態(tài)不會影響到其他按鍵的 工作狀態(tài)，主要特點是程序設計簡單，占用 i/o 口較多。而矩陣式鍵盤分別由行線 和列線組成，行和列的交匯處可以形成鍵盤，與獨立式鍵盤相比，可以提高 i/o 口 的利用率。由于本設計只需要由控制電路實現校時、計時、鬧鐘設置、鬧鐘開關功 能，因此只需要四個按鍵即可實現，因此選用獨立式鍵盤。具體電路如圖 3-3 所示。 第 7 頁 圖 3-3 控制電路圖 電子鐘初始工作時的模式為模式 0（正常計數），鬧鐘狀態(tài)為關閉。具體工作方 式如下述：當按下模式按鍵時，給 p1.4 一個低電平信號輸入，通過程序來記錄

14、電子 鐘的工作模式；而按下加 1 鍵時，給 p1.5 一個低電平信號輸入，再通過工作模式來 控制具體哪一位實行加 1 運算；減 1 按鍵和加 1 按鍵基本類似，只是實行的運算為 減 1；當按下鬧鐘開關按鍵時，可以給 p1.7 一個低電平輸入信號， 通過程序的取反 來控制鬧鐘狀態(tài)為打開，再按一次，則再取反，鬧鐘狀態(tài)為關閉。由此可見，利用 單片機四個輸入口可方便地實現 6 種工作模式的不同控制。 3.4 輸出電路設計 輸出電路分為顯示輸出電路和鬧鐘輸出電路；顯示輸出電路由八個數碼管構成， 而數碼管又由八個發(fā)光二極管構成，可以用來顯示數字、字符等，他在家電及工業(yè) 控制中有著很廣泛的應用，例如用來顯示

15、溫度、數量、重量、日期、時間等，具有 顯示醒目、直觀的優(yōu)點。鑒于本電子鐘顯示格式為 00-00-00,一共需要八位八段數碼 管來提供顯示，鬧鐘輸出電路蜂鳴器則連在 p1.0 口進行輸出。顯示電路如圖 3-4 所 示。 第 8 頁 圖 3-4 輸出電路 電子鐘通電后初始模式為模式 0（正常計數），鬧鐘狀態(tài)為關閉。輸入電路的具 體工作方式如下：當模式按鍵按下后，工作模式更改為模式 0（正常計數）、模式 1（計時調時）、模式 2（計時調分）、模式 3（計時調秒）時，數碼管顯示電路段 位口輸出正常計時狀態(tài)的數據，當模式更改為模式 4（鬧鐘調時）、模式 5（鬧鐘調 分）時，數碼管顯示電路的段位口輸出鬧鐘

16、狀態(tài)的數據。當鬧鐘開關按鍵被按下時， 鬧鐘狀態(tài)由關閉變?yōu)榇蜷_，隨著計時的不斷增加，當計時的時和分等于鬧鐘設置的 時和分時，鬧鐘輸出 p1.0 口通過程序設置使該口為高電平，可使有源蜂鳴器發(fā)出聲 音。 第 9 頁 3.5 總電路原理圖設計 由晶振電路、控制電路，以及由數碼管顯示和蜂鳴器所組成的輸出電路組成本 次設計的總電路圖，如圖 3-5 所示。 圖 3-5 總電路圖 其中晶振電路為單片機提供 1s 的機器周期，為實現精確計時提供了先決條件； 而鍵盤控制電路則實現了本時鐘六種模式的轉換和鬧鐘的開或者關。 此次利用單片機設計的電子鐘電路由晶振電路、控制電路和輸出電路組成，性能 好、功能多、價格低，

17、充分體現了利用單片機設計的優(yōu)越性。在單片機的程序設計 中，采用了程序計數，硬件計時的方法，其中時間秒加 1 通過中斷來實現，單片機 初始化設置之后，單片機就一直工作在死循環(huán)中，死循環(huán)則實現不斷地對控制電路 的掃描，來改變工作模式或者調時調分等等。 3.6 proteus 電路圖設計 運行 proteus 的 isis 后出現程序主窗口界面，鼠標左鍵單擊窗口左側的元器件工 具欄的 component 按鈕, 接著再點擊窗口左側的元器件選擇區(qū)的 pick divices 按鈕， 第 10 頁 彈出 pick devices 窗口，再在 categ 欄里點擊 microprocessorics 項后

18、，在 results 欄 里會出現各種類型的 cpu 器件，找到 at89c51 后雙擊，at89c51 就被添加到當前 窗口左側的元器件列表區(qū)了。用同樣的方法依次把上拉電阻、數碼管、晶振以及多 個電阻、電容、按鍵也添加到器件列表區(qū)里。然后再依次點擊列表區(qū)里的器件，單 擊左鍵把他們放到繪圖區(qū)，右鍵選中元件，并編輯其屬性，合理布局后，進行連線。 連線時當鼠標的指針靠近一個對象的引腳時，跟著鼠標的指針就會出現一個“” 提示符號，點擊鼠標左鍵即可畫線了，需要拐彎時點擊一下即可，在終點再點擊確 認一下就畫出了一段導線，所有導線畫完后，點擊工具欄的 inter-sheeterminal 按鈕， 添加上電

19、源和接地符號，原理圖的繪制就完成了。proteus 中設計的電子時鐘系統(tǒng)原 理圖按圖 3-5 設計。 第 11 頁 第 4 章 軟件設計 4.1 程序流程圖設計 圖 4-1 程序流程圖 開始 數據初始化設置 定時器初始化 死循環(huán) while(1) y 調用按鍵處理函數 數碼管顯示函數 n 判斷鬧鐘是否開 啟，且時鐘時分 是否等于鬧鐘時 分 蜂鳴器鳴叫 調用數碼管顯示函數 if(keyinput!=0 xf0) /*判斷是否有按鍵按下*/ ny 將值賦給 buf 第 12 頁 4.2 源程序設計 /* 名稱：功能完備的數字鐘 共有 6 種工作模式：正常計時、按鍵調時、按鍵調分、按鍵調秒、鬧鐘調時

20、、 鬧鐘調秒，按設置鍵切換工作模式。 */ #include #define uint unsigned int #define uchar unsigned char uchar code segcode= 0 xc0,0 xf9,0 xa4,0 xb0,0 x99,0 x92,0 x82,0 xf8,0 x80,0 x90,0 xbf; /0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,- uchar code dispbit=0 x01,0 x02,0 x04,0 x08,0 x10,0 x20,0 x40,0 x80; /數碼管位選碼 uchar buffer=0,0,0,0,0,0,0,0;

21、 uint hour,min,sec; uint ringhour,ringmin; uint status; sbit beep=p10; /鬧鐘 bit ringoff; void keyprocess(unsigned char); /*延時函數*/ void delayms(uint t) / 晶振頻率 12m uint i; while(t-) for(i=0;i125;i+); void delay() /鬧鈴的延時 uint m,n; for(m=0;m20;m+) 第 13 頁 for(n=0;n20;n+); /*數碼管顯示函數*/ void display() uchar

22、i; if (status=4|status=5) /鬧鐘調時、調分狀態(tài) buffer0=ringhour/10; buffer1=ringhour%10; buffer3=ringmin/10; / 顯示分的十位 buffer4=ringmin%10; / 顯示分的個位 for(i=0;i8;i+) p0=segcodebufferi; p2=dispbiti; delayms(1); /防止數碼管顯示的時候閃動 p2=0 x0; else /正常計時顯示 buffer0=hour/10; / 顯示時的十位 buffer1=hour%10; / 顯示時的個位 buffer2=10; / 顯示

23、- buffer3=min/10; / 顯示分的十位 buffer4=min%10; / 顯示分的個位 buffer5=10; / 顯示- buffer6=sec/10; / 顯示秒的十位 buffer7=sec%10; / 顯示秒的個位 for(i=0;i=1000) / 定時 1s 到，以下為時鐘的正常走鐘邏輯 count=0; sec+; if(sec= 60) sec=0; min+; if(min= 60) min=0; hour+; if(hour= 24) hour=0; /*按鍵處理函數*/ void keyprocess(unsigned char key) /鍵值處理，6

24、種狀態(tài)，正常計時，設置時分秒,設置鬧鈴時分 switch (key) 第 17 頁 case 0 xe0:status+; /按下設置鍵 if (status=6) status = 0; break; case 0 xd0:switch(status) /按下加 1 鍵，5 種模式下加 1 case 0 x01:if(hour23) hour+; else hour=0; break; case 0 x02:if(min59) min+; else min=0; break; case 0 x03:if(sec59) sec+; else sec=0; break; case 0 x04:i

25、f(ringhour23) ringhour+; else ringhour=0; break; case 0 x05:if(ringmin0) hour-; else hour=23; break; case 0 x02:if(min0) min-; else min=59; break; case 0 x03:if(sec0) sec-; else sec=59; break; case 0 x04:if(ringhour0) ringhour-; else ringhour=23; break; case 0 x05:if(ringmin0) ringmin-; else ringmin

26、=59; break; break; case 0 x70: ringoff=ringoff; /鬧鐘的開和關 第 18 頁 break; default:break; 4.3 keilc51 進行程序調試 圖 4-2 調試結果圖 調試結果為 0 error(s),0 warning(s)。表示程序生成.hex 文件中沒有遇到錯誤或 者警告，即生成成功。 第 19 頁 第 5 章 系統(tǒng)調試與仿真 5.1 proteus 中 hex 文件選擇 系統(tǒng)仿真分析電路原理圖在 isis 里設計完成，并將系統(tǒng)程序編譯成.hex 文件， 再進行電子時鐘的系統(tǒng)虛擬仿真 。 （1）在 isis 的原理圖中，右鍵

27、單擊 at89c51 將其選中，然后單擊左鍵打開 at89c51 的 edit component 對話框，如圖 5-1 所示。 圖 5-1 edit component 對話框 （2）選擇相應的.hex 文件，再在 proteus isis 編輯窗口的 file 菜單中選擇 save design 選項，保存設計，生成.dsn 文件。 5.2 proteus 進行電子鐘系統(tǒng)仿真 在 proteus isis 的調試菜單中選擇開始調試，運行程序，實現功能：開始運行時 進入模式一實現正常計時，當按一次 k1，進入模式二時鐘的時調節(jié)，k2 進行加運 算，k3 進行減運算。當再按下第二和第三次 k1

28、，分別進入時鐘的分調節(jié)和秒調節(jié)， 第 20 頁 調節(jié)方式和時調節(jié)一樣。當按下第四和第五次 k1，分別進去鬧鐘時調節(jié)和鬧鐘分調 節(jié)，調節(jié)方式和上述方法一樣。當按下第六次 k1 時，再次進入正常計時。開始運 行時，時鐘的鬧鐘功能是關閉的，當按下 k4，可以打開鬧鐘功能，當計時器和設置 鬧鐘的時間一致時，蜂鳴器就開始鳴叫一分鐘。當再次按下 k4，可以關閉鬧鐘。時 間顯示格式為：時-分-秒；proteus 系統(tǒng)仿真結果如圖 5-2 所示。 圖 5-2 proteus 系統(tǒng)仿真結果 第 21 頁 總 結 2009 年 10 月，我開始了我的畢業(yè)論文工作，時至今日，論文基本完成。從最初 的茫然，到慢慢的進

29、入狀態(tài)，再到對思路逐漸的清晰，整個寫作過程難以用語言來 表達。歷經了幾個月的奮戰(zhàn)，緊張而又充實的畢業(yè)設計終于落下了帷幕?；叵脒@段 日子的經歷和感受，我感慨萬千，在這次畢業(yè)設計的過程中，我擁有了無數難忘的 回憶和收獲。 10 月初，在與導師的交流討論中我的題目定了下來，是：實用單片機電子鐘的 設計。當選題報告，開題報告定下來的時候，我當時便立刻著手資料的收集工作中， 當時面對浩瀚的書海真是有些茫然，不知如何下手。我將這一困難告訴了導師，在 導師細心的指導下，終于使我對自己現在的工作方向和方法有了掌握。 在搜集資料的過程中，我認真準備了一個筆記本。我在學校圖書館，大工圖書 館搜集資料，還在網上查找

30、各類相關資料，將這些寶貴的資料全部記在筆記本上， 盡量使我的資料完整、精確、數量多，這有利于論文的撰寫。然后我將收集到的資 料仔細整理分類，及時拿給導師進行溝通。 10 月初，資料已經查找完畢了，我開始著手論文的寫作。在寫作過程中遇到困 難我就及時和導師聯系，并和同學互相交流，請教專業(yè)課老師。在大家的幫助下， 困難一個一個解決掉，論文也慢慢成型。 10 月底，論文的文字敘述已經完成。11 月開始進行相關圖形的繪制工作和電路 的設計工作。為了畫出自己滿意的電路圖，圖表等，我仔細學習了繪圖技術。在設 計電路初期，由于沒有設計經驗，覺得無從下手，空有很多設計思想，卻不知道應 該選哪個，經過導師的指導

31、，我的設計漸漸有了頭緒，通過查閱資料，逐漸確立系 統(tǒng)方案。 當我終于完成了所有打字、繪圖、排版、校對的任務后整個人都很累，但同時看著 電腦熒屏上的畢業(yè)設計稿件我的心里是甜的，我覺得這一切都值了。這次畢業(yè)論文 的制作過程是我的一次再學習，再提高的過程。在論文中我充分地運用了大學期間 所學到的知識。 第 22 頁 我不會忘記這難忘的幾個月的時間。畢業(yè)論文的制作給了我難忘的回憶。在我 徜徉書海查找資料的日子里，面對無數書本的羅列，最難忘的是每次找到資料時的 激動和興奮；親手設計電路圖的時間里，記憶最深的是每一步小小思路實現時那幸 福的心情；為了論文我曾趕稿到深夜，但看著親手打出的一字一句，心里滿滿的只 有喜悅毫無疲憊。這段