數(shù)字電子鐘課程設計報告

1、目錄 摘要 3 關(guān)鍵詞 3 一、設計任務與要求 4 、方案設計與論證 方案一 方案二 三、硬件單元電路設計與參數(shù)計算 5 1. 電源電路 5 2. 按鍵電路 5 3. 時鐘電路 4. 驅(qū)動電路 5 5. LED顯示電路 5 6. 單片機電路 6 四、軟件設計與流程圖 10 10 五、總原電路及元器件清單 1 .總原理圖 10 2 . PCB制板圖 11 3 整體電路仿真圖 12 4 .元件清單 12 六、安裝與調(diào)試 13 1. 電路安裝 13 2. 電路調(diào)試 13 3. 軟件調(diào)試 13 七、性能測試與分析 14 八、結(jié)論與心得 14 九、參考文獻 15 十、致謝 15 十一、程序清單 15 摘

2、要:本論文基于單片機原理技術(shù)介紹了一款于 AT89C52芯片作為核心控制器的 單片機數(shù)字電子鐘的設計與制作， 包括硬件電路原理的實現(xiàn)方案設計、 軟件程序 編輯的實現(xiàn)、數(shù)字電子鐘正常工作的流程、 原理圖仿真實現(xiàn)、 硬件實物的安裝制 作與硬件實物的調(diào)試過程。該單片機數(shù)字電子鐘采用 LED 數(shù)碼管能夠準確顯示 時間（顯示格式為：時時，分分，秒秒），可隨時進行時間調(diào)整， 時間可采用 12 小 時制顯示或24小時制顯示，采用12小時顯示時可在標志位數(shù)碼管上顯示 A （表 示上午）或B （表示下午），可暫停時間的變動，暫停時一位數(shù)碼管上顯示字母H， 可按自己的要求設置擴展的小鍵盤個數(shù)。 關(guān)鍵詞： 單片機

3、；數(shù)字電子鐘 ；數(shù)碼管 ；AT89C52 設計任務與要求 1、設計任務 用單片機設計一個數(shù)字電子鐘，采用 LED數(shù)碼管來顯示時間。 2、設計要求 （1）顯示格式為：XX XX XX 即：時：分：秒。 （2）時間可采用12小時制顯示或24小時制顯示，采用12小時顯示時必須 在另外一個數(shù)碼管上顯示 A （表示上午）或B （表示下午）。 （3）設置一個按鍵用于時間顯示方式的切換。 （4）系統(tǒng)上電后從上電時初始化顯示：12-00-00 開始計時。 （5）能進行時間的調(diào)整，可暫停時間的變動，暫停時一位數(shù)碼管上顯示字母 H 可按自己的要求設置擴展的小鍵盤個數(shù)。 電 源 模 塊 驅(qū) 動 模 塊 LED顯示模

4、塊 單片機模塊 方案設計與論證 時鐘模塊 按 鍵 模 塊 圖1系統(tǒng)整體框圖 整個系統(tǒng)用單片機作為中央控制器，由單片機執(zhí)行采集芯片內(nèi)部時鐘信號， 時鐘信號通過單片機I/O 口傳給單片機，單片機模塊控制驅(qū)動模塊驅(qū)動顯示模 塊，通過顯示模塊來實現(xiàn)信號的輸出、LED的顯示及相關(guān)的控制功能。系統(tǒng)設有 按鍵模塊用于對時間進行調(diào)整及擴展多個小鍵盤，系統(tǒng)整體框圖如圖1所示。 1、單片機芯片選擇方案 方案一 ：AT89S52是一個低功耗，高性能CMOS位單片機，片內(nèi)含4k Bytes ISP（In-system programmable） 的可反復擦寫1000次的Flash只讀程序存儲器。 主要性能有：與MCS

5、-51單片機產(chǎn)品兼容、全靜態(tài)操作：OHz33Hz、三級加密 程序存儲器、 32 個可編程 I/O 口線、三個 16 位定時器/計數(shù)器、八個中斷源、 全雙工UART串行通道、掉電后中斷可喚醒、看門狗定時器、雙數(shù)據(jù)指針、掉電 標識符、易編程。 方案二：AT89C52是一個低電壓，高性能CMOS位單片機，片內(nèi)含8k bytes 的可反復擦寫的 Flash 只讀程序存儲器和 256 bytes 的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器 (RAM。主要性能有：兼容 MCS5指令系統(tǒng)、32個雙向I/O 口、256x8bit內(nèi)部 RAM、 3 個 16 位可編程定時 /計數(shù)器中斷、時鐘頻率 O-24MHz、 2個串行中斷、可

6、編程UART串行通道、2個外部中斷源、6個中斷源、2個讀寫中斷口線、3級加 密位、低功耗空閑和掉電模式、軟件設置睡眠和喚醒功能。 從單片機芯片主要性能角度出發(fā)， 本數(shù)字電子鐘單片機芯片選擇設計采用方 案一。 2、數(shù)碼管顯示選擇方案 方案一：靜態(tài)顯示。靜態(tài)顯示，即當顯示器顯示某一字符時，相應的發(fā)光二 極管恒定導通或截止。該方式每一位都需要一個 8 位輸出口控制。靜態(tài)顯示時 較小電流能獲得較高的亮度， 且字符不閃爍。但因當所需顯示的位數(shù)較多時， 靜 態(tài)顯示所需的 I/O 口數(shù)較大，造成資源的浪費。 方案二：動態(tài)顯示。動態(tài)顯示，即各位數(shù)碼管輪流點亮，對于顯示器各位數(shù) 碼管，每隔一段延時時間循環(huán)點亮一

7、次。 利用人的視覺暫留功能可以看到整個顯 示，但須保證掃描速度足夠快，人的視覺暫留功能才可察覺不到字符閃爍。 顯示 器的亮度與導通電流、 點亮時間及間隔時間的比例有關(guān)。 調(diào)整參數(shù)可以實現(xiàn)較高 穩(wěn)定度的顯示。動態(tài)顯示節(jié)省了 I/O 口，降低了能耗。 從節(jié)省單片機芯片 I/O 口和降低能耗角度出發(fā)， 本數(shù)字電子鐘數(shù)碼管顯示選 擇設計采用方案二。 3、數(shù)碼管驅(qū)動選擇方案 方案一：上拉電阻驅(qū)動方式。數(shù)碼管段碼與接有上拉電阻的單片機芯片 I/O 口相連，通過編程，單片機芯片即控制段碼電平的高低。該方式經(jīng)費低，但 實物制作較復雜。 方案二： 74LS245 芯片驅(qū)動方式。數(shù)碼管段碼與 74LS245 芯片

8、 B 口相連， 74LS245芯片A 口與單片機芯片I/O 口，通過編程，單片機芯片即可控制段 碼電平的高低。該方式實物制作簡單， 增強驅(qū)動數(shù)碼管段碼能力。 從實物制作簡易程度與驅(qū)動數(shù)碼管段碼能力角度出發(fā)， 本數(shù)字電子鐘數(shù)碼 管驅(qū)動選擇設計采用方案二。 三、 硬件單元電路設計與參數(shù)計算 1、電源電路 本數(shù)字電子鐘設計所需電源電壓為直流、電壓值大小 5V 的電壓源 。從硬 件實物設計簡易程度與經(jīng)費方面考慮，用兩節(jié)電壓值大小 2.5V 干電池與電路電 壓源引腳相連接即可達到硬件設計要求。 即本數(shù)字電子鐘設計用兩節(jié)電壓值大小 2.5V 干電池做硬件電路電壓源。 2、按鍵電路 本數(shù)字電子鐘設計所需按鍵

9、用于進行顯示時間的調(diào)整與設置擴展的小鍵盤。 單片機芯片4個I/O 口可與按鍵直接相連，通過編程，單片機芯片即可控制按鍵 接口電平的高低，即按鍵的開與關(guān)，以達到用按鍵進行顯示時間的調(diào)整與設置擴 展的小鍵盤的設計要求。 3、時鐘電路 單片機芯片可使用內(nèi)部時鐘電路和外部時鐘電路兩種方式產(chǎn)生電路所 需的時鐘脈沖，內(nèi)部時鐘電路實現(xiàn)可用石英晶體和微調(diào)電容外接即可達到， 外部時鐘電路實現(xiàn)需要一個外部脈沖源引入脈沖信號以保證個單片機之間 時鐘信號的同步。從硬件實現(xiàn)難易角度考慮，內(nèi)部時鐘電路的實現(xiàn)比外部時 鐘電路的實現(xiàn)更簡易。既本數(shù)字電子鐘設計所需的時鐘源采用內(nèi)部時鐘電路 實現(xiàn)。所用定時方式為工作方式1,石英晶

10、振為12M即最小定時時間為1us， 最大定時時間約為65.5ms，其電路圖如下圖2所示。 圖2時鐘電路圖 4、驅(qū)動電路 從實物制作簡易程度與驅(qū)動數(shù)碼管段碼能力角度出發(fā)，本數(shù)字電子鐘設 計采用數(shù)碼管段碼與74LS245芯片B 口相連，74LS245芯片A 口與單片機芯片I/O 口，通過編程，單片機芯片即可控制段碼電平的高低的方式實現(xiàn)數(shù)碼管段碼控制， 74LS245芯片圖如下圖3所示。 DIR A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 GND 雙向驅(qū) b74LS245 圖3 74LS245芯片圖 5、LED顯示電路 數(shù)字電子鐘設計的顯示模塊用 8個一位數(shù)碼管實現(xiàn)，也可用兩個四位一 體數(shù)碼管實

11、現(xiàn)。兩種實現(xiàn)方式實現(xiàn)效果一樣。從實物制作的難易程度出，本數(shù)字 電子鐘設計采用兩個四位一體數(shù)碼管實現(xiàn)。即數(shù)碼管引腳與單片機芯片和 74LS245對應引腳相連接。 單片機電路 本數(shù)字電子鐘設計采用 AT89S52單片機芯片作為中央控制器，實現(xiàn)信號 的輸出、LED的顯示及相關(guān)的控制功能 四、軟件設計與流程圖 1、數(shù)字電子時鐘主程序流程圖 主程序流程圖如下圖圖4所示 裝載計數(shù)初值 等待定 時中斷 請求 圖4 數(shù)字電子時鐘主程序流程圖 2、中斷服務程序流程圖 5 所示。 中斷服務程序流程圖如下圖圖 圖5中斷服務程序流程圖 3、顯示子程序流程圖 顯示子程序流程圖如下圖圖6所示。 開始 圖6顯示子程序流程圖

12、 五、總原電路及元器件清單 1 總原理圖 最小系統(tǒng)控制原理圖如下圖圖7所示，數(shù)碼管原理圖如下圖圖8所示 PJrtPTi? 4 如i . 4 舊 u XTKXl LP XTAXi LE 7l TT o-tra I DAiVPP RFT 2冏 ATaftSK： Jll lLADURiisri Pl P I .;； T：I KTAJil XTAJiZ Pl ,|TL： pi Jirra*- vcc 浄- IBLXI叩。 TXDir? I AL unsigned char key_s, key_v; unsigned char code dis_code11=0 x3F, 0 x06,0 x5B,0

13、x4F,0 x66,0 x6D,0 x7D,0 x07,0 x7F,0 x6F,0 x00 ;/0,1,2,3 4, 5, 6, 7, 8, 9, off/ 共陰數(shù)碼管 unsigned char data dis_buf8; unsigned char data dis_index; unsigned char hour,min,sec; unsigned char sec100; unsigned char flag,flag1,flag2;/falg 用于時間停止和啟動標志， falg1 為 12小時和 24小時的切換標志， falg2 為1 2小時的上午和下午的切換標志 sbit K1

14、 = P1A0; sbit K2 = P1A1； sbit K3 = P1A2; sbit K4 = P1A3; 則開始計時 sbit K5 = P1A4; / 用于時的調(diào)整 / 用于分的調(diào)整 / 用于秒的調(diào)整 / 用于時間調(diào)整的開關(guān) , 按下一次暫停時間 , 再按一次時 / 用于 24小時制和 12小時制的切換 bit scan_key(); void proc_key(); void inc_sec(); void inc_min(); void inc_hour(); void inc_hour1(); void delayms(unsigned char ms); void main(

15、void) P0 = 0 xff; P2 = 0 xff; TMOD = 0 x11; / 定時器 0, 1 工作模式 1, 16 位定時方式 TH1 = 0 xd8;/使用12MHZ勺晶振，定時時間為：10ms TL1 = 0 xf0; TH0 = 0 xf8;/定時時間為2ms，用于數(shù)碼管的動態(tài)掃描 TL0 = 0 x30; hour = 12; min = 00; sec = 00; sec100 = 0; flag = 0; flag1 = 0; dis_buf0 = dis_codehour / 10; / dis_buf1 = dis_codehour % 10; / 時十位 時個

16、位 dis_buf2 = dis_codemin / 10; / dis_buf3 = dis_codemin % 10; / 分十位 分個位 dis_buf4 = dis_codesec / 10; / dis_buf5 = dis_codesec % 10; / 秒十位 秒個位 dis_buf6 = 0 x00; /關(guān)閉該位數(shù)碼管 dis_buf7 = 0 x7f; /顯示 B 表示下午 dis_digit = 0 xfe; dis_index = 0; TCON = 0 x01; /T1:TF1 TR1 T0:TF0 TR0 定時中斷： IE1 IT1 IE0 IT0 / 外部中斷 0

17、的觸發(fā)方式為下降沿觸發(fā) IE = 0 x8a;/ 使能 timer0,1 中斷, 控制 IE 寄存器的格式： EA - - ES ET1 EX1 ET0 EX0 / 1 0 0 0 1 0 1 TR0 = 1; / 開定時器 0 TR1 = 1; / 開定時器 1 key_v = 0 x1f;/ 定義為 K1,K2,K3,K4,K5 相應的按鍵 , 當沒有按下時則 while(1) if(scan_key() delayms(10); if(scan_key() key_v = key_s; proc_key(); 為 ,K1,K2,K3,K4,K5, 都為高電平 ,0 x1f / 先掃描一次

18、是否有按鍵按下 / 延時 / 再次掃描一次是否有按鍵 按下 / 將 key_s 的值傳給 key_v bit scan_key() / 設置 key_s 先為 0 key_s = 0 x00; key_s |=K5; key_s = 1; key_s |= K4; key_s = 1; key_s |= K3; key_s P1.1, 若 K2 按下則為 0,當 K2按下時 key_s 與 K2 或的結(jié)果會使得key_s為0 x00,未按下時K2則為1, key_s與K2或的結(jié)果會使 得 key_s 為 0 x01 key_s P1.0, 若 K1 按下則為 0,當 K1 按下時 key_s

19、與 K1或的結(jié)果會使得key_s為0 x00或是0 x02，沒有按下時則得到的結(jié)果為 0 x01 或是 0 x03 return(key_s A key_v);/進行邏輯異或運算，相同為0,不同為1. 已經(jīng)定義了變量 :key_v = 0 x1f; 如果兩個按鍵都沒有按下則是得到 0 x03, 異或 的結(jié)果是為 0 void proc_key() if(K4=0) /K4 是否按下 flag+; / 關(guān)閉定時器 TR1=0; / 關(guān)閉定時器 1 dis_buf6 = 0 x76; / 顯示 H, 用于表示設定時間的標志 if(K5=0) flag1+; /flag1 的初始值是 0,falg1

20、 為 12 小時和 24 小時的切換 標志 小時制 / 判斷是不是下午 / 關(guān)閉顯示 if(flag1=1) /24 if(dis_buf7=0 x7f) hour=hour+12; dis_buf7=0 x00; dis_buf7 = 0 x00; if(hour 23) hour = 0; if(hour 9) 時十位 dis_buf0 = dis_codehour / 10; / else dis_buf0 = 0 x00; / 當小時的十位為 0 時不顯示 dis_buf1 = dis_codehour % 10; /時個位 if(flag1=2) /12 小時制 flag1=0; i

21、f(hour12|hour=0) / 判斷是不是下午 , 并用于處理 24 小時 制的大于 13和等于 0 的處理 if(hour12) hour=hour-12; if(hour=0) hour=12; 顯示下午 B / 顯示 A 表示上午 dis_buf7=0 x7f; / else dis_buf7 = 0 x77; if(hour 9) 時十位 dis_buf0 = dis_codehour / 10; / else dis_buf0 = 0 x00; / 當小時的十位為 0 時不顯示 dis_buf1 = dis_codehour % 10; /時個位 if(key_v if(fla

22、g1=1) inc_hour1(); 當只有 K1 按下時，則 key_s 為 0 x02, else if(key_v if(min 59) min = 0; 分十位 分個位 dis_buf2 = dis_codemin / 10; / dis_buf3 = dis_codemin % 10; / else if(key_v 是否按下 if(sec 59) sec = 0; dis_buf4 = dis_codesec / 10; / dis_buf5 = dis_codesec % 10; / if(flag=2) flag=0; TR1=1; dis_buf6 = 0 x00; if(f

23、lag1=0) if(flag2) dis_buf7 = 0 x77;/ 秒十位 秒個位 顯示 A 表示上午 else dis_buf7 = 0 x7f; / 顯示 B 表示下午 void timer0() interrupt 1 / 定時器 0 中斷服務程序 , 用于數(shù)碼管的動態(tài)掃描 / dis_index -顯示索引 , 用于標識當前顯示的數(shù)碼管和緩沖區(qū)的偏移量 / dis_digit - 位選通值 , 傳送到 P0 口用于選通當前數(shù)碼管的數(shù)值 , 如等于 0 xfe 時 , / 選通 P2.0 口數(shù)碼管 / dis_buf - 顯于緩沖區(qū)基地址 TH0 = 0 xf8; TL0 = 0

24、x30; / 定時時間為 2ms P2 = 0 xff;/ 先關(guān)閉所有數(shù)碼管 P0 = dis_bufdis_index; /顯示代碼傳送到 P0 口 P2 = dis_digit; / dis_digit = _crol_(dis_digit,1); / 位數(shù)碼管 dis_index+; / 位選通值左移 , 下次中斷時選通下 dis_index / 8 個數(shù)碼管全部掃描完一遍之后，再回到第一個開 始下一次掃描 , 限定了只掃描 8 位, 當為超過 8 位時則開始清零 . 到8次 /0 x07=0000 0111 dis_index 在一個個加一時，則為加 / 定時器 1 的定時時間為 10ms void timer1() interrupt 3 TH1 = 0 xd8; TL1 = 0 xf0; sec100+; if(sec100 = 100) /定時 1 秒的時間 sec100 = 0; inc_sec(); v