基于單片機(jī)的電子鐘設(shè)計(jì)

1、邵陽學(xué)院課程設(shè)計(jì)報(bào)告課程設(shè)計(jì)(論文)題 目 名 稱 基于單片機(jī)的電子鐘設(shè) 課 程 名 稱 單片機(jī)原理及應(yīng)用 學(xué) 生 姓 名 學(xué) 號 11413040 系 、專 業(yè) 信息工程系、電子科學(xué)與技術(shù) 指 導(dǎo) 教 師 許建明 2013年 6 月 27 日摘 要20世紀(jì)末，電子技術(shù)獲得了飛速的發(fā)展，在其推動下，現(xiàn)代電子產(chǎn)品幾乎滲透了社會的各個(gè)領(lǐng)域，有力地推動了社會生產(chǎn)力的發(fā)展和社會信息化程度的提高，同時(shí)也使現(xiàn)代電子產(chǎn)品性能進(jìn)一步提高，產(chǎn)品更新?lián)Q代的節(jié)奏也越來越快?，F(xiàn)代生活的人們越來越重視起了時(shí)間觀念，可以說是時(shí)間和金錢劃上了等號。對于那些對時(shí)間把握非常嚴(yán)格和準(zhǔn)確的人或事來說，時(shí)間的不準(zhǔn)確會帶來非常大的麻煩

2、，所以以數(shù)碼管為顯示器的時(shí)鐘比指針式的時(shí)鐘表現(xiàn)出了很大的優(yōu)勢。數(shù)碼管顯示的時(shí)間簡單明了而且讀數(shù)快、時(shí)間準(zhǔn)確顯示到秒。而機(jī)械式的依賴于晶體震蕩器，可能會導(dǎo)致誤差。數(shù)字鐘是采用數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)對“時(shí)”、“分”、“秒”數(shù)字顯示的計(jì)時(shí)裝置。數(shù)字鐘的精度、穩(wěn)定度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過老式機(jī)械鐘。在這次設(shè)計(jì)中，我們采用LED數(shù)碼管顯示時(shí)、分、秒，以24小時(shí)計(jì)時(shí)方式，根據(jù)數(shù)碼管動態(tài)顯示原理來進(jìn)行顯示，用12MHz的晶振產(chǎn)生振蕩脈沖，定時(shí)器計(jì)數(shù)。在此次設(shè)計(jì)中，電路具有顯示時(shí)間的其本功能，還可以實(shí)現(xiàn)對時(shí)間的調(diào)整。數(shù)字鐘是其小巧，價(jià)格低廉，走時(shí)精度高，使用方便，功能多，便于集成化而受廣大消費(fèi)的喜愛，因此得到了廣泛的使用。關(guān)鍵詞：數(shù)

3、字電子鐘；單片機(jī)；LED數(shù)碼管；定時(shí)計(jì)數(shù)目 錄摘要.11 緒論.21.1數(shù)字電子鐘的背景.21.2數(shù)字電子鐘的意義.21.3數(shù)字電子鐘的應(yīng)用.22 方案設(shè)計(jì).32.1課程設(shè)計(jì)的目的.32.2課程設(shè)計(jì)任務(wù).4 2.3設(shè)計(jì)環(huán)境.43 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì).43.1 芯片分析.43.2 晶振電路.73.3 控制電路.83.4 顯示電路.104 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì).114.1 設(shè)計(jì).114.2數(shù)字鐘的原理圖.114.3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)流程圖.12 4.4主程序設(shè)計(jì).155 系統(tǒng)仿真與測試.15 5.1 PROTUES軟件介紹.15 5.2 電子鐘系統(tǒng)PROTUES仿真.156 調(diào)試與功能說明.18 6.1系統(tǒng)性能測試

4、與功能說明.18 6.2 系統(tǒng)時(shí)鐘誤差分析.18 6.3 軟件調(diào)試問題及解決.18結(jié)束語.20參考文獻(xiàn).21致謝.22附錄.231 緒論1.1數(shù)字電子鐘的背景 20世紀(jì)末，電子技術(shù)獲得了飛速的發(fā)展，在其推動下，現(xiàn)代電子產(chǎn)品幾乎滲透了社會的各個(gè)領(lǐng)域，有力地推動了社會生產(chǎn)力的發(fā)展和社會信息化程度的提高，同時(shí)也使現(xiàn)代電子產(chǎn)品性能進(jìn)一步提高，產(chǎn)品更新?lián)Q代的節(jié)奏也越來越快。 時(shí)間對人們來說總是那么寶貴，工作的忙碌性和繁雜性容易使人忘記當(dāng)前的時(shí)間。忘記了要做的事情，當(dāng)事情不是很重要的時(shí)候，這種遺忘無傷大雅。但是，一旦重要事情，一時(shí)的耽誤可能釀成大禍。目前，單片機(jī)正朝著高性能和多品種方向發(fā)展趨勢將是進(jìn)一步向

5、著CMOS化、低功耗、小體積、大容量、高性能、低價(jià)格和外圍電路內(nèi)裝化等幾個(gè)方面發(fā)展。下面是單片機(jī)的主要發(fā)展趨勢。單片機(jī)應(yīng)用的重要意義還在于，它從根本上改變了傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)方法。從前必須由模擬電路或數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)的大部分功能，現(xiàn)在已能用單片機(jī)通過軟件方法來實(shí)現(xiàn)了。這種軟件代替硬件的控制技術(shù)也稱為微控制技術(shù)，是傳統(tǒng)控制技術(shù)的一次革命。單片機(jī)模塊中最常見的是數(shù)字鐘，數(shù)字鐘是一種用數(shù)字電路技術(shù)實(shí)現(xiàn)時(shí)、分、秒計(jì)時(shí)的裝置，與機(jī)械式時(shí)鐘相比具有更高的準(zhǔn)確性和直觀性，且無機(jī)械裝置，具有更更長的使用壽命，因此得到了廣泛的使用。1.2數(shù)字電子鐘的意義數(shù)字鐘是采用數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)對.時(shí),分,秒.數(shù)字顯示的計(jì)

6、時(shí)裝置,廣泛用于個(gè)人家庭,車站, 碼頭辦公室等公共場所,成為人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢缮俚谋匦杵?由于數(shù)字集成電路的發(fā)展和石英晶體振蕩器的廣泛應(yīng)用,使得數(shù)字鐘的精度,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過老式鐘表, 鐘表的數(shù)字化給人們生產(chǎn)生活帶來了極大的方便，而且大大地?cái)U(kuò)展了鐘表原先的報(bào)時(shí)功能。諸如定時(shí)自動報(bào)警、按時(shí)自動打鈴、時(shí)間程序自動控制、定時(shí)廣播、自動起閉路燈、定時(shí)開關(guān)烘箱、通斷動力設(shè)備、甚至各種定時(shí)電氣的自動啟用等，所有這些，都是以鐘表數(shù)字化為基礎(chǔ)的。因此，研究數(shù)字鐘及擴(kuò)大其應(yīng)用，有著非?，F(xiàn)實(shí)的意義。1.3數(shù)字電子鐘的應(yīng)用 數(shù)字鐘已成為人們?nèi)粘Ｉ钪校罕夭豢缮俚谋匦杵?，廣泛用于個(gè)人家庭以及車站、碼頭、劇場、辦公室等公共場所

7、，給人們的生活、學(xué)習(xí)、工作、娛樂帶來極大的方便。由于數(shù)字集成電路技術(shù)的發(fā)展和采用了先進(jìn)的石英技術(shù)，使數(shù)字鐘具有走時(shí)準(zhǔn)確、性能穩(wěn)定、攜帶方便等優(yōu)點(diǎn)，它還用于計(jì)時(shí)、自動報(bào)時(shí)及自動控制等各個(gè)領(lǐng)域。 目前，單片機(jī)正朝著高性能和多品種方向發(fā)展趨勢將是進(jìn)一步向著CMOS化、低功耗、小體積、大容量、高性能、低價(jià)格和外圍電路內(nèi)裝化等幾個(gè)方面發(fā)展。下面是單片機(jī)的主要發(fā)展趨勢。單片機(jī)應(yīng)用的重要意義還在于，它從根本上改變了傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)方法。從前必須由模擬電路或數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)的大部分功能，現(xiàn)在已能用單片機(jī)通過軟件方法來實(shí)現(xiàn)了。這種軟件代替硬件的控制技術(shù)也稱為微控制技術(shù)，是傳統(tǒng)控制技術(shù)的一次革命。單片機(jī)模

8、塊中最常見的是數(shù)字鐘，數(shù)字鐘是一種用數(shù)字電路技術(shù)實(shí)現(xiàn)時(shí)、分、秒計(jì)時(shí)的裝置，與機(jī)械式時(shí)鐘相比具有更高的準(zhǔn)確性和直觀性，且無機(jī)械裝置，具有更更長的使用壽命，因此得到了廣泛的使用。2 方案設(shè)計(jì)2.1課程設(shè)計(jì)目的通過課程設(shè)計(jì)，使學(xué)生鞏固和加深對單片機(jī)基本知識的理解，學(xué)會查尋資料、方案設(shè)計(jì)、方案比較，以及單元電路設(shè)計(jì)計(jì)算等環(huán)節(jié)，進(jìn)一步提高學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識的能力，提高分析解決實(shí)際問題的能力。鍛煉分析、解決電子電路問題的實(shí)際本領(lǐng)，通過此綜合訓(xùn)練，為以后畢業(yè)設(shè)計(jì)打下一定的基礎(chǔ)。數(shù)字鐘是采用數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)對.時(shí),分,秒.數(shù)字顯示的計(jì)時(shí)裝置,廣泛用于個(gè)人家庭,車站, 碼頭辦公室等公共場所,成為人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢?/p>

9、少的必需品,由于數(shù)字集成電路的發(fā)展和石英晶體振蕩器的廣泛應(yīng)用,使得數(shù)字鐘的精度,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過老式鐘表, 鐘表的數(shù)字化給人們生產(chǎn)生活帶來了極大的方便，而且大大地?cái)U(kuò)展了鐘表原先的報(bào)時(shí)功能。數(shù)字鐘已成為人們?nèi)粘Ｉ钪校罕夭豢缮俚谋匦杵?，廣泛用于個(gè)人家庭以及車站、碼頭、劇場、辦公室等公共場所，給人們的生活、學(xué)習(xí)、工作、娛樂帶來極大的方便。由于數(shù)字集成電路技術(shù)的發(fā)展和采用了先進(jìn)的石英技術(shù)，使數(shù)字鐘具有走時(shí)準(zhǔn)確、性能穩(wěn)定、攜帶方便等優(yōu)點(diǎn)，它還用于計(jì)時(shí)、自動報(bào)時(shí)及自動控制等各個(gè)領(lǐng)域。 2.2 課程設(shè)計(jì)的任務(wù) 1、準(zhǔn)確計(jì)時(shí)，以數(shù)字形式顯示時(shí)、分、秒的時(shí)間；2、設(shè)計(jì)出軟件編程方法，并寫出源代碼； 3、 設(shè)計(jì)出硬件電

10、路；4、小時(shí)以24小時(shí)計(jì)時(shí)形式，分秒計(jì)時(shí)為60進(jìn)位； 5、校正時(shí)間功能,即能隨意設(shè)定走時(shí)時(shí)間；6、設(shè)計(jì)5V直流電源，系統(tǒng)時(shí)鐘電路、復(fù)位電路； 7、能指示秒節(jié)奏，即秒提示；8、可采用交直流供電電源，且能自動切換。 2.3設(shè)計(jì)環(huán)境（1）WINDOWS 2000/2003/XP/7/Vista系統(tǒng)（2）Proteus仿真軟件、keil軟件3系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1 AT89C51單片機(jī)芯片分析AT89S51是一個(gè)低功耗，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含4k Bytes ISP(In-system programmable)的可反復(fù)擦寫1000次的Flash只讀程序存儲器，器件采用ATMEL公司的高密度、

11、非易失性存儲技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)及80C51引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和ISP Flash存儲單元，功能強(qiáng)大的微型計(jì)算機(jī)的AT89S51可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價(jià)比的解決方案。 AT89S51具有如下特點(diǎn)：40個(gè)引腳，4k Bytes Flash片內(nèi)程序存儲器，128 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），32個(gè)外部雙向輸入/輸出（I/O）口，5個(gè)中斷優(yōu)先級2層中斷嵌套中斷，2個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器,2個(gè)全雙工串行通信口，看門狗（WDT）電路，片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器。 此外，AT89S51設(shè)計(jì)和配置了振蕩頻率可為0Hz并可通過軟件設(shè)置省電模式?？臻e模式下

12、，CPU暫停工作，而RAM定時(shí)計(jì)數(shù)器，串行口，外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作，掉電模式凍結(jié)振蕩器而保存RAM的數(shù)據(jù)，停止芯片其它功能直至外中斷激活或硬件復(fù)位。同時(shí)該芯片還具有PDIP、TQFP和PLCC等三種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。本文主要介紹用單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)/計(jì)數(shù)器來實(shí)現(xiàn)電子時(shí)鐘的方法，本設(shè)計(jì)由單片機(jī)AT89S51芯片和LED數(shù)碼管為核心，輔以必要的電路，構(gòu)成了一個(gè)單片機(jī)電子時(shí)鐘。P0口：P0口為一個(gè)8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫1時(shí)，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程 序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時(shí)，P0 口

13、作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0外部必須被拉高。P1口：P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作 輸入，P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口作為第八位地址接收。 P2口：P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個(gè)TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻 拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲器

14、或16位地址外部數(shù)據(jù)存 儲器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行讀寫時(shí)，P2口輸出其特殊功能寄存器 的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號和控制信號。P3口：P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：P3.0 RXD（串行輸入口）P3.1 TXD（串行輸出口）P3.2 /INT0（外部

15、中斷0）P3.3 /INT1（外部中斷1）P3.4 T0（記時(shí)器0外部輸入）P3.5 T1（記時(shí)器1外部輸入）P3.6 /WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）P3.7 /RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）P3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號。RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)

16、存儲器 時(shí)，將跳過一個(gè)ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時(shí)， ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時(shí)，這兩次有效的/PSEN信號將不出現(xiàn)。EA/VPP：當(dāng)/EA保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式1時(shí)， /EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)/EA端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲器。在FLASH編程期

17、間，此引腳也用于施加12V編程電（VPP）VCC：電源。GND ：接地 圖3.1則是單片機(jī)AT89C51帶有各個(gè)管腳的芯片 圖3.1 AT89C513.2 晶振電路 下圖為晶振電路采用12M的晶振。晶振的作用是給單片機(jī)正常工作提供穩(wěn)定的時(shí)鐘信號。單片機(jī)的晶振并不是只能用12M，只要不超過20M就行，在準(zhǔn)許的范圍內(nèi)，晶振越大，單片機(jī)運(yùn)行越快，還有用12M的就是好算時(shí)間，因?yàn)橐粋€(gè)機(jī)器周期為1/12時(shí)鐘周期，所以這樣用12M的話，一個(gè)時(shí)鐘周期為12us，那么定時(shí)器計(jì)一次數(shù)就是1us了，電容范圍在20-40pF之間，這里連接的是30pF的電容。單片機(jī)復(fù)位的條件是：必須使RST/VPD 或RST引（9）

18、加上持續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期（即24個(gè)振蕩周期）的高電平。例如，若時(shí)鐘頻率為12 MHz，每機(jī)器周期為1s，則只需2s以上時(shí)間的高電平，在RST引腳出現(xiàn)高電平后的第二個(gè)機(jī)器周期執(zhí)行復(fù)位。單片機(jī)常見的復(fù)位如圖所示。電路為上電復(fù)位電路，它是利用電容充電來實(shí)現(xiàn)的。在接電瞬間，RESET端的電位與VCC相同，隨著充電電流的減少，RESET的電位逐漸下降。只要保證RESET為高電平的時(shí)間大于兩個(gè)機(jī)器周期，便能正常復(fù)位。該電路除具有上電復(fù)位功能外，若要復(fù)位，只需按圖中的RESET鍵，此時(shí)電源VCC經(jīng)電阻R1、R2分壓，在RESET端產(chǎn)生一個(gè)復(fù)位高電平。機(jī)器周期=10*晶振周期=12*系統(tǒng)時(shí)鐘周期圖3.2則是單片機(jī)

19、AT89C51芯片上連接晶振電路后的圖 圖3.2 晶振電路3.3 控制電路 AT89S51的P0口和P2口外接由八個(gè)LED數(shù)碼管(LED8LED1)構(gòu)成的顯示器，用P0口作LED的段碼輸出口，P2口作八個(gè)LED數(shù)碼管的位控輸出線，P1口外接四個(gè)按鍵A、B、C構(gòu)成鍵盤電路。AT89S51 是一種低功耗，高性能的CMOS 8位微型計(jì)算機(jī)。它帶有8K Flash 可編程和擦除的只讀存儲器（EPROM），該器件采用ATMEL的高密度非易失性存儲器技術(shù)制造，與工業(yè)上標(biāo)準(zhǔn)的80C51和80C52的指令系統(tǒng)及引腳兼容，片內(nèi)Flash 集成在一個(gè)芯片上，可用與解決復(fù)雜的問題，且成本較低。簡易電子鐘的功能不復(fù)雜

20、，采用其現(xiàn)有的I/O便可完成，所以本設(shè)計(jì)中采用此的設(shè)計(jì)方案。下圖利用按鍵開關(guān)來校正時(shí)鐘顯示的數(shù)字。當(dāng)按鈕按下時(shí)，將在相應(yīng)的端口輸入一個(gè)低電平，通過相應(yīng)的程序來改變時(shí)鐘顯示。其中時(shí)按鍵開關(guān)用來調(diào)節(jié)時(shí)間的小時(shí)數(shù)，每按一次時(shí)按鍵，時(shí)間增加一小時(shí)；S2按鍵用來調(diào)節(jié)時(shí)間的分鐘數(shù)，每按一次分按鍵，時(shí)間增加一分鐘；S3按鍵用來調(diào)節(jié)時(shí)間的秒數(shù)每按一次秒按鍵，時(shí)間增加一秒鐘，該設(shè)計(jì)最大顯示時(shí)間為23:59:59。圖3.3則為則是單片機(jī)AT89C51芯片上連接控制電路的圖圖3.3控制電路3.4 顯示電路就時(shí)鐘而言，通常可采用液晶顯示或數(shù)碼管顯示。由于一般的段式液晶屏，需要專門的驅(qū)動電路，而且液晶顯示作為一種被動顯

21、示，可視性相對較差；對于具有驅(qū)動電路和微處理器接口的液晶顯示模塊（字符或點(diǎn)陣），一般多采用并行接口，對微處理器的接口要求較高，占用資源多。另外，89C2051本身無專門的液晶驅(qū)動接口，因此，本時(shí)鐘采用數(shù)碼管顯示方式。數(shù)碼管作為一種主動顯示器件，具有亮度高、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，而且市場上也有專門的時(shí)鐘顯示組合數(shù)碼管。對于實(shí)時(shí)時(shí)鐘而言，顯示顯然是另一個(gè)重要的環(huán)節(jié)。通常LED顯示有兩種方式：動態(tài)顯示和靜態(tài)顯示。靜態(tài)顯示的優(yōu)點(diǎn)是程序簡單、顯示亮度有保證、單片機(jī)CPU的開銷小，節(jié)約CPU的工作時(shí)間。但占有I/O口線多，每一個(gè)LED都要占有一個(gè)I/O口，硬件開銷大，電路復(fù)雜。需要幾個(gè)LED就必須占有幾個(gè)并行口

22、，比較適用于LED數(shù)量較少的場合。當(dāng)然當(dāng)LED數(shù)量較多的時(shí)候，可以使用單片機(jī)的串行口通過移位寄存器的方式加以解決，但程序編寫比較麻煩。LED動態(tài)顯示硬件連接簡單，但動態(tài)掃描的顯示方式需要占有CPU較多的時(shí)間，在單片機(jī)沒有太多實(shí)時(shí)測控任務(wù)的情況下可以采用。本系統(tǒng)需要采用8位LED數(shù)碼管來分別顯示時(shí)、分、秒，因數(shù)碼管個(gè)數(shù)較多，故本系統(tǒng)選擇動態(tài)顯示方式。圖3.4則為則是單片機(jī)AT89C51芯片上連接顯示電路的圖圖3.4 顯示電路各模塊拼接組合，電路總體設(shè)計(jì)圖如下：圖3.5 總圖4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1設(shè)計(jì)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)也是工具系統(tǒng)功能的設(shè)計(jì),單片機(jī)軟件的設(shè)計(jì)主要包括執(zhí)行軟件（完成各種實(shí)質(zhì)性功能）的設(shè)計(jì)

23、和監(jiān)控軟件的設(shè)計(jì)。單片機(jī)的軟件設(shè)計(jì)通常要考慮以下幾個(gè)方面的問題：（1）根據(jù)軟件功能要求，將系統(tǒng)軟件劃分為若干個(gè)相對獨(dú)立的部分，設(shè)計(jì)出合理的總體結(jié)構(gòu)，使軟件開發(fā)清晰、簡潔和流程合理；（2）培養(yǎng)良好的編程風(fēng)格，如考慮結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)、實(shí)行模塊化、子程序化。既便于調(diào)試、鏈接，又便于移植和修改；（3）建立正確的數(shù)學(xué)模型，通過仿真提高系統(tǒng)的性能，并選取合適的參數(shù)；（4）繪制程序流程圖；（5）合理分配系統(tǒng)資源；（6）為程序加入注釋，提高可讀性，實(shí)施軟件工程；（7）注意軟件的抗干擾設(shè)計(jì)，提高系統(tǒng)的可靠性。4.2 數(shù)字鐘的原理圖用PROTUES軟件，根據(jù)要求畫出數(shù)字電子鐘的原理圖如下所示。圖4.1 數(shù)字鐘的原理

24、圖工作原理 ：數(shù)字電子鐘是一個(gè)將“ 時(shí)”，“分”，“秒”顯示于人的視覺器官的計(jì)時(shí)裝置。它的計(jì)時(shí)周期為24小時(shí)，顯時(shí)滿刻度為23時(shí)59分59秒，另外還有校時(shí)功能。因此，一個(gè)基本的數(shù)字鐘電路主要由顯示器“時(shí)”，“分”，“秒”和單片機(jī)。8個(gè)數(shù)碼管的段選接到單片機(jī)的P0口，位選接到單片機(jī)的P2口。數(shù)碼管按照數(shù)碼管動態(tài)顯示的工作原理工作，將標(biāo)準(zhǔn)秒信號送入“秒單元”，“秒單元”采用60進(jìn)制計(jì)數(shù)器，每累計(jì)60秒發(fā)出一個(gè)“分脈沖”信號，該信號將作為“分單元”的時(shí)鐘脈沖?！胺謫卧币膊捎?0進(jìn)制計(jì)數(shù)器，每累計(jì)60分鐘，發(fā)出一個(gè)“時(shí)脈沖”信號，該信號將被送到“時(shí)單元”?！皶r(shí)單元”采用24進(jìn)制計(jì)時(shí)器，可實(shí)現(xiàn)對一天2

25、4小時(shí)的累計(jì)。顯示電路將“時(shí)”、“分”、“秒”通過七段顯示器顯示出來。4.3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)流程圖 這次的數(shù)字電子鐘設(shè)計(jì)用到很多子程序，它們的流程圖如下所示。主程序是先開始，然后啟動定時(shí)器，定時(shí)器啟動后在進(jìn)行按鍵檢測，檢測完后，就可以顯示時(shí)間。開始啟動定時(shí)器按鍵檢測時(shí)間顯示圖4.2主程序流程圖按鍵處理是先檢測秒按鍵是否按下，秒按鍵如果按下，秒就加1；如果沒有按下，就檢測分按鍵是否按下，分按鍵如果按下，分就加1；如果沒有按下，就檢測時(shí)按鍵是否按下，時(shí)按鍵如果按下，時(shí)就加1；如果沒有按下，就把時(shí)間顯示出來。 NYNYNY時(shí)加1顯示時(shí)間結(jié)束開始秒按鍵按下？秒加1分按鍵按下？分加1時(shí)按鍵按下？ 圖4.3

26、 按鍵處理流程圖定時(shí)器中斷時(shí)是先檢測1秒是否到，1秒如果到，秒單元就加1；如果沒到，就檢測1分鐘是否到，1分鐘如果到，分單元就加1；如果沒到，就檢測1小時(shí)是否到，1小時(shí)如果到，時(shí)單元就每按一次時(shí)按鍵，就會增加一小時(shí)加1，如果沒到，就顯示時(shí)間。N24小時(shí)到？分單元清零，時(shí)單元加1NNNYY時(shí)單元清零時(shí)間顯示中斷返回開始一秒時(shí)間到？60秒時(shí)間到？60分鐘到？秒單元加1秒單元清零，分單元加1YY圖4.4定時(shí)器中斷4.4 源程序見附錄5 系統(tǒng)仿真5.1 PROTUES軟件介紹Proteus軟件是Labcenter Electronics公司的一款電路設(shè)計(jì)與仿真軟件，它包括ISIS、ARES等軟件模塊，

27、ARES模塊主要用來完成PCB的設(shè)計(jì)，而ISIS模塊用來完成電路原理圖的布圖與仿真。Proteus的軟件仿真基于VSM技術(shù)，它與其他軟件最大的不同也是最大的優(yōu)勢就在于它能仿真大量的單片機(jī)芯片，比如MCS-51系列、PIC系列等等，以及單片機(jī)外圍電路，比如鍵盤、LED、LCD等等。通過Proteus軟件的使用我們能夠輕易地獲得一個(gè)功能齊全、實(shí)用方便的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)室。5.2 電子鐘系統(tǒng)PROTUES仿真電子時(shí)鐘主要的設(shè)計(jì)要求是能夠?qū)崿F(xiàn)時(shí)鐘的一般功能，以及包括時(shí)間的調(diào)整功能，這個(gè)基于單片機(jī)的電子時(shí)鐘基本上實(shí)現(xiàn)了上述功能，能夠通過時(shí)間調(diào)整電路對時(shí)間進(jìn)行調(diào)整以及復(fù)位。圖5.1所顯示的是12：00：00的仿

28、真圖。圖5.1 調(diào)試結(jié)果 圖5.2所顯示的是程序運(yùn)行后所導(dǎo)出的仿真圖。圖5.2 運(yùn)行之后的圖 圖5.3顯示的是按下時(shí)健后所得的結(jié)果,每按一下時(shí)健時(shí)間時(shí)間增加一小時(shí)。 圖5.3 按下時(shí)健之后的結(jié)果圖5.4顯示的是按下分健后所得的結(jié)果,每按一下分健時(shí)間時(shí)間增加一分鐘。圖5.4 按下分健后的結(jié)果圖5.5顯示的是按下秒健后所得的結(jié)果,每按一下秒健時(shí)間時(shí)間增加一秒。圖5.5 按下秒健后的結(jié)果6調(diào)試與功能說明6.1系統(tǒng)性能測試與功能說明走時(shí)：默認(rèn)為走時(shí)狀態(tài)，按24小時(shí)制分別顯示“時(shí)時(shí)-分分-秒秒”，有2個(gè)“-”動態(tài)顯示，時(shí)間會按實(shí)際時(shí)間以秒為最少單位變化。走時(shí)調(diào)整：按秒健對秒進(jìn)行調(diào)整，按一下加一秒；按分健

29、對分進(jìn)行調(diào)整，按一下加一分；按時(shí)健對時(shí)進(jìn)行調(diào)整，按一下加一小時(shí)，從而達(dá)到快速設(shè)定時(shí)間的目的。6.2 系統(tǒng)時(shí)鐘誤差分析時(shí)間是一個(gè)基本物理量，具有連續(xù)、自動流逝、不重復(fù)等特性。我國時(shí)間基準(zhǔn)來自國家授時(shí)中心，人們?nèi)粘Ｊ褂玫臅r(shí)鐘就是以一定的精度與該基準(zhǔn)保持同步的。結(jié)合時(shí)間概念和誤差理論，可以定義電子鐘的走時(shí)誤差S=S1-S2,S1表示程序?qū)嶋H運(yùn)行計(jì)算所得的秒；S2表示客觀時(shí)間的標(biāo)準(zhǔn)秒。S>0時(shí)表示電子鐘秒單元數(shù)值刷新滯后，即走時(shí)誤差為“慢”；反之，S<0表示秒單元數(shù)值的刷新超前，即走時(shí)誤差為“快”。本次設(shè)計(jì)的單片機(jī)電子鐘系統(tǒng)中，其誤差主要來源包括晶體頻率誤差，定時(shí)器溢出誤差，延遲誤差。晶體

30、頻率產(chǎn)生震蕩，容易產(chǎn)生走時(shí)誤差；定時(shí)器溢出的時(shí)間誤差，本應(yīng)這一秒溢出，但卻在下一秒溢出，造成走時(shí)誤差；延遲時(shí)間過長或過短，都會造成與基準(zhǔn)時(shí)間產(chǎn)生偏差，造成走時(shí)誤差。6.3 軟件調(diào)試問題及解決軟件程序的調(diào)試一般可以將重點(diǎn)放在分模塊調(diào)試上，統(tǒng)調(diào)是最后一環(huán)。軟件調(diào)試可以采取離線調(diào)試和在線調(diào)試兩種方式。前者不需要硬件仿真器，可借助于軟件仿真器即可；后者一般需要仿真系統(tǒng)的支持。本次課題，Keil軟件來調(diào)試程序，通過各個(gè)模塊程序的單步或跟蹤調(diào)試，使程序逐漸趨于正確，最后統(tǒng)調(diào)程序。仿真部分采用proteus 6 professional軟件，此軟件功能強(qiáng)大且操作較為簡單，可以很容易的實(shí)現(xiàn)各種系統(tǒng)的仿真。首先

31、打開proteus 6 professional軟件，在元件庫中找到要選用的所有元件，然后進(jìn)行原理圖的繪制；繪制好后再選擇wave6000已經(jīng)編譯好的*.hex文件，選擇運(yùn)行，觀察顯示結(jié)果，根據(jù)顯示的結(jié)果和課題的要求再修改程序，再運(yùn)行查，直到滿足要求。結(jié)束語我在這一次數(shù)字電子鐘的設(shè)計(jì)過程中，很是受益匪淺。通過對自己在大學(xué)二年時(shí)間里所學(xué)的知識的回顧，并充分發(fā)揮對所學(xué)知識的理解和對畢業(yè)設(shè)計(jì)的思考及書面表達(dá)能力，最終完成了。這為自己今后進(jìn)一步深化學(xué)習(xí)，積累了一定寶貴的經(jīng)驗(yàn)。撰寫論文的過程也是專業(yè)知識的學(xué)習(xí)過程，它使我運(yùn)用已有的專業(yè)基礎(chǔ)知識，對其進(jìn)行設(shè)計(jì)，分析和解決一個(gè)理論問題或?qū)嶋H問題，把知識轉(zhuǎn)化為

32、能力的實(shí)際訓(xùn)練培養(yǎng)了我運(yùn)用所學(xué)知識解決實(shí)際問題的能力。通過短暫的兩周時(shí)間的課程設(shè)計(jì)，不僅對proteus仿真技能也有了進(jìn)一步地了解，也擴(kuò)展了自己對一些重要芯片工作原理的了解，提高了我的實(shí)踐能力和理論水平。模塊化設(shè)計(jì)讓思路變得明了，冗長的程序也變得條理清晰。本次課程設(shè)計(jì)讓我了解到單片機(jī)在生活應(yīng)用中的重要性，了解了它的廣闊的應(yīng)用前景。學(xué)好單片機(jī)對我今后找工作有很大的幫助，不僅可以充實(shí)自己的精神風(fēng)貌和掌握各種操作技巧具有重大意義，而且還可以研發(fā)出一些對人們有意義的產(chǎn)品，促進(jìn)社會的發(fā)展。通過這次課程設(shè)計(jì)我發(fā)現(xiàn)，只有理論水平提高了，才能夠?qū)⒄n本知識與實(shí)踐相整合，理論知識服務(wù)于教學(xué)實(shí)踐，以增強(qiáng)自己的動手能

33、力。這個(gè)實(shí)驗(yàn)十分有意義 我獲得很深刻的經(jīng)驗(yàn)。通過這次課程設(shè)計(jì)，我們知道了理論和實(shí)際的距離，也知道了理論和實(shí)際想結(jié)合的重要性，也從中得知了很多書本上無法得知的知識。我們的學(xué)習(xí)不但要立足于書本，以解決理論和實(shí)際教學(xué)中的實(shí)際問題為目的，還要以實(shí)踐相結(jié)合，理論問題即實(shí)踐課題，解決問題即課程研究，學(xué)生自己就是一個(gè)專家，通過自己的手來解決問題比用腦子解決問題更加深刻。學(xué)習(xí)就應(yīng)該采取理論與實(shí)踐結(jié)合的方式，理論的問題，也就是實(shí)踐性的課題。這種做法既有助于完成理論知識的鞏固，又有助于帶動實(shí)踐，解決實(shí)際問題，加強(qiáng)我們的動手能力和解決問題的能力。參考文獻(xiàn)1郭天祥編著，51單片機(jī)C語言教程，電子工業(yè)出版社。2彭偉編著

34、，單片機(jī)C語言程序設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)100例，電子工業(yè)出版社。3周潤景等編著，基于proteus的電路及單片機(jī)設(shè)計(jì)與仿真，北京航空航天大學(xué)出版社。4江世明編著，單片機(jī)原理及應(yīng)用，中國鐵道出版社。5 李光才，單片機(jī)課程設(shè)計(jì)實(shí)例指導(dǎo)，北京航空航天大學(xué)出版社 6 朱定華，單片機(jī)原理及接口技術(shù)實(shí)驗(yàn)，北方交通大學(xué)出版社致謝首先衷心地感謝我的指導(dǎo)老師許建明老師。本文從選題到完成，從理論上的探討到實(shí)際問題的解決，無處不飽含著許老師的心血。許老師的悉心指導(dǎo)和建議給了我極大的幫助和支持，使我受益匪淺，在此論文完成之際，謹(jǐn)向許老師致以深深的謝意和崇高的敬意。附錄1：用PROTUES軟件，根據(jù)要求畫出數(shù)字電子鐘的原理圖如下所

35、示。附錄二：SECOND EQU 30H MINITE EQU 31H HOUR EQU 32H HOURK BIT P0.2 MINITEK BIT P0.1 SECONDK BIT P0.0 DISPBUF EQU 40H DISPBIT EQU 48H T2SCNTA EQU 49H T2SCNTB EQU 4AH TEMP EQU 4BH ORG 00H LJMP START ORG 0BH LJMP INT_T0 START: MOV SECOND,#00H MOV MINITE,#00H MOV HOUR,#12 MOV

36、DISPBIT,#00H MOV T2SCNTA,#00H MOV T2SCNTB,#00H MOV TEMP,#0FEH LCALL DISP ；2KB范圍內(nèi)長調(diào)用 MOV TMOD,#01H MOV TH0,#(65536-2000) / 256 ；2ms MOV TL0,#(65536-2000) MOD 256 SETB TR0 SETB ET0 SETB EA WT: JB SECONDK,NK1 ；SECONDK是1轉(zhuǎn)NK1，即按鍵SP1按下時(shí)轉(zhuǎn). LCALL DELY10MS JB SECONDK,NK1 INC SECOND MOV A,SECOND CJNE A,#60,NS60 MOV SECOND,#00H NS60: LCALL DISP JNB SECONDK,$ NK1: JB MINITEK,NK2 LCALL DELY10MS JB MINITEK,NK2 INC MINITE MOV A,MINITE CJNE A,#60,NM60 MOV MINITE,#00H NM60: LCALL DISP JNB MINITEK,$ NK2: JB HOURK,NK3 LCALL DELY10MS JB HOURK,NK3 INC HOUR MOV A,HOUR CJNE A,#24,NH24 MOV HOUR,#00H NH24: LC