基于51單片機的電子時鐘設計說明

1、課程論文題 目：數(shù)字電子時鐘的設計數(shù)字電子時鐘的設計 學生： 朱潯 學生學號： 1008030335 系 別： 電氣學院 專 業(yè)： 電子信息工程 年 級： 10 級 任課教師： 權楯忠 成績成績. . . . - 1 - / 13 目目 錄錄一一. .課程設計目的課程設計目的- - 1 1 - -二二. .課程設計題目描述和要求課程設計題目描述和要求- - 1 1 - -三三. .課程設計報告容課程設計報告容- - 1 1 - -3.13.1、設計思路、設計思路- - 1 1 - -3.23.2、方案設計與論證、方案設計與論證- - 2 2 - -3.2.1 數(shù)碼管顯示選擇方案- 2 -3.2

2、.2 數(shù)碼管驅動選擇方案- 3 -3.33.3、設計原理、程序與流程圖、設計原理、程序與流程圖- - 3 3 - -3.3.1 流程圖- 3 -3.3.2 電路原理圖- 4 -3.3.3 C 語言程序與說明- 4 -3.43.4、PROTUESPROTUES仿真圖，與作品成型圖仿真圖，與作品成型圖- - 1212 - -3.4.1 protues 仿真圖- 12 -3.4.2 實踐電路板照片- 13 -3.53.5 安裝與調試結果安裝與調試結果- - 1414 - -3.5.1 電路安裝- 14 -3.5.2 電路調試- 15 -3.5.3 軟件調試- 15 -3.5.4 性能測試- 15 -

3、四四. .總結總結- - 1515 - -參考書目參考書目- - 1616 - -. . . . - 2 - / 13數(shù)字電子鐘的設計數(shù)字電子鐘的設計學生：朱潯指導老師：權楯忠電氣信息工程學院電子信息工程專業(yè) 一一. .課程設計目的課程設計目的: :1、鞏固和加深對單片機原理知識的理解和運用; 2、進一步提高學生綜合運用所學知識的能力; 3、培養(yǎng)學生綜合分析問題、發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力。二二. .課程設計題目描述和要求課程設計題目描述和要求: :1、方案論證，確定總體電路原理圖。 2、元器件選擇，設計 PCB 圖（或用萬能電路實驗板搭線） 。3、繪制程序流程圖，編寫 C 語言源程序。4、安裝

4、調試，實現(xiàn)數(shù)字時鐘的基本功能，即能正確顯示時、分、秒；可調整時間；秒閃功能。三三. .課程設計報告容：課程設計報告容：3.13.1、設計思路、設計思路：3.1.1 根據(jù)所需實現(xiàn)的功能畫出程序流程圖，如 3.5 所示。3.1.2 將電路按照 3.6 原理圖焊接起來，定義開關 K1，K2，K3 分別接單片機的P3.2,P3.2，P3.5 引腳。3.1.3 用軟件延時對 K1，K2，K3 進行兩級防抖。啟動系統(tǒng)，中斷初始化，定時器 0 只用來做計時，定時器 1 根據(jù)需要可選擇進入定時模式或者計數(shù)模式。外部中斷 1,2 用來等待外部按鍵的按下。3.1.4 當先按下 K1 時，進入外部中斷 0，主函數(shù)調

5、用時間顯示函數(shù)，定時器 1. . . . - 3 - / 13處于計數(shù)工作模式，num=num+1，num 為 1 時按 K2，K3 對小時進行加減來調整小時位，num=2 按 K2，K3 對分進行調整，當 num=3 按 K2，K3 對秒進行調整，當 num=4 時就對 num 進行清零，跳出時間調節(jié)。3.1.5 當先按下 K2 時，進入外部中斷 1，cmd=cmd+1,主函數(shù)調用秒表顯示函數(shù)，進入秒表狀態(tài)，此時將定時器 1 的工作模式改為計時，使其每 10ms 進行一次中斷，并設定當 cmd 位偶數(shù)時進行秒表計時，當 cmd 為奇數(shù)時停止秒表計時。K1 用來對秒表進行清零，在秒表處于 00

6、-00-00 狀態(tài)時,按 K1 退出秒表，進入時間顯示狀態(tài)。3.23.2、方案設計與論證：、方案設計與論證：圖圖 1 1 系統(tǒng)整體框圖系統(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，單片機模塊控制驅動模塊驅動顯示模塊，通過顯示模塊來實現(xiàn)信號的輸出、LED 的顯示與相關的控制功能。系統(tǒng)設有按鍵模塊用于對時間進行調整與擴展多個小鍵盤。3.2.1 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

7、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。 單片機模塊驅動模塊按鍵模塊LED 顯示模塊電源模塊. . . . - 4 - / 13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、點亮時間與間隔時間的比例有關。調整參數(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.

8、2.2 數(shù)碼管驅動選擇方案方案一：上拉電阻驅動方式。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。方案二：7407 芯片驅動方式。數(shù)碼管段碼與 7407 芯片 B 口相連，7407 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，增強驅動數(shù)碼管段碼能力。 從實物制作簡易程度與驅動數(shù)碼管段碼能力角度出發(fā)，本數(shù)字電子鐘數(shù)碼管驅動選擇設計采用方案二。. . . . - 5 - / 133.33.3、 設計原理、程序與流程圖：設計原理、程序與流程圖：3.3.1 流程圖啟

9、動是否進入秒表顯示對中斷初始化選擇秒表顯示功能選擇時間顯示功能是否是否啟動秒表是否進入調時各時間調整是運行秒表是否否. . . . - 6 - / 133.3.2 電路原理圖3.3.3 C 語言程序與說明#includereg51.h#define uchar unsigned char#define uint unsigned intcode uchar d10=0 xC0,0 xF9,0 xA4,0 xB0,0 x99,0 x92,0 x82,0 xF8,0 x80,0 x90;uint second=0,minter=50,hour=11; uint sshi,sge,mge,mshi,

10、hshi,hge;static char court=0;sbit P21=P21;sbit P22=P22;sbit P23=P23;sbit P24=P24;sbit P25=P25;. . . . - 7 - / 13sbit P26=P26;sbit P27=P27;sbit P20=P20;void delay() /單個 LED 延時函數(shù) uchar i; for(i=0;i15;i+); void int1() interrupt 1 using 2 /定時中斷響應 定50MS TH0=0 x4c; TL0=0 x00; court+; void main() /主函數(shù) TMOD

11、=0 x01; TH0=0 x4c; TL0=0 x00; EA=1; ET0=1; TR0=1; P1=0XFF; for(;) sshi=second/10; /求分秒時的個位 sge=second%10; mshi=minter/10; mge=minter%10; hshi=hour/10; hge=hour%10; P0=dsge; /時分秒在 LED 的顯示 P27=1; /P0 口數(shù)據(jù)輸出；P2 口選通信號 delay(); P27=0; P0=dsshi;. . . . - 8 - / 13 P26=1; delay(); P26=0; P0=0 xbf; P25=1; del

12、ay(); P25=0; P0=dmge; P24=1; delay(); P24=0; P0=dmshi; P23=1; delay(); P23=0; P0=0 xbf; P22=1; delay(); P22=0; P0=dhge; P21=1; delay(); P21=0; P0=dhshi; P20=1; delay(); P20=0; if(court=20) /判斷定時 1S 的時間到了嗎 如果到了就執(zhí)行 IF 后面的 ；否則就跳轉 . . . . - 9 - / 13 court=0; /執(zhí)行 LED 顯示程序 second+; if(second=60) second=0;

13、minter+; if(minter=60) minter=0;hour+; if(hour=24) hour=0; 3.43.4、protuesprotues 仿真圖，與作品成型圖仿真圖，與作品成型圖3.4.1 protues 仿真圖. . . . - 10 - / 133.53.5 安裝與調試結果：安裝與調試結果：3.5.1 電路安裝 安照電路原理圖把元器件安裝到已打好的銅板對應的位置，把個元器件固定在銅板后，用導線把對應的元器件的引腳相連接，再用焊錫焊接好即可。注意事項： （1）元器件的布局應盡量集中，且各個元器件間引腳的連線應盡量短、不彎 曲，跳線盡量少。 （2）各個元器件引腳的焊接不

14、要虛焊。3.5.2 電路調試 把相應編譯好的目標程序代碼加載到單片機芯片 AT89S51，可接上 5V 電壓源即開始進行硬件電路的調試工作。如果顯示結果不符合設計要求，即檢查電路各連接點是否正確連接，再次進行硬件電路的調試工作，或是檢查代碼程序是否符合硬件電路的設計，若有錯即進行相應的修改，編譯后，再進行硬件電路的調試工作。如此反復操作，直到調試出正確結果。. . . . - 11 - / 133.5.3 軟件調試（1） 在計算機上運行程序調試軟件 Keil，進行程序調試。（2）利用 Proteus 軟件進行仿真模擬。（3）加載程序代碼到單片機芯片 AT89S51 中，進行模擬仿真。若出現(xiàn)錯誤

15、，查看錯誤后進行相應修改再進行調試與模擬仿真，直到調試出正確結果。3.5.4 性能測試系統(tǒng)上電后進行功能的測試，通過測試觀察到，系統(tǒng)上電后數(shù)碼管上顯示時間：11-11-11。通過測試，本作品設計實現(xiàn)了數(shù)字電子鐘的基本功能，且系統(tǒng)工作穩(wěn)定。經(jīng)過全組組員一起調試與驗證，計時誤差為 1.0 秒。四四. .總結：總結：本次課程設計的題目是 LED 數(shù)字顯示電子時鐘。經(jīng)過本組同學的共同努力，終于調試成功，并經(jīng)過測試數(shù)據(jù)顯示, 系統(tǒng)的可靠性已經(jīng)基本能夠達到實際電子鐘的設計要求，同時本單片機數(shù)字電子鐘系統(tǒng)具有擴展性。本設計從經(jīng)濟實用的角度出發(fā)，采用美國Atmel公司的單片機AT89S51與顯示驅動芯片740

16、7作為主控芯片與數(shù)據(jù)存儲器單元，結合外圍的鍵盤輸入、顯示、電源輸入等電路并用C語言編寫主控芯片的控制程序，研制了一款可以調時并帶有秒表功能的電子時鐘。使用單片機制作的電子時鐘具有軟硬件設計簡單，易于開發(fā)，成本較低，安全可靠，操作方便等特點，可應用于體育賽事和車站、辦公室與家庭等場所，有一定的實用性。此電子時鐘嚴格按照要求設計，基本達到了預期效果，能夠正確的顯示時分秒的計時，算上是一次比較成功的設計了。實驗中遇到了不少問題，但我們一起改進和綜合了如下。 1.按鍵問題。此設計中，很多功能選擇是通過按鍵開關實現(xiàn)的。在仿真中發(fā)現(xiàn)，調整數(shù)值時，有時按鍵反應太快，按一次，跳了幾下，使設置時間很不方便。于是

17、用軟件延時將按鍵進行兩級防抖，從而大大提高了按鈕的可操作性。 2.添加功能問題。此設計中，除了基本的功能外，我們發(fā)現(xiàn)沒有突出的亮點，于是想到添加一個秒表計時的功能，我們將定時器1進行時分復用，通過按. . . . - 12 - / 13鍵按下的先后順序對定時器1的計時或計數(shù)進行功能選擇，此程序是在調時進行后由開關1控制，進行復位和控制，可以實現(xiàn)疊加計時和清零。課程設計是培養(yǎng)學生綜合運用所學知識,發(fā)現(xiàn)實際問題、提出實際問題、分析和解決實際問題,鍛煉實踐能力的重要環(huán)節(jié),是對學生實際學習能力、動手能力的具體訓練和考察過程。在此次數(shù)字鐘設計過程中, 在學習新知識的同時，把在課程中學到的理論知識運用到實際作品設計、操作中，更進一步地熟悉了單片機芯片的結構與掌握了其工作原理和具體的使用方法與相關元器件的參數(shù)計算方法、使用方法，了解了電路的開發(fā)和制作與課程設計報告的編寫。加深了對相關理論知識與專業(yè)知識的掌握度，增強自身的動手能力，鍛煉與提高了理解問題、分析問題、解決問題的能力，更深刻的體會到了理論聯(lián)系實際的重要性。最后，我們組通過此次單片機課程