數(shù)字時鐘的設計報告課件

1、數(shù)字時鐘設計報告課程名稱：單片機應用技術實訓題目：數(shù)字時鐘專業(yè)班級:智能101 小組成員：錢宏 張慧 李瑤 趙登摘要時鐘，自從它發(fā)明的那天起，就成為人類的朋友，但隨著時間的推移，科學技術的不斷發(fā)展，人們對時間計量的精度要求越來越高，應用越來越廣。怎樣讓時鐘更好的為人民服務，怎樣讓我們的老朋友煥發(fā)青春呢？這就要求人們不斷設計出新型時鐘。現(xiàn)今，高精度的計時工具大多數(shù)都使用了石英晶體振蕩器，由于電子鐘，石英表，石英鐘都采用了石英技術，因此走時精度高，穩(wěn)定性好，使用方便，不需要經(jīng)常調校，數(shù)字式電子鐘用集成電路計時時，譯碼代替機械式傳動，用LED顯示器代替顯示器代替指針顯示進而顯示時間，減小了計時誤差，

2、這種表具有時，分，秒顯示時間的功能，還可以進行時和分的校對，片選的靈活性好。時鐘電路在計算機系統(tǒng)中起著非常重要的作用，是保證系統(tǒng)正常工作的基礎。在一個單片機應用系統(tǒng)中，時鐘有兩方面的含義：一是指為保障系統(tǒng)正常工作的基準振蕩定時信號，主要由晶振和外圍電路組成，晶振頻率的大小決定了單片機系統(tǒng)工作的快慢；二是指系統(tǒng)的標準定時時鐘，即定時時間，它通常有兩種實現(xiàn)方法：一是用軟件實現(xiàn)，即用單片機內部的可編程定時/計數(shù)器來實現(xiàn)，但誤差很大，主要用在對時間精度要求不高的場合；二是用專門的時鐘芯片實現(xiàn)，在對時間精度要求很高的情況下，通常采用這種方法，典型的時鐘芯片有：DS1302，DS12887，X1203等都

3、可以滿足高精度的要求。本系統(tǒng)利用單片機實現(xiàn)具有計時、校時等功能的數(shù)字時鐘，是以單片機AT89S51為核心元件同時采用LED數(shù)碼管顯示器動態(tài)顯示“時”，“分”，“秒”的現(xiàn)代計時裝置。與傳統(tǒng)機械表相比，它具有走時精確,顯示直觀等特點。另外具有校時功能，秒表功能，和定時器功能，利用單片機實現(xiàn)的數(shù)字時鐘具有編程靈活，便于功能的擴充等優(yōu)點。關鍵詞：數(shù)字鐘系統(tǒng)； 單片機AT89S51； LED液晶顯示器第一章：緒論1.1設計的目的及意義1.2發(fā)展現(xiàn)狀1.3設計的任務1.1設計的目的及意義1.實現(xiàn)時鐘的修正和鬧鐘報時兩項任務。2.通過單片機課程設計，加深對單片機的更深層次的理解，熟悉單片機的內部硬件資源，掌

4、握單片機的編程方法，要學會對單片機的各部硬件資源的控制，特別是掌握單片機中斷，定時器的編程方法。3.通過這次設計，要學會怎么利用所學單片機知識獨立設計系統(tǒng)的能力，達到學于致用的目的，要學會發(fā)創(chuàng)設計編程思想，要學會開發(fā)系統(tǒng)的一般過程，并不斷創(chuàng)新。1.2設計的意義 本設計使用單片機作為核心進行控制。單片機具有集成度高，通用性好，功能強，特別是體積小，重量輕，耗能低，可靠性高，抗干擾能力強和使用方便等獨特優(yōu)點，在數(shù)字、智能化方面有廣泛的用途。1.2發(fā)展現(xiàn)狀1.在智能儀器儀表上的發(fā)展應用單片機具有體積小、功耗低、控制功能強、擴展靈活、微型化和使用方便等優(yōu)點，廣泛應用于儀器儀表中，結合不同類型的傳感器，

5、可實現(xiàn)諸如電壓、功率、頻率、濕度、溫度、流量、速度、厚度、角度、長度、硬度、元素、壓力等物理量的測量。采用單片機控制使得儀器儀表數(shù)字化、智能化、微型化，且功能比起采用電子或數(shù)字電路更加強大。例如精密的測量設備（功率計，示波器，各種分析儀）。2.在工業(yè)控制中的發(fā)展應用 用單片機可以構成形式多樣的控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。例如工廠流水線的智能化管 理，電梯智能化控制、各種報警系統(tǒng)，與計算機聯(lián)網(wǎng)構成二級控制系統(tǒng)等。 4.在計算機網(wǎng)絡和通信領域中的發(fā)展應用 現(xiàn)代的單片機普遍具備通信接口，可以很方便地與計算機進行數(shù)據(jù)通信，為在計算機網(wǎng)絡和通信設備間的應用提供了極好的物質條件，現(xiàn)在的通信設備基本上都實現(xiàn)了單

6、片機智能控制，從手機，電話機、小型程控交換機、樓宇自動信呼叫系統(tǒng)、列車無線通信、再到日常工作中隨處可見的移動電話，集群移動通信，無線電對講機等。 5.單片機在醫(yī)用設備領域中的發(fā)展應用 單片機在醫(yī)用設備中的用途亦相當廣泛，例如醫(yī)用呼吸機，各種分析儀，監(jiān)護儀，超聲診斷設備及病床呼叫系統(tǒng)等等。 第二章：設計要求和方案論證2.1設計的要求2.2方案論證 2.3數(shù)碼管顯示方案2.4時鐘的選擇方案和論證2.1設計的要求基于AT89S51單片機的設計。當程序執(zhí)行后，LCD顯示即時時間、年月日、星期。了解單片機技術的發(fā)展現(xiàn)狀，熟悉數(shù)字時鐘模塊的工作原理；2、選擇適當?shù)男酒驮骷?，確定系統(tǒng)電路，繪制電路原理圖

7、，尤其是各接口電路；3、熟悉單片機使用方法和C語言的編程規(guī)則，編寫出相應模塊的應用程序；4、分別在各自的模塊中調試出對應的功能，在Proteus軟件上進行仿真。單片機主板電路等組成。并具有以下功能：1具備在液晶上顯示年、月、日、星期、時、分、秒的功能；2并且具備年、月、日、星期、時、分、秒校準功能；3具有與實時時間同步的功能；2.2方案論證方案一:采用AT89C51芯片作為硬件核心，內部具有4KB ROM 存儲空間,能于3V的超低壓工作,而且與MCS-51系列單片機完全兼容,但是運用于電路設計中時由于不具備ISP在線編程技術，所以在對電路進行調試時，對芯片的多次拔插會對芯片造成一定的損壞。方案

8、二:采用AT89S52芯片,AT89S52是一種低功耗、高性能的8位CMOS微控制器，具有4K的可編程Flash存儲器。同樣兼容AT89C51的功能，且具有ISP在線編程可技術，當對電路進行調試時，因此選擇采用AT89S51作為主控制系統(tǒng)核心。2.3數(shù)碼管顯示方案方案一： 靜態(tài)顯示。所謂靜態(tài)顯示，就是當顯示器顯示某一字符時，相應的發(fā)光二極管恒定的導通或截止。該方式每一位都需要一個8 位輸出口控制。靜態(tài)顯示時較小的電流能獲得較高的亮度，且字符不閃爍。但當所顯示的位數(shù)較多時，靜態(tài)顯示所需的I/O口太多，造成了資源的浪費2.4時鐘的選擇方案和論證方案一：采用74HC244N時鐘芯片實現(xiàn)時鐘，74HC

9、244N芯片是一種高性能的時鐘芯片，可自動對秒、分、時、日、周、月、年進行計數(shù)，而且精度高,位的RAM做為數(shù)據(jù)暫存區(qū)，工作電壓2.5V5.5V范圍內，2.5V時耗電小于300nA。方案二： 直接采用單片機定時計數(shù)器提供秒信號，使用程序實現(xiàn)時、分、秒計數(shù)。采用此種方案雖然減少芯片的使用，但節(jié)約成本，本實驗采用方案二3.1.系統(tǒng)說明利用單片機（AT89S52）制作簡易電子時鐘，由六個LED數(shù)碼管分別顯示小時十位、小時個位、分鐘十位、分鐘個位、秒鐘十位、秒鐘個位。6個PNP管（9012）分別控制六個數(shù)碼管的亮滅，一個按鍵用于時間調整3.1.1系統(tǒng)框圖顯示部分控制部分單片機（AT89C52）按鍵復位電

10、路電源部分直流電源5V6個七段共陽極數(shù)碼管顯示秒，分鐘及小時位位選部分6個PNP三極管（9012）3.1.2總體電路圖3.2.單片機最小系統(tǒng)從外部引入5V的直流電，為單片機、復位電路提供電源。1.電源電路2.時鐘電路在單片機 XTAL1，XTAL2（18腳，19腳）引腳上接一塊石英晶體諧振器和兩只30pF電容就搭建好了內部時鐘電路，它們配合單片機內部反向放大器形成自激振蕩電路，產(chǎn)生時鐘序列。3 復位電路 就是將單片機回到初始狀態(tài)，重新開始執(zhí)行程序。復位就是通過給RST引腳一段時間高電平來實現(xiàn)的，當復位后單片機正常工作時又要要求保持低電平。4 ISP下載電路如圖3-5所示，由AT89S ISP構

11、成的兩排十針下載口，板圖上有一個小方框，為1號引角；下載線的凸口為正方向，凸口的右側邊的第一個插孔為1號引角。3.3數(shù)字時鐘顯示部分3.3.1位選部分3.3.2段選部分74HC244N邏輯電路，三態(tài)八路緩沖器和線路驅動器，電源電壓2V到6V，緩沖類型：緩沖、非反相3.2.4數(shù)碼管的連接電路圖為數(shù)碼管的引腳圖，每位的段碼線（a,b,c,d,e,f,g,dp），由AT89S52控制組合09十個數(shù)據(jù)，如令其顯示1則b,c引腳（即2，3引腳）送高電平，此時數(shù)碼管顯示1。由于各位的段碼線并聯(lián)，8位I/O口輸出段碼對各個顯示位來說都是相同的。3.2.5控制部分RST 復位輸入，高電平有效，在晶振工作時，在

12、RST引腳上作用2個機器周期以上的高電平，將使單片機復位。WDT溢出將使該引腳輸出高電平，設置SFT AUXR的DISRTO位（地址8EH）可打開或關閉該功能。DISRTO位缺省為RESET輸出高電平打開狀態(tài)。EA/VPP 片外程序存儲器訪問允許信號。欲使CPU僅訪問外部程序存儲器（地址為0000H-FFFFH），EA端必須保持低電平（接地），如果EA端為高電平（接Vcc端），CPU則執(zhí)行內部程序存儲器中的指令。ISP,下載接口（p1.5，p1.6,p1.7)p1.5是輸入引腳傳輸程序，p1.6是輸出引腳傳輸數(shù)據(jù),p1.7是傳輸時鐘信號。P1口,P2口P1，P2是一組帶內部上拉電阻的8位雙向I

13、/O口。運行時通過P1口控制驅動電路的工作，將數(shù)據(jù)送到數(shù)碼管，顯示相應的段碼，為了達到減少功耗或滿足端口對最大電流的限制，應加上一限流電阻。P2.0P2.5口控制數(shù)碼管的位選，使六個數(shù)碼管輪流顯示數(shù)據(jù)，等于1時位選三極管導通，等于0 時位選三極管截止。第四章：仿真與調試 4.1軟件簡介 4.2 Keil軟件調試流程 4.3 Proteus軟件運行流程 4.4數(shù)字時鐘的功能仿真4.1.1 Keil軟件簡介Keil C51是美國Keil Software公司出品的51系列兼容單片機C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)。這款軟件提供了豐富的庫函數(shù)和功能強大的集成開發(fā)調試工具，全Windows界面。另外重要的是，Kei

14、l C51軟件編譯后生成的匯編代碼，就能展現(xiàn)出生成的目標代碼效率非常高，多數(shù)語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開發(fā)大型軟件時更能體現(xiàn)高級語言的優(yōu)勢。Keil軟件中uVision與Ishell分別是C51 for Windows和for Dos的集成開發(fā)環(huán)境(IDE)，可以完成編輯、編譯、連接、調試、仿真等整個開發(fā)流程。開發(fā)人員可用IDE本身或其它編輯器編輯C或匯編源文件。然后分別由C51及A51編譯器編譯生成目標文件(.OBJ)。目標文件可由LIB51創(chuàng)建生成庫文件，也可以與庫文件一起經(jīng)L51連接定位生成絕對目標文件(.ABS)。ABS文件由OH51轉換成標準的Hex文件，可載入Prote

15、us仿真軟件中的MCU中，進行功能仿真。Keil使用“工程”（Project）的概念，對工程（而不能對單一的源程序）進行編譯/匯編、連接等操作。工程的建立、設置、編譯/匯編及連接產(chǎn)生目標文件的方法非常易于掌握。應用Keil進行軟件仿真開發(fā)的主要步驟為：1.編寫源程序并保存；2.建立工程并添加源文件；3.設置工程；4.編譯/匯編、連接，產(chǎn)生目標文件；5.程序調試。4.1.2 Proteus ISIS簡介Proteus ISIS是英國Labcenter Electronics公司開發(fā)的電路分析與實物仿真軟件。它由ISIS和ARES兩個軟件構成，其中ISIS是一款便捷的電子系統(tǒng)仿真平臺軟件，它運行于

16、Windows操作系統(tǒng)上，用戶可以對模擬電路、數(shù)字電路、模數(shù)混合電路，以及基于微控制器的系統(tǒng)連同所有外圍接口電子元器件一起仿真。該軟件的特點是：（1）全部滿足我們提出的單片機軟件仿真系統(tǒng)的標準，并在同類產(chǎn)品中具有明顯的優(yōu)勢。2）具有模擬電路仿真、數(shù)字電路仿真、單片機及其外圍電路組成的系統(tǒng)的仿真、RS232動態(tài)仿真、I2 C調試器、SPI調試器、鍵盤和LCD系統(tǒng)仿真的功能；有各種虛擬儀器，如示波器、邏輯分析儀、信號發(fā)生器等。（3）目前支持的單片機類型有：ARM7系列、68000系列、8051系列、AVR系列、PIC12系列、PIC16系列、PIC18系列、Z80系列、HC11系列以及各種外圍芯片

17、。（4）支持大量的存儲器和外圍芯片。總之，該軟件是一款集單片機和SPICE分析于一身的仿真軟件，功能極其強大 ，可仿真ARM、51、AVR、PIC。Proteus啟動畫面：此外，ARES軟件是一款高級的布線編輯軟件，它采用了32位數(shù)據(jù)庫的高性能PCB設計系統(tǒng)，以及高性能的自動布局和自動布線方法。集成了高級原理布線圖、混合模式SPICE電路仿真、PCB設計以及自動布線來實現(xiàn)一個完整的電子設計。4.2 Keil軟件調試流程首先選擇菜單File-New，在源程序編輯器中輸入?yún)R編語言或C語言源程序（或選擇File-Open，直接打開已用其它編輯器編輯好的源程序文檔）并保存，注意保存時必須在文件名后加上

18、擴展名.asm（.a51）或.c。然后選擇菜單Project-New Project，建立新工程并保存（保存時無需加擴展名，也可加上擴展名.uv2），工程保存后會立即彈出一個設備選擇對話框，選擇CPU后點確定返回主界面。展開“Source Group1”前面+號，就會看到所加入的文件，雙擊文件名，即可打開該源程序文件。緊接著對工程進行設置，選擇工程管理窗口的Target1，再選擇Project-Option for Target Target1（或點右鍵彈出快捷菜單再選擇該選項），打開工程屬性設置對話框，共有8個選項卡，主要設置工作包括在Target選項卡中設置晶振頻率、在Debug選項卡中設

19、置實驗仿真板等，如果要寫片，還必須在Output選項卡中選中“Creat Hex Fi”（如圖6.2）；其它選項卡內容一般可取默認值。工程設置后按F7鍵（或點擊編譯工具欄上相應圖標）進行編譯/匯編、連接以及產(chǎn)生目標文件。成功編譯/匯編、連接后，選擇菜單Debug-Start/Stop Debug Session（或按Ctrl+F5鍵）進入程序調試狀態(tài)（如圖6.3），Keil提供對程序的模擬調試功能，內建一個功能強大的仿真CPU以模擬執(zhí)行程序。Keil能以單步執(zhí)行（按F11或選擇Debug-Step）、過程單步執(zhí)行（按F10或選擇Debug-Step Over）、全速執(zhí)行等多種運行方式進如果發(fā)現(xiàn)

20、程序有錯，可采用在線匯編功能對程序進行在線修改（Debug-Inline Assambly），不必執(zhí)行先退出調試環(huán)境、修改源程序、對工程重新進行編譯/匯編和連接、然后再次進入調試狀態(tài)的步驟。對于一些必須滿足一定條件（如按鍵被按下等）才能被執(zhí)行的、難以用單步執(zhí)行方式進行調試的程序行，可采用斷點設置的方法處理（Debug-Insert/Remove Breakpoint或Debug-Breakpoints等）。在模擬調試程序后，還須通過編程器將.hex目標文件燒寫入單片機中才能觀察目標樣機真實的運行狀況。4.3 Proteus軟件運行流程Proteus ISIS的工作界面是一種標準的Windows

21、界面，如圖所示。包括：標題欄、主菜單、標準工具欄、繪圖工具欄、狀態(tài)欄、對象選擇按鈕、預覽對象方位控制按鈕、仿真進程控制按鈕、預覽窗口、對象選擇器窗口、圖形編輯窗口。運行Proteus程序后，進入軟件的主界面（如圖6.4）。通過左側工具欄中的P(從庫中選擇元件命令)命令，在Pick Devices 左側窗口中選擇所需元件的關鍵字，然后放置元件并調整方向和位置以及參數(shù)設置，最后進行連線。4.4數(shù)字時鐘的功能仿真第五章：總結調試要點：首先確保各器件的完好性，其次檢測各芯片的電源線和地線是否接觸良好，然后焊接器件，接好電源用萬用表檢測各電源端、地端的狀態(tài)是否正常。檢查無誤后插上AT89S51并燒寫一簡

22、易的程序，觀察電路是否能協(xié)同工作。最后燒寫工作程序，根據(jù)顯示現(xiàn)象調試程序直至成功。上電運行時，數(shù)碼管開始顯示00：00：00，時鐘開始走時。制作心得：在這次課程設計的調試過程中，我遇到很多問題，如：由于跳轉指令出錯，導致整個程序在運行時進入死循環(huán)，修改時沒有根據(jù)流程盲目查找原因浪費許多時間，又由于考慮不周，時鐘顯示29：89。該電路缺少整點報時及鬧鐘功能，由于能力和時間問題只能到此為止，很是遺憾，但在查找資料的過程中學到了許多，同時在協(xié)作過程中增進同學間的友誼。附錄 1.源程序 2.參考文獻1.源程序 采用6位LED動態(tài)掃描時鐘演示程序/ LRM 2004.03.31 /*/使用12MHZ晶振

23、，P0口輸出段碼，P2口作列掃描，用共陽LED數(shù)碼管/#include reg51.hcode char dis_711=0 xC0,0 xF9,0 xA4,0 xB0,0 x99,0 x92,0 x82,0 xF8,0 x80,0 x90,0 xff;/* 共陽LED段碼表 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 不亮 */ code char scan_con8=0 xfe,0 xfd,0 xfb,0 xf7,0 xef,0 xdf,0 xbf,0 x7f; / 列掃描控制字data char disdata6=0 x00,0 x00,0 x00,0 x00,0 x00,0 x00;/計時

24、單元數(shù)據(jù)初值,共6個data char dis8=0 x00,0 x00,0 x00,0 x00,0 x00,0 x00,0 x0a,0 x00;/顯示單元數(shù)據(jù),共6個數(shù)據(jù)data char con1s=0 x00,con04s=0 x00,con=0X00; /1秒定時用sbit key0=0 x90;sbit key1=0 x91;sbit key2=0 x92;毫秒延時程序/*/delay1ms(int t)int i,j;for(i=0;it;i+) for(j=0;j=6) con=0;TR1=0;ET1=0;TR0=1;ET0=1; /if(con!=0) if(key2=0) delay1ms(10); while(key2=0); if(disdatacon=0) disdatacon=0 x09; else disdatacon-;