单片机课程设计数字电子钟.docx
《单片机课程设计数字电子钟.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《单片机课程设计数字电子钟.docx（35页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
单片机课程设计数字电子钟
《单片机技术》课程设计说明书
数字电子钟
院、部：
学生姓名：
指导教师：
职称
专业：
班级：
完成时间：
摘要
20世纪末，电子技术获得了飞速的发展，在其推动下，现代电子产品几乎渗透了社会的各个领域，有力地推动了社会生产力的发展和社会信息化程度的提高，同时也使现代电子产品性能进一步提高，产品更新换代的节奏也越来越快。
现代生活的人们越来越重视起了时间观念，可以说是时间和金钱划上了等号。
对于那些对时间把握非常严格和准确的人或事来说，时间的不准确会带来非常大的麻烦，所以以数码管为显示器的时钟比指针式的时钟表现出了很大的优势。
数码管显示的时间简单明了而且读数快、时间准确显示到秒。
而机械式的依赖于晶体震荡器，可能会导致误差。
数字钟是采用数字电路实现对“时”、“分”、“秒”数字显示的计时装置。
数字钟的精度、稳定度远远超过老式机械钟。
在这次设计中，我们采用LED数码管显示时、分、秒，以24小时计时方式，根据数码管动态显示原理来进行显示，用12MHz的晶振产生振荡脉冲，定时器计数。
在此次设计中，电路具有显示时间的其本功能，还可以实现对时间的调整。
数字钟是其小巧，价格低廉，走时精度高，使用方便，功能多，便于集成化而受广大消费的喜爱，因此得到了广泛的使用。
关键字：
数字电子钟；单片机
ABSTRACT
Attheendofthe20thcentury,electronictechnologyhasexperiencedrapidgrowth,themodernelectronicproducts,almostpermeatedthevarioussectorsofsociety,andpromotedthedevelopmentofsocialproductiveforcesandthesocialinformatizationlevel,butalsoimprovethemodernelectronicproductstofurtherimprovetheperformance,productupdaterhythmalsomoreandmorequickly.Modernlifeofpeoplepaymoreandmoreattentiontotheconceptoftime,moneyandtimeonthehospital.Forthoseintimeandaccuratelygrasptheverystrictaboutorinaccurate,timewillbringgreattrouble,soastodisplaysclockdigitaltubethanthepointerclockshowedalotofadvantages.Digitalpipedisplaytimeissimpleandaccuratereadings,timetoseconds.Andmechanicaldependentoncrystaloscillators,maycauseerrors.Adigitalclockisusedindigitalcircuit",""points"and"second"digitaldisplaytimer.Adigitalclockaccuracyandstabilitythanoldmechanicalclock.Inthisdesign,weadoptLEDdigitaldisplaytube,minutesandseconds,whenin24hourstime,accordingtotheprincipleofdynamicdisplayofdigitaltubetoshow,withthecrystals12MHzproduceoscillationpulses,timercount.Inthisdesign,thecircuithasitstime,stillcanrealizethefunctionofthetime.Adigitalclockisitssmall,inexpensive,highprecision,easytouseandwhen,thefunctionismuch,facilitateintegrationbyvastconsumption,soithasbeenwidelyused.
Keywords:
digitalelectricclock;MCU
1引言
1.1课题研究的任务
通过理论设计和实物制作解决相应的实际问题，巩固和运用在《单片机技术》中所学的理论知识和实验技能，设计一个具有特定功能的数字电子钟。
从而掌握单片机应用系统的一般设计方法，提高设计能力和实践动手能力，为以后从事电子电路设计、研发电子产品打下良好的基础。
1.2功能要求说明
该数字电子钟上电或按键复位后能自动显示系统提示符“P.”，进入时钟准备状态；第一次按电子钟启动/调整键，电子钟从0时0分0秒开始运行，进入时钟运行状态；再次按电子钟启动/调整键，则电子钟进入时钟调整状态，此时可利用各调整键调整时间，调整结束后可按启动/调整键再次进入时钟运行状态。
1.3总体方案的确定
本课程设计是利用AT89S52单片机内部的定时／计数器、中断系统、以及独立式键盘和LED显示器等部件，设计的一个数字电子时钟。
系统的总体结构框图如图1所示。
设计的电子时钟通过数码管显示，并能通过按键实现设置时间和暂停、启动控制等，用定时／计数器T0，工作于定时模式，采用方式1，对12MHZ的系统时钟进行定时计数，初值设为10000，形成定时时间为10ms，计数达到100次即为1s。
计时周期为24小时，显示满刻度为23时59分59秒，格式为“00-00-00”，另外还有校时功能。
因此，,电子钟电路主要由时钟显示电路，还有校时电路组成。
时钟显示电路将“时”、“分”、“秒”及提示符“P.”通过八位LED显示器显示出来。
校时电路时用来对“时”、“分”、“秒”显示数字进行校对调整，按一下HUO（S3）键,时单位就加1，按一下MIN（S4）键,分单位就加1，按一下SEC（S5）键，秒单位就加1。
图1系统的总体结构框图
2硬件系统的设计
2.1单片机最小系统
此次设计中电路的控制部分选择以单片机AT89S52为核心的最小系统板，该系统由单片机、时钟电路、复位电路等组成。
这三部分是单片机正常工作的前提。
AT89S52采用电源供电。
时钟电路采用外部时钟源，由外部提供晶振。
复位电路的基本功能是为系统上电时提供复位信号，直至系统电源稳定后，撤销复位信号。
单片机工作的时间基准是由时钟电路提供的。
外接晶振和电容组成单片机内部的振荡器。
在单片机的XTAL1和XTAL2两个引脚间，接一个晶振及两只电容就构成了单片机的时钟电路。
晶振选取12MHZ，电容取33Pf。
单片机的复位通常分为自动复位，手动复位等几种。
复位是单片机的初始化操作，只要给引脚RESET加上2个机器周期以上的高电平信号，就可使单片机AT89S52复位。
复位的主要功能是初始化为0000H，使单片机从0000H单元开始执行程序，除了进入系统的正常初始化之外，当由于程序运行出错或操作错误使系统处于死锁状态，为摆脱死锁状态，也需按复位键重新启动。
在本设计中采用手动复位。
对于单片机下载口电路，采用P1.5、P1.6、P1.7和RESET与VCC、GND连接到程序下载接口，构成其下载口电路，供程序下载使用。
2.2键盘输入模块
键盘是单片机应用系统中最常用的输入设备，在单片机应用系统中，操作人员一般都是通过键盘向单片机系统输入指令、地址和数据，实现简单的人机通信。
键盘实际上是一组按键开关的集合，平时按键开关总是处于断开状态，当按下键时它才闭合。
键盘分独立式键盘和行列式键盘。
本次设计所用的是独立式键盘。
独立式8个按键S2至S9分别依次接在P1.0至P1.7口线。
通过编程，将其中4个键具有特定功能。
如：
S2键为启动/调整键；S3键为对小时单元加1操作；S4键为对分钟单元加1操作；S5键为对秒钟单元加1操作。
2.3LED显示器模块
在单片机应用系统中，经常用到LED数码管作为显示输出设备，LED数码管显示器虽然显示信息简单，但它具有显示清晰、亮度高、使用电压低、寿命长、与单片机接口方便等特点，基本上能够满足单片机应用系统的需要，所以在单片机应用系统中经常用到。
LED数码管显示器是由发光二极管按一定的结构组合起来的显示器件。
在单片机应用系统中通常使用的是8段式LED数码管显示器，它有共阴极和共阳极两种。
本次设计采用了八位８段共阳极数码管，
P0.7---P0.0段控线，接LED的显示段dp,g,f,e,d,c,b,a。
P2.0---P2.7位控线,从左至右（LED7,LED6,LED5,LED4,LED3,LED2,LED1,LED0）
3软件系统设计
3.1使用单片机资源的情况
堆栈栈底80H;
LED数码管显示器设定:
（LED7,LED6,LED5,LED4,LED3,LED2,LED1,LED0）
显示缓冲区设定从右至左依次为78H,79H,7AH,7BH,7CH,7DH,7EH,7FH
数据存储器变量及常量单元定义：
30H字节单元:
十进制数秒，压缩BCD码
31H字节单元:
十进制数分，压缩BCD码
32H字节单元:
十进制数时，压缩BCD码
33H字节单元:
十进制数定时次数，压缩BCD码
78H字节单元:
十进制数秒个位，非压缩BCD码
79H字节单元:
十进制数秒十位，非压缩BCD码
7BH字节单元:
十进制数分个位，非压缩BCD码
7CH字节单元:
十进制数分十位，非压缩BCD码
7EH字节单元:
十进制数时个位，非压缩BCD码
7FH字节单元:
十进制数时十位，非压缩BCD码
2FH.0位单元：
布尔量，S2键标志位
2FH.1位单元：
布尔量，S3键标志位
2FH.2位单元：
布尔量，S4键标志位
2FH.3位单元：
布尔量，S5键标志位
2FH.4位单元：
布尔量，S6键标志位
2FH.5位单元：
布尔量，S7键标志位
2FH.6位单元：
布尔量，S8键标志位
2FH.7位单元：
布尔量，S9键标志位
20H.0位单元：
布尔量，S2键键值，S2键按下为1，S2键未按下为0
20H.1位单元：
布尔量，S3键键值，S3键按下为1，S3键未按下为0
20H.2位单元：
布尔量，S4键键值，S4键按下为1，S4键未按下为0
20H.3位单元：
布尔量，S5键键值，S5键按下为1，S5键未按下为0
20H.4位单元：
布尔量，S6键键值，S6键按下为1，S6键未按下为0
20H.5位单元：
布尔量，S7键键值，S7键按下为1，S7键未按下为0
20H.6位单元：
布尔量，S8键键值，S8键按下为1，S8键未按下为0
20H.7位单元：
布尔量，S9键键值，S9键按下为1，S9键未按下为0
20H字节单元：
十六进制，S2键键值01H，S3键键值02H，S4键键值04H,S5键键值08H,S6键键值10H,S7键键值20H,S8键键值40H,S9键键值80H
定时器/计数器资源：
T/C0:
工作模式1;功能：
定时时间；方式：
中断提供50ms定时时间
中断系统资源：
T/C0计数满100次即得到1秒计时单位
3.2各功能模块及流程框图
显示提示符“P.”
通过编程可将提示符“Ｐ．”稳定显示在最左端数码管（LED7）上，其它数码管（LED6~LED0）均灭。
流程图如图2所示。
图2显示“P.”主程序流程框图
电子钟自动运行与调整运行：
按一次启动/调整按键（S2）电子钟启动运行，进入自动时钟运行状态，流程图如图3所示。
图3电子钟自动时钟运行主程序流程框图
再按一次启动/调整按键（S2）进入调整状态。
流程图如图4所示。
图4电子钟调整运行主程序流程框图
电子钟中断服务程序：
当时间到达1秒时，对时、分、秒进行设置。
流程图如图5所示。
图5电子钟中断服务程序
电子钟加一子程序:
在电子钟进入调整状态时，通过相应的按键对时、分、秒加一操作。
流程图如图6所示
图6电子钟加一子程序
电子钟键扫描子程序与显示子程序：
通过扫描子程序与显示子程序，可对键盘进行监控，当按下按键时进入相应的功能状态与将时间显示在数码管中。
流程图如图7、图8.
图7电子钟键扫描子程序图8电子钟显示子程序
3.3软件调试
基本上排除了应用系统的硬件故障后，就可以进入软件的综合调试阶段，这个阶段的主要任务是排除软件错误，也解决硬件遗留的问题。
本系统程序是用汇编语言编写的，软件调试可以一个模块一个模块地进行。
在进行软件调试时要充分利用调试软件中单步、断点、设置观察项等调试手段，主要针对程序跳转错误、程序错误、动态错误和输入输出错误等方面着重调试。
在软件调试过程中时，需要注意以下几个问题：
（1）、电子钟自动时钟运行时，单片机是否响应中断、秒钟是否自动加一、到达60s时，分钟到达加一等等。
（2）、在电子钟自动时钟运行过程中，未按下启动/调整键（S2）时，按其它按键（S3~S5），时间是否会发生变化。
若发生变化，则程序在设计过程中未检测S2键状态。
（3）、在进行调时、调分和调秒的功能时，按键是否灵敏，能否退出调整状态，若出现问题可以查看键值是否被保护，经逻辑判断发现错误，再经修整调试，实现调时、调分和调秒的功能。
4系统设计结果分析及结论
4.1系统使用说明
基于单片机的数字电子钟的使用规则如下：
上电或按键复位后能自动显示系统提示符“P.”，显示在最左端数码管（LED7）上，进入时钟准备状态；第一次按电子钟启动/调整键（S2键），电子钟从0时0分0秒开始运行，进入时钟运行状态；再次按电子钟启动/调整键（S2键），则电子钟进入时钟调整状态，此时可利用各调整键调整时间，S3键调时钟，按一次加一；S4键调分钟，按一次加一；S5键调秒钟，按一下加一；调整结束后可按启动/调整键（S2键）再次进入时钟运行状态。
4.2系统实物调试结果
基本排除了应用系统的硬件故障后，进入软件的综合调试阶段。
通过不断地修改程序与调试，基于单片机的数字电子钟实物显示的效果如图9，图10所示。
图9数字电子钟实物显示的效果1图10数字电子钟实物显示的效果2
根据以上的测试结果分析可知：
时间可以清晰稳定地显示在LED的显示屏上，此电子钟还具有调时、调分和调秒的功能。
即我们的作品已基本完成了老师的设计要求。
4.3系统设计误差分析
基于单片机的数字电子钟设计完成，进行实物调试，其电子钟计时与实际的钟表计时存在较小误差，分析可能造成的误差原因如下：
（1）、硬件设计电路不够完善；
（2）、元器件的参数精确度不高，特别是单片机最小系统的时钟电路中的晶振的参数可能存在误差；
（3）、在程序设计时，程序的结构不够优化；
（4）、在程序设计时，电子钟计时采用定时器以方式1计时，因要重新赋初值时，占用时间。
4.4设计体会
对于这次课程设计，我积极参与，获得了许多实践经验，还总结了一些解决问题的办法。
在这次课程设计中，我遇到了硬件及软件的多方面问题。
如硬件电路一些线路已断开，但是无法清楚地看见，这时需要借助万用表进行测试；一些地方还需要进行“飞线”处理；某些元器件应未焊接好，导致无法正常运行；编程过程中出现了多处错误久久没有被找出，使得课题进度被延后等。
但经过这些困难与问题，我们收获的不仅是一次单片机课程设计制作经历，还有面对问题敢于迎难而上的处事经验。
当然我的作品有很多不足的地方，比如结构比较简陋，外形不精美，显示界面比较单调，功能并不是很强大等。
希望将来的同学能增加更多的功能到这个项目中，并讲究工艺水平，使这个系统变得更酷、更富有艺术感。
4.5教学建议
记得这个学期上单片机第一堂课时，课堂上王老师的那句话“这个学期我会让大家过得充实”让我记忆特别深刻。
确实，这句话得到了验证，这个学期我们过得很充实。
虽然有时我们感觉很累，但就是在老师这种严格的要求下我们学到很多东西。
在此次课程设计，也正是由于老师渊博的知识、严谨的治学态度和敏锐的分析能力，使我们的课程设计顺利完成。
以下是我对老师的几点教学建议：
（1）、希望老师进一步加强与学生的交流；
（2）、希望老师在日后的教学中，多加强对我们动手能力的锻炼。
结束语
通过这次课程设计，加强了我们动手、思考和解决问题的能力。
同时我觉得做课程设计也是对课本知识的巩固和加强，由于课本上的知识太多，平时课间的学习并不能很好的理解和运用各个元件的功能，而且考试内容有限，所以在这次课程设计过程中，我们了解了很多元件的功能，并且对其在电路中的使用有了更多的认识。
通过这段时间的设计，终于完成了基于单片机的数字电子钟的设计。
虽然在做的时候遇到一些困难。
但还是挺高兴的，毕竟这次设计所要求的东西都做了出来。
在本次设计的过程中，我们发现了很多的问题，虽然以前还做过这样的设计，但这次设计真的让我们长进了很多，单片机的设计重点就在于软件程序的设计，需要有很巧妙的编程方法。
在编程时，由于粗心大意，有些语句看似没问题，可就是不出效果，经仔细揣摩修改后，程序才正常运行。
学习单片机更是如此，程序只有在经常的写与读的过程中才能提高。
从这次的设计中，我们真正的意识到，在以后的学习中，要理论联系实际，把我们所学的理论知识用到实际当中；理论指导实践，在实践中对理论知识加以理解。
还要有独立思考能力和不耻下问的精神，个人能力固然重要，集体的力量更是伟大的。
总之对我们而言，知识上的收获固然重要，但精神上的丰收更加可喜。
挫折是一份财富，经历是一份拥有。
这次课程设计的过程必将成为我人生旅途上一个非常美好的回忆！
致谢
首先，我们要感谢我们的指导老师**对我们的指导和关怀。
他渊博的知识、严谨的治学态度和敏锐的分析能力，使我们受益匪浅。
同时，还要感谢电气与信息工程学院的实验组，为我们提供场地，设计制作作品，并在调试过程中提供了实验设备，让我们此次课程设计能够顺利完成。
正是由于他们给我们的帮助，让我们很快的进入了实际的工作。
最后，我们要感谢我们的家人﹑朋友和同学，他（她）们对我们的支持和付出是我们此次课程设计得以顺利进行的保障。
谢谢大家！
参考文献
[1]李广第，朱月秀，冷祖祁.单片机基础[M].北京：
北京航空航天大学出版社，2007.6
LiGuangfirst,ZhuYueXiu,LengZuQi.Singlechipmicrocomputerbased[M].Beijing:
Beijinguniversityofaeronautics&astronauticspress,2007.6
[2]康华光.电子技术基础模拟部分（第五版）[M].北京：
高等教育出版社，2006
kanguhguano.Electronictechnologyfoundationsimulationpart（fifthedition）[M].Beijing:
highereducationpress,2006
[3]阎石，数字电子技术基础（第五版）[M].北京：
高等教育出版社，2006
YanShi,digitalelectronictechnologyfoundation（fifthedition）[M].Beijing:
highereducationpress,2006
[4]邱光源.电路（第五版）[M].北京：
高等教育出版社，2006
QiuGuangYuan.Circuit（fifthedition）[M].Beijing:
highereducationpress,2006
附录
附录A：
数字电子钟原理图
附录B：
数字电子钟的PCB图
底层PCB图
顶层PCB图
丝印层PCB图
附录C：
元器件清单
物质名称
规格型号
数量（单位）
芯片
AT89S52
1块
数码管
LED
8块
三极管
9012
9个
电容
33pF
2个
电容
22μF
1个
印刷板
100*150
1块
按键
欧姆龙
10只
芯片插座
IC-40P
4块
芯片插座
IC-20P
2块
电阻
1K
3个
电阻
200
1个
限流电阻
470
24个
排阻
10K
2个
晶振
12MHz
1个
螺栓螺母
￠4
4套
附录D：
程序清单
;*******************************************************************
;项目名称:
数字式电子钟的设计
;设计者：
;设计日期：
;******************************************************************
;堆栈栈底80H;
;******************************************************************
;LED数码管显示器设定;
;P0.7---P0.0段控线，接LED的显示段dp,g,f,e,d,c,b,a
;P2.0---P2.7位控线,从左至右（LED7,LED6,LED5,LED4,LED3,LED2,LED1,LED0）
;显示缓冲区设定从右至左依次为78H,79H,7AH,7BH,7CH,7DH,7EH,7FH
;********************************************************************
;数据存储器变量及常量单元定义;
;30H字节单元:
十进制数秒，压缩BCD码
;31H字节单元:
十进制数分，压缩BCD码
;32H字节单元:
十进制数时，压缩BCD码
;33H字节单元:
十进制数定时次数，压缩BCD码
;78H字节单元:
十进制数秒个位，非压缩BCD码
;79H字节单元:
十进制数秒十位，非压缩BCD码
;7BH字节单元:
十进制数分个位，非压缩BCD码
;7CH字节单元:
十进制数分十位，非压缩BCD码
;7EH字节单元:
十进制数时个位，非压缩BCD码
;7FH字节单元:
十进制数时十位，非压缩BCD码
;2FH.0位单元：
布尔量，S2键标志位
;2FH.1位单元：
布尔量，S3键标志位
;2FH.2位单元：
布尔量，S4键标志位
;2FH.3位单元：
布尔量，S5键标志位
;2FH.4位单元：
布尔量，S6键标志位
;2FH.5位单元：
布尔量，S7键标志位
;2FH.6位单元：
布尔量，S8键标志位
;2FH.7位单元
升级会员 