基于单片机的电子时钟设计课程设计.docx

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基于单片机的电子时钟设计课程设计

目录

第一章电子时钟的相关知识3

1.1电子时钟简介3

1.2电子时钟的工作原理3

1.3电子时钟的应用与优缺点4

第二章课程设计内容与要求分析5

2.1课程设计内容5

2.2设计要求5

2.3控制系统的选择6

第三章系统原理及其工作原理描述6

3.1STC89C51简介6

3.2系统电路组成9

3.3各个模块说明10

第四章控制系统的软件设计12

4.1程序流程图12

4.1.1按键处理程序12

4.1.2按键读取程序13

4.2程序设计14

第五章实验心得25

参考文献27

评语及成绩28

第一章电子时钟的相关知识

1.1电子时钟简介

电子钟亦称数显钟（数字显示钟），是一种用数字电路技术实现时、分、秒计时的装置，与机械时钟相比，直观性为其主要显著特点，且因非机械驱动，具有更长的使用寿命，相较石英钟的石英机芯驱动，更具准确性。

电子钟已成为人们日常生活中必不可少的必需品，广泛用于个人家庭以及车站、码头、剧院、办公室等公共场所，给人们的生活、学习、工作、娱乐带来极大地方便。

　　相对于其他时钟类型，它的特点可归结为“两强一弱”：

比机械钟强在观时显著，比石英钟强在走时准确，但是它的弱点为显时较为单调。

1.2电子时钟的工作原理

电子钟是一个将“时”，“分”，“秒”显示于人的视觉器官的计时装置。

它的计时周期为24小时，显示满刻度为23时59分59秒，具有校时功能和报时功能。

因此，一个基本的数字钟电路主要由译码显示器、“时”，“分”，“秒”计数器、校时电路、报时电路和振荡器组成。

主电路系统由秒信号发生器、“时、分、秒”计数器、译码器及显示器、校时电路、整点报时电路组成。

秒信号产生器是整个系统的时基信号，它直接决定计时系统的精度，一般用石英晶体振荡器加分频器来实现。

将标准秒信号送入“秒计数器”，“秒计数器”采用60进制计数器，每累计60秒发出一个“分脉冲”信号，该信号将作为“分计数器”的时钟脉冲。

“分计数器”也采用60进制计数器，每累计60分钟，发出一个“时脉冲”信号，该信号将被送到“时计数器”。

“时计数器”采用24进制计时器，可实现对一天24小时的累计。

译码显示电路将“时”、“分”、“秒”计数器的输出状态用七段显示译码器译码，通过七段显示器显示出来。

整点报时电路时根据计时系统的输出状态产生一脉冲信号，然后去触发一音频发生器实现报时。

校时电路时用来对“时”、“分”、“秒”显示数字进行校对调整。

1.3电子时钟的应用与优缺点

应用

　　目前，在国内，电子钟因LCD数字显示效用直接有效，所以大多运用在城市的主要营业场所，以及车站、码头等公共场所。

在对公共场所的电子钟设定的时候，使用者还可根据周边的气候、温度等对LCD屏进行设置。

同时，因为LCD的显示耗电量很省，所以能够保持持续的工作效果。

　　夜间在睡觉的时候，床头如果放个带投影功能的电子钟，可以不用起床，直接让时间显示在天花板上，非常直观与有效。

　　现在生产的大部分汽车中，车内前方仪表盘旁边一般也都自带电子钟功能，采取蓝色背景光板成像效果，非常清晰。

优点

　　与传统的机械钟先比，电子钟具有更优异的优点。

由于电子钟采用数字集成电路的发展和采用了先进的石英技术，使电子钟具有走时准确、性能稳定、携带方便等优点，电子钟用于定时自动报警、按时自动打铃、时间程序自动控制、定时广播及自动控制等各个领域。

缺点

因为电子钟毕竟是电子产品，电子产品都有辐射，不过电子钟危害极低，对人体够不成任何危害，不象手机的辐射那么大。

第二章课程设计内容与要求分析

2.1课程设计内容

1）以MCS-51系列单片机为核心器件组成电子时钟控制系统；

2）利用提供单元模块构成硬件系统。

3）系统程序编制与调试；

4）电路系统的综合调试；

5）撰写课程设计论文；

6）完成课程设计论文答辩。

2.2设计要求

1）以STC10F04E单片机为控制核心，用单片机内部定时器为时钟源，设计电子时钟，使用4位数码管显示时、分，后两位数码管（分）的闪烁显示秒。

2）显示格式为：

“XXXX

3）用4个功能键操作来进行对时。

可自行定义各键的功能，也可按下述方式定义K1～K4键的功能如下。

K1—功能键，每按下一次对应的LED闪烁。

K2—移位键，每按下一次向后移一位。

K3—加1键。

K4—减1键。

2.3控制系统的选择

通过对多种单片机性能的分析，最终认为89C51是最理想的电子时钟开发芯片。

89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压，高性能CMOS8位微处理器，器件采用宏晶高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容，并且可是在线编程。

由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中。

宏晶的STC89C51是一种高效微控制器，而且它与MCS-51兼容，且具有4K字节可编程闪烁存储器和1000写/擦循环，数据保留时间为10年等特点，是最好的选择。

第三章系统原理及其工作原理描述

3.1STC89C51简介

VCC：

电源。

GND：

接地。

P0口：

P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。

当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。

P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。

在FIASH编程时，P0口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。

P1口：

P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。

P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。

在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。

P2口：

P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。

并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。

这是由于内部上拉的缘故。

P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。

在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。

P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。

P3口：

P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。

当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。

作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。

P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：

口管脚备选功能

P3.0RXD（串行输入口）

P3.1TXD（串行输出口）

P3.2/INT0（外部中断0）

P3.3/INT1（外部中断1）

P3.4T0（记时器0外部输入）

P3.5T1（记时器1外部输入）

P3.6/WR（外部数据存储器写选通）

P3.7/RD（外部数据存储器读选通）

P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。

RST：

复位输入。

当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。

ALE/PROG：

当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。

在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。

在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。

因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。

然而要注意的是：

每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。

如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。

此时，ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。

另外，该引脚被略微拉高。

如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。

图3-189C51单片机

PSEN：

外部程序存储器的选通信号。

在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。

但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。

EA/VPP：

当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。

注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。

在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。

3.2系统电路组成

图3-2系统原理图

图3-3系统原理图

3.3各个模块说明

1、显示模块

数码管是一种把多个LED显示段集成在一起的显示设备。

有两种类型，一种是共阳型，一种是共阴型。

共阳型就是把多个LED显示段的阳极接在一起，又称为公共端。

共阴型就是把多个LED显示段的阴极接在一起，即为公共商。

阳极即为二极管的正极，又称为正极，阴极即为二极管的负极，又称为负极。

通常的数码管又分为8段，即8个LED显示段，这是为工程应用方便如设计的，分别为A、B、C、D、E、F、G、DP，其中DP是小数点位段。

而多位数码管，除某一位的公共端会连接在一起，不同位的数码管的相同端也会连接在一起。

即，所有的A段都会连在一起，其它的段也是如此，这是实际最常用的用法。

数码管显示方法可分为静态显示和动态显示两种。

静态显示就是数码管的8段输入及其公共端电平一直有效。

动态显示的原理是，各个数码管的相同段连接在一起，共同占用8位段引管线；每位数码管的阳极连在一起组成公共端。

利用人眼的视觉暂留性，依次给出各个数码管公共端加有效信号，在此同时给出该数码管加有效的数据信号，当全段扫描速度大于视觉暂留速度时，显示就会清晰显示出来。

图3-4数码管

2、按键模块

该设计只用了一个键盘，但实现的功能却是比较完善，减少了硬件资源的损耗，该键盘可以实现小时和分钟的调节以及控制是否进入省电模式。

当按键按下又松开，可以实现屏蔽数码管显示的功能，达到省电的目的；直接按下不松开，则可以通过按键实现分钟的累加，每按一次分钟加一；而连续两次按下按键不放松，则可实现小时的调节，同样每按一次小时加一。

达到时间调节的目的。

图3-5按键

第四章控制系统的软件设计

4.1程序流程图

4.1.1按键处理程序

4.1.2按键读取程序

4.2程序设计

#include"reg51.h"

#include

typedefbitBOOL;//位变量//

typedefunsignedcharUINT8;//无符号8位整型变量//

typedefsignedcharINT8;//有符号8位整型变量//

typedefunsignedintUINT16;//无符号16位整型变量//

typedefsignedintINT16;//有符号16位整型变量//

typedefunsignedlongUINT32;//无符号32位整型变量//

typedefsignedlongINT32;//有符号32位整型变量//

typedeffloatFP32;//单精度浮点数（32位长度）//

typedefdoubleFP64;//双精度浮点数（64位长度）//

sbitKeyFunction=P2^0;

sbitKeyMove=P2^1;

sbitKeyAdd=P2^2;

sbitKeySub=P2^3;

bitSetFinish=0;//设置完成标志

bitSecFlag=0;//秒闪烁标

bitSecFlag1=0;

UINT8KeyfunFlag,MoveFlag,AddFlag,SubFlag,Set1Timer,Set2Timer,Set3Timer,Set4Timer;

UINT8codeLEDVal[]={0x03,0x9f,0x25,0x0d,0x99,0x49,0x41,0x1f,0x01,0x09};//0-9

UINT8datanum[5];

UINT8datanum1[5];

UINT16Time,GmsTimer;

UINT8Sec,Min,Hour;

UINT8disp_value;

voidDisp（UINT16disp_value）;

voidDisp1（UINT16disp_value）;

voidBcd（UINT16bcd_value）;

voidDelayMs（UINT16delay）;

voidDispSet（UINT16disp_value）;

voidKeyScan（）;

//========================================================

//函数名称：

显示函数

//函数功能：

//入口参数：

//出口参数：

//备注：

//========================================================

voidDisp（UINT16disp_value）

{

UINT8i;

Bcd（disp_value）;

for（i=1;i<5;i++）

{

if（（SecFlag==1）&&（（i==1）|（i==2）））//第几个管闪烁

{

SBUF=0xff;

while（TI==0）;

TI=0;

}

else

{

SBUF=LEDVal[num[i]];

while（TI==0）;

TI=0;

}

}

}

///////////////////////////////

voidDisp1（UINT16disp_value）

{

{

UINT8i;

Bcd（disp_value）;

for（i=1;i<5;i++）

{

if（（SecFlag1==1）&&（（i==1）|（i==2）））//第几个管闪烁

{

SBUF=0xff;

while（TI==0）;

TI=0;

}

else

{

SBUF=LEDVal[num[i]];

while（TI==0）;

TI=0;

}

}

}

}

//========================================================

//函数名称：

设置显示函数

//函数功能：

//入口参数：

//出口参数：

//备注：

//========================================================

voidDispSet（UINT16disp_value）

{

UINT8i;

Bcd（disp_value）;

for（i=1;i<5;i++）

{

if（（MoveFlag==i）&&（SecFlag1==1））

{SBUF=0xff;

while（TI==0）;

TI=0;

}

else

{

SBUF=LEDVal[num[i]];

while（TI==0）;

TI=0;

}

}

}

//========================================================

//函数名称：

延时函数

//函数功能：

//入口参数：

//出口参数：

//备注：

//========================================================

voidDelayMs（UINT16delay）

{

UINT8j;

while（delay--）

{

for（j=125;j>0;j--）

{;}

}

}

//========================================================

//函数名称：

数据分离函数

//函数功能：

//入口参数：

//出口参数：

//备注：

//========================================================

voidBcd1（UINT16bcd_value）

{

num1[4]=bcd_value/1000;

num1[3]=（bcd_value%1000）/100;

num1[2]=（（bcd_value%1000）%100）/10;

num1[1]=（（bcd_value%1000）%100）%10;

}

//////////////////////////////////////////////////////////////

voidBcd（UINT16bcd_value）

{

num[4]=bcd_value/1000;

num[3]=（bcd_value%1000）/100;

num[2]=（（bcd_value%1000）%100）/10;

num[1]=（（bcd_value%1000）%100）%10;

}

//========================================================

//函数名称：

键盘扫描函数

//函数功能：

//入口参数：

//出口参数：

//备注：

//========================================================

voidKeyScan（）

{

if（KeyFunction==0）//功能键按下

{

DelayMs（20）;

if（KeyFunction==0）

{

while（KeyFunction==0）;

KeyfunFlag++;

}

}

//////////////

if（KeyMove==0）//移位键按下

{

DelayMs（20）;

if（KeyMove==0）

{

while（KeyMove==0）;

MoveFlag++;

if（MoveFlag==5）

{

MoveFlag=1;

}

}

}

//////////////

if（KeyAdd==0）//加一键

{

DelayMs（20）;

if（KeyAdd==0）

{

while（KeyAdd==0）;

AddFlag=1;

}

}

if（KeySub==0）//减一键

{

DelayMs（20）;

if（KeySub==0）

{

while（KeySub==0）;

SubFlag=1;

}

}

}

//========================================================

//函数名称：

按键处理

//函数功能：

//入口参数：

//出口参数：

//备注：

//========================================================

voidKeyDeal（）

{

if（KeyfunFlag==1）//功能按下一次

{

TR0=0;//关闭定时器

if（（MoveFlag==1）&&（AddFlag==1））//设置第一位

{

AddFlag=0;

Set1Timer++;

if（Set1Timer==10）

{

Set1Timer=0;

}

}

if（（MoveFlag==1）&&（SubFlag==1））

{

SubFlag=0;

Set1Timer--;

if（Set1Timer==-1）

{

Set1Timer=9;

}

}

if（（MoveFlag==2）&&（AddFlag==1））//设置第二位

{

AddFlag=0;

Set2Timer++;

if（Set2Timer==6）

{

Set2Timer=0;

}

}

if（（MoveFlag==2）&&（SubFlag==1））

{

SubFlag=0;

Set2Timer--;

if（Set2Timer==-1）

{

Set2Timer=5;

}

}

if（（MoveFlag==3）&&（AddFlag==1））//设置第三位

{

AddFlag=0;

Set3Timer++;

if（Set4Timer<2）

{

if（Set3Timer==10）

{

Set3Timer=0;

}

}

if（（Set4Timer==2）&&（Set3Timer==4））//时钟十位为2

{

Set3Timer=0;

}

}

if（（MoveFlag==3）&&（SubFlag==1））

{

SubFlag=0;

Set3Timer--;

if（Set3Timer==-1）

{

if（Set4Timer<2）

{

Set3Timer=9;

}

if（Set4Timer==2）

{

Set3Timer=3;

}

}

}

if（（MoveFlag==4）&&（AddFlag==1））//设置第四位

{

AddFlag=0;

Set4Timer++;

if（Set3Timer>3）

{

if（Set4Timer==2）

{

Set4Timer=0;

}

}

elseif（Set4Timer==3）

{

Set4Timer=0;

}

}

if（（MoveFlag==4）&&（SubFlag==1））

{

SubFlag=0;

Set4Timer--;

if（Set4Timer==-1）

{

if（Set3Timer>3）

{

Set4Timer=1;

}

else

{

Set4Timer=2;

}

}

}

}

if（KeyfunFlag