毕业设计论文数字钟设计.docx
《毕业设计论文数字钟设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《毕业设计论文数字钟设计.docx（19页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
毕业设计论文数字钟设计
学号：
1211431034
课程设计报告
数字钟设计
院系电子信息工程学院
专业电子信息工程
班级1
姓名马梦珂
摘要
数字钟是一种用数字电路技术实现时、分、秒计时的装置，与机械式时钟相比具有更高的准确性和直观性，且无机械装置，具有更长的使用寿命，已得到广泛的使用。
数字钟从原理上讲是一种典型的数字电路，其中包括了组合逻辑电路和时序电路。
数字钟就是由电子电路构成的计时器，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，另外应该该有校时功能和报时，整体清零等附加功能。
主电路系统由秒信号发生器，时、分、秒计时器，译码器及显示器，校时电路，整体清零电路，整点报时电路组成。
秒信号发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。
秒信号产生器将标准信号送入“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，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，可实现一天24小时的累计，
本课题利用了单片机的数码管和定时器相关知识，采用AT89C51单片机子控制核心，结合LED数码管实现时分秒的显示。
硬件电路设计主要包括中央处理单元电路，键盘扫描电路。
软件程序则采用VC语言实现。
本设计实现了显示时间、调整时间等功能，达到了设计的目的和要求。
并在Proteus软件上进行了仿真和调试。
关键词：
计时器，计数，译码，校时，数字时钟，单片机，仿真调试
1引言
1.1研究背景及意义
随着科技文明的发展，人们对时钟这种生活必需品的要求在不断提高。
它不仅仅被看成是一种用来显示时间的工具，高精度、体积小、多功能、低功耗是时钟发展的必然趋势。
所以，时钟的数字化、多功能化已经成为现代时钟生产研究的主导方向。
数字钟是一种数字电路技术来实现时、分、秒计时的装置，与机械式时钟相比具有更高的准确性和直观性，且无机械装置，具有更长的使用寿命，因此得到了广泛的使用。
广泛用于个人家庭、码头、车站、办公室等公共场所，成为人们日常生活中不可缺少的必需品，由于数字集成电路的发展和石英晶体震荡器的广泛使用，使得数字钟的精度远远超过老式钟表，钟表的数字化给人们生产生活带来了极大的方便，而且大大地扩展了钟表原先的报时功能。
所有这些，都是以钟表数字化为基础的。
因此，研究数字钟及扩大其应用，有着非常重要的意义。
1.2国内外研究现状
数字电子技术的迅速发展，使各种类型集成电路在数字系统、控制系统、信号处理等方面得到了广泛的应用。
为了适应现代电子技术迅速发展的需要，能够较好地面向数字化和专用集成电路的新时代。
目前，数字钟以其体积小、重量轻、抗干扰能力强、对环境要求高、高精确性、容易开发等特性，在工业控制系统、智能化器仪表、办公自动化等诸多领域取得了极为广泛的应用，并已经走入了寻常百姓家。
因此，数字钟技术开发和应用跟我们生活密切相关。
2硬件设计
2.1元件组成
在本设计中，组成电路原理图的元件有：
芯片AT89C51一个；共阴极8位数码管一个；按键3个；普通电容2个；电解电容一个；晶振（CRYSTAL）一个；电阻若干。
2.2设计要求
能够显示23时59分59秒，归零后重新开始，具有校时、校分、校秒功能，具有整点报时功能。
2.3电路组成
在本设计系统中，数字钟的设计原理图包括晶振电路、键盘控制电路、复位电路、数码管显示电路、分频电路、时分秒计数电路、校时电路、译码显示电路和功能扩展电路。
晶振电路：
全称为晶体震荡器，主要作用是产生单片机所需的时钟频率。
单片机执行程序所需的时间完全取决于晶振所提供的时钟频率。
晶振电路如图1所示。
图1
复位电路：
复位是单片机的初始化操作。
单片机启动运行时都需要先复位，其作用是使CPU及系统中其他部件处于一个确定的初始状态，并且从这个状态开始工作。
其电路图如图2所示。
图2
键盘控制电路：
数字钟最基本的功能除了能正常显示时间外，还需要对时间进行设置和调整，所以要配以相应的键盘控制电路。
该设计的键盘控制电路主要包括3个按键：
P0.0控制“秒”的调整，每按一次加1s；P0.1控制“分”的调整，每按一次加1min；P2.0控制“时”的调整，每按一次加1h。
键盘控制电路图如图3所示。
图3
数码管显示电路：
本次设计选择共阴极数码管，其中有6位显示“时”，“分”，“秒”，剩下两位显示“—”。
数码管A至DP接单片机P1端口，1至9接单片机P3端口。
其电路图如图4所示。
图4
分频电路：
分频器能将高频脉冲变换为低频脉冲，它可由触发器以及计数器来完成。
由于一个触发器就是一个二分频，N个触发器就是2n个分频器，如果用计数器做分频器，就要按进制数进行分频。
分频器的功能主要有两个：
一个是产生标准秒脉冲信号，二是提供功能扩展电路所需要的信号，如图5所示：
图5
时分秒计数器:
计数电路就要用到计数器，而计数器又有同步和异步之分。
这里时计数电路要用到24进制计数器；分、秒计数器则需要用到60进制计数器。
74160计数器不仅具有二进制加法计数功能，还具有预置数、保持、和异步置零等附加功能。
如图6所示：
图6
校时电路:
当数字钟的显示时间于实际时间不同时，必须予以校准，校准电路如图7所示：
图7
译码显示电路如图8所示：
图8
3软件设计
在本设计系统中，要求达到的目的是设计一个电子时钟，显示格式为“ＸＸ：
ＸＸ：
ＸＸ”，由左向右分别是时、分、秒。
开机时，显示00：
00：
00的时间开始计时；当时间不准时，可校时，P0.0控制“秒”的调整，每按一次加1s；P0.1控制“分”的调整，每按一次加1min；P2.0控制“时”的调整，每按一次加1h。
计时满23：
59：
59时，返回00：
00：
00重新计时。
3.1电路原理图设计
根据设计要求，有上述各电路课组成数字钟系统结构图。
其结构图如图9所示。
图9
由结构图可以在proteus仿真软件中画出原理图。
其原理图如图10所示。
图10
3.2源程序
#include
#include
#defineucharunsignedchar
#defineuintunsignedint
#definePPP1
ucharcodeSEG7[]={0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90};
//显示缓冲
ucharnum[]={1,2,3,4,5,6,7,8};
uchardian=0xbf;
//定义数码管显示位码的端口P20--P25
sbitq1=P3^7;
sbitq2=P3^6;
sbitq3=P3^5;
sbitq4=P3^4;
sbitq5=P3^3;
sbitq6=P3^2;
sbitq7=P3^1;
sbitq8=P3^0;
//按键123456
sbitk3=P0^0;
sbitk2=P0^1;
sbitk1=P2^0;
//显示时间
uinth=0;
uintmin=0;
uintmiao=0;
//计数器计时变量
uintjishu1=0;
//时分秒变量
uinth1=18;//
uintm1=0;//
uints1=20;//
//延时函数ms
void_delay_ms（uintt）
{
uinti,j;
for（i=0;ifor（j=0;j<250;j++）;
}
//延时函数us
void_delay_us（uchart）
{
while（t>0）t--;
}
//显示子函数
voiddispaly（）
{
//------------------------------------------
//显示时间
//------------------------------------------
//载入第12345678个数码管显示缓冲-
num[0]=SEG7[h%100/10];
num[1]=SEG7[h%10];
num[2]=dian;
num[3]=SEG7[min%100/10];
num[4]=SEG7[min%10];
num[5]=dian;
num[6]=SEG7[miao%100/10];
num[7]=SEG7[miao%10];
PP=~num[0];
//送位码
q1=0;
//延时后关闭位码
_delay_ms
（1）;
q1=1;
//送段码---------------
PP=~num[1];
//送位码
q2=0;
//延时后关闭位码
_delay_ms
（1）;
q2=1;
//送段码---------------
PP=~num[2];
//送位码
q3=0;
//延时后关闭位码
_delay_ms
（1）;
q3=1;
//送段码---------------
PP=~num[3];
//送位码
q4=0;
//延时后关闭位码
_delay_ms
（1）;
q4=1;
//送段码---------------
PP=~num[4];
//送位码
q5=0;
//延时后关闭位码
_delay_ms
（1）;
q5=1;
//送段码---------------
PP=~num[5];
//送位码
q6=0;
//延时后关闭位码
_delay_ms
（1）;
q6=1;
PP=~num[6];
//送位码
q7=0;
//延时后关闭位码
_delay_ms
（1）;
q7=1;
//送段码---------------
PP=~num[7];
//送位码
q8=0;
//延时后关闭位码
_delay_ms
（1）;
q8=1;
}
//按键处理函数
voidkey（）
{
//按键端口拉高
k1=1;k2=1;k3=1;
//判断按键
if（k1==0）{_delay_ms（50）;if（k1==0）h=（h+1）%24;}
if（k2==0）{_delay_ms（50）;if（k2==0）min=（min+1）%60;}
if（k3==0）{_delay_ms（50）;if（k3==0）miao=（miao+1）%60;}
}
//主函数-
voidmain（void）
{
_delay_us
（1）;
//-------定时器0配置
TMOD=0x01;
//使能定时器0
ET0=1;
//定时器的初值
TH0=（65536-50000）/256;
TL0=（65536-50000）%256;
//停止开启定时器0
TR0=1;
//使能中断
EA=1;
while
（1）
{
dispaly（）;//-----------显示子函数
key（）;//-----------按键处理
}
}
//----T0计数
voidTime0（）interrupt1
{
//重装初值50ms;
TH0=（65536-50000）/256;
TL0=（65536-50000）%256;
//时间缓冲+1;
jishu1=jishu1+1;
if（jishu1>=20）
{
jishu1=0;
miao++;
if（miao>59）
{
min++;
miao=0;
if（min>59）{h=h+1;min=0;}
if（h==24）h=0;
}
}
}
4系统调试与实验
Keil软件是德国Keil公司推出的单片机软件编译器，其中uV3集成化开发环境工具和C51编译器主要用于典型的8051单片机系统开发。
KeiluV3可以编辑、编译汇编语言、C51语言，连接定位目标文件和库文件，创建“.hex”文件，调试目标程序等。
所以我们可以用该软件来开发工程，调试程序，最终生成的“.hex”文件是可以执行的代码文件，用于Proteus中单片机系统的程序开发与仿真。
打开KeilVision3，新建KEIL项目，选择AT89C51单片机作为CPU，新建汇编源文件，编写程序，并将其导入到“SourceGroup1”中。
在"OptionforTarget"对话框中，选中”Output“选项卡中的”CreateHEXFile"。
最终会生成“.hex”代码文件。
在ProeusISIS中，画出上述原理图，鼠标双击89C51芯片，在ProgramFile栏中添加生成的“.hex”文件。
完成后即可开始调试。
下图是分别为开机状态和启动状态下的数字钟调试结果。
开机状态启动状态
本次设计完成了一个数字钟的设计，其显示格式为“ＸＸ：
ＸＸ：
ＸＸ”，由左向右分别是时、分、秒。
开机时，显示00：
00：
00的时间开始计时；当时间不准时，可校时，P0.0控制“秒”的调整，每按一次加1s；P0.1控制“分”的调整，每按一次加1min；P2.0控制“时”的调整，每按一次加1h。
计时满23：
59：
59时，返回00：
00：
00重新计时，达到了课程设计的目的和要求。
5总结
在本次设计中，从开始的收集资料到修改程序、设计电路、画原理图、到完成调试这一过程中，使我更加熟悉了单片机的相关知识以及仿真软件的应用，同时也提高了自己的动手实践能力，更为重要的是培养了自身科学严谨的学习态度，一点小错误都有可能导致结果的偏差。
同时为我以后做毕业设计积累了一定的经验。
可以说本次课程设计让我收获颇丰。
通过本次实验，是我对已学过的电路、数电、模电等电子的知识更深一步的了解。
刚开始做这个设计的时候感到不知从何下手，脑子里比较凌乱，通过从温已学过的知识和参考一些文献，和老师的指导，使我对所设计的课题有所了解。
最后，感谢一下老师给我一次实践的机会。
使我增加了知识面。
参考文献
阎石。
数字电子技术基础.5版.北京：
高等教育出版社，2006
张毅刚。
单片机原理及接口技术[M].人民邮电出版社，2011
康华光。
电子技术基础：
数字部分.4版.北京:
高等教育出版社.2000
张毅刚。
基于Proteus的单片机课程的基础实验与课程设计[M].人民邮电出版社，2012
朱清慧。
Proteus教程，清华大学出版社，2008
彭伟，等。
单片机C语言程序设计实训100例[M].北京:
电子工业出版社，2010
升级会员 