数字电子钟.docx
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数字电子钟
《单片机技术》课程设计说明书
数字电子钟
系、部：
学生姓名：
指导教师：
职称
专业：
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完成时间：
摘要
21世纪，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。
数字电子钟是采用数字电路实现对“时”、“分”、“秒”数字显示的计时装置。
数字电子钟的精度、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
Inthe21stcentury,electronictechnologyhasexperiencedrapidgrowthinitspromotion,modernelectronicproductalmostpermeatedeveryareaofsocietyapowerfulimpetustothedevelopmentofthesocialproductiveforcesandtheenhancementofsocialinformatization,andatthesametime,makemodernelectronicproductstofurtherimprovetheperformance,productupdaterhythmalsomoreandmorequickly.
Themodernlifeofpeoplepaymoreandmoreattentiontouptheconceptoftime,maysaythattimeandmoneywiththehospital.Forthosewhoholdontimeisverystrictandaccuratepeopleorthings,it'snotaccuratetimewillbringverybigtrouble,sotodigitalpipefortheclockdisplaypointertypethantheclockshowedalotofadvantage.Digitalpipedisplaytimesimpleandfastreading,timeshowtotheseconds.Andmechanicaldependentonthecrystaloscillator,couldleadtoerrors.
Digitalelectricclockisthedigitalcircuittorealize\",\"and\"points\",\"seconds\"digitaldisplaytimerdevice.Digitalelectricclockprecision,stabilityisfarmorethanoldmechanicalclock.Inthisdesign,weadoptLEDdigitaldisplaytubewhen,minutesandseconds,with24hourstimerway,accordingtotheprincipleofdigitaldynamicdisplaytoshow,with12MHzofcrystalsproduceoscillationpulse,thetimercount.Inthisdesign,thecircuithasashowtimeitsthisfunction,stillcanrealizetotheadjustmentofthetime.Adigitalclockisitssmall,thepriceislow,whenthehighprecision,easytouse,thefunctionismuch,facilitateintegrationandtheconsumptionbylove,soithasbeenwidelyused.
Keyword:
digitalelectricclock;microcomputer
1设计任务、功能及方案···············································1
1.1设计任务······················································1
1.2功能要求说明··················································1
1.3设计总体方案及工作原理说明····································1
2数字电子钟硬件系统的设计···········································2
2.1硬件系统各模块功能简要介绍····································2
2.2电路原理图、PCB图及元器件布局图·······························4
2.3元器件清单····················································4
3数字电子钟软件系统的设计···········································5
3.1使用单片机资源的情况··········································5
3.2软件系统各模块功能简要介绍····································5
3.3程序流程框图··················································6
3.4程序清单·····················································10
4设计结论、结果及教学建议··········································11
4.1设计结论·····················································11
4.2仿真结果·····················································11
4.3误差分析·····················································13
4.4教学建议·····················································13
结束语·······························································14
致谢·································································15
参考文献·····························································16
附录·································································17
1设计任务、功能及方案
1.1设计任务
学生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，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
设计一个具有特定功能的电子钟。
该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设计总体方案及工作原理说明
本设计中采用AT89S52芯片及LED显示器，一些独立式按键构成一个简单的数字电子钟。
设计中是采用单片机的内部定时器进行定时，没有用到专门的时钟芯片，总设计框图如图1.1所示。
整个电子钟的工作原理是：
在正常的供电状态下，首先利用单片机定时，到了相应的时间由单片机将所需要显示的数据送到LED显示器的输入口，当有键按下时则进入相应的按键调整状态，进行按键调整。
图1总设计框图
2数字电子钟硬件系统的设计
2.1硬件系统各模块功能简要介绍
数字电子钟硬件电路主要由单片机最小系统、键盘模块、工作电源、LED显示器模块和下载口模块组成，下面就介绍各部分的功能。
2.1.1单片机最小系统
（1）AT89S52单片机
AT89S52是一种带8K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—FalshProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。
AT89S单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。
（2）时钟电路
单片机的时钟电路由振荡电路和分频电路组成。
其中振荡电路由反相器以及并联外接的石英晶体和电容构成，用于产生振荡脉冲。
而分频电路则用于把振荡脉冲分频，以得到所需要的时钟信号。
时钟电路是单片机系统的心脏，它控制着单片机的工作节奏。
本设计采用内部时钟方式，12MHz的石英晶体振荡器。
（3）复位电路
复位电路用于产生复位信号，通过RST引脚送入单片机，进行复位。
复位电路的好坏直接影响单片机系统工作的可靠性，因此，要重视复位电路的设计和研究。
只要RST端保持10ms以上的高电平，就能使单片机有效地复位，本设计采用上电复位和手动复位两种方式。
2.1.2按键模块
采用独立式键盘接法，共有五个按键来对电路进行控制。
分别接在单片机的P1口线上。
一个键控制清零，一个键控制启动暂停，另外三个键分别调秒、分和时。
图2按键电路
2.1.3LED显示器模块
采用八个共阳的数码管显示器进行显示。
将段控口接在P0口上，位控口接在P2口上，实现对显示的控制。
图3LED显示器电路
2.14工作电源
单片机正常工作时的，需要外部电源提供正常的工作电源这里我所采用的是利用USB接口技术，从电子计算机的USB接口提供给单片机正常工作所需要的外部电源。
2.1.5下载口模块
用于将用Keil生成的hex文件下载到单片机中。
2.2电路原理图、PCB图及元器件布局图
在本次课程设计中，所绘制的PCB板图和原理图时采用的是Protel软件，Protel99SE是Protel公司近10年来致力于Windows平台开发的最新结晶，能实现从电学概念设计到输出物理生产数据，以及这之间的所有分析、验证和设计数据管理。
因而今天的Protel最新产品已不是单纯的PCB（印制电路板）设计工具，而是一个系统工具，覆盖了以PCB为核心的整个物理设计。
Protel设计系统是一套建立在IBM兼容PC环境下的EDA电路集成设计系统，由于其高度的集成性与扩展性，一经推出，立即为广大用户所接受，很快就成为世界PC平台上最流行的电子设计自动化软件。
其数字电子钟的原理图、PCB图及元器件布局图见附录A。
2.3元器件清单
该数字电子钟用到的元器件清单见附录A。
3数字电子钟软件系统的设计
3.1使用单片机资源情况
该数字电子钟用到了单片机的定时器的功能，此外用到了单片机的中断功能，在数据的显示时所采用的是查表的方法，因此需要将表格、数据存到单片机的程序存储器中去。
由于电子钟需要可以进行调节，因此，需要在单片机的P口上加上按键，设计采用独立式键盘，直接接在P1口上且按键的结果存贮在单片机的内部数据存储器里面。
用到的LED显示器接到了单片机的P0口线上和P2口线上。
3.2软件系统各模块功能简要介绍
该数字电子钟所用的软件模块有主程序模块、子程序模块、按键模块、定时器模块、中断服务程序模块。
3.2.1主程序模块
用于对输入信号的处理和输出信号的控制和对各个功能模块的处理。
3.2.1子程序模块
子程序包括键盘扫描子程序、数码管显示子程序和延时程序。
键盘扫描子程序用于确定按键及其相应的键值处理；数码管显示子程序用于控制数码管的显示，以准确的显示时间；延时子程序是数码管动态显示中必要的一部分，因此我们才能看到时间稳稳的显示在数码管上。
3.2.2按键模块
在本次课程设计中，我用到了5个独立式键盘进行按键的操作，分别为ksec、kmin、khour、kclear、kstop，都接在P1口上。
3.2.3定时器模块
本次设计用到了定时器0，采用了方式1工作，设置时间为50ms。
3.2.4中断服务程序模块
实现了数字电子钟的准确运行。
3.3程序流程框图
3.3.1整体设计的流程框图
图4整体设计的流程框图
3.3.2主程序流程框图
N
Y
图5主程序流程框图
3.3.3键盘设计的流程
图
图6键盘设计的流程图
图7键扫程序的流程框图
3.3.4显示设计的流程框图
图8显示设计的流程框图
3.3.5中断服务程序流程框图
图9中断服务程序流程框图
3.4程序清单
该数字电子钟用到的程序清单见附录B。
4设计结论、结果及教学建议
4.1设计结论及使用说明
4.1.1设计结论
通过本次对数字电子钟的设计，了解了利用单片机处理之后，进行电子钟的显示。
本次设计比较成功，在按键操作中能够按照预先给定的功能进行操纵，按了复位键之后，液晶显示屏上也能显示“P.",按kstop键后开始显示，再按下kstop键，可以通过ksec、kmink、hourk、clear键对电子钟进行调整。
4.1.2使用说明
本次设计赋的初值为00-00-00,开始接通电源，按下电源开关，显示P.状态，按下kstop键开始显示计时，本设计调时、分、秒、清零等操作只有等到暂停时才可以进行，所以当再次按下kstop键时，按ksec键对秒加1，按kmin键对分加1，按khour键对时加1，按kclear键是清零处理。
而且本设计是24小时制电子钟，当超过24小时时，就直接跳为00-00-00，重新开始。
4.2仿真结果
用Protues软件进行仿真，其仿真的电路图如图10
图10仿真电路图
图11P.状态
图12运行状态
图13调整状态
4.3误差分析
本数字电子钟在跟标准的电子钟比较时，时间稍微慢一点，产生此种情况的原因有：
其一是在执行程序指令时，由于需要耗费一定的时间，因此会比标准的电子钟要慢一点。
其二是晶振不够标准，使得定时器定时时不够精准。
4.4教学建议
在本次设计中，我学到了很多，在开始用软件仿真设计时到最后板子的做出中，了解了很多，尤其是在开始使用protel、proteus和keil软件时，通过了很多途径去学，网上找资料、视频，和问同学，慢慢的就找到了一些方法，也学到了一些基本的操作，再就是自己慢慢的去摸索，终于完成了这些方面知识的学习和基本的运用，而且在做板子时，必须要特别的细心，本人在第一次完成板子后，写入程序就能运行，本以为很高心了，但是用了一会，让同学看了下就“死机“了，搞得那天晚上检查了几个小时，最后重新吸了焊，重新把LED显示模块电路焊接才可以，原来是有些焊锡挨的很近，有些短路，所以，细心是必须的。
老师用了在课堂上讲下基本的大框，一些软件等知识要我们自己回去自己学的方法，我觉得很好，这让我们动用了自己的自学能力，效果也很不错。
而且老师主要心意是叫我们搞懂这些知识，只要我们愿意去学。
所以，这让我们学到了更多的知识。
本人，在此谢谢老师的一学期的辛勤教学，祝老师以后工作顺利。
结束语
在本次设计中，我受益匪浅，通过自己动手，终于把书本上的知识运用到了实际，虽然本次设计中，我设计的电子钟实现只实现了基本的功能，但这次动手，让我得到了一个道理，只要自己愿意动手，加上毅力，书本上的只是运用到实际也只是时间问题。
在这次设计中，本人实现的电子钟，再加些程序，还可以实现一些拓展功能，比如闹钟、万年历等等，而这些只有等到以后有时间再继续了。
致谢
在次，我要感谢很多人，首先感谢老师的悉心教导，才会有这次设计的成功，其次是要感谢那些帮助过我的同学，那些在我不知道怎么做了细心的听着我的问题，慢慢的给我讲解的那些同学，还有那些借打孔机、买药品、一起做板子互相指出错误的同学，还有那些在自己检查板子检查的脑晕时，那些愿意帮助自己检查的同学，等等，很多很多，在此就不一一列举了，总之，谢谢那些好心人，以后工作顺利，学习开心。
参考文献
[1]李广弟，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.
[2]马忠梅，籍顺心，张凯，马岩.单片机的C语言应用程序设计[Ｍ].第四版.北京：
北京航空航天大学出版社，2006.11.
[3］唐俊瞿，许雷，张群瞻.单片机原理与应用［Ｍ］.北京：
冶金工业出版社，2003.
［4］李华.MCS—51系列单片机实用接口技术［Ｍ］..北京：
北京航空航天大学出版社，1993.
附录A
图A.1PCB原理图
图A.2PCB顶层图
图A.3PCB底层图
图A.4PCB底层图
元器件清单
PartType
Designator
Footprint
470
R03
DIANZU
1K
R13
DIANZU
470
R25
DIANZU
1K
R12
DIANZU
470
R24
DIANZU
1k
R2
DIANZU
8051
U1
DIP-40
2k
R02
DIANZU
BELL
LS1
FENGMINGQI
4.7K
RK
DIANZU
CON2
J1
SIP2
10k
J2
SIP9
CON2
JP5
SIP2
10k
J5
SIP9
CON2
JX1
SIP2
12MHZ
Y1
JINGZHENG
CON2
JX2
SIP2
22uF
C3
DIANJIEDIANRONG
CON8
Jp3
SIP8
33pF
C1
DIANJIEDIANRONG
CON8
Jp4
SIP8
33pF
C2
DIANJIEDIANRONG
CON8
Jp1
SIP8
200
R1
DIANZU
CON8
Jp2
SIP8
470
RP0
DIANZU
LED
D8
LED
470
RP1
DIANZU
LED
D6
LED
470
R04
DIANZU
LED
D9
LED
470
R06
DIANZU
LED
D7
LED
470
R05
DIANZU
LED
D5
LED
470
RP2
DIANZU
LED
D3
LED
470
RP6
DIANZU
LED
D4
LED
470
RP7
DIANZU
LED
D1
LED
470
RP5
DIANZU
LED
D2
LED
470
RP3
DIANZU
PNP
Q4
SANJIGUAN
470
RP4
DIANZU
PNP
Q3
SANJIGUAN
470
R07
DIANZU
PNP
Q1
SANJIGUAN
470
R00
DIANZU
PNP
Q2
SANJIGUAN
470
R26
DIANZU
PNP
Q5
SANJIGUAN
470
R27
DIANZU
PNP
Q8
SANJIGUAN
470
R22
DIANZU
PNP
Q7
SANJIGUAN
470
R21
DIANZU
PNP
Q6
SANJIGUAN
470
R01
DIANZU
PNP
Q9
SANJIGUAN
470
R20
DIANZU
SW-PB
S1
JIANPAN
470
R23
DIANZU
USB
J3
SIP2
附录B
/****************************数字电子钟*******************************/
/****************************电子0902唐曦*****************************/
/*************实现基本的调时、分、秒、清零、暂停、开始等基本功能**********/
/*******************************主程序*********************************/
#include
sbitksec=P1^0;
sbitkmin=P1^1;
sbitkhour=P1^2;
sbitkclear=P1^3;
sbitkstop=P1^4;
unsignedcharsecshi=0,secge=0,minshi=0,minge=0,hourshi=0,hourge=0,i=0,j=0;
unsignedintnum=0,sec=0,min=0,hour=0;
unsignedcharcodetable[10]={0x0c0,0x0f9,0x0a4,0x0b0,0x99,0x92,0x82,0x0f8,0x80,0x90};
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