单片机时钟计时器课程设计Word下载.docx
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独立完成一个小的系统设计，从硬件设计到软件设计，增强分析问题、解决问题的能力，
为日后的毕业设计及科研工作奠定良好的基础。
设计意义
单片机课程设计过程中，我们通过查阅资料、硬件设计、程序设计、安装调试等环节，
完成了一个涉及
89S51
单片机多种资源应用并具有综合功能的小系统目标板的设计与编程
应用。
使我们不但能够将课堂上学到的理论知识与实际应用结合起来，而且能够对电子电
路、电子元器件、原理图绘制等方面的知识进一步加深认识，同时在软件编程、排错调试、
焊接技术、相关软件及仪器设备的使用技能等方面得到较全面的锻炼和提高。
使我们增进
对单片机的感性认识，加深对单片机理论方面的理解。
使我们了解和掌握单片机应用系统
的软硬件设计过程、方法及实现，强化单片机应用电路的设计与分析能力。
提高我们在单
片机应用方面的实践技能和科学作风;
培育学生综合运用理论知识解决问题的能力，实现理
论结合实际，学以致用的原则。
系统方案设计及确定
本次课程设计，要求用单片机及
位
LED
数码管显示时、分、秒，以
24<
小>
时计时
方式运行，能整点提醒（短蜂鸣，次数代表整点时间），使用按键开关可实现时、分调整，
秒表（或闹钟）/时钟功能转换，以及实现省电（关闭显示）功能。
1．时钟功能
利用单片机片内定时器（如
T0）产生
1s
计时，自行设定时钟计数单元地址，包括秒
单元、分单元、时单元，最大计数值为
23
时
59
分
秒。
用
数码管显示时、分、
秒，以
时计时方式运行；
使用按键开关可实现时、分调整，可增加“熄灭符”用于时间调整时的闪烁功能；
能整点提醒（短蜂鸣，次数代表整点时间）；
可通过按键使系统进入省电状态（数码管不亮，时钟不停）。
2．秒表功能
能通过按键实现秒表/时钟功能之间的转换；
利用单片机内部定时器（如
T1）实现秒表的计时，自行设定秒表计数单元地址，包括
10ms
单元、秒单元、分单元，
通过
数码管显示，最大计数值为
99
59.99
可通过按键实现秒表的暂停、清零、启动。
3．闹钟功能
能通过按键实现闹钟/时钟功能之间的转换；
可通过按键设定闹钟时间，在定时闹铃时精确到分，可通过
数码管显示闹钟
设定时间。
可通过按键实现闹铃有效、无效，以及在设定闹钟后取消闹时功能。
在闹铃时，可通过按键开关使蜂鸣停止。
4．系统设计方案框图如下：
电源
独立按键电路
数码管显示电路
时钟电路
AT89S51
单片机
蜂鸣器电路
复位电路
图
2-1
系统设计方案框图
系统硬件设计
最小系统设计
单片机最小系统单片机,或者称为最小应用系统,是指用最少的元件组成的单片机可以工作的
系统.对
51
系列单片机来说,最小系统一般应该包括:
单片机、晶振电路、复位电路.
下面给出一个
单片机的最小系统电路图：
3-1
单片机最小系统原理图
时钟电路硬件设计
时钟电路是计算机最核心的部分，它控制着计算机的工作。
AT
89
S51
单片机内部有一个
高增益反相放大器，用于构成振荡器。
反相放大器的输入端为
XTAL1，输出端为
XTAL2，分别是单片机的
19
脚和
18
脚。
在
XTAL1
和
XTAL2
两端跨接石英晶体及两个电
容就可以构成稳定的自激振荡器。
石英晶振起振后要能在
线上输出一个
3V
左右的
正弦波，使片内的
OCS
电路按石英晶振相同频率自激震荡。
通常，OCS
的输出时钟频率
fosc
为
0.5MHZ~16MHZ，典型值为
12MHZ
电容器
C1
C2
通常取
30pF
左右，对震荡频
率有微调作用。
调节它们可以达到微调震荡周期
的目的。
时钟电路如下：
3-2
时钟电路电路图
复位电路硬件设计
单片机的
RST
管脚为主机提供一个外部复位信号输入端口。
复位信
号是高电平有效，高电平有效的持续时间应为
个机器周期以上。
单片机的复位方式有上电自动复位和手工复位两种。
4-2
所示是
系列单片机常用的上电复位电路，只要
Vcc
上升时间不超过
1ms，它们都能很好地工作。
复位以后，单片机内各部件恢复到初始
状态。
电阻电容器件的参考值:
R1=200Ω,R2=1KΩ,C3=22μF。
RET
按键可
以选择专门的复位按键，也可以选择轻触开关。
复位电路如下
3-3
复位电路电路图
键盘电路硬件设计
单片机中常见的键盘有独立式键盘和矩阵式键盘，独立式键盘适
用于实现功能较少的场合、矩阵式键盘适用于功能复杂的场合。
本
次课程设计，采用独立式键盘即可。
键盘电路如下：
显示
字符
1
2
3
4
5
6
7
8
段码
C0H
F9H
A4H
B0H
99H
92H
82H
F8H
80H
9
A
B
C
D
E
F
全灭
全亮
90H
88H
83H
C6H
A1H
86H
8EH
FFH
00H
3-4
键盘电路电路图
上拉电阻保证按键释放时，输入检测线上有稳定的高电平。
当某
一按键按下时，对应的检测线就变成了低电平，与其他按键相连的
检测线仍为高电平，只需读入
I/O
输入线的状态，判别哪一条
I/O
输入线为低电平，很容易识别哪个键被按下。
键的闭合与否，输出电压上就是呈现高电平或低电平。
高电平，
表示键断开，低电平则表示键闭合，通过对电平的高低状态的检测，
可确认按键按下以及按键释放与否。
为了确保对一次按键动作只确
认一次按键有效，必须消除抖动的影响，去抖有硬件去抖和软件去
抖，本次设计采用软件去抖。
显示电路硬件设计
本次课程设计，采用
数码管作为显示装置。
数码管有共阴极、共阳极两种结构，本次采用共阳极数码
管。
共阳极
数码管的发光二极管的阳极连接在一起，公共阳极
接正电压，当某个发光二极管的阴极接低电平时，发光二极管被点
亮，相应的段被显示。
8
段共阳极
段码如下：
表
段码表
数码管有静态显示和动态显示两种显示方式。
静态显示方
式，数码管亮度高、软件编程简单，但是需要占用大量的
口，
一般在多位显示时不采用此种方法。
动态显示方式，数码管亮度稍
低、软件编程复杂，但是占用的
口少，在显示多位数字的时候
适合采用此种方法。
考虑到本次课程设计需要显示六位数字，故采
用动态显示方式。
数码管段选、位选驱动电路均采用
DM74LS244
作为驱动芯
片。
蜂鸣器电路硬件设计
蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器，采用直流电压供电，广
泛应用于计算机、打印机、复印机、报警器、电子玩具、汽车电子
设备、电话机、定时器等电子产品中作发声器件。
蜂鸣器的工作原理是，接通电源后，振荡器产生的音频信号电流
通过电磁线圈，使电磁线圈产生磁场。
振动膜片在电磁线圈和磁铁
的相互作用下，周期性地振动发声。
本次课程设计中，由于单片机
的
口驱动能力不够让蜂鸣器发出声音，所以我们通过三极管放
大驱动电流，从而可以让蜂鸣器发出声音。
蜂鸣器电路如下：
3-5
蜂鸣器电路电路图
系统软件设计
系统主程序设计
程序中，采用按键
作为主功能切换键，按键
2、按键
3、按键
作为子功能控制键。
在主程序中，开始即进入定时器子程序，显示当前时间，并同时对按键
进行扫描。
如果按键
第一次被按下，则进入调整时间子程序，并同时对按键
、按键
进
行扫描，此时按键
分别作为调整时、分、秒按钮使用；
第
二次被按下，则进入秒表子程序，并同时对按键
进行扫描，按键
、
按键
分作为秒表启动、暂停、停止并清理按钮使用；
第三次被按下，
则进入闹钟子程序，并同时对按键
3、按键
分作为闹钟的启动/关闭、调整时、调整分按钮使用；
第四次被按下，则进入
节能子程序，此时将不对按键
分进行扫描；
第五次被按下，
则重新回到定时器子程序，如此循环。
开始
调用定时器函数
按键1被按下？
Y
调用时钟设置及显
示函数
调用秒表控制及显
调用闹钟控制及显
调用节能函数
N
主程序流程图
定时器设计
在定时器子程序当中，采用定时器
T0
产生定时中断。
定时器
工作于方式
2，初值
TH0=0x9C，TL0=0x9C，时钟电路采用
晶振，所以每
0.1ms
产生一次中断，再
在中断中对时间进位进行判断处理，使之产生较为精准的定时。
定时器T0产生
0.1ms中断，num++
num==10000？
时钟秒++
秒==60？
时钟分钟++，秒清
零
分钟==60？
时钟小时++，分钟
清零
小时==24？
小时清零
定时器子程序
秒表设计
在秒表子程序当中，采用定时器
T1
同意工作于方式
2，初
值为
产生一次中断，
再在中断中对时间进位进行判断处理，使之产生较为精准的定时。
按键2被按下？
按键4被按下？
开始计时
计时暂停
计时停止并清零计
时值
秒表子程序
闹钟设计
在闹钟子程序里，按键
被按下奇数次时，闹钟打开并在第一位数码管上显示标志位；
被按下偶数次时，闹钟关闭并熄灭第一位数码管上的标志位。
按下按键
3，则定时
时间的小时位加一；
4，则定时时间的分钟位加一。
闹钟打开并点亮标志位/闹
钟关闭并熄灭标志位
定时小时++
定时分钟++
闹钟子程序
其他主要子程序设计
在时钟设置子程序中，按键
被按下，则当前时间的小时位加一；
被按下，则
当前时间的分钟位加一；
被按下，则当前时间的秒位被清零。
小时++
分钟++
秒清零
时钟设置子程序
当进入节能子程序时，数码管将全部被熄灭，此时按键
即使被按下
也不采取任何操作。
数码管全部熄灭
节能子程序
其他说明：
当时间的小时位进一时，蜂鸣器将响起，响的“嘀”次数等于当前时间小
时位的值。
当当前时间等于闹钟定时时间时，蜂鸣器将不断响起“嘀”声，按下按键
后，
“嘀”声停止。
系统调试
本次课程设计采用伟福仿真器进行程序的调试，下面介绍伟福仿
真器的调试及使用。
进入
WAVE
软件后，第一步要进行仿真器设置，在仿真器选项卡
中，仿真器为选择“E6000/S”，仿真头选择“POD-H8X5X”,CPU
选
择“89C51RX”；
在目标文件选项卡中，将所有选项前均打钩，；
在
通讯设置选项卡中，将“使用伟福软件模拟器”的“√”勾掉，然
后选择“COM1”口，点击“测试串行口”，测试成功后，就完成了所
有的仿真器设置。
第二步，开始创建项目工程，在
C
盘根目录下创建“Project”文件
夹，双击打开，再创建“program
.
c”文件。
注意，这里
“Project”文件夹为工程项目所存放的文件夹，文件夹名必须是英
文，汉字不能用。
“program
c”文件为程序源文件，若是用汇
编语言，则相应的改为“program
asm”文件。
这里文件夹名和原
文件名可以是任意英文字符。
点击菜单栏“文件（F）”→“新建项目”
找到刚才创建的源文件（以
语言源文件为例），点击“打开”，然
后键入工程项目文件名字（以
project
为例，项目文件名可以任意），
并点击“保存”保存。
双击左侧源文件“program
c”，此时即可
开始编写程序了。
（WAVE6000
集成开发软件是基于
语言内核的，
仅支持“
/*
*/
”注释方式，不支持“
//
”注释方式）。
最后介绍程序的编译及执行，点击菜单栏“项目”→“编译”，无语
法错误，编译通过。
点击菜单栏上“执行”→“全速执行”，进行硬
件仿真调试。
按停止按钮则退出调试状态。
本次课程设计，我主要是参考了郭天祥老师的一些例子程序，从
而逐步掌握了有关单片机数码管动态显示、按键的扫描及去抖、时
钟定时赋值等一些内容。
然后根据老师的原理图，参照例子程序，
利用
语言进行编程。
程序调试过程中难免出现各种各样的问题，
通过请教老师、网络查询、同学之间相互帮助，都逐一得到了解决。
总结
为期三周的课程设计就这样结束了，通过这次课程设计，我们不
仅对单片机的学习有了更多的认识和理解，而且又填补了很多以前
的知识漏洞。
本次课程设计，收获最多的当然是单片机方面，但是
同时我们又一次学习了
语言、Protel
制图等，熟悉掌握了
WAVE6000
的使用。
课程设计是培养我们综合运用所学知识,发现、提出、分析和解
决实际问题,锻炼实践能力的重要环节,是对我们实际工作能力的具
体训练和考察过程.回顾起此次课程设计，至今我仍感慨颇多。
通
过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理
论知识是远远不够的，唯有把所学的理论知识与实践相结合起来，
从理论中得出结论，才能真正提高我们自己的实际动手能力和独立
思考的能力。
在设计的过程中，难免会遇到过各种各样的问题，同
时在设计的过程中发现了自己的很多的不足，自己知识的很多漏洞，
对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固，看到了自
己基础知识还是不够扎实，实践经验还是比较缺乏，理论联系实际
的能力还待急需提高。
通过这次课程设计之后，一定把以前所学过
的知识重新温故。
在这个过程中，我真切的感到了，我又知道了很
多，同时也掌握了很多以后在工作和生活中能真正用到的很多东西。
但是我不会因此而骄傲，相反以后我将会更加虚心，因为我知道这
只是个简单的开始，以后还有很多的路要走。
在此，再次感谢带领我们课程设计的王老师、杜老师、张老师
和蔡老师，正是有了老师们的细心教导、耐心指导、苦心监督，我
们才能够顺利完成各项学习任务、收获真知识、锻炼真本领。
参考文献
【1】《单片机原理与接口技术》[M]．胡汉才.清华大学出版社
【2】《MCS-51
系列单片机原理及应用》[M].
王瑾、杜波等.中国电
力出版社
【3】《新概念
单片机
语言教程》[M]．郭天祥.电子工业出版社
【4】《跟我学用单片机》[M].
肖洪兵.
北京航空航天大学出版社
【5】《单片机实验与实践教程》[M].
夏继强.
北京航空航天大学出
版社,
【6】《Protel
DXP
电路设计技术》[M].
孙玉军.
冶金工业出版社
【7】《单片机应用设计
20
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