数字技术Word格式.docx

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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。

2、数字频率计

设计一个能够测量周期性矩形波信号的频率、周期、脉宽、占空比的频率计。

该频率计上电或按键复位后能自动显示系统提示符“P.”，进入测量准备状态。

按频率测量键则测量频率；

按周期测量键则测量周期；

按脉宽测量键则测量脉宽；

按占空比测量键则测量占空比。

3、数字电压表

设计一个能够测量直流电压的数字电压表。

测量电压范围0～5V，测量精度小数点后两位。

该电压表上电或按键复位后能自动显示系统提示符“P.”，进入测量准备状态，按测量开始键则开始测量，并将测量值显示在显示器上，按测量结束键则自动返回“P.”状态。

4、交通灯

设计一个具有特定功能的十字路口交通灯。

该交通灯上电或按键复位后能自动显示系统提示符“P.”，进入准备工作状态。

按开始键则开始工作，按结束键则返回“P.”状态。

要求甲车道和乙车道两条交叉道路上的车辆交替运行，甲车道为主车道，每次通车时间为60秒，乙车道为次车道，每次通车时间为30秒，要求黄灯亮3秒，并且1秒闪烁一次。

有应急车辆出现时，红灯全亮，应急车辆通车时间10秒，同时禁止其他车辆通过。

5、抢答器

设计一个具有特定功能的抢答器。

该抢答器上电或按键复位后能自动显示系统提示符“P.”，进入准备工作状态。

主持人按下开始按钮后，抢答开始并限定时间30S；

10S内无人抢答，蜂鸣器发出音响；

主持人按下开始按钮之前有人按下抢答器，抢答违规，显示器显示违规台号，违规指示灯亮，其它按钮不起作用；

正常抢答，显示器显示台号，蜂鸣器发出音响，其它抢答按钮无效；

正常抢答下，从按下抢答按钮开始30S内，答完按钮没按下，则作超时处理，超时处理时，违规指示灯亮，显示器显示违规台号。

蜂鸣器发出音响；

各台数字显示的消除，蜂鸣器音响及违规指示灯的关断，都要通过主持人按复位按钮。

6、密码锁

设计一个具有特定功能的密码锁。

该密码锁上电或按键复位后能自动显示系统提示符“P.”，进入准备工作状态。

该密码锁具有系统原始密码888888，用户可以设定并存储用户密码，密码输入时应处于保密显示状态，密码输入正确时应显示密码输入正确提示信息，否则，显示密码输入错误提示信息。

7、波形发生器

设计一个具有特定功能的波形发生器。

该波形发生器上电或按键复位后能自动显示系统提示符“P.”，进入准备工作状态。

该波形发生器可以分别产生幅值0～5V、频率100Hz～100KHz范围内的三角波、锯齿波、方波、梯形波和正弦波。

8、数字温度计

设计一个具有特定功能的数字温度计。

该数字温度计上电或按键复位后能自动显示系统提示符“P.”，进入准备工作状态。

测量温度范围0℃～99℃，测量精度小数点后两位，可以通过开始和结束键控制数字温度计的工作状态。

9、计算器

设计一个具有特定功能的计算器。

该计算器上电或按键复位后能自动显示系统提示符“P.”，进入准备工作状态。

能实现

（1）基本的加、减、乘、除、平方、开方；

（2）三角函数运算；

（3）十进制、十六进制转换运算；

（4）其他功能。

10、数字式秒表

设计一个具有特定功能的数字式秒表。

该数字式秒表上电或按键复位后能自动显示系统提示符“P.”，进入准备工作状态。

该数字式秒表应具有开始、暂停、连续、清零和停止功能。

设计要求

1、以上课题可以任选其一或多选，学生也可以自拟课题；

2、编程语言：

汇编或C51；

3、计算机打印《单片机技术》课程设计说明书一份；

4、设计时间：

两周；

5、实物制作；

6、人员分组：

一人一组一实物。

六、《单片机技术》课程设计说明书正文主要内容

参照“《单片机技术》课程设计说明书正文主要内容”文件。

七、《单片机技术》课程设计说明书书写规范格式

参照“《单片机技术》课程设计说明书书写规范格式”文件。

八、参考资料

1、马忠梅，单片机的C语言Windows环境编程宝典[M],北京：

北京航空航天大学出版社，2003.6；

2、李光飞,单片机C程序设计指导[M],北京:

北京航空航天大学出版社，2003.01；

3、李光飞,单片机课程设计实例指导[M],北京:

北京航空航天大学出版社，2004.9。

电气自动化教研室

2012年9月10日

摘要

电子钟是一种用电子电路技术实现时、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，具有更更长的使用寿命，因此得到了广泛的使用。

电子钟从原理上讲是一种典型的电子电路，其中包括了组合逻辑电路和时序电路。

目前，电子钟的功能越来越强，并且有多种专门的大规模集成电路可供选择。

从有利于学习的角度考虑，这里主要介绍以中小规模集成电路设计电子钟的方法。

经过了电子电路设计这门课程的系统学习，特别经过了关于组合逻辑电路与时序逻辑电路部分的学习，我们已经具备了设计小规模集成电路的能力，借由本次设计的机会，充分将所学的知识运用到实际中去。

本次课程设计要求设计一个电子钟，基本要求为电子钟的时间周期为24小时，电子钟显示时、分、秒，电子钟的时间基准一秒对应现实生活中的时钟的一秒。

因此，研究电子钟，有着非常现实的意义。

关键词：

电子钟；

时序逻辑电路；

组合逻辑电路

ABSTRA

Theelectronicclockisimplementedanelectroniccircuittechnology,thestars,secondtimingmeans,andwithhigheraccuracycomparedwiththemechanicalclockandintuitive,andnomechanicalmeans,havingamorelongerlife,thusobtainedawiderangeofuse.

Theelectronicclockinprincipleisatypicalelectroniccircuitincludingcombinationallogiccircuitandatimingcircuit.Currently,morepowerfulelectronicclock,andavarietyofspecializedLSI.Considerhereintroducesamethodtosmallandmedium-scaleintegratedcircuitdesignelectronicbellfromtheanglethatisconducivetolearning.

Afterasystematicstudyofthecourseoftheelectroniccircuitdesign,especiallyafterlearningonthepartofthecombinationallogiccircuitandsequentiallogiccircuit,wealreadyhavetheabilitytodesignsmall-scaleintegratedcircuits,bytheopportunitytodesignthefullylearnedknowledgetoactuallygo.Thecurriculumdesignofanelectronicbell,thebasicrequirementsfortheelectronicclocktimeperiodof24hours,theelectronicclockshowshours,minutes,seconds,onesecondtheelectronicclocktimebenchmarkcorrespondstotheclockinreallifeasecond.Therefore,thestudyofelectronicclock,withaveryrealsense.

Keywords：

Theelectronicclock；

timingcircuit；

combinationallogiccircuit

目录

1设计课题任务、功能要求说明及总体方案介绍…………………………1

1.1设计课题任务………………………………………………………1

1.2功能要求说明……………………………………………………1

1.3设计课题总体方案介绍及工作原理说明………………………1

2设计课题硬件系统的设计………………………………………………3

2.1设计课题硬件系统各模块功能简要介绍………………………3

2.2设计课题电路原理图、PCB图、元器件布局图各1份………7

2.3设计课题元器件清单……………………………………………7

3设计课题软件系统的设计………………………………………………8

3.1设计课题使用单片机资源的情况……………………………8

3.2设计课题软件系统各模块功能简要介绍…………………………8

3.3设计课题软件系统程序流程框图…………………………………8

3.4设计课题软件系统程序清单………………………………………8

4设计结论、仿真结果、误差分析、等等……………………13

4.1设计课题的设计结论及使用说明…………………………………13

4.2设计课题的仿真结果………………………………………………13

4.3设计课题的误差分析………………………………………………14

4.4设计体会……………………………………………………………15

结束语…………………………………………………………16

参考文献……………………………………………………………17

致谢…………………………………………………………………18

附录………………………………………………………………19

1设计课题任务、功能要求说明及总体方案介绍

1.1设计课题任务

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；

1.2功能要求说明

可调整运行的电子钟具有三种工作状态：

“P.”状态、运行状态、调整状态。

（1）、“P.”状态，依靠上电或按复位键进入，在此状态下，按B、C、D键均无效，按A键有效，进入运行状态；

（2）、运行状态，按奇数次A键进入，在此状态下，按B、C、D键均无效，只有按A键有效，按下A键后，退出运行状态，进入调整状态；

（3）、调整状态，按偶数次A键进入，在此状态下，按A、B、C、D键均有效。

如按下A键，则退出调整状态，进入运行状态；

按下B、C、D键，则分别对时、分、秒加1，调整结束后必须按A键，即可退出调整状态，进入运行状态。

基本功能要求：

“P.”稳定地显示在LED显示器的最左端数码管（LED5）上，无A键按下（在“P.”状态下，按下B、C、D键无效），则不进入电子钟的运行状态，继续显示“P.”。

按下A键后，电子钟以起始时间：

00时00分00秒开始运行。

再次按下A键后，电子钟退出运行状态，进入调整状态，利用B、C、D键把电子钟的显示时间修改为当前实时时间，时间修改正确后可再次按下A键，电子钟则退出调整状态，进入运行状态。

注意：

每次按下B、C、D键，只允许加一，不允许连加。

1.3设计课题总体方案介绍及工作原理说明

本次设计时钟电路，使用了AT89S52单片机芯片控制电路，单片机控制电路简单且省去了很多复杂的线路，使得电路简明易懂，使用键盘上的按键来调整时钟的时、分加减，用一蜂鸣器来进行定时提醒，同时使用汇编语言程序来控制整个时钟显示，这样通过五个模块：

按键电路、复位电路、时钟电路、蜂鸣电路、显示电路即可满足设计要求。

数字电子时钟硬件结构框图如图1所示：

图1数字电子时钟硬件结构框图

2设计课题系统的设计

2.1设计课题硬件系统各模块功能简要介绍

2.1.1AT89S52单片机介绍

针对要实现的功能，拟采用AT89S52单片机进行设计，AT89S52单片机是一款低功耗，高性能CMOS8位单片机，片内含8Kbytes在线可编程（ISP）的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构。

这样，既能做到经济合理又能实现预期的功能。

AT89S52为8位通过处理器，采用工业标准的C51内核，在内部功能及管脚排布上与通用的8xc52相同，其主要用于会聚调整时的功能控制。

功能包括对会聚主IC内部寄存器、数据RAM及外部接口等功能部件的初始化，会聚调整控制，会聚测试图控制，红外遥控信号IR的接收解码及与主板CPU通信等。

主要管脚有：

XTAL1（19脚）和XTAL2（18脚）为振荡器输入输出端口，外接12MHz晶振。

RST/Vpd（9脚）为复位输入端口，外接电阻电容组成的复位电路。

VCC（40脚）和VSS（20脚）为供电端口，分别接+5V电源的正负端。

P0~P3为可编程通用I/O脚，其功能用途由软件定义，在本设计中，P0端口（32~39脚）被定义为N1功能控制端口，分别与N1的相应功能管脚相连接，13脚定义为IR输入端，10脚和11脚定义为I2C总线控制端口，分别连接N1的SDAS（18脚）和SCLS（19脚）端口，12脚、27脚及28脚定义为握手信号功能端口，连接主板CPU的相应功能端，用于当前制式的检测及会聚调整状态进入的控制功能。

在程序方面，采用分块设计的方法，这样既减小了编程难度、使程序易于理解，

又能便于添加各项功能。

程序可分为闹钟的声音程序、显示程序、闹钟显示程序、调时显示、定时程序。

运用这种方法，关键在于各模块的兼容和配合，若各模块不匹配会出现意想不到的错误。

首先，在编程之前必须了解硬件结构尤其是各引脚的用法，以及内部寄存器、存储单元的用法，否则，编程无从下手，电路也无法设计。

这是前期准备工作。

第二部分是硬件部分：

依据想要的功能分块设计设计，比如输入需要开关电路，输出需要显示驱动电路和数码管电路等。

第三部分是软件部分：

先学习理解汇编语言的编程方法再根据设计的硬件电路进行分块的编程调试，最终完成程序设计。

第四部分是软件画图部分：

设计好电路后进行画图，包括电路图和仿真图的绘制。

第五部分是软件仿真部分：

软硬件设计好后将软件载入芯片中进行仿真，仿真无法完成时检查软件程序和硬件电路并进行修改直到仿真成功。

本数字时钟的所有的软件、参数均存放在AT89S52的FlashROM和内部RAM中，减少了芯片的使用数量简化了整体电路也降低了整机的工作电流。

由于AT89S52芯片内部FlashROM有8KB，RAM有256个字节，故软件下载编译时有足够的存储空间。

键盘采用动态扫描方式。

利用单片机定时器及计数器产生定时效果通过编程形成数字钟效果，再利用数码管动态扫描显示单片机内部处理的数据，同时通过端口读入当前外部控制状态来改变程序的不同状态，实现不同功能。

2.1.2复位电路

单片机复位的条件是：

必须使RST/VPD或RST引脚加上持续两个机器周期（即24个振荡周期）的高电平。

例如，若时钟频率为12MHz，每机器周期为1μs，则只需2μs以上时间的高电平，在RST引脚出现高电平后的第二个机器周期执行复位。

单片机常见的复位如图1所示。

电路为上电复位电路，它是利用电容充电来实现的。

在接电瞬间，RESET端的电位与VCC相同，随着充电电流的减少，RESET的电位逐渐下降。

只要保证RESET为高电平的时间大于两个机器周期，便能正常复位。

该电路除具有上电复位功能外，若要复位，只需按图中的RESET键，此时电源VCC经电阻R1、R2分压，在RESET端产生一个复位高电平，其复位电路如图2所示：

图2复位电路

2.1.3晶振电路

本设计晶振电路采用12M的晶振。

晶振的作用是给单片机正常工作提供稳定的时钟信号。

单片机的晶振并不是只能用12M，只要不超过20M就行，在准许的范围内，晶振越大，单片机运行越快，还有用12M的就是好算时间，因为一个机器周期为1/12时钟周期，所以这样用12M的话，一个时钟周期为12us，那么定时器计一次数就是1us，

电容范围在20-40pF之间，这里连接的是30pF的电容。

机器周期=10*晶振周期=12*系统时钟周期。

晶振电路图如图3所示

图3晶振电路

2.1.4蜂鸣电路的设计

使用蜂鸣器来实现报时，蜂鸣器的原理就是电流通过电磁线圈，使电磁线圈产生磁场来驱动振动膜发声。

该电路有P0.7口外接20欧，2.2K电阻，三极管以及蜂鸣器组成。

当P0.7输出高电平时，三极管截止，没有电流流过线圈，蜂鸣器不发声；

当P0.7输出低电平时，三极管导通，有电流流过线圈，蜂鸣器发出声音。

电路图如图4所示：

图4蜂鸣电路

2.1.5显示电路

系统采用动态显示方式，用P0口来控制LED数码管的段控线，而用P2口来控制其位控线。

如图5所示。

动态显示通常都是采用动态扫描的方法进行显示，即循环点亮每一个数码管，这样虽然在任何时刻都只有一位数码管被点亮，但由于人眼存在视觉残留效应，只要每位数码管间隔时间足够短，就可以给人以同时显示的感觉。

图5显示电路

2.1.6键盘电路

键盘的操作，无论是按键或键盘都是利用机械触点的合、断作用。

一个电压信号通过机械触点的闭合、断开过程。

由于机械触点的弹性作用，在闭合及断开瞬间均有抖动过程，会出现一系列负脉冲。

抖动时间的长短，与开关的机械特性有关，一般为5—10ms。

电路图如图6所示：

图6键盘电路

2.2数字时钟电路原理图、PCB图、元器件布局图

数字时钟电路原理图如附录A。

PCB图如附录B。

元器件布局图如附录C。

2.3设计所用元器件清单

元器件清单如附录D。

3设计课题软件系统的设计

3.1设计课题使用单片机资源的情况

数字时钟设计使用单片机资源的情况如下：

P0口输出数码管段选信号，P3口输出数码管位选信号；

晶振11.0592M；

调整选择键SET_KEY：

P1.0；

通过选择键选择调整位，选中位闪烁；

增加键ADD_KEY：

P1.1；

按一次使选中位加1；

减少键DEC_KEY：

P1.2；

按一次使选中位减1;

P2.1为蜂鸣器发声报时；

50H-5FH；

16个寄存器单元作为显示单元；

50H用于控制秒基准时钟源的产生；

51H清零秒寄存器；

52H清零分寄存器；

53H清零时寄存器；

5FH用于秒个位；

5EH用于秒十位；

5DH用于分个位；

5CH用于分十位；

5BH用于时个位；

5AH用于时十位；

54H用于控制调时闪烁；

堆栈栈底：

70H。

3.2数字时钟软件系统个模块功能简要介绍

数字时钟的软件系统主要采用以下基本模块来实现，主程序、中断服务程序、键盘输入程序模块、数码管及其驱动模块和延时模块。

主程序：

主要是用于对输入信号的处理、输出信号的控制和对各个功能程序模块的运用及其控制。

中断服务程序：

主要是用于电子钟的准确运行、数据输入过程中的闪烁。

键盘输入程序模块：

主要是用于确定按键并得到特定的键码值。

数码管及其驱动模块：

主要是用于驱动数码管及利用数码管显示时间。

延时模块：

程序中有两种延时子程序，一种是短延时用于判键按下等，一种是长延时。

3.3数字时钟软件系统程序流程框图

系统软件采用汇编语言按模块化方式进行设计,然后通过Keil软件开发平台将程

序转变成十六进制程序语言，接着使用Proteous进行仿真，读出显示数据。

主程序流程框图如7所示；

加1子程序如8所示；

键盘扫描子程序框图如9所示；

中断服务程序程序如10所示；

显示子程序框图如11所示；

3.4数字时钟软件系统程序清单

数字时钟软件系统程序清单，详见附录E。

图7主程序流程框图

图8加1子程序流程框图

图9键盘扫描子程序

图10中断子程序

图11显示子程序

4设计结论、仿真结果、设计体会

4.1数字时钟的设计结论及使用说明

本设计为基于单片机的电子钟的设计。

刚开始，我们很多地方理不清头绪，无从下手，但通过认真研究设计课题，找书上网查资料买元件，确定基本设计方案，对所用芯片功能进行查找、调试，然后画电路图制PCB板、打孔、溶铜、焊接等，真的经历了许多困难，却积累了很多宝贵的经验，本设计用2个四位一体的共阳数码管做为显示器，它显示时间值；

设计中有三个按键，其中S1为启动/选择调整位置，S2为加控制键S3为减控制键，当整点时间到时，蜂鸣器报警。

这样的结果与设计要求完全相符，本设计成功。

完成了设计任务。

4.2数字时钟的仿真结果

在ProteusISIS的Debug菜单中选择Execute，运行程序，系统仿真结果如图14与15所示。

实现功能：

（1）、“P.”状态，依靠上电或按复位键进入，在此状态下，按S2、S3键均无效，

按S1键有效，进入运行状态；

（2）、运行状态，在此状态下，按S2、S3键均无效，只有按S1键有效，按下S1键后，退出运行状态，进入调整状态；

（3）、调整状态，按S1键进入时、分、秒的闪烁，在此状态下，按S2（+1键）、

S3（-1键）键均有效；

调整结束后必须按S1键，即可退出调整状态，进入运行状态。

在调整状态时长按S2、S3时可以连加及连减。

时间显示格式为：

时-分-秒；

图12“P.”运行状态仿真

图13时钟运行状态仿真

4.3设计课题的误差分析

时间准确，长时间不容易出现误差是一个时钟被认可的标准之一。

对于系统误差，设计者应