数字电子钟.doc
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单片机技术课程设计说明书
数字电子钟
系、部：
电气与信息工程系
学生姓名：
郑振凡
指导教师：
王韧职称副教授
专业：
自动化
班级：
0702班
完成时间：
2009年12月27日
摘要
本电子钟采用ATMEL公司的AT89S52单片机为核心，使用12MHz晶振与单片机AT89S52相连接,通过软件编程的方法实现以24小时为一个周期，同时8位7段LED数码管（两个四位一体数码管）显示小时、分钟和秒的要求,并在计时过程中具有定时功能，当时间到达提前定好的时间进行蜂鸣报时。
该电子钟设有四个按键S1、S2、S3和S4键,进行相应的操作就可实现校时、定时、复位功能。
具有时间显示、整点报时、校正等功能。
走时准确、显示直观、精度、稳定等优点。
整个过程就是先设计和焊接好硬件电路，再通过汇编语言编写应用程序来实现我们需要的功能，这期间，进行的软件仿真和调试是本设计的重点和难点。
关键词电子钟；AT89S52；硬件设计；软件设计
ABSTRACT
ThesystemuseasinglechipAT89C51ofATMEL’sasitscoretocontrolThecrystaloscillatorclock,usingofE-12MHZisconnectedwiththemicrocontrollerAT89S52,throughthesoftwareprogrammingmethodtoachievea24-hourcycle,andeight7-segmentLEDdigitaltube（twofourinonedigitaltube）displayshours,minutesandsecondsrequirements,andinthetimecourseofatimingfunction,whenthetimearrivedaheadofscheduledtimetobuzzagoodtimekeeping.TheclockhasfourbuttonsS1,S2,S3andS4key,andmaketheappropriateactioncanbeachievedwhentheschool,timing,reset.Withatimedisplay,alarmclocksettings,timerfunction,correctiveaction.Accuratetraveltime,displayandintuitive,precision,stability,andsoon.
Thewholeprocesshavethreepoint.First,designinghardwarecircuitdesignandsoldering.second,throughtheassemblylanguagetowriteapplicationstorealizethatweneedtofunctionality,thisperiod,simulationanddebuggingarethefocusofthisdesignanddifficulty.
KeywordsElectronicclock;；AT89S5；HardwareDesign；SoftwareDesign
目录
1设计课题任务、功能要求说明及方案介绍……………………………………
1
1.1设计课题任务………………………………………………………………
1
1.2功能要求说明………………………………………………………………
1
1.3设计总体方案介绍及原理说明……………………………………………
1
2设计课题硬件系统的设计………………………………………………………
2
2.1设计课题硬件系统各模块功能简要介绍…………………………………
2
2.2设计课题电路原理图、PCB图、元器件布局图…………………………
2
2.3设计课题元器件清单………………………………………………………
3
3设计课题软件系统的设计………………………………………………………
4
3.1设计课题使用单片机资源的情况…………………………………………
4
3.2设计课题软件系统各模块功能简要介绍…………………………………
4
3.3设计课题软件系统程序流程框图…………………………………………
4
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、教学建议…………………………………
9
4.1设计课题的设计结论及使用说明…………………………………………
9
4.2设计课题的仿真结果………………………………………………………
9
4.3设计课题的误差分析………………………………………………………
10
4.4设计体会……………………………………………………………………
10
4.5教学建议……………………………………………………………………
10
参考文献……………………………………………………………………………
12
致谢……………………………………………………………………………
13
附录……………………………………………………………………………
14
1设计课题任务、功能要求说明及方案介绍
1.1设计课题任务
设计一个具有特定功能的电子钟。
具有时间显示、报时等功能。
并有时间设定，时间调整功能。
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设计课题总体方案介绍及工作原理说明
本电子钟主要由单片机、4*1独立键盘、显示接口电路和复位电路构成，设计课题的总体方案如图1.1所示：
图1.1总体设计方案图
本电子钟的所有的软件、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设计课题硬件系统的设计
2.1设计课题硬件系统各模块功能简要介绍
本设计的硬件系统主要采用以下基本模块来实现，单片机最小系统模块，输入模块、输出模块、电源模块。
（1）单片机最小系统模块：
包括低功耗、高性能CMOS8位微控制器AT89S52；复位电路；晶振电路。
本本模块AT89S52系统控制核心，单片机系统复位由复位电路完成，单片机内部有一个高增益、反相放大器，其输入端为芯片引脚XTAL1，其输出端位位引脚XTAL2。
通过这两个引脚在芯片外并接石英晶体振荡器和两只电容。
这样就构成一个稳定的自激振荡器。
（2）输入模块：
本模块共用到了5个按键，1个电源开关，一个复位键，单片机运行期间，利用按键完成复位操作。
3个按键独立式键盘，S1键控制电子钟的启动＼状态，S2键为加1键，S3键为减1键。
且S1、S2、S3任一键都独自连一个I/O（P1.0、P1.1、P1.2）口线，说明它们可以独立实现相应的电子钟功能。
（3）输出模块：
本次设计显示为8位，采用两个四位一体数码管（共阳极）作为显示窗口，既可以节约成本又能简化电路。
数码管驱动为74LS245芯片。
（4）电源模块：
现在市面上销售的编程器有很多都是由PC机的USB口直接供电为了降低本设计的成本及节省设计时间，没有另外设计编程器，而直接购买了市场上的USB供电及下载器。
2.2设计课题电路原理图、PCB图、元器件布局图
设计课题电路原理图，见附录二；
设计课题电路的PCB图，见附录三；
设计课题电路的元器件布局图，见附录四；
2.3设计课题元器件清单
设计课题元器件清单如表2.1所示。
表2.1设计所用元器件清单
名称
数量
参数
电阻
5个
1K
共阳数码管
2个
4位一体
电阻
4个
4.7k
ISP下载口插座
1个
普通插座
1个
40PIN
电阻
8个
470
电阻
5个
200
按键
5个
插针
1排
40PIN
锁紧插座
1个
40PIN
驱动
一套
74ls245
USB供电接口及供电线
一套
晶振及其插座
一套
12MHz
电容
2个
30pF
极性电容
1个
22μF
排阻
1个
10K
芯片
1块
AT89S52
发光二极管
1个
六角开关
1个
电容
各1个
470μf、104P
铜柱（带螺母）
4个
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
设计课题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设计课题软件系统个模块功能简要介绍
本设计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设计课题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3.1所示；加1子程序如3.2所示；
中断服务程序程序如3.3所示；
键盘扫描子程序框图如3.4所示；
显示子程序框图如3.5所示；
图3.1主程序流程框图
图3.2加1子程序流程框图
图3.3中断子程序
图3.4键盘扫描子程序
图3.5显示子程序
3.4设计课题软件系统程序清单
设计课题软件系统程序清单，详见附录一。
4设计结论、仿真结果、误差分析、教学建议
4.1设计课题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设计课题的仿真结果
在ProteusISIS的Debug菜单中选择Execute，运行程序，系统仿真结果如图4.1与4.2所示。
实现功能：
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4.1“P.”运行状态仿真
图4.2时钟运行状态仿真
4.3设计课题的误差分析
该电子钟在运行中存在一定的误差，误差产生有三种可能，首先是采用的计时方案是软件计时的，计时优势利用中断来实现。
而当电子钟运行时间1秒时，又得去执行中断程序，这个过程是需要时间的，所以就产生了一定的误差，当然这个误差是避免不了的，其次还有硬件系统也有一定的影响。
第三，设计用到11.0592MHz的晶振，计算是满20次为一秒钟，但实际会慢很多。
4.4设计体会
本次课程设计，让我受益匪浅，认识到了自己的许多缺点和不足，使我深深的感受到了理论联系实际的必要性及其重要性。
在我们以往的学习过程中，我们刻意地去加强理论的基础，对于一个程序我们只求它在运行时没有出错，我们便以为我们的计划成功了岂不知它能否在硬件结构中得以实现则是另外一回事，这就要求我们的动手能力，如果无法使软件与硬件实现有机的结合，那么再好的程序也只是一堆废字符。
4.5教学建议
经过一个学期王韧老师教导的的单片机学习，我掌握了很多单片机学习的宝贵经验，尤其在编程的思路和PCB实物的制作上面。
编程思路是整个程序的灵魂，没有编程思路，程序就不会编出来，就失去了编程的意义。
在开始编程之前，想好编程的思路，编程能力才会提高，编程的过程才会顺畅，程序的质量才会提高。
在王韧老师的教学过程中，幽默轻松的教学方式常常让课堂气氛很活跃，幽默诙谐，授课内容条理清晰，经常运用各种实例，娓娓道来，给人印象深刻。
王老师在课堂上也十分注重和同学们的互动，经常会用一些亲身实践的经验为例，让同学们在基于事实的基础上更好的理解相关理论，充分做到了理论与实际的结合，既形象生动，又丰富有趣。
结合自己课堂的学习和单片机学习效果总结几点教学建议希望老师接纳：
1、每一位学生都要发展，但不必求一样的发展；每一位学生都要提高，但不必是同步的提高；每一位学生都要合格，但不必是相同的规格；
2、不能错过学生的“过错”；
3、学生不会说的，您鼓励他说；学生说不准的，您引导他说；
4、拒绝类似所谓经典的提问：
请课代表或班长起来回答问题；
5、千万不要用一个指头指学生，不管是用哪个指头，这让我们很伤自尊；
6、您对我们的评价，既不能“棒杀”学生，也不能“捧杀”学生。
参考文献
[1]代启化.基于Proteus的电路设计与仿真[J].现代电子技术.2006,第19期.
[2]刘文秀.单片机应用系统仿真的研究[J].现代电子技术.2005,第286期.
[3]曹巧媛.单片机原理及应用[M]，北京：
电子工业出版社，1997.7.
[4]张洪润.兰清华，单片机应用技术教程[M]，北京：
清华大学出版社，1997.11.
[5]DaiQiHua.Proteus-basedcircuitdesignandsimulation[J].Modernelectronic
technology.2006,No.19
[6]LiuWenXiu.MicrocontrollerApplicationSystemSimulation[J].Modernelectronic
technology.2005,No.286
[7]CaoQiaoYuan.MicrocontrollerTheoryandApplications[M],Beijing:
Electronic
IndustryPress,1997.7.
[8]ZhangHongrun,LanQinghua,MCUapplicationtechnologytutorial[M],Beijing:
TsinghuaUniversityPress,1997.11.
致谢
通过不断努力，终于完成了此次单片机的课程设计。
在此，首先感谢往韧老师，正是他在万忙之中还抽出宝贵的时间对我进行精心的指导，才使我顺利完成了此次单片机课程设计。
同时也感谢电子科技协会各位同学和老师对我提供的帮助。
使我在此次设计中学到了许多宝贵的知识和经验。
在此，衷心地感谢你们！
附录
附录1
;-------------------------------------------------------------------------
;本电子钟实现24小时制，8位数码管显示时分秒，可整点报时
;显示格式:
00-00-00（设置小时十位为0时，不显示）
;通过3只按键来调整时间
;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
;如果长按ADD_KEY或DEC_KEY，可进行调时、调分快进快减，并停止闪烁
;如果选中位是秒，则按增加键或减少键可实现，但无调时快进和快减功能
;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
;P2.1为蜂鸣器发声报时
;编程人:
郑振凡编写日期:
2009年12月2日修改日期（最终）:
2009年12月6日
;-------------------------------------------------------------------------
;-----------
;程序入口
;-----------
ORG 0000H;程序入口地址
LJMP START
ORG 000BH;定时器0中断入口地址
LJMP TIMET0
ORG 1000H
;----------------------------------
;显P.程序
;功能:
可以在8个数码闪烁移位进行屏保
;----------------------------------
START:
MOVR6,#2 ;闪烁次数
MOVA,#01H ;位选
TT:
MOVP3,A
MOVP0, #0CH ;段码"P."
LCALLDELAY
MOVP3, #00H
DJNZR6, TT
LCALLDELAY
LCALLDELAY1
RRA
JBP1.0, TT ;键是否按下，没按下则转移
LCALLDELAY ;延时去抖
JNBP1.0, KAI ;再次判断键是否按下
KAI:
SETBP1.0
CLR A ;状态恢复
MOVP0, #0FFH
LCALLDELAY1
SETB48H ;用于调时闪烁标志
SETB47H;用于产生脉冲用于调时快进的脉冲
MOVR1, #0;键功能标志：
0计时、1调时、2调分、3调秒
;-------------------------------
;清16位寄存器及初始化
;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
;-------------------------------
MOVR0,#50H ;初始化
MOVR6, #10H
CLEARJCQ:
MOV@R0, #00H ;清寄存器
INCR0
DJNZR6, CLEARJCQ
MOVIP, #02H
SETBEA
SETBET0
MOVTMOD, #01H;设定定时器0工作方式1
MOVTH0, #3CH
MOVTL0, #0B0H;赋定时初值，定时50ms
SETBTR0 ;启动定时器0
MOVSP, #70H;堆栈
;--------
;主程序
;--------
MAIN:
LCALLDISPLAY
LCALLKEY_SCAN
JZMAIN
LCALLSET_KEY
JB46H,MAIN;如果已进行调时快进，则不再执行下
面的调整
LCALLADD_KEY ;调用增加键处理子程序，加一
LCALLDEC_KEY
升级会员 