毕业设计论文数字时钟显示电路模板.docx
《毕业设计论文数字时钟显示电路模板.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《毕业设计论文数字时钟显示电路模板.docx（30页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
毕业设计论文数字时钟显示电路模板
摘要
单片微型计算机简称单片机，它是把微型计算机的各个功能部件:
中央处理器CPU、随机存取存储器RAM、只读存储器ROM、I/O接口、定时器/计数器以及串行通信接口等待集成在一块芯片上，构成一个完整的微型计算机，故又把它称为单片微型计算机。
当今信息科技高速发展，使用方便、低成本电子设备已逐步成为我们日常生活中电子产品的主力军。
用软件代替硬件的电子设备能大大地节省成本，且有利于资源的节约，因此，以软代硬的设计必将成为我们现代设计的主流。
本毕业设计采用keil单片机编程软件和protues单片机仿真软件，进行编写整理和实时仿真完成。
关键字：
数字时钟显示C语言keilprotues
目录
摘要1
目录1
第一章绪论3
1.1数字电子钟的背景3
1.2数字电子钟的意义3
1.3数字电子钟的应用4
第二章整体设计方案4
2.1单片机的选择4
2.1.1多功能4
2.1.2高效率和高性能4
2.1.3低电压和低功耗5
2.1.4低价格5
2.2单片机的主要应用领域和特点5
2.2.1家用电器领域5
2.2.2办公自动化领域5
2.2.3商业应用领域5
2.2.4工业自动化6
2.2.5智能仪表与集成智能传感器6
2.2.6现代交通与航空航天领域6
2.3单片机的基本结构7
2.3.1中央处理器：
7
2.3.2数据存储器（RAM）7
2.3.3程序存储器（ROM）：
7
2.3.4定时/计数器（ROM）：
8
2.3.5并行输入输出（I/O）口：
8
2.3.6全双工串行口：
8
2.3.7中断系统：
8
第三章数字钟的硬件设计11
3.1单片机最小应用系统11
3.2LED显示电路13
3.3键盘控制电路15
第四章数字钟的软件设计16
4.1系统软件设计流程图16
4.2数字钟的原理图20
4.3主程序21
4.4时钟设置子程序22
4.5定时器中断子程序22
4.6LED显示程序23
4.7按键控制子程序25
第五章系统仿真26
5.1PROTUES软件介绍26
5.2电子钟系统PROTUES仿真26
第六章调试与功能说明27
6.1硬盘调试27
6.2系统性能测试与功能说明28
6.3系统时钟误差分析28
6.4软件调试问题及解决28
结束语29
致谢29
参考文献、资料索引30
第一章绪论
1.1数字电子钟的背景
电子钟有着很长的历史，从民国19年的电钟，研制始於60年代中期的国内电晶体、半导体管钟，到研制始於70年代末的石英电子钟，再到今天我们所用的智能电子钟。
以前的电子钟存在着很多缺点，其外观体积庞大，在功能上有死摆、走时时间不长、走时精确度不高等缺点。
如今无论是外观，还是在功能上，电子钟都有了很大的改进。
虽然世界绝大多数钟表都是中国制造，但钟表对于国内市场来说只是个小行业，2003年总盘子不过才100多亿，但不是没有前景。
近年来，市场在急剧膨胀。
根据国外的统计数据显示，发达国家人均一生拥有手表23块，发展中国家12块，而目前中国的城镇人口人均拥有量不多于6块，空间很大。
比如彩电一般是一个家庭一台，手表则是每人一块，但从销售量来看，光TCL一家公司两个月的彩电销量可以接近300万台，而我们手表每年总共才卖200多万只。
所以绝对不是市场潜力不够的问题，而是我们应该如何去做的问题。
1.2数字电子钟的意义
数字钟是采用数字电路实现对.时,分,秒.数字显示的计时装置,广泛用于个人家庭,车站,码头办公室等公共场所,成为人们日常生活中不可少的必需品,由于数字集成电路的发展和石英晶体振荡器的广泛应用,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。
诸如定时自动报警、按时自动打铃、时间程序自动控制、定时广播、自动起闭路灯、定时开关烘箱、通断动力设备、甚至各种定时电气的自动启用等，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，有着非常现实的意义。
1.3数字电子钟的应用
数字钟已成为人们日常生活中：
必不可少的必需品，广泛用于个人家庭以及车站、码头、剧场、办公室等公共场所，给人们的生活、学习、工作、娱乐带来极大的方便。
由于数字集成电路技术的发展和采用了先进的石英技术，使数字钟具有走时准确、性能稳定、携带方便等优点，它还用于计时、自动报时及自动控制等各个领域。
第二章整体设计方案
2.1单片机的选择
单片机微型计算机是微型计算机的一个重要分支，也是颇具生命力的机种。
单片机微型计算机简称单片机，特别适用于控制领域，故又称为微控制器。
通常，单片机由单块集成电路芯片构成，内部包含有计算机的基本功能部件：
中央处理器、存储器和I/O接口电路等。
因此，单片机只需要和适当的软件及外部设备相结合，便可成为一个单片机控制系统。
单片机经过1、2、3、3代的发展，正朝着多功能、高性能、低电压、低功耗、低价格、大存储容量、强I/O功能及较好的结构兼容性方向发展。
其发展趋势不外乎以下几个方面：
2.1.1多功能
单片机中尽可能地把所需要的存储器和I/O口都集成在一块芯片上，使得单片机可以实现更多的功能。
比如A/D、PWM、PCA（可编程计数器阵列）、WDT（监视定时器---看家狗）、高速I/O口及计数器的捕获/比较逻辑等。
有的单片机针对某一个应用领域，集成了相关的控制设备，以减少应用系统的芯片数量。
例如，有的芯片以51内核为核心，集成了USB控制器、SMARTCARD接口、MP3解码器、CAN或者I*I*C总线控制器等，LED、LCD或VFD显示驱动器也开始集成在8位单片机中。
2.1.2高效率和高性能
为了提高执行速度和执行效率，单片机开始使用RISC、流水线和DSP的设计技术，使单片机的性能有了明显的提高，表现为：
单片机的时钟频率得到提高；同样频率的单片机运行效率也有了很大的提升；由于集成度的提高，单片机的寻址能力、片内ROM（FLASH）和RAM的容量都突破了以往的数量和限制。
由于系统资源和系统复杂程度的增加，开始使用高级语言（如C语言）来开发单片机的程序。
使用高级语言可以降低开发难度，缩短开发周期，增强软件的可读性和可移植性，便于改进和扩充功能。
2.1.3低电压和低功耗
单片机的嵌入式应用决定了低电压和低功耗的特性十分重要。
由于CMOS等工艺的大量采用，很多单片机可以在更低的电压下工作（1.2V或0.9V），功耗已经降低到uA级。
这些特性使得单片机系统可以在更小电源的支持下工作更长的时间。
2.1.4低价格
单片机应用面广，使用数量大，带来的直接好处就是成本的降低。
目前世界各大公司为了提高竞争力，在提高单片机性能的同时，十分注意降低其产品的价格。
2.2单片机的主要应用领域和特点
2.2.1家用电器领域
用单片机控制系统取代传统的模拟和数字控制电路，使家用电器（如洗衣机、空调、冰箱、微波炉、和电视机等）功能更完善，更加智能化和易于使用。
2.2.2办公自动化领域
单片机作为嵌入式系统广泛应用于现代办公设备，如计算机的键盘、磁盘驱动、打印机、复印机、电话机和传真机等。
2.2.3商业应用领域
商业应用系统部分与家用和办公应用系统相似，但更加注重设备的稳定性、可靠性和安全性。
商用系统中广泛使用的电子计量仪器、收款机、条形码阅读器、安全监测系统、空气调节系统和冷冻保鲜系统等，都采用了单片机构成的专用系统。
与通用计算机相比，这些系统由于比较封闭，可以更有效地防止病毒和电磁干扰等，可靠性更高。
2.2.4工业自动化
在工业控制和机电一体化控制系统中，除了采用工控计算机外，很多都是以单片机为核心的单片机和多机系统。
2.2.5智能仪表与集成智能传感器
目前在各种电气测量仪表中普遍采用了单片机应用系统来代替传统的测量系统，使得测量系统具有存储、数据处理、查询及联网等智能功能。
将单片机和传感器相结合，可以构成新一代的智能传感器。
它将传感器变换后的物理量作进一步的变化和处理，使其成为数字信号，可以远距离传输并与计算机接口。
2.2.6现代交通与航空航天领域
通常应用于电子综合显示系统、动力监控系统、自动驾驶系统、通信系统以及运行监视系统等。
这些领域对体积、功耗、稳定性和实时性的要求往往比商用系统还要高，因此采用单片机系统更加重要。
目前，我国生产很多型号的单片机，在此，我们采用型号为AT89C51的单片机。
因为：
AT89C51是一个低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含4kbytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和128bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，内置功能强大的微型计算机的AT89C51提供了高性价比的解决方案。
AT89C51是一个低功耗高性能单片机，40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中断口，2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，STC89C51可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程。
其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本。
2.3单片机的基本结构
MCS-51单片机内部结构图
AT89C51单片机包含中央处理器、程序存储器（ROM）、数据存储器（RAM）、定时/计数器、并行接口、串行接口和中断系统等几大单元及数据总线、地址总线和控制总线等三大总线，现在我们分别加以说明：
2.3.1中央处理器：
中央处理器（CPU）是整个单片机的核心部件，是8位数据宽度的处理器，能处理8位二进制数据或代码，CPU负责控制、指挥和调度整个单元系统协调的工作，完成运算和控制输入输出功能等操作。
2.3.2数据存储器（RAM）
8051内部有128个8位用户数据存储单元和128个专用寄存器单元，它们是统一编址的，专用寄存器只能用于存放控制指令数据，用户只能访问，而不能用于存放用户数据，所以，用户能使用的RAM只有128个，可存放读写的数据，运算的中间结果或用户定义的字型表。
2.3.3程序存储器（ROM）：
8051共有4096个8位掩膜ROM，用于存放用户程序，原始数据或表格。
2.3.4定时/计数器（ROM）：
8051有两个16位的可编程定时/计数器，以实现定时或计数产生中断用于控制程序转向。
2.3.5并行输入输出（I/O）口：
8051共有4组8位I/O口（P0、P1、P2或P3），用于对外部数据的传输。
2.3.6全双工串行口：
8051内置一个全双工串行通信口，用于与其它设备间的串行数据传送，该串行口既可以用作异步通信收发器，也可以当同步移位器使用。
2.3.7中断系统：
8051具备较完善的中断功能，有两个外中断、两个定时/计数器中断和一个串行中断，可满足不同的控制要求，并具有2级的优先级别选择。
8051内置最高频率达12MHz的时钟电路，用于产生整个单片机运行的脉冲时序，但8051单片机需外置振荡电容。
单片机的结构有两种类型，一种是程序存储器和数据存储器分开的形式，即哈佛（Harvard）结构，另一种是采用通用计算机广泛使用的程序存储器与数据存储器合二为一的结构，即普林斯顿（Princeton）结构。
INTEL的MCS-51系列单片机采用的是哈佛结构的形式，而后续产品16位的MCS-96系列单片机则采用普林斯顿结构。
下图是MCS-51系列单片机的内部结构示意图。
图2-2MCS-51系列单片机的内部结构
MCS-51的引脚说明：
MCS-51系列单片机中的8031、8051及8751均采用40Pin封装的双列直接DIP结构，右图是它们的引脚配置，40个引脚中，正电源和地线两根，外置石英振荡器的时钟线两根，4组8位共32个I/O口，中断口线与P3口线复用。
现在我们对这些引脚的功能加以说明：
MCS-51的引脚说明：
MCS-51系列单片机中的8031、8051及8751均采用40Pin封装的双列直接DIP结构，右图是它们的引脚配置，40个引脚中，正电源和地线两根，外置石英振荡器的时钟线两根，4组8位共32个I/O口，中断口线与P3口线复用。
现在我们对这些引脚的功能加以说明：
图2-3单片机的引脚图
Pin9:
RESET/Vpd复位信号复用脚，当8051通电，时钟电路开始工作，在RESET引脚上出现24个时钟周期以上的高电平，系统即初始复位。
初始化后，程序计数器PC指向0000H，P0-P3输出口全部为高电平，堆栈指针写入07H，其它专用寄存器被清“0”。
RESET由高电平下降为低电平后，系统即从0000H地址开始执行程序。
然而，初始复位不改变RAM（包括工作寄存器R0-R7）的状态，8051的初始态。
8051的复位方式可以是自动复位，也可以是手动复位，见下图4。
此外，RESET/Vpd还是一复用脚，Vcc掉电其间，此脚可接上备用电源，以保证单片机内部RAM的数据不丢失。
图2-4上电自动和手动复位电路图
图2-5内部和外部时钟方式图
Pin30:
ALE/
当访问外部程序器时，ALE（地址锁存）的输出用于锁存地址的低位字节。
而访问内部程序存储器时，ALE端将有一个1/6时钟频率的正脉冲信号，这个信号可以用于识别单片机是否工作，也可以当作一个时钟向外输出。
更有一个特点，当访问外部程序存储器，ALE会跳过一个脉冲。
如果单片机是EPROM，在编程其间，
将用于输入编程脉冲。
Pin29:
当访问外部程序存储器时，此脚输出负脉冲选通信号，PC的16位地址数据将出现在P0和P2口上，外部程序存储器则把指令数据放到P0口上，由CPU读入并执行。
Pin31:
EA/Vpp程序存储器的内外部选通线，8051和8751单片机，内置有4kB的程序存储器，当EA为高电平并且程序地址小于4kB时，读取内部程序存储器指令数据，而超过4kB地址则读取外部指令数据。
如EA为低电平，则不管地址大小，一律读取外部程序存储器指令。
显然，对内部无程序存储器的8031,EA端必须接地。
第三章数字钟的硬件设计
3.1单片机最小应用系统
时钟电路和复位电路是单片机最小应用系统中必不可少的。
单片机时钟电路图，如图3-1所示:
XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。
该反向放大器可以配置为片内振荡器。
石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。
如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。
有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。
图3-1单片机时钟电路图
复位是使单片机或系统中的其他部件处于某种确定的初始状态。
单片机的工作就是从复位开始的，当在单片机的RST引脚引入高电平并保持2个机器周期时，单片机内部就执复位操作（若该引脚持续保持高电平，单片机就处于循环复位状态）。
实际应用中，复位操作有两种基本的形式：
一种是上电复位，另一种是上电与按键均有效的复位。
由于本次设计采用的是上电复位，所以这里只介绍上电复位，如下图3-3所示：
图3-3上电复位电路
上电复位要求接通电源后，单片机自动实现复位操作。
常用的上电复位如上图所示。
上电瞬间RST引脚获得高电平，随着电容C1的充电，RST引脚的高电平将逐渐下降
3.2LED显示电路
显示器普遍地用于直观地显示数字系统的运行状态和工作数据，按照材料及产品工艺，单片机应用系统中常用的显示器有：
发光二极管LED显示器、液晶LCD显示器、CRT显示器等。
LED显示器是现在最常用的显示器之一，如下图所示。
图3-4LED显示器的符号图
发光二极管（LED）由特殊的半导体材料砷化镓、磷砷化镓等制成，可以单独使用，也可以组装成分段式或点阵式LED显示器件（半导体显示器）。
分段式显示器（LED数码管）由7条线段围成8字型，每一段包含一个发光二极管。
外加正向电压时二极管导通，发出清晰的光。
只要按规律控制各发光段亮、灭，就可以显示各种字形或符号。
LED数码管有共阳、共阴之分。
图是共阳式、共阴式LED数码管的原理图和符号.
图3-5共阳式、共阴式LED数码管的原理图和数码管的符号图
显示电路显示模块需要实时显示当前的时间,即时、分、秒，因此需要6个数码管，另需两个数码管来显示横。
采用动态显示方式显示时间，硬件连接如下图所示，时的十位和个位分别显示在第一个和第二个数码管，分的十位和个位分别显示在第四个和第五个数码管，秒的十位和个位分别显示在第七个和第八个数码管，其余数码管显示横线。
LED显示器的显示控制方式按驱动方式可分成静态显示方式和动态显示方式两种。
对于多位LED显示器，通常
都是采用动态扫描的方法进行显示，其硬件连接方式如下图所示。
图3-6数码管的硬件连接示意图
数码管使用条件：
a、段及小数点上加限流电阻
b、使用电压：
段：
根据发光颜色决定；小数点：
根据发光颜色决定
c、使用电流：
静态：
总电流80mA（每段10mA）；动态：
平均电流4-5mA峰值电流100mA
数码管使用注意事项说明：
（１）数码管表面不要用手触摸，不要用手去弄引角；
（２）焊接温度：
２６０度；焊接时间：
５Ｓ
（３）表面有保护膜的产品,可以在使用前撕下来。
3.3键盘控制电路
该设计需要校对时间，所以用三个按键来实现。
按khour来调节小时的时间，按kmin来调节分针的时间，按ksec来调节秒的时间。
下图是按键硬件连接图。
图3-7按键控制电路的硬件连接图
当用手按下一个键时，如图3-8所示，往往按键在闭合位置和断开位置之间跳几下才稳定到闭合状态的情况；在释放一个键时，也回会出现类似的情况。
这就是抖动。
抖动的持续时间随键盘材料和操作员而异，不过通常总是不大于10ms。
很容易想到，抖动问题不解决就会引起对闭合键的识别。
用软件方法可以很容易地解决抖动问题，这就是通过延迟10ms来等待抖动消失，这之后，在读入键盘码。
图3-8按键抖动信号波形
第四章数字钟的软件设计
系统的软件设计也是工具系统功能的设计。
单片机软件的设计主要包括执行软件（完成各种实质性功能）的设计和监控软件的设计。
单片机的软件设计通常要考虑以下几个方面的问题：
（1）根据软件功能要求，将系统软件划分为若干个相对独立的部分，设计出合理的总体结构，使软件开发清晰、简洁和流程合理；
（2）培养良好的编程风格，如考虑结构化程序设计、实行模块化、子程序化。
既便于调试、链接，又便于移植和修改；
（3）建立正确的数学模型，通过仿真提高系统的性能，并选取合适的参数；
（4）绘制程序流程图；
（5）合理分配系统资源；
（6）为程序加入注释，提高可读性，实施软件工程；
（7）注意软件的抗干扰设计，提高系统的可靠性。
4.1系统软件设计流程图
这次的数字电子钟设计用到很多子程序，它们的流程图如下所示
图4-1主程序流程图
主程序是先开始，然后启动定时器，定时器启动后在进行按键检测，检测完后，就可以显示时间。
按键处理是先检测秒按键是否按下，秒按键如果按下，秒就加1；如果没有按下，就检测分按键是否按下，分按键如果按下，分就加1；如果没有按下，就检测时按键是否按下，时按键如果按下，时就加1；如果没有按下，就把时间显示出来。
图4-2按键处理流程图
定时器中断时是先检测1秒是否到，1秒如果到，秒单元就加1；如果没到，就检测1分钟是否到，1分钟如果到，分单元就加1；如果没到，就检测1小时是否到，1小时如果到，时单元就加1，如果没到，就显示时间。
图4-3定时器中断流程图
时间显示是先秒个位计算显示，然后是秒十位计算显示，再是分个位计算显示，再然后是分十位显示，再就是时个位计算显示，最后是时十位显示。
图4-4时间显示流程图
4.2数字钟的原理图
用PROTUES软件，根据要求画出数字电子钟的原理图如下所示。
图4-5数字钟的原理图
在此有必要介绍一下数字电子钟的工作原理。
工作原理：
数字电子钟是一个将“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，另外还有校时功能。
因此，一个基本的数字钟电路主要由显示器“时”，“分”，“秒”和单片机，还有校时电路组成。
8个数码管的段选接到单片机的P0口，位选接到单片机的P2口。
数码管按照数码管动态显示的工作原理工作，将标准秒信号送入“秒单元”，“秒单元”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“分单元”的时钟脉冲。
“分单元”也采用60进制计数器，每累计60分钟，发出一个“时脉冲”信号，该信号将被送到“时单元”。
“时单元”采用24进制计时器，可实现对一天24小时的累计。
显示电路将“时”、“分”、“秒”通过七段显示器显示出来。
校时电路时用来对“时”、“分”、“秒”显示数字进行校对调整，按一下ksec,秒单元就加1，按一下kmin,分就加1，按一下khour，时就加1。
4.3主程序
#include
sbitksec=P3^0;
sbitkmin=P3^1;
sbitkhour=P3^2;
unsignedcharsecshi=0,secge=0,minshi=0,minge=0,hourshi=0,hourge=0;
unsignedintnum=0,sec=0,min=0,hour=0;
unsignedcharcodetable[10]={0x3f,0x03,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f};
voiddelay（unsignedint）;
voidkeyscan（）;
voiddisplay（）;
main（）
{TMOD=0x01;
TH0=（65536-50000）/256;
TL0=（65536-50000）%256;
EA=1;ET0=1;TR0=1;
while
（1）
{display（）;
keyscan（）;
}
}
voiddelay（unsignedintz）
{unsignedintx,y;
for（x=z;x>0;x--）
for（y=110;y>0;y--）;}
4.4时钟设置子程序
voidtime0（）interrupt1
{num++;
TH0=（65536-50000）/256;
TL0=（65536-50000）%256;
}
4.5定时器中断子程序
voidtime0（）interrupt1
{num++;
TH0=（65536-50000）/256;
TL0=（65536-50000）%256;
}
在这里，我们有必要介绍一下单片机的中断系统，以利于我们的学习。
中断技术在单片系统中有着十分重要的作用，它不仅可以提高单片机CPU的效率，也可以对突发事件处理。
所谓中断就是当CPU正在执行程序A时，发生了另一个急需处理的事件B，这是CPU暂停当前执行的程序A，立即转去执行处理事件B的程序，处理完事件B后，再返回到程序A继续执行，这个过程被叫做中断。
关于中断的概念有下列几个名词：
（1）程序A称为主程序，
（2）处理事件B的程序称为中断服务程序，（3）主程序中转向中断服务程序的地方称为断点，（4）引起中断的原因即事件B称为中
升级会员 