毕业设计数字时钟吕春杰

1、青岛农业大学海都学院 本科生毕业论文（设计）题 目： 单片机数字电子钟的设计 姓 名： 吕春杰 系 别： 工程系 专 业： 电气工程及其自动化技术 班 级： 13电气Z1 学 号： 201371016 指导教师： 李波 2015年6 月 19日摘 要新世纪以来，电子技术的应用获得了飞速的发展。社会的各个领域几乎都渗透了现代电子产品，大力地推动了社会生产力的发展和社会信息化程度的提高，同时也促进了现代电子产品性能进一步提高，提高了现代产品更新换代的节奏。现代人有句话叫时间等于金钱。因此时间的不准确会带来非常大的损失，而以数码管为显示器的时钟则展现出巨大的优势。数码管显示的简单易读、精确到秒的优势

2、是传统指针显示所不能比拟的，而且其小巧，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。在本次设计中，我们要使电路具有显示时间的其本功能，还可以实现对时间的可控的调整，另外，现代越来越多的产品需要定时启动，这都是数字电子钟为基础产生的应用，因此，研究数字钟及扩大其应用，有着非常现实的意义。关键字： 单片机 数码管AbstractSince the new century, the rapid development of electronic technology. Almost every field of

3、social penetration of the modern electronic products, and vigorously promote the development of social productive forces and social improvement in the level of information, but also makes the modern electronic products to further improve the performance,&

4、#160;the upgrading of productsare increasingly fast pace.Modern people have a saying: time is money. So the unaccurate time will bring great losses,and digital tube display clock will show great advantages. Digital display of simple, accurate to

5、 the second is the advantage of the traditional pointer display can not be compared, but its compact, low price, travel time and high precision, convenient use, multiple functions, easy integration and loved by the general consumer, so

6、 it has been widely used.In this design, we want to make the circuit has a display time of the this function, you can also realize the time adjustment, in addition, more and more products need timer start, this is the application of digital elec

7、tronic clock, based on the result, the digital clock and expand its application, has a very practical significance.Keywords: single chip digital tube目录一、 引 言11.1数字电子钟的背景11.2数字电子钟的应用11.3数字电子钟的意义1二、设计方案比较与选择22.1 方案的比较与选择22.2 AT89C52芯片设计思想3三、数字时钟的硬件设计33.1 AT89C52芯片展示3

8、3.2外围电路即时钟电路43.3复位、调时电路43.4 LED显示电路53.5数码管之间的硬件连接53.6数字钟的硬件图6四、数字时的钟软件设计74.1系统软件设计流程图74.1.1系统主程序图74.1.2按键处理设计流程图84.1.3定时器中断流程图94.2数字时钟系统程序104.2.1主程序104.2.2 时钟设置子程序114.2.3 定时器中断子程序114.2.4 LED显示程序114.2.5按键控制子程序13五、数字时钟的分析说明14六、结束语14参 考 文 献16III单片机数字电子钟的设计1、 引言1.1数字电子钟的背景 忘记了要做的事情，当事情不是很重要的时候，这种遗忘无伤大雅。

9、但是，一旦重要事情，一时的耽误可能酿成大祸。因此时间的重要性显而易见，而准确的时间更是人们所需要的。对于时钟的设计，从前必须由模拟电路或数字电路实现的大部分功能，而随着单片机的发展，现在基本用单片机通过软件方法来实现了。以软件代替硬件的微控制技术，是传统控制技术的一次革命。单片机的高性能和多品种方向发展趋势将是进一步向着CMOS化、低功耗、小体积、大容量、高性能、低价格和外围电路内装化等几个方面发展，而且单片机应用从根本上改变了传统的控制系统设计思想和设计方法。数字时钟作为单片机中一种最常见的模块，是一种采用数字电路的技术来实现时、分、秒计时的装置。与传统的机械式时钟相比，数字时钟具有更高的准

10、确性，直观性。数字时钟没有机械装置，所以不用担心机械的损耗与失灵问题，数字时钟具有更长的使用寿命，因此得到了广泛的使用。1.2数字电子钟的应用 在人们平常的生活中，数字时钟的使用是极其方便的，无论是在人们的生活学习，还是工作娱乐之中。我们有理由相信，在科技高速发展的今天，数字时钟的运用当今在电子工业和其他领域，一定会生产出代表中国科学水平的产品。我们希望数字时钟的精英们在提高制造技术水平中不断创新，培育出拥有自主知识产权的品牌，这正是中国数字时钟行业发展的希望。1.3数字电子钟的意义数字时钟在个人家庭、车站、 码头、办公室之类的场所应用极其广泛,已经成为人们日常生活中不可少的必需品。数字时钟的

11、小巧外形，低廉的价格、高精确度的走时，简单易懂的操作方式，这一系列的优点使得数字钟的受众人群远远超过了老式钟表。数字时钟方便了人们的生活，并且传统钟表只具备的单一报时功能也被极大的扩展了，比如，现在的定时自动报警、通断动力设备、自动起闭路灯、时间程序自动控制、按时自动打铃、定时广播、定时开关烘箱、甚至各种定时电气的自动启用，所有这些等等，都是以钟表数字化为基础应运而生的新新功能。可以说，我们研究数字时钟并扩大其应用范围，有着非常现实而又重大的意义。二、设计方案比较与选择2.1 方案的比较与选择本设计采用单片机控制设计，而后还要进行各个芯片的选择,主要有以下两种选择方案：方案一：高性能的CMOS

12、 8位单片机芯片AT89C51，该芯片内包括了4k bytes的只读程序存储器（ PEROM ），此存储器可反复擦写，128 bytes的随机存取数据存储器（RAM），32位的可编程I/O口线，6个中断源，两个16位定时/计数器，低功耗空闲和掉电模式，可编程串行UART通道。方案二:具备了单片机芯片AT89C51的所有功能与部件的单片机芯片AT89C52，此芯片还具有其他的优势，芯片AT89C52拥有8K bytes可反复擦写Flash闪速存储器空间，8个中断源，256*8 bytes内部存储器（RAM）。芯片AT89C52是本次设计所选择的芯片，由于芯片AT89C51可擦写的空间不够大，并且

13、中断源所提供的较小，而相对的方案二中的芯片AT89C52，他的不仅具备前者所有功能，而且还提供了8K bytes可反复擦写Flash闪速存储器空间，8个中断源，和256*8 bytes内部存储器（RAM），这就解决了可反复擦写的Flash闪速存储器的空间大小和中断源的不足的问题，避免了运行过程中可能出现的不必要问题，因此我们不选用芯片AT89C51，采用AT89C51芯片。2.2 AT89C52芯片设计思想图2-1 电路设计框图三、数字时钟的硬件设计数字时钟的硬件设计主要分为六个部分来考虑。分别是AT89C51单片机芯片，外围电路即时钟电路，复位、调时电路，LED显示电路，数码管之间的硬件连接

14、，数字钟的硬件图展示。3.1 AT89C52芯片展示图3-1 AT89C523.2外围电路即时钟电路外围电路采用12MHZ的石英晶体。这个电路主要由电容C1，电容C2和晶振Y1组成，图中的XTAL1为芯片内部振荡电路的输入端、XTAL2为芯片内部振荡电路的输出端。组成原理图如图3-2所示。图3-2 石英晶体多谐振荡器3.3复位、调时电路上电复位和按钮复位两种复位方式是单片机通常采用的。本次设计用的复位方式是按钮电平复位。当按下按钮左边第一个按钮秒进行复位，同理，当依次按下后面两个按钮，分别可以进行对分和时的复位功能。其原理图如图3-3所示。图3-3 复位、调时电路3.4 LED显示电路图3-4

15、 LED显示器的符号图显示电路中的LED数码管有共阳、共阴的区别。如图3-5所示，共阳式、共阴式的LED数码管原理图和符号。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3.5数码管之间的硬件连接LED显示器的显示控制方式，按驱动方式有两种显示方式，分别是静态显示方式、动态显示方式。对于多位LED显示器而言，本次设计是采用动态扫描的方法进行显示的，其硬件连接方式如下图：图3-6 数码管的硬件连接示意图3.6数字钟的硬件图进行仿真测试，采用软件PROTUES，根据设计的要求展示，在软件仿真中做出的数字电子钟的硬件图如下：图3-7  数字钟的硬件图数字时钟的工作原理 ： 数

16、字电子钟是一种将“时分秒”直观的显示给人观察的计时装置。数字时钟以二十四小时为一个运行周期，一个周期最终显示为23时59分59秒，另外还有复位、调试功能。因此，基本的数字时钟电路主要有以下三部分组成：显示器“时、“分”、“秒”以及单片机和复位、调试电路。将8个数码管的段选、位选分别接到单片机的P0口、P2口。启动工作之后，LED的数码管便按照数码管动态显示的工作原理工作，把标准秒信号送入采用以六十进制为计数器“秒单元”，当“秒单元”累计六十秒后发出一个“分脉冲”信号，此信号将作为“分单元”的时钟脉冲；同样的，“分单元”也是一个采用六十进制的计数器，也是每累计六十分钟，发出一个“时脉冲”信号，该

17、信号将被送到“时单元”，“时单元”是采用的不再是六十进制而是二十四进制的计时器，可实现对一天二十四小时的累计。LED显示电路将“时分秒”通过七段显示器显示出来。复位、调试电路用来对“时分秒”显示数字进行复位、调试的调整，每按一下秒按键秒单元就加1 ，每按一下分按键分就加1，每按一下时按键时就加1。四、数字时的钟软件设计数字时钟的系统软件设计是数字时钟设计总过程的重要的一步。在设计单片机软件系统的时候，要首先考虑此设计需要完成的实质性功能，做出符合逻辑要求的程序框图；其次，根据框图所设计的逻辑功能编写出符合要求的主程序、子程序。此次软件设计编写的程序是数字时钟主程序、时钟设置子程序、定时器中断子

18、程序、LED显示程序、按键控制子程序。4.1系统软件设计流程图4.1.1系统主程序图开始启动定时器按键检测时间显示图4-1 主程序流程图4.1.2按键处理设计流程图按键处理的步骤是，先检测秒按键是否按下，如果秒按键按下，秒就加1；如果没有按下，就检测分按键是否按下，如果分按果按下，则分就加1；如果没有按下，就检测时按键是否按下，如果时按键按下，则时就加1；如果没有按下，就把时间显示出来。下面是按键处理设计的流程框图：YYNYNY时加1显示时间结束开始秒按键按下？秒加1分按键按下？分加1时按键按下？图4-2  按键处理流程图4.1.3定时器中断流程图当定时器中断时，程序是先检测一秒信号

19、是否到，假设一秒信号如果到，则秒单元就加1；如果没到，程序就检测一分钟信号是否到，假设一分钟信号如果到，分单元就加1；如果没到，程序就检测一小时信号是否到，假设一小时信号如果到，时单元就加1；如果没到，则系统就显示时间。N24小时到？分单元清零，时单元加1NNNYY时单元清零时间显示中断返回开始一秒时间到？60秒时间到？60分钟到？秒单元加1秒单元清零，分单元加1YY图4-3 定时器中断流程图4.2数字时钟系统程序4.2.1主程序#include<reg52.h> sbit ksec=P30; sbit kmin=P31; sbit khour=P32; unsigned char

20、 secshi=0,secge=0,minshi=0,minge=0,hourshi=0,hourge=0; unsigned int num=0,sec=0,min=0,hour=0; unsigned char code table10=0x3f,0xxx,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f; void delay(unsigned int); void keyscan(); void display(); main()TMOD=0x01; TH0=(65536-50000)/256; TL0=(65536-50000)%256; EA=1;ET

21、0=1;TR0=1; while(1) display(); keyscan(); void delay(unsigned int z) unsigned int x,y; for(x=z;x>0;x-) for(y=110;y>0;y-);4.2.2 时钟设置子程序void time0() interrupt 1 num+; TH0=(65536-50000)/256; TL0=(65536-50000)%256; 4.2.3 定时器中断子程序void time0() interrupt 1 num+; TH0=(65536-50000)/256; TL0=(65536-5000

22、0)%256; 4.2.4 LED显示程序void display() if(num=20) num=0; sec+; if(sec=60) sec=0; min+; if(min=60) min=0; hour+; if(hour=24) hour=0; min=0; sec=0; secge=sec%10; secshi=sec/10; minge=min%10; minshi=min/10; hourge=hour%10; hourshi=hour/10; P2=0xfe; P0=tablesecge; delay(5); P2=0xfd; P0=tablesecshi; delay(5

23、); P2=0xfb; P0=0x40; delay(5); P2=0xf7; P0=tableminge; delay(5); P2=0xef; P0=tableminshi; delay(5); P2=0xdf; P0=0x40; delay(5); P2=0xbf; P0=tablehourge; delay(5); P2=0x7f; P0=tablehourshi; delay(5);4.2.5按键控制子程序void keyscan() if(ksec=0) delay(10); if(ksec=0) sec+; if(sec>=60) sec=0; while(ksec=0)

24、display(); if(kmin=0) delay(10); if(kmin=0) min+; if(min>=60) min=0; while(kmin=0) display(); if(khour=0) delay(10); if(khour=0) hour+; if(hour>=60) hour=0; while(khour=0) display(); 五、数字时钟的分析说明单片机应用系统的调试分为硬件与软件的调试，一般的方法是：排除明显的硬件故障，再进行综合调试，排除可能的软或硬件故障。分析数字时钟中产生的不准时的现象，通过研究推断本次设计的单片机电子钟系统中，导致误差

25、主要来源：第一，本应这一秒溢出却在下一秒溢出造成走时误差的定时器溢出误差；第二，晶体频率产生震荡，很容易产生走时误差的晶体频率误差；第三，延迟时间过长或过短，都会造成与基准时间产生偏差，造成走时误差的延迟误差。六、结束语在本次数字时钟设计系统过程中，我更加深刻了用Protel 画原理图和PCB图，我先查阅相关的书籍、设计了电路原理图、不断地仿真和反复的修改，终于使得电路中元器件的参数得到了可行的电路图。在此之后，最关键步骤的是在电路板上的调试工作，通过软硬件相结合将程序烧到硬件电路中，开始时工作比较顺利的达到了题目的要求，但当程序运行几个循环后错误便开始出现了：输出的波形比较紊乱，然后进行排查故障，检查出来硬件、软件都没有问题，再一次进行了调试还是失败了，于是通过查阅资料发现问题的出