单片机课程设计数字电子钟

单片机技术课程设计说明书数字电子钟院 、 部： 电气与信息工程学院 学生姓名： 卢卓然 指导教师： 凌云 职称 讲师 专 业： 电子信息工程 班 级： 电子 1201 完成时间： 2014.12 I摘 要电子钟在生活中应用非常广泛，而一种简单方便的数字电子钟则更能受到人们的欢迎。所以设计一个简易数字电子钟很有必要。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 K1、K2、K3和 K4 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、运行稳定等优点。随着人们生活环境的不断改善和美化，在许多场合可以看到数字电子钟，所以其极具有推广价值。学习了单片机技术以后，利用扩展单片机并行 I/O 口技术，连接 LED 数码管显示，接按钮控制，利用单片机芯片编程实现电子钟和秒表功能。关键词 ：电子钟；AT89S52；硬件设计；软件设计II目 录1 设计要求和方案选择1 1.1 设计课题任务 1 1.2 功能要求说明 11.3 方案选择 22 设计课题硬件系统的设计32.1 设计课题硬件系统各模块功能简要介绍 32.2 设计课题电路原理图和 PCB 图 32.3 设计课题元器件清单 43 设计课题软件系统的设计63.1 设计课题使用单片机资源的情况 63.2 设计课题软件系统各模块功能简要介绍 63.3 设计课题软件系统程序流程框图 64 设计结论、仿真结果、误差分析、教学建议 104.1 设计课题的设计结论及使用说明104.2 设计课题的仿真结果104.3 设计课题的误差分析114.4 设计体会114.5 教学建议11结束语12致谢14参考文献15附录1511 设计要求和方案选择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 方案选择针对要实现的功能，拟采用AT89S52单片机进行设计。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。本电子钟设计时间分配比较均匀。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。第六部分是硬件实现部分：连接电路并导入程序检查电路，若与设计的完全一样一般能实现想要的功能。最后进行功能扩展，本设计加进了日期显示与调整功能。这部分主要介绍工作安排和整体设计的思想。工作过程规划如下：2熟悉硬件 了解各引脚功能 分块设计各部分电路将分块的电路组合认真学习单片机汇编语言完成整体电路图确定变成结构和思路综合各程序完成整体程序 编辑各个程序模块用 Proteus 画出电路图调试程序，进行修改对仿真中出现的问题改正画出仿真图进行仿真准备器件、搭接电路仿真成功软硬件结合，完成要求 验证硬件电路成功进行扩展图 1 整体设计思路32 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 MCS-51 系列单片机；复位电路；晶振电路。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 个复位键，单片机接通电源后，利用按键复位完成复位操作。 ，K1 键控制电子钟的启动调整状态，做正常走时状态时 K2 为电子钟时调整键，K3 为电子钟分调整键，K4 键为电子钟秒调整键，当作为闹钟调整状态时 K4 键为闹钟启动/关闭，K2 为闹钟时调整键，K3为闹钟分调整键。K1、K2、K3，K4 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 位字符，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。数码管用 8 个 PNP 三极管驱动。（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和 PCB 图数字电子钟原理图如下：4图 2 原理图数字电子钟 PCB 图如下：图 3 PCB 图2.3 设计课题元器件清单设计课题元器件清单如表 1 所示：5表 1 元器件清单序 号 型号与规格 大小 数量 备注1） 双面板 1 块 2 数码管 2 个 3 蜂鸣器 1 个 4 电阻 200 1 个 5 电阻 1K 4 个 6 电阻 470 8 个 7 电阻 6.8K 1 个 8 瓷片电容 33pF 2 个 9 电解电容 22F 2 个 10 按键 10 个 11 发光二极管 9 个 12 AT89S52 单片机 40P 1 个 13 AT89S52 锁紧座 40P 1 个 14 晶振 12MHz 1 个 15 三极管 9012 1 个 16 六角开关 1 个 17 短路帽 3 个 63 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 口输出数码管段控信号，P2 口输出数码管位控信号；晶振 12MHz；时间调整开关键 K1：P1.0；通过 K1 切换电子钟走时/暂停；时调整键 K2：P1.1；按一次使电子钟时加 1；分调整键 K3：P1.2；按一次使电子钟分加 1;秒调整键 K4:P1.3按一次使电子钟秒加 1/闹钟开启或关闭；蜂鸣器接：P3.1；整点和闹钟时间到时蜂鸣器报时；28H-36H；9 个寄存器单元作为显示单元； 28H 闹铃小时缓冲区；29H 闹铃分钟缓冲区；30H 位选通控制位； 31H 显示位数计数器；32H 走时小时缓冲区；33H 走时分钟缓冲区；34H 走时秒缓冲区； 35H 定时器中断次数计数器；36H 显示缓冲区首地址。3.2 设计课题软件系统各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按模块化方式进行设计,然后通过 Keil 软件开发平将程序转变成十六进制程序语言，接着使用 Proteus 进行仿真，读出显示数据。7开始时分秒 赋 初值调用定时 器T 0 , T 1初始化子程序调用走时转换子程序判断K 1 是 否按下调用按 键 处理程序是调用闹钟检查及处理子程序判断K 4 是 否按下否判断闹钟 标志位调用蜂 鸣 器响程序为0调用三 次 蜂鸣器响程 序为1图 4 主程序流程图先给时分秒赋初值，再调用定时器 T0 和 T1，给子程序初始化，调用后转换子程序，再调用闹钟检查同时处理子程序，然后判断 K1 是否按下，按下则调用按键处理程序，没按下则判断闹钟标志位，标志位为