课程设计二_电子时钟.doc

课程设计(论文)说明书题 目： 电子时钟课程设计 院 （系）： 电子工程与自动化学院 专 业： 测控技术与仪器 学生姓名： 学 号： 09008 指导教师： 职 称： 2012年 12 月 27 日 摘要钟表作为一种定时工具被广泛的使用在生产生活的各方面。人类最初依靠太阳的角度来进行定时，所以受天气的影响比较大，为了克服依靠自然现象定时的缺点人们发明的机器钟表，电子钟表一系列的定时工具。而电子钟表具有价格便宜，质量轻，定时误差小等优点，被广泛的应用在生产，生活的各个方面。由于电子钟的能提供精确定时又被广泛的运用在测量之中。此电子钟采用单片机进行设计，8段数码通过单片机进行刷新显示。其设计的产品除了单片机之外没有用到其他集成块，使其成本可以大大降低，而其便于维修。成品可以被广泛的用于公共场所，匾额装饰，以及教学等方面。关键字: 电子时钟 ;51单片机; 数码管- 1 - 目录摘要- 1 -目录- 2 -第一章 课程设计题目描述和要求- 1 -第二章 方案的选择和论证- 1 -2.1系统总原理框图- 1 -2.2单片机芯片的选择方案和论证：- 1 -2.3显示器的选择- 2 -2.4计时部分的选择- 2 -第三章 硬件电路和软件的设计- 2 -3.1时钟电路- 2 -3.2 复位电路工作原理- 3 -3.3 键盘电路的设计- 3 -3.4 显示驱动电路- 4 -3.5蜂鸣器驱动电路- 4 -第四章 软件设计- 5 -4.1主程序模块- 5 -4.2子程序模块- 6 -第五章 组装与调试- 7 -5.1 使用的主要仪器和仪表- 8 -5.2 调试电路的方法与技巧- 8 -5.3 调试过程中出现的故障原因及排除方法- 8 -第六章 总结设计及调试体会- 8 -辞谢- 9 -参考文献- 10 -附录- 10 -程序代码- 10 -表1 元件清单- 18 -原理图- 19 -PCB- 20 -表2 M1，M0控制的四种工作模式- 21 - 2 - 第一章 课程设计题目描述和要求一.课程设计题目描述和要求:1、方案论证，确定总体电路原理图。 2、元器件选择，设计PCB图。3、绘制程序流程图，编写C语言源程序。4、安装调试，实现数字时钟的基本功能，即能正确显示时、分、秒；能显示年、月、日；可调整时间；秒闪功能。5、扩展功能：闹铃，倒计时等。 第二章 方案的选择和论证2.1系统总原理框图蜂鸣器 单片机模块驱动模块按键模块LED显示模块下载口晶振秒闪 图2.1 系统总框图2.2单片机芯片的选择方案和论证： 方案一: 采用89C51芯片作为硬件核心，采用Flash ROM，内部具有4KB ROM 存储空间,能于3V的超低压工作,而且与MCS-51系列单片机完全兼容,但是运用于电路设计中时由于不具备ISP在线编程技术, 当在对电路进行调试时，由于程序的错误修改或对程序的新增功能需要烧入程序时，对芯片的多次拔插会对芯片造成一定的损坏。 方案二:采用AT89S52,片内ROM全都采用Flash ROM；能以3V的超底压工作；同时也与MCS-51系列单片机完全该芯片内部存储器为8KB ROM 存储空间，同样具有89C51的功能，且具有在线编程可擦除技术，当在对电路进行调试时，由于程序的错误修改或对程序的新增功能需要烧入程序时，不需要对芯片多次拔插，所以不会对芯片造成损坏。所以选择采用AT89S52作为主控制系统.2.3显示器的选择方案一：液晶显示器。如果选择此方案，将会降低系统的功耗，这样就可以用电池供电，便于携带。但液晶显示器的驱动电路复杂，使用起来有一定的难度。方案二：用数码管作为显示器。数码管的驱动电路简单，使用方便，如果选择了此方案，那么在夜间看时间的时候就不需要有光源，非常方便。其缺点是功耗较大。由于数码管使用起来较为方便，在夜间看时间也很方便，因此我选择了方案二。2.4计时部分的选择可采用单片机自带的定时计数来实现计时部分。假设系统使用的晶振频率为12MHZ，即每个机器周期为1us。如使用方式1，则定时时间最长是2161us=65536us=65.536ms，小于1s。故必须设置一个软件计数单元，即假设定时器定时中断时间为50ms，则必须定时中断20次才达到1s并对秒计时单元加1，20即为软件计数次数。最后再把秒计时单元的值转成显示数码送显示缓冲区。时钟输出频率取决于振荡器频率和T2捕获重装载寄存器RCAP2H、RCAP2L的值。第三章 硬件电路和软件的设计3.1时钟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了，电容范围在20-40pF之间，这里连接的是30pF的电容。图3.1 时钟电路3.2 复位电路工作原理 图所示为复位电路原理图，复位是单片机的初始化操作，其主要功能是把PC初始化为0000H,使单片机从0000H单元开始执行程序，并使其它功能单元处于一个确定的初始状态。本复位电路采用的是按键复位，它是通过复位端经电阻与VCC电源接通而实现的，它兼具上电复位功能。 图3.2 复位电路3.3 键盘电路的设计键盘采用4个独立按键实现对时钟、闹钟、日期、倒计时的设定及修改.按键1,2,3,4分别与P1前四位相连。它软件是采用查询式结构，首先逐位查询每根I/O口线的输入状态，如某一根I/O口线输入为低电平，则可确认该I/O口线所对应的按键已按下，然后，再转向该键的功能处理程序。 图3.3功能按键电路图3.4 显示驱动电路由于通过数码管公共及的电流较大且避免烧毁LED，采用了一个470欧姆的8个电阻的排阻来限流，段码接P0口。用于动态扫描。首先P0口作为段码输出。由于P0口输出级无上拉电阻，故需添加一排阻为其上拉电阻。其次采用共阳极数码管。段码端为低电平时导通LED，此时数码管向89S52片P0口灌电流，为防止芯片烧坏，还需加1个1 K的限流电阻。考虑到数码管的亮度问题，采用了PNP三极管做驱动电路。基极接上1 K电阻后再与P2口相连（P2.0P2.3）进行位选。发射极接5V电源，集电极接数码管位选。图3.41段码驱动电路图图3.42位驱动电路图3.5蜂鸣器驱动电路蜂鸣器接P3.7口。由于使用的是有源蜂鸣器，代码的编写简单化了。只需对P3.7口清零与置位。其中电阻R1在电路里起分压限流的作用，PNP三极管起到模拟开关的作用。 图3.5蜂鸣器第四章 软件设计4.1主程序模块主程序主要用于系统初始化：设置计时缓冲区的位置及初值，T0、T2的工作方式、定时器的工作方式和计数初值等参数。主程序流程如下图所示。1)主程序流程图 开始 初始化及初赋值函数 键盘扫描子程序 选择显示状态 状态=0 状态=1 状态=2 状态=3 状态=4 时间函数闹铃函数日期函数年函数倒计时数码管扫描函数 响铃函数返回图4.1 主程序流程图4.2子程序模块 （1）计时、倒计时模块。即定时器0，2中断子程序，完成刷新计时，倒计时缓冲区的功能。 开始重装定时器初值循环次数减1否满20次？是秒单元加1否60s到？是秒单元清0，分单元加1否60分到？是分单元清0，时单元加1否24小时到？是时单元清0恢复现场返回 图4.21 计时程序流程图（2） 时间设置，日期设置、闹铃和倒计时设置函数的流程图由于篇幅有限，只给出时间设置函数流程图。其它函数可通过附录中程序代码详见。 开始 时间设置有效否 否 是 判断键值key=1 key=2 key=3设置加减返回图4.22时间设置流程图第五章 组装与调试5.1 使用的主要仪器和仪表本设计使用到的仪器仪表有：数字万用表。5.2 调试电路的方法与技巧制作好PCB电路板，在组装元器件前，用数字万用表检测电路板有无断线、短接线，确定所有的连接线完好无误后，再进行元器件的组装与焊接工作。根据电路原理图及PCB图组装焊接好电路后，再次用数字万用表检测有无因虚焊造成的断线或短接线，确定无误后，外接电源检测晶振是否起振，最后再编写简单的程序来测试显示、控制部分是否能正常工作。经过测试，整个系统的各个部分能正常工作，即硬件电路无错误。5.3 调试过程中出现的故障原因及排除方法1. 编写好完整的功能程序后下载到单片机中，然后观察验证电子时钟是否能达到预期功能，在此过程中发现电子时钟能够正常走时，说明电子时钟能够正常准确的计时，但是在调整改变显示的时间，年、月、日、星期时，其显示的数值不能带到预期要求，时、分和月、日之间不能正常进位，造成显示错误。（1）故障原因：用按键调整设定时间时没有考虑到进位的问题。（2）排除方法：在进行程序编写时，基本上是按照结构化程序设计、子程序化、模块化设计的，因此找到对应的模块进行修改即可。经过认真分析并加以修改后达到了预期的结果。至此，软件程序调试完毕，完成了电子时钟设计，并能实现其功能。 第六章 总结设计及调试体会硬件设计部分：首先要通过计算与参考资料等决定参数。而后通过仿真软件等调试，确定参数无误后再开始用Protel2009 画原理图，进而生成PCB进行布板。软件设计部分：设计软件首先要考虑要做的功能，确定出合理的算法。合理的算法不仅要可以实现功能，而且在添加功能的时候要方便灵活。有的人为了实现某种功能用了各种各样的方法来实现，结果程序结构吃死，当想要添加功能或者修改其他功能的时候，将修改程序大部分结构，也就是说要破坏程序现有的结构。关于调试：Keil软件调试单片机程序的时候，编译通过并不代表程序是正确的。编译通过只能说明程序没有语法上的错误。进行软件仿真或者下载到开发板上进行调试，经常会出现各种各样的错误。许多超出预期效果的现象往往是一些微小错误引起的。例如没有现场保护跟恢复现场等，所以养成良好的编程习惯也很重要。有些想达成某些功能而添加的语句，实际上确一点效果也没有。举个编程中的小问题：当有按键按下时，我们都要有软件防抖。正常的方法是调用一个延时。在实际调试中，要跳过这个抖动，需要100MS左右。如果使用正常的延时，会导致按键按下时CPU100MS内无法进行其他操作，也就是说。平均1S内100MS不调用显示子程序，这样就会导致亮度降低。这时候，考虑到显示子程序一次有十几毫秒，就特别写了一个调用7次显示的子程序来作为按键防抖的延时，实际上效果也是很不错的。这个想法就是在修改了多次程序未达到想要的效果（有按键按下时显示亮度不降低）后最终想出来的办法。最后在做完板，焊完电路后，在接通电源之前，要用万用表仔细检查电路是否有连接错，以免烧坏芯片和数码管。2周以来我认为：态度要积极，不要认为很简单就不紧不慢。很多东西并不是自己设想的那么顺利，有时候一个小问题可以花上你半天甚至一天的时间。虽然自己在程序上并没遇到太大的问题，但是因为态度不够积极，对于没画过的PCB图迟迟不去下手，在周四晚上才解决。本以为周五一天可以做完板并完成整机调试，可是各种突发事件让自己措手不及。发现板来不及做完后才将程序功能进行扩展。这是我在这次实验中的一个教训，也让我明白了对于自己不能太过于自信，态度决定一切。辞谢首先要感谢我的指导老师陈老师，他指引我论文的写作的方向和架构，并对本文初稿进行仔细批阅，指正出其中不当之处，使我有了思考的方向，他的循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪，他的严谨细致、一丝不苟的作风，将一直是我工作、学习中的榜样。通过此次的论文，我学到了很多知识，在论文的写作过程中，我不仅收集到了论文所需的资料数据，而且学到了很多书本上没有的知识。并且由原先的被动的接受知识转换为主动的寻求知识，我想这可以说是学习方法上的一个很大的突破。总之，此次论文的写作过程，我收获了很多，为大学四年划上了一个完美的句号，也为将来的人生之路做一个很好的铺垫。再次感谢我的大学和所有帮助过我并给我鼓励的老师和同学，谢谢你们！参考文献1李全利、迟荣强,单片机原理及接口技术M，北京：高等教育出版社，20042凌玉华，单片机原理及应用系统设计M,长沙：中南大学出版社，20063张毅刚，MCS-51单片机应用设计M，哈尔宾：哈尔宾工业大学出版社，19974胡汉才，单片机原理及应用M，北京：清华大学出版社，20045何立明，单片机应用系统设计M，北京：北京航空航天大学出版社，1990附录程序代码- 18 - #include #define uchar unsigned char#define uint unsigned int#define DispOFF 10;/显示关#define POINT 21;/显示小点#define F 22;#define H 23;#define M 24;#define N 25;#define O 26;sbit buzzer=P34;/蜂鸣器控制脚sbit led=P37; /leduchar T2Count;uint T0Count;uchar key,key_new,key_old,KeyPressTime;uchar status;uchar month,day,hour,min,sec,AlarmHr,AlarmMin;uchar LastDay;uchar AlmTime,AlmCount,DispTime;uchar CountHr,CountMin,CountSec,CountSetSta=0;uint year;bit TimeAdj,AlarmAdj,AlarmSta;bit adjust,DigiBit;/数码管显示代码uchar code LedCode=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,0xff, 0x40,0x79,0x24,0x30,0x19,0x12,0x02,0x78,0x00,0x10,0x7f, 0x8e,0x89,0xc8,0xab,0xa3 ;uchar Disp4;void LedScan(void);void KeyScan(void);void years(void);void date(void);void timer(void);void alarmClock(void);void CountDown(void);void ring(void);uchar DaysCount(void);void Init(void) TH2=0x3c;TL2=0xb0; RCAP2H=0x3c;RCAP2L=0xb0; EA=1;ET2=1; TR2=1; TMOD=0x01; ET0=1; P1=0xff; year=2011; month=1; day=1; hour=0; min=0; status=2; buzzer=1;/*主函数*/void main(void) Init(); while(1) KeyScan(); LastDay=DaysCount();switch(status)/显示状态 case 0:years();break;/显示年 case 1:date();break;/显示日期 case 2:timer();break;/显示时间 case 3:alarmClock();break;/显示闹钟时间 case 4:CountDown();break;/显示倒计时 LedScan(); ring(); /*定时器T0中断函数，用于倒计时*/void timer0(void) interrupt 1 using 2TH0=0x3c;/TH0 = (65536-50000) / 256 TL0=0xb0;/TL0 = (65536-50000) % 256 T0Count+; if(CountHr|CountMin|CountSec) if(T0Count=20) CountSec-;T0Count=0; if(CountSec=60) CountSec=59;CountMin-; if(CountMin=60) CountMin=59;CountHr-; if(T0Count=1200) TR0=0; T0Count=0;/*定时器T2中断函数，用于计时*/void timer2(void) interrupt 5 using 1 TF2=0;led=1; if(+T2Count=20) sec+;T2Count=0;led=0; if(!TimeAdj)/时间调整时，暂停计时 if(sec=60) min+;sec=0; if(min=60) hour+;min=0; if(hour=24) day+;hour=0; if(dayLastDay) month+;day=1; if(month12) year+;month=1;void delay(uchar x) uchar k; while(x-) for(k=0;k123;k+);/*数码管扫描显示函数*/void LedScan(void) uchar i; uchar temp=0x08; for(i=0;i=1;/LED显示位控制 delay(3);/延时 P2=0xff;/关显示 /*按键扫描程序*/void KeyScan(void) if(P1&0x0f)!=0x0f) /如果按下按键 if(KeyPressTime0)/延时 switch(P1|0xf0)/判断键值 case 0x01:key_new=1;break; case 0x02:key_new=2;break; case 0x04:key_new=3;break; case 0x08:key_new=4;break; KeyPressTime+;/按键时间加1 else/没有按键按下 key_new=0;/键值清零 KeyPressTime=0;/按键时间清零 if(key_new!=key_old)/前后两次键值不同 key=key_new;/键值等于本次键值 else/相同（按住按键未释放） key=0;/键值清零 if(KeyPressTime100)/按键时间大100，差不多1秒（作长按键处理） KeyPressTime-=30;/按键时间减30，当累加到100再次动作，相当于300毫秒按键一次， key=key_new;/得到本次键值 key_old=key_new; /记住本次键值/*计算本月有多少天*/uchar DaysCount(void)if(month=4|month=6|month=9|month=11) return 30;else if(month!=2) return 31;if(month=2) if(year%4=0&year%100!=0)|(year%400=0) return 29;/闰年 else return 28;/非闰年2月 /*年函数*/void years(void) if(adjust)/设置，调整年 switch(key)/处理按键case 1: year+;/年加1 break; case 2: year-;/年减1 break; case 3: adjust=0;/退出设置 DispTime=0; break; else if(key=2) status+;if(key=3) adjust=1;if(+DispTime=200) status=2; DispTime=0; Disp0=year/1000;/年份千位 Disp1=year/100%10;/年份百位 Disp2=year/10%10;/年份十位 Disp3=year%10;/年份个位 if(T2Count12) month=1; if(dayLastDay) day=1; break; case 2: if(DigiBit=0) month-; else day-; if(month=0) month=12; if(day=0) day=LastDay; break; case 3: DigiBit=DigiBit; if(DigiBit=0) adjust=0; DispTime=0; break; else if(key=1) status-;DispTime=0; if(key=2) status+;if(key=3) adjust=1;if(+DispTime=200) status=2; DispTime=0; Disp0=month/10; Disp1=month%10; Disp2=day/10; Disp3=day%10+11; if(T2Count=24) hour=23; if(min=60) min=59; break; case 3: DigiBit=DigiBit; if(DigiBit=0) sec=0; TR2=0; TH2=0x3c;TL2=0xb0; T2Count=0; TR2=1; TimeAdj=0; break; else if(key=1) status-;DispTime=0; if(key=2) status+;DispTime=80;if(key=3) TimeAdj=1; Disp0=hour/10; Disp1=hour%10; Disp2=min/10+11; Disp3=min%10+11; if(T2Count=10) if(TimeAdj) if(!DigiBit) Disp0=DispOFF; Disp1=DispOFF; else Disp2=POINT; Disp3=POINT; else Disp2=min/10; Disp3=min%10; /*闹钟函数*/void alarmClock(void)Disp0=AlarmHr/10; Disp1=AlarmHr%10; Disp2=AlarmMin/10+11; Disp3=AlarmMin%10+11; if(DispTime=24) AlarmHr=23; if(AlarmMin=60) AlarmMin=59; break; case 3: DigiBit=DigiBit; if(DigiBit=0) AlarmAdj=0; DispTime=80; break; if(T2Count=10) if(!DigiBit) Disp0=DispOFF; Disp1=DispOFF; else Disp2=POINT; Disp3=POINT; else if(key=1) status-; if(key=2) status+; DispTime=0;if(key=3) AlarmAdj=1;if(key=4)/闹钟开关按键if(DispTime100) CountHr=99; Disp0=H; Disp1=DispOFF; Disp2=CountHr/10; Disp3=CountHr%10; break; case 1:/设置倒数分钟 if(key=1) CountMin+; if(key=2) CountMin-; if(key=3) CountSetSta+; if(CountMin=60) CountMin=0; if(CountMin60) CountMin=59; Disp0=M; Disp1=DispOFF; Disp2=CountMin/10; Disp3=CountMin%10; break; case 2:/设置倒数秒 if(key=1) CountSec+; if(key=2) CountSec-; if(key=3) /设置键 if(CountHr|CountMin|CountSec)TH0=0x3c; TL0=0xb0; T0Count=0; TR0=1;/开始 CountSetSta=0; adjust=0; DispTime=0; if(CountSec=60) CountSec=0; if(CountSec60) CountSec=59; Disp0=5; Disp1=DispOFF; Disp2=CountSec/10; Disp3=