毕业设计（论文）-基于单片机的多功能数字电子钟设计.docVIP

xxxxxx 毕业设计 i xxxxxxxxxxxxxx 毕毕业业设设计计 题题 目目 基于基于单单片机的多功能数字片机的多功能数字电电子子钟钟 姓姓 名名 xxx 学学 号号 xxx 专业专业班班级级 xxx 分分 院院 xxx 指指导导教教师师 xxxx 年年 xxx 月月 xxx 日日 xxxxxx 毕业设计 ii 摘摘 要要 多功能数字钟的应用非常普遍，由单片机作为数字钟的核心控制器，通过它的时钟信 号进行实现计时功能，将其时间数据经单片机输出，利用显示器显示出来。通过键盘可 以进行校时、定时等功能。输出设备显示器可以用液晶显示技术和数码管来显示技术。 本系统利用单片机实现具有计时、校时等功能的数字时钟，是以单片机 at89c51 为 核心元件同时采用 led 数码管显示器动态显示“时” ， “分” ， “秒”的现代计时装置。另 外具有校时功能，秒表功能，和定时器功能，利用单片机实现的数字时钟具有编程灵活， 便于功能的扩充等优点。 简要介绍了 led 显示的发展状况和其所特有的优势，简述了该系统中一些重要芯片 的基本工作原理，着重论述了硬件线路各个模块的设计思想。数码管与单片机的接口采 用动态显示技术，利用了时钟芯片的系统自带电池功能来实现断电时保存一些重要数据， 以便来电时正确显示信息的功能。 模块化的设计和调试方法在整个课题研究过程中至关重要，事实上在任何设计中也同样 关键和有效。 关键词：关键词：数字钟系统 单片机 led 液晶显示器 xxxxxx 毕业设计 iii abstract multi-function digital clock in the application is already very common. scm as a digital clock from the core controller, it can achieve the clock signal timing, its time data by the mcu output, use of monitors displayed. keyboard can be carried out at the school, timing, and other functions. output devices can be used liquid crystal display monitors and digital technology to display the technology. the system uses mcu with time, the school features such as the digital clock, scm at89c51 is also used as the core components of the led digital display dynamic display “when“ and “points“ and “seconds“ of the modern time device .in addition a school function, stopwatch function, and the timer function to achieve mcu use of the digital clock with programming flexibility to facilitate the expansion of functional advantages. this paper gives a general description of development situation of led display and advantages of led products as display .it also introduces the basic functions of some relative vital chips briefly . solutions of the key parts are also introduced with particular description. dynamic display interface between led display and mcu are used .it also can save some important data at the moment of power-off by making use of rtc chips system self-contained battery in order to make sure accurate information are present whenever power-on. modularized design and debug are most important in the whole course of the topic research. in fact, it is as well as vital and effective in any other design course. keywords: digital clock system scm led lcd monitor xxxxxx 毕业设计 iv 目目 录录 1 引言.1 1.1 选题的目的和意义.1 1.2 主要技术的背景.1 1.2.1 发展历史.1 1.2.2 现状.2 1.2.3 发展趋势.2 2 系统总体设计方案.4 2.1 系统功能实现总体设计思路 .4 2.2 led 显示器 .5 2.2.1 led 显示器的结构 .5 2.2.2 led 的接线形式 .6 2.3 at89c51 简介 .6 2.3.1 at89c51 主要性能参数 .7 2.3.2 at89c51 单片机的功能特性概述 .7 2.4 各部分功能实现 10 2.5 系统工作原理 10 2.6 时钟各功能分析及图解11 2.6.1 电路各功能图解分析 11 2.6.2 电路功能使用说明 13 3 软件总体设计方案14 3.1 主程序流程图14 3.2 总中断程序流程14 4 仿真结果分析.19 结束语20 致 谢22 参考文献23 附 录24 xxxxxx 毕业设计 1 1 1 引言引言 1.11.1 选题的目的和意义选题的目的和意义 随着生活水平的提高，人们越来越追求人性化的事物，传统的时钟已不能满足人们 的需求。现代的数字钟不仅需要数字电路技术而且需要模拟电路技术和单片机技术，增 加数字钟的功能。利用软件编程尽量做到硬件电路简单稳定，减小电磁干扰和其他环境 干扰,减小因元器件精度不够引起的误差，但是数字钟还是可以改进和提高如选用更精 密的元器件。但与机械式时钟相比已经具有更高的准确性和直观性，且无机械装置，具 有更长的使用寿命，因此得到了广泛的使用 数字钟通过数字电路实现时,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。 在此次设计中我们将用到集成电路 。集成电路是一种微型电子器件，采用一定的工 艺将包含三极管、二极管、电阻、电容等元件及其相互连线的整个电路，集中制造在一 个或几个很小的半导体晶片或介质基片上，再经引线和封装，成为具有所需功能的微型 结构。每片芯片（半导体晶片或介质基片）集成的元件数叫做集成度，小规模集成电路 的集成度是 1100，中规模集成电路的集成度是 1001000，大规模集成电路的集成 度是 100010 万，超大规模集成电路的集成度是 10 万100 万，极大规模集成电路的 集成度大于 100 万。 集成电路具有体积小、引出线和焊接点少、寿命长、成本低、可靠性高、性能好等 优点，广泛应用于电子计算机、通讯设备、导弹、雷达、人造卫星和各种遥控、遥测设 备中。 1.21.2 主要技术的背景主要技术的背景 1.2.11.2.1 发展历史发展历史 集成电路是信息产业和高新技术的核心 ，是推动国民经济和社会信息化的关键技术。 xxxxxx 毕业设计 2 集成电路的产业规模和技术水平已成为国家综合国力的一个重要标志。 集成电路是随着计算机技术的发展而不断进步 ，1946 年 2 月 15 日世界上第一台通 用电子数字计算机使用了 18000 个电子管，1500 个继电器以及其他器件，安装在面积 为 9*15 平方米的室内。在 20 世纪 50 年代中期第二代电子计算机问世 ，它是以晶体管 代替了电子管，此时第一个集成电路诞生了 ，它包括一个晶体管、两个电阻和一个电 阻、电容的组合.后来集成电路工艺日趋完善 ，大部分电路元件都已经以集成电路的形 式出现，甚至在约 1 平方厘米的芯片上，就可以集成上百万个电子元件 1。在 1967 年 和 1977 年，分别出现了大规模集成电路和超大规模集成电路 ，不断的完善和改进计算 机的性能与规模。但我国集成电路相对于世界先进水平存在一定的差距 ，所以有发展 本国集成电路的需要。 1.2.21.2.2 现状现状 现在我国集成电路产业已经经过 30 多年的发展现已形成了近百家的产业规模，其 中具备一定设计规模的单位有 20 多家，其中北京华大、大唐、深圳华威和无锡矽科四 家设计公司的销售额超过了 1 亿元。 2000 年，我国集成电路总产量为 58.80 亿块，销 售额近 200 亿元，产量和销售额分别比 1999 年增长 50.3%和 75%。并且集成电路芯片 目前主要采用 56 英寸硅片、0.81 微米技术 ，大部分设计公司的技术水平在 0.80.5 微米之间，最高设计水平可达 0.35 微米。不少设计公司可以设计上万门的集 成电路产品，而北京华大和深圳华威最高可设计 80 万门的电路。目前国内的通信芯片 行业取得了突破性进展，例如南京东南大学射频与光电集成电路研究所设计的第一批芯 片已成功通过测试，其中的 3 个芯片还达到世界先进水平，填补了我国高速 cmos 集成 电路设计的技术空白，在此基础上开发出的实用产品可以打入光纤通信接口设备市场。 多家外国著名公司也纷纷在中国建立起集成电路设计公司 。 1.2.31.2.3 发展趋势发展趋势 中国发展集成电路的主要目标为：达到大规模生产 150mm 和 0.8 微米的技术水平； 200mm 和 0.5 微米的制造技术的产业化；提高集成电路的设计能力以满足市场需求；跟 踪 0.30.4 微米和先进封装技术的研发；开发 200mm 的硅片制造技术并在国内开始生 产等。未来 10 年是我国微电子产业发展的关键时期。重点要推进超大规模集成电路和 新技术的产业化。 我国集成电路市场潜力巨大 ， 是因为近年来因特网持续爆炸式增长、移动通信终 xxxxxx 毕业设计 3 端设备市场的迅猛发展，以及数码相机、手持电脑等电子产品市场的兴旺，尤其是移动 通信业的高速发展成为推动半导体产业新一轮发展的强大动力。信息产业的高速发展， 为集成电路产业提供了巨大的市场空间 。 未来几年，我国集成电路市场需求主要来自以下几个方面： 1.通信运营业的高速发展对集成电路提出新的需 ； 2.国民经济和社会信息化建设给电子信息制造业创造了一个新市场 ; 3.随着我国经济结构的战略性调整，传统产业改造升级，提高设计和制造水平推进 机电一体化，为各行业提供先进和成套的技术准备，又会给集成电路产业带来新的市场。 综观中国集成电路的设计概况，可以看到从 20 世纪 80 年代末开始，经过 90 年代 初的创业期，现正进入它的发展期， 21 世纪将是中国设计业的成熟期。 xxxxxx 毕业设计 4 2 2 系统总体设计方案系统总体设计方案 本次设计时钟电路，使用了 at89c51 单片机芯片控制电路，单片机控制电路简单且 省去了很多复杂的线路，使得电路简明易懂，使用键盘键上的按键来调整时钟的时、分、 秒，用一扬声器来进行定时提醒，同时使用 c 语言程序来控制整个时钟显示，使得编程 变得更容易，这样通过四个模块：键盘、芯片、扬声器、显示屏即可满足设计要求。 2.12.1 系统功能实现总体设计思路系统功能实现总体设计思路 本系统可模拟电子时钟，实现时钟，秒表，校时功能，主从 cpu 数据处理、键盘控 制与数据显示。主控系统能响应按键，并对其进行相应的处理，再把其对应的结果数据 在数码管 led 上显示。 具体设计基本任务是： 1用 led 数码管显示时间，且能显示时、分、秒的 24 小时制的数字钟。 2具有校时功能，具体方法：设置三个按钮，其中两个按钮分别对“时” 、 “分”进 行校时，另一个按钮则实现对“秒”位清零。 此设计原理框图如图 2.1 所示。 方案一 1计时用的“秒”脉冲信号可用实验板中提供的 800hz 分频产生。800hz 信号同时 作为动态扫描显示电路的时钟信号。 2时、分校时控制，当校时按钮按下时，可对时、分计数器 cp 端输入秒脉冲来加速 计数速度来达到校时目的。 方案二 1.用单片机定时器中断原理实现数码管动态 10ms 循环扫描，同时完成计数功能，并 经过多次中断产生“秒”信号。 闹铃电路 数码管显示 键盘控制区 at89c51 芯片 图 2.1 设计原理框图 xxxxxx 毕业设计 5 2.可控制按键实现时，分，秒加一，减一功能。 考虑到设计硬件简单原则，利用单片机实现的数字时钟具有编程灵活，便于功能的扩 充等优点，故本设计采用方案二。 详细元器件列表如表 2.1 所示： 表 2.1 详细元器件列表 at89c511 片 7seg-mpx8-ca-blue 八位数码管1 片 npn 三极管1 个 104p 电容6 个 30p 电容2 个 10k 电阻6 个 560 欧姆电阻8 个 200 欧姆电阻1 个 100 欧姆电阻6 个 2.22.2 ledled 显示器显示器 led 就是 light emitting diode ，发光二极管的英文缩写。它是一种通过控制半导 体发光二极管的显示方式，用来显示文字、图形、图像、动画、行情、视频、录像信 号等各种信息的显示屏幕。 led 的技术进步是扩大市场需求及应用的最大推动力。最初，led 只是作为微 型指示灯，在计算机、音响和录像机等高档设备中应用，随着大规模集成电路和计算 机技术的不断进步， led 显示器正在迅速崛起，近年来逐渐扩展到证券行情股票机、 数码相机、 pda 以及手机领域。 led 显示器集微电子技术、计算机技术、信息处理于一体，以其色彩鲜艳、动态 范围广、亮度高、寿命长、工作稳定可靠等优点，成为最具优势的新一代显示媒体， 目前，led 显示器已广泛应用于大型广场、商业广告、体育场馆、信息传播、新闻发 布、证券交易等，可以满足不同环境的需要。 2.2.12.2.1 ledled 显示器的结构显示器的结构 led 显示块是发光二极管显示字段的显示器件。在单片机应用系统中通常使用的是 七段 led。七段 led 内部由 7 个条形发光二极管和一个圆点发光二极管组成。 xxxxxx 毕业设计 6 本设计中采用的是 7seg-mpx8-ca-blue 八位数码管，该数码管为蓝色数码管，每 一段数码管内部相当于有一个蓝色发光二极管。发光二极管具有单向导电性，只有当外 加的正向电压使得正向电流足够大时才发光，它的开启电压比普通二极管的大，红色的 在 1.8v2.2v 之间，绿色的约为 2v。正向电流越大，发光越强。内部结构如图 2.2 所示。 2.2.22.2.2 ledled 的接线形式的接线形式 根据内部发光二极管的接线形式分成共阴极型（公共点接地）和共阳极型（公共点 接电源） 。计算机与七段显示器的接口，分成静态显示接口和动态显示接口。静态接口 是每个七段显示器单独用一组寄存器控制，将其公共点接地。动态接口使用两组寄存器。 几个显示器的七段用一组寄存器控制，该寄存器称作段选寄存器。另一组寄存器控制这 几个七段显示器的公共点，控制这几个显示器逐个循环点亮。适当选择循环速度，利用 人眼“视觉暂留”效应，使看上去好像这几个七段显示器同时在显示一样。控制公共点 的寄存器称为位选寄存器。 本次设计中采用共阳极型接法，公共级通过一个 pnp 三极管与12v 的电源相连。 接口采用动态显示。 2.32.3 at89c51at89c51 简介简介 at89c51 是美国 atmel 公司生产的低电压、高性能的 cmos 8 位单片机，片内含 8k bytes 的可反复擦写的只读程序存储器（ perom）和 256 bytes 的随即存取数据存储器 （ram） ，器件采用 atmel 公司的高密度、非易失性存储技术生产，与标准的 mcs-51 指 令系统兼容，片内置通用 8 位中央处理器（cpu）和 flash 存储单元，功能强大。 at89c51 单片机适合于许多较为复杂控制应用场合。 at89c51 单片机内部主要有以下部件：8031cpu、振荡电路、总线控制部件、中断控 制部件、片内 flash 存储器、并行 i/o 接口、定时器和串行 i/o 接口。 at89c51 是 89 系列单片机的标准型，它是与 msc-51 系列单片机兼容的。在内部含有 4kb 或 8kb 可重复编程的 flash 存储器，可进行 1000 次擦写操作。全静态工作为 0- 图 2.2 八段数码 管 xxxxxx 毕业设计 7 24mhz，有 3 级程序缓存器，内部含有 128-256 字节的 ram，有 32 条可编程 i/o 口线，2- 3 个 16 位定时/计数器，6-8 个中断源，通用的串行接口，低电压空闲及电源下降方式。 at89c51 单片机内部 cpu、4kb 的 fperom，128 的 ram，两个 16 位的定时/计数器 t0 和 t1，4 个 8 位的 i/o 端 p0、p1、p2、p3 等组成。单片微机内部最核心的部分是 cpu。cpu 主要功能是产生各种控制信号，控制存储器、输入/输出端口的数据传输、数据 的算数运算、逻辑运算以及操作处理等，cpu 按其功能可分为运算器和控制器两部分。控 制器由程序计数器 pc、指令存储器、实时控制与条件转移逻辑电路等组成。它的功能是 对来自存储器中的指令进行译码，通过实时控制电路在限定的时间发出各种操作所需要 的内部和外部的控制信号，使各部分协调工作，完成指令规定的操作。运算器由算术逻 辑器部件 alu、累加器 acc、暂存器、程序状态字寄存器 psw，bcd 码运算调整电路等组 成。 2.3.12.3.1 at89c51at89c51 主要性能参数主要性能参数 at89c51 与 mcs-51 控制系列产品兼容，片内有 4k 可在线重复编程闪速电擦除存储器 （flash memory),存储器可循环写入/擦除 1000 次；存储器数据保存时间可达 10 年；工 作电压范围宽：vcc 可由 2.7v 到 6v；全静态工作可由 0hz 到 16mhz；中继结构具有 3 级 所存保护；128*8 位内部 ram；32 条可编程 i/o 线；两个 16 位定时器/计数器；中断结构 具有 5 个中断源和 2 个中断优先级；可编程全双工串行通信；空闲状态维持低功耗和掉 电状态保存储存内容。 2.3.22.3.2 at89c51at89c51 单片机的功能单片机的功能特性概述特性概述 at89c51 提供以下标准功能：8k 字节 flash 闪速存储器，256 字节内部 ram，32 个 i/o 口线，3 个 16 位定时/计数器，一个 6 向量两级中断结构，一个全双工串行通信 口，片内震荡器及时钟电路。同时， at89c51 可降至 0hz 的静态逻辑操作，并支持两种 软件可选的节电工作模式。空闲方式停止 cpu 的工作，但允许 ram，定时/计数器，串 行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存 ram 中的内容，但震荡器停止工作并禁 止其他所有部件工作直到下一个硬件复位。 1.mcs1.mcs5151 单片机的中断系统单片机的中断系统 （1）中断源 mcs51 单片机是一个多中断源的单片机，有五个中断源：外部中断 0、定时器 0 中断、外部中断 1、定时器 1 中断和串行接收或发送中断。 xxxxxx 毕业设计 8 各中断源的中断处理程序入口地址如下表 2.2 所示： 表 2.2 中断向量表 中断源入口地址 外部中断 00003h 定时器0000bh 外部中断10013h 定时器1001bh 串行口0023h （2）中断控制 1)中断的开放或禁止是由中断允许寄存器 ie 控制的。ie 的格式如下： ea /eset1ex1et0ex0 ea中断总允许位。ea1，开放总中断，而各个中断源的中断请求是允许还 是禁止，分别由各自的中断允许位确定； ea=0，禁止一切中断。 es串行口中断允许位。 et1 和 et0 分别是定时器 t1 和 t0 的中断允许位。 ex1 和 ex0 分别是外部中断 1（int1）和外部中断 0（int0）的中断允许位。 以上五个中断允许位的意义是： 0 为禁止中断,1 为允许中断。 2)中断源优先级控制中断优先级寄存器 ip。 mcs51 单片机有高、低两个中断优先级， 5 个中断源可由程序设置为高优先级 中断或低优先级中断，实现二级中断嵌套。一个正在执行的低优先级中断源的中断服务 程序，能被高优先级中断源所中断，但不能被同级别的另一个中断源所中断。 mcs51 单片机的 5 个中断源的优先级由中断优先级寄存器 ip 的相应位设定。 ip 格式如下： / pspt1px1pt0px0 ps 是串行口的中断优先级控制位。 pt1 和 pt0 分别是定时器 t1 和 t0 的中断优先级控制位。 px1 和 px0 分别是外部中断 int1 和 int0 的中断优先级控制位。 中断优先级控制位的意义是： 0 为设定为低优先级中断源； 1 为设定为高优先级中 xxxxxx 毕业设计 9 断。 如果同优先级的多个中断请求同时出现时，则按 mcs51 单片机的 cpu 查询次序 确定那个中断请求被响应，其查询次序为： ie0、tf0、ie1、tf1、ri 或 ti。 2.mcs2.mcs5151 的定时系统的定时系统 在控制系统中，常常要求有一些实时时钟以实现定时或延时控制，如定时中断、定 时检测、定时扫描等等，也往往要求有计数器能对外部事件计数。 mcs51 单片机有 2 个定时器，称为定时器 0（t0）和定时器 1（t1） 。 (1)定时器的结构 mcs51 单片机的定时器由计数器 0、计数器 1、方式控制寄存器和定时器控制寄 存器组成。计数器 0 和计数器 1 分别由 8 位计数器 th0、tl0 和 th1 和 tl1 构成。 th0、tl0、th1、tl1 是不能位寻址的特殊功能寄存器，通过对 th0、tl0、th1、tl1 的初始化编程来控制 t0 和 t1 的计数初值。 mcs51 单片机的两个计数器 th0、tl0 和 th1、tl1 可以构成 16 位的计数器、13 位的计数器和 8 位的计数器。计数器是定时器 t0 和 t1 的核心，它可以对引线 t0 和 t1 来的外部事件计数；也可以对单片机的机器周期计数。一个机器周期等于12 个振荡 脉冲周期，因此计数频率为振荡频率的 1/12。这样，不但可以根据计数值计算出定时 时间，也可以反过来按定时时间的要求计算出计数器的预置值。计数器是加法计数器， 所以预置的计数初值应为计数值的补码。 (2)定时器的工作方式 mcs51 单片机的 t0 有方式 0、方式 1、方式 2 和方式 3 四种工作方式。t1 有方 式 0、方式 1 和方式 2 三种工作方式。 工作方式控制寄存器 tmod:tmod 寄存器是不能位寻址的特殊功能寄存器，用于控制 t1 和 t0 的工作方式。tmod 的高半字节和低半字节的定义相同，高半字节用于控制 t1，低半字节用于控制 t0，其中，gate 是门控位。gate 为 1 时，定时器的计数器受外 部引线 int0 或 int1 输入电平的控制，输入高电平计数，输入低电平停止计数，这时可 以用于测量在 intx 引线出现的正脉冲宽度； gate 为 0 时，定时器的计数不受 int0 或 int1 引线的控制。 c/t 是定时器和计数器选择位。 c/t 为 1，选择计数器方式，计数器 thi 和 tli 对 ti 引线输入的外部事件计数； c/t 为 0，选择定时器方式，计数器 thi 和 tli 对机器周 期进行计数。 m1 和 m0 是定时器的工作方式选择位。 m1 和 m0 这 2 位有 0011 四个状态，分别 xxxxxx 毕业设计 10 选择方式 0（13 位定时器） 、方式 1（16 位定时器） 、方式 2（8 位自动重装载定时器） 和方式 3（t0 分成两个 8 位的定时器） 。 2.42.4 各部分功能实现各部分功能实现 1.单片机发送的信号通过程序控制最终在数码管上显示出来。 2.单片机通过输出各种电脉冲信号来驱动控制各部分正常工作。 3.为使时钟走时与标准时间一致，校时电路是必不可少的，键盘用来校正数码管上显 示的时间。 4.单片机通过控制闹铃电路来完成 定时闹钟的功能。 2.52.5 系统工作原理系统工作原理 设计的电路主要由四模块构成：单片机控制电路，显示电路、闹铃电路以及校正电路。 本系统的设计电路如图 3.3 所示，左边按键控制时分秒加一减一操作，右边开关切换 数码管显示时钟，秒表，倒计时定时器等功能。右上角是八位一体的数码管 led，用于显 示。数码管左边的上拉电阻具有自动拉高 p0 i/o 口的功能。 图 2.3 详细电路功能图 xxxxxx 毕业设计 11 本设计采用 c 语言程序设计，使单片机控制数码管显示时、分、秒，当秒计数计满 60 时就向分进位，分计数器计满 60 后向时计数器进位，小时计数器按“23 翻 0”规律计 数。时、分、秒的计数结果经过数据处理可直接送显示器显示。当计时发生误差的时候 可以用校时电路进行校正。设计采用的是时、分、秒显示，单片机对数据进行处理同时 在数码管上显示。 2.62.6 时钟各功能分析时钟各功能分析及图解及图解 2.6.12.6.1 电路各功能图解分析电路各功能图解分析 1.1.时钟运行图时钟运行图 仿真开始运行时，或按下仿真软件的开始按键时，时钟从 12：00：00 开始运行，其 中 k3 键对时进行调整，k2 对分钟进行调整，k6 键可以让钟表显示暂停。 时钟运行图如图 2.4 所示： 图 2.4 时钟运行图 2.2.秒表计时图秒表计时图 当按下 k1 键进入秒表计时状态，k6 键是秒表暂停键，可按 k4 键跳出秒表计时状态。 如图 2.5 所示： a b c d e f g dp 1 2 3 4 5 6 7 8 单单片片机机电电子子时时钟钟 时时间间显显示示区区 主主要要功功能能： 1、秒秒表表 2、时时间间调调整整 3、数数字字显显示示 4、闹闹铃铃设设置置 a b c d e f g dp 1 2 3 4 5 6 7 8 单 单片 片机 机电 电子 子时 时钟 钟 时 时间 间显 显示 示区 区 主 主要 要功 功能 能： ： 1、 、秒 秒表 表 2、 、时 时间 间调 调整 整 3、 、数 数字 字显 显示 示 4、 、闹 闹铃 铃设 设置 置 xxxxxx 毕业设计 12 图 2.5 秒表计时图 （3）闹铃设置图及运行图 当按下 k5，开始定时，分别按 k2 调分，k3 调时设置闹铃时间，然后按下 k4 键恢复 时钟运行状态(图 2.6)当闹铃设置时间到时，蜂鸣器将发出 10 秒钟蜂鸣声（图 2.7） 图 2.6 时钟运行状态图 图 2.7 闹铃状态图 xxxxxx 毕业设计 13 该数字钟是用一片 at89c51 单片机通过编程去驱动 8 个数码管实现的。通过 6 个开关 控制,从上到下 6 个开关 k1-k6 按键的功能分别为：k1 键是切换至秒表；k2 键是调节时 间,每调一次时加 1；k3 键调节时间,每调一次分加 1；k4 键从其它状态切换至时钟状态； k5 是切换至闹钟设置状态,也可以对秒表清零；k6 键是秒表暂停.控制键分别与 p1.0- p1.5 口连接其中： a 通过 p2 口和 p3 口去控制数码管的显示如图所示 p2 口接数码管的 ag 端，是控 制输出编码,p3 口接数码管的 18 端,是控制动态扫描输出 b 从 p0.0 输出一个信号使二极管发光，二极管在设置的闹钟时间到了时候发光，若有 乐曲可以去驱动扬声器实现。 2.6.22.6.2 电路功能使用说明电路功能使用说明 1.各个控制键的功能：可对时间进行校准调节（只能加） ；按下设置键数字时钟进 入闹钟设置状态，设置闹钟的时间；时加、分加键是在校准时间时或设置闹钟时间 对小时数或分钟数调节而设置的；按下秒切换键就可以进入秒表模式，同时秒表也开始 计时，按下秒表暂停、复位键就暂停、归零，如果要重新对秒计时则可以按秒表开始、 复位；清零键可以对闹钟清零。 2.at89c51 单片机是整个数字时钟系统的核心所在，它通过预先要实现的功能对其进 行编程。当程序经调试完全正确后，将程序烧录到单片机内，以完成用户对数字时钟各 种需求的直接操作。 xxxxxx 毕业设计 14 3 3 软件总体设计方案软件总体设计方案 3.13.1 主程序流程图主程序流程图 软件程序从开始执行，先通过初始化各个寄存器，经过扫描按键来决定是否设定参数 来执行相应功能的程序，进而在数码管上显示。如图 3.1： 开始 定时器及中断定 时器初始化 是否设定参数 执行显示程序 执行时钟秒表 闹铃设定程序 ny 图 3.1 主程序流程图 3.23.2 总中断程序流程总中断程序流程 图 3.2 中断流程图 图 3-2 中断流程图 xxxxxx 毕业设计 15 恢复初值 保 a护 tcount加1 tcount1=100？ 秒数值time1.second 加1second归零 time1.second=60？ 分数值time.minute 加1time.second归零 time1.second=60？ 实数值time.hour加 1time1minute归零 time1.hour23 时数值time1.hour归零 执行闹钟程序 p0.0=1 闹钟程序是否执 行完全 判断时间与闹钟 是否一致 返回主程序 图 3.2 主程序流程图 时间的显示通过此中断程序来控制，并且通过与设定的时间进行比较来判断是否让闹 铃工作。程序中包含时间的设定，如设定 tcount 来使秒等工作，进而来控制分和时。如 上图图 3.2。 1.1. 秒表中断程序流程秒表中断程序流程 秒表功能通过另一程序实现。通过保护主程序的数据来进行秒表功能，设置秒表的具 体显示方法如图 3.3 所示。 xxxxxx 毕业设计 16 2.2. 按键程序流程按键程序流程 图 3.4 为时钟和闹钟的调节，程序中通过扫描来判断按键是否按下进行时间和闹钟的 调节7。 3.3 秒表中断程序流程图 恢复初值保护 10ms 计数器加 1 ms100? 秒计数器加 1，10ms 计数 器归零，即 sec+，ms=0 sec60? 分计数器加 1，秒计数器 归零，即 minute+，sec=0 输出字码，中断结束， 返回上级主程序 y n y n xxxxxx 毕业设计 17 程序初使化 判断时加键 thour是否按下, p1.2=0? 判断标志flag是 否为0,flag=0? 输出闹钟时个位加 1,alarms6+,延时 y 判断分加键盘 tminute是否按 下,p1.1=0? 输出时钟时个位加 1,dat16+,延时. ydat169? 输出时钟时十位加 1,dat17+,延时 dat172? 时十位归 零,dat17=0 nny y n n alarms69? 输出闹钟时十位加 1,alarms7+,延时 alarms72? 时十位归 零,alarms7=0. y y n n 判断标志flag是 否为0,flag=0? 输出时钟分个位加 1,dat13+,延时. dat139? 输出时钟分十位加 1,dat14+,延时 dat142? 分十位归 零,dat14=0 输出闹钟分个位加 1,alarms3+,延时 alarms39? 输出闹钟分十位加 1,alarms4+,延时 alarms42? 分十位归 零,alarms4=0. y y y n y n n y y n n 图 3.5 为进入中断和清零图，程序中通过扫描来判断按键是否按下进行执行相应的中 断来事实现相应的功能。 图 3.4 按键程序流程图 xxxxxx 毕业设计 18 判断分加键 tminute 是 否按下，p1.1=0 判断秒表 miaobiao1 是否按下 判断清零键 miaobiao2 是否按下，p1.3=0 清零所有的计数器，各 个显示的字码 进入秒表中断， 执行秒表中断程 序 返回上级 主程序 y n y n n 图 3.5 中断和清零程序流程图 xxxxxx 毕业设计 19 4 4 仿真结果分析仿真结果分析 此时钟设计是利用 protues 仿真软件进行仿真，基本上实现了课程设计要求实现的 功能。 硬件部分设置了的六个按键。当按键一按下时，进入秒表显示状态，秒表开始计时， 当按键六按下时，秒表暂停；当按键四按下时恢复到时间显示功能；当按键二按下时， 进入调分状态，按一次，分加一，60 一循环；按键三按下时，进入调时状态，按一次， 时加一，60 一循环；按键五按下时，进入闹铃设置功能，紧接着按下按键二和按键三进 行时和分的设置，再按下按键 4 恢复显示时间，当显示的时间和定时设置的时间一致时， 蜂鸣器发出蜂鸣声，蜂鸣时间我们设置为 10 秒。 另外，闹铃电路有音乐闹钟的扩展的功能(可以将蜂鸣器换成扬声器再加一段音乐程 序即可实现)。调试阶段，出现一些问题。比如，实际小时显示到 29 才归零，分钟显示 到 60 才进一经过软件调试，以上问题均一一排除，结果达到预期目标。但时间有限， 部分扩展功能不能及时实现，比如音乐闹铃。 xxxxxx 毕业设计 20 结束语结束语 通过自己的不懈努力，我终于完成了毕业设计任务书上的任务要求。功能上基本达标： 时钟的显示，秒表显示，校时功能，调时功能。时钟显示功能，精确度完全可以满足日 常生活显示时间的需要；秒表功能，可以满足比赛计时的需要；调时功能，方便快捷； 校时功能保证了时钟准确和可靠性，还有扩展成音乐闹钟的余地。硬件设施合乎要求， 软件设计可以配合硬件实现要求功能。但是由于时间比较短，出现部分不足：使用定时 和秒表功能时时间显示功能停止运行。经讨论只是软件部分还不完善。不过，我相信如 果时间充足，将软件改进，我完全可以很好实现所有功能。 可见技术在不断进步，机械式时钟已经被淘汰，取而代之的是具有高度准确性和直观 性且无机械装置，具有更长的使用寿命等优点的数字时钟。数字时钟更具人性化，更能 提高人们的生活质量，更受人们欢迎。 无可否认机械时代已经过去，电子时代已经到来。做为新时代的我们，更应该提高 自身能力，适应新时代的发展。知识来自实践，多去生活中探询所需要的。对于上述所 提到的研究课题，我们应尽量考虑到人的因素，增强时钟的实用性和操作性，为使用者 提供切实的方便，营造一种舒适的生活氛围。所以，在设计的时候，应该从多方面、多 角度去考虑问题，而且应该进一步提高时钟的质量。 另外，在本次设计的过程中，我发现很多的问题，虽然以前没有做过这样的设计但 通过这次设计我学会了很多东西，单片机课程设计重点就在于软件算法的设计，需要有 很巧妙的程序算法，虽然以前写过几次程序，但我觉的写好一个程序并不是一件简单的 事，比如写一个程序看其功能很少认为编写程序简单，但到编的时候才发现一些细微的 知识或低级错误经常犯做不到最后常常失败，所以有些东西只有学精弄懂并且要细心才 行，只学习理论有些东西是很难理解的，更谈不上掌握。 经过大量查找资料和老师的不断指点，我们将所设计的六位数码管电子钟焊接成功， 在这个过程中，我们了解了各个元器件的识别与测量，也了解了 at89c2051 单片机及其 引脚功能。同时明白了六位数码管电子钟的工作原理并实现了其功能。 本程序设计时，只用了一个定时器 t0，其他的中断全部关断，定时器工作在两个 8 位自动加载初始值状态。简短的定时中断程序只负责时间的计数和进位功能，这是保证 走时精确。有三个轻触式按键：模式设定键 k1，加调整键 k2，减调整键 k3。此数字钟采 用了一只 npn 型的三极管及蜂鸣器为闹时讯响电路。 通过这次的毕业设计，我对自己的动手能力有了信心。面临着就业，我将充分发挥 xxxxxx 毕业设计 21 我的主观能动性和在学校学到的一切知识。为母校添砖加瓦，为自己的前程奋斗！这次 毕业设计的顺利进行，我深刻明白了理论知识与社会实践相结合的道理，从总得到了以 前书本知识所不曾得到的知识。更加明白了如今信息时代电子技能知识的重要性。增强 了我对实际工艺技术、电子技术和设备技术等方面的认识，掌握了分析处理方法，调试、 计算等基本技能的训练，并具备了一定程度的实际工作能力。 面对如此激烈的市场竞争体系，只有努力掌握好电子技能知识方可在竞争中立于不败 之地，我对从事电子产品的开发和研究充满了兴趣。本次毕业设计是我的电子研发之路 的良好开端。我会以此为契机，在日后的工作中深入学习、加深研究，在实际工作中创 造自己的价值。 xxxxxx 毕业设计 22 致致 谢谢 首先，感谢学校四年来对我的培养。本课题的前期准备以及整个研究过程是在黄翠 翠老师的耐心指导下完成的，她严谨的治学态度、扎实的理论基础、全身心投入工作的 精神以及对学生尽心尽力的态度给了我极大的帮助与鼓励，使我受益匪浅，在此谨对她 表示崇高的敬意和衷心的感谢 ! 还要衷心感谢其他所有对本课题设计和论文撰写有过帮助的老师和同学。 xxxxxx 毕业设计 23 参考文献参考文献 1 mcs_51 单片机应用教程清华大学出版社李叶紫.王喜斌.胡辉.孙东辉.编著2008:15-16 2单片机应用技术指导书.陆剑 河南工业职业技术学院 2005:25-28 3单片机系统设计与实践. 汪道辉.电子工业出版社 2006:50-59 4 51 系列单片机设计实例.北京航空航天大学出版社：2006:8189 5单片机应用系统设计与实现. 辛友顺、胡永生、薛小玲.福建科学技术出版社：2005: 184-193 6单片机开发 与实例. 黄庆华、张永格.电子工业出版社：2006:127-162 7 mcs-51 单片机原理与应用（c 语言版）. 闫玉德、俞红.机械工业出版社：2004:49-104 8单片机典型模块设计实例导航.人民邮电出版社：2004:85-90 9单片机应用技术. 刘守义、王静霞.西安电子科技大学出版社.2002：95-98 10单片机 uint tcount,t,u; uchar dat1=0,0,0,0,0,0,2,1; uchar dat2=0,0,0,0,0,0,0,0; uchar alarms=0,0,0,0,0,0,0,0; uchar dis_bit=0x80,0x40,0x20,0x10,0x08