单片机课程设计报告-数字电子钟的设计.doc

单片机课程设计报告数字电子钟的设计专业：电气工程及自动化 班级： 电 气 1007 学号： 姓名： 目录一、设计目的3二、设计任务：3三、总体方案设计及说明：33.1、系统的总体方案的论证33.2、硬件部分33.3、单片机硬件设计原理图7四程序流程图85系统功能与操作说明35.1、软件部分35.2、使用说明3六调试记录（主要问题及解决方法）3七课程设计总结3八附录：程序清单及详细注释3设计题目：数字电子钟的设计一、设计目的 通过单片机应用产品的设计与调试过程，巩固微机原理及接口技术课程所学理论知识，初步了解单片机应用系统设计与调试的方法。二、设计任务：设计一个以AT89S51单片机为核心的数字电子钟控制器，实现电子钟的时间、日期交替显示、闹钟功能，并可通过按钮开关或键盘切换显示内容、调整参数、设置闹钟，在单片机实验板上模拟调试实现控制器的功能。具体设计要求如下：1开机自检，检查相关接口及数码管显示器、指示灯、蜂鸣器等外设是否正常。28位数码管显示器平常以一定的时间间隔、合适的格式显示时间和日期信息，时间显示时、分、秒；日期显示年（20002099）、月、日；设置闹钟功能时显示时、分、开/关状态。3可通过按键设定时间、日期、闹钟等参数、手动切换显示。按键可用独立式按键或行列式键盘实现。设定参数过程有合适的方式指示当前可修改的内容。4对开关量输入进行软件消抖动处理，参数的设定有容错处理，如：小时不能超过23，日期中每月最大天数、闰年等。5参数设定过程中，较长时间无操作，则自动恢复为正常显示方式三、总体方案设计及说明： 3.1、系统的总体方案的论证本章详细描述了系统的总体设计，结合其框图说明了系统的工作过程。该数字电子钟由89C51，8255A，七段数码管，键盘等构成，由时间和日期显示组成，采用晶振电路作为驱动电路，由延时程序和循环程序产生的一秒定时，达到时分秒的计时，六十秒为一分钟，六十分钟为一小时，满二十四小时为一天。判断闰年、平年，以此判断2月是28天还是29天，而1、3、5、7、8、10、12都是31天，4、6、9、11都是30天，年份是固定2000 2099年。本设计的时间和日期显示有两种形式，一是：每5s自动切换显示一次；二是：通过独立式的按键PB7（K7）手动切换，不过手动切换是时间、日期和闹钟循环切换显示。本程序由中断服务程序，开机自检子程序，拆字子程序，显示子程序，闹钟控制子程序，独立式键盘控制子程序，延时子程序等构成。独立式键盘控制主要有对手动切换显示、闹钟开关、年、月、日、时、分的调整这些功能控制。3.1.1 数码管电子时钟系统总体框图及说明STC89C52电源闹铃时钟键盘数码管显示图1 系统的总体框图1、电源部分：这里电源为了方便采用电池代替直流稳压电源，使用5V电源进行供电。2、闹铃部分：采用蜂鸣器作为设定时间报时。3、键盘部分：设计中共有八个按键。4 、显示模块：采用共阳极LED数码管显示。3.2、硬件部分3.2.1单片机STC89C52功能概述STC89C52 是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系统可编程Flash 存储器。其片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于 常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统 可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提 供高灵活、超有效的解决方案。 AT89S52具有以下标准功能： 8k字节Flash，256字节RAM， 32 位I/O 口线，看门狗定时器，2 个数据指针，三个16 位 定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口， 片内晶振及时钟电路。另外，STC89C52 可降至0Hz 静态逻 辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工 作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结， 单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。8 位微控制器 8K 字节在系统可编程 Flash STC89C52 3.2.2 数码管时钟电路 1. 数码管简述 数码管是一种把多个LED显示段集成在一起的显示电路设备。有两种类型，一种是共阳型，一种是共阴型。本文设计时钟显示采用的是共阳型LED数码管显示，6位LED从左至右依次显示时、分、秒，采用24小时计时制。该数码管以数字方式显示，在与单片机连接方面采用了共阳极三极管作为驱动，低功耗且显示方面具有良好的视觉效果以及有很高的稳定性，作为数字式电子时钟适用于各种场所的时钟。其中这六段数码管共有36个引脚，如图2所示。引脚说明：段选：数码管分为8段，即8个LED显示段，分别为a、b、c、d、e、f、g、dp，其中dp是小数点位段。位选：在时钟显示上采用六段数码管，有六位位显示值，如00:00:00六位显示，即1、2、3、4、5、6。另外数码管在管脚连接上除某一位的公共端会连接在一起，不同位的数码管的相同端也会连接在一起。如所有的A段都会连接在一起，其他的段也是如此。位段引脚则分别接到三极管驱动电路上。3.2.3电源供电电路该电路采用5V电源作为STC89C52单片机电子时钟的供电电源。 3.2.4 蜂鸣器闹铃电路 本文时钟系统采用蜂鸣器作为闹铃电路，蜂鸣器有两个引脚，正极接高电位，负极接PNP三极管的发射极然后再通过一个电阻接到单片机，然后通过软件设计来控制蜂鸣器，但到达预设闹铃时间，闹铃功能响应也就是蜂鸣器开始响。由于单片机I/O输出电流较小，故本系统在设计时用一个三极管驱动蜂鸣器，当单片机给蜂鸣器一个低电平时，三极管导通，蜂鸣器发出声音作为闹铃，系统电路原理图（如图4）。 图4 蜂鸣器电路图3.2.5 按键调整电路系统使用了四个独立式键盘，独立式键盘按键电路配置灵活，硬件结构简单。独立式键盘是直接用I/O口线构成的单个按键电路，且每根I/O口上都加了上拉电阻，在按键输入时都设置为低电平有效，上拉电阻保证了按键断开时，I/O线有确定的高电平。其特点是每个按键单独占用一根I/O线，每根I/O口线的按键工作状态不会影响其他I/O口线的状态，用以设定实时时间和闹铃时间。实现的功能是比较完善的，减少了硬件资源的损耗，该键盘可以实现小时、分钟和秒的调节以及控制月、日、星期的转换模式。3.3、单片机硬件设计原理图四程序流程图1. 主程序中断开始SET1按键扫描开始秒单元调整分单元分单元单元加1单元加1调整时单元开月单元时单元关定时单元加1单元加1调整月单元调整日单元调整年单元中断返回调整秒单元日单元单元加1自检单元拆字单元显示单元2. 定时器0中断子程序定时器0中断子程序保护现场重载计数初值秒表？秒表模块到1秒？秒加1或向前进位恢复现场中断返回YYNN3. 外部中断0子程序外部INT0中断带显示延时消抖调整模式有闪烁？切换显示模式时间调整调整时间?调整日期?调整闹钟?日期调整秒表模式?日期、闹钟、闹钟设置、秒表显示循环切换闹钟调整进入秒表中断退出YNNYYNNNYYYY保护Psw、A寄存器恢复psw、A寄存器初始化秒表后台计时?YNN提示音滴Key1按下?4. 外部中断1子程序外部INT1中断保护psw、A寄存器带显示延时Key0按下？秒表模式?设置闹钟?暂停/继续计时打开/关闭闹钟闪烁循环切换滴一声提示闪烁切换模式恢复psw、A寄存器退出中断YYYNNN5系统功能与操作说明5.1、软件部分（1） “时钟”基准时间由单片机内部的定时中断提供，考虑因素：定时时间是“秒”的整除数，且长短适宜。最长不能超过16位定时器的最长定时时间；最短不能少于中断服务程序的执行时间。基准时间越短，越有利于提高时钟的运行精确度。基准时间定为250us（2） 用一个计数器对定时中断的次数进行计数，由基准时间为250us知计数值为40000可实现实现“秒”定时，同理进行“分”“时”定时，以及“日”“月”“年”定时。（3） LED 数码管显示器采用“动态扫描驱动”考虑问题：驱动信号的维持时间必须大于“起辉时间”（电流大起辉时间短），而驱动信号的间歇时间必须小于“余辉时间”（电流大余辉时间长），但驱动电流大小受硬件电路能力和LED数码管极限功耗的制约。（4） 动态扫描显示方式在更新显示内容时，考虑到因LED数码管余辉的存在可能会造成显示字符的模糊，所以新内容写入显示器之前将所有的LED数码管熄灭。（5） 关于自动识别“月大月小”和“平年润年”问题的考虑a) 月大和月小 2月另外计算；4月6月9月11 月为月小30天，其余为月大31天。b) 平年和润年（年号能被4整除的就是润年）平年的2月为28天；润年的2月为29天。从左到5.2、使用说明从左到右为按键K0、K1、K7.40000K0：日期与时间的切换；K1：时间的秒更改，每按一下加一，计满60清零；K2: 时间的分更改，每按一下加一，计满60清零；K3：时间的时更改，每按一下加一，计满24清零；K4：日期的日更改，每按一下加一，计满31清零；K5：日期的月更改，每按一下加一，计满12清零；K6：日期的年更改，每按一下加一，计满99清零；K7：闹钟的开关；六调试记录（主要问题及解决方法）在调试时出现了很多的问题，有一些经过自己的多次修改最终能实现，比如键盘的选择，刚开始的时候我是选矩阵式键盘，可是使用此键盘功能不好实现，最终好事选择比较简单的独立式键盘；在判断是否闰年的程序编写也有出现了问题，后来经过同学的讲解自己的修改也得到了期望的效果。原本是想实现K4按一下位时间调整，按K4两下位日期调整，可是怎么调试都没成功，最后很遗憾没有达到预期的目标。当然因为自己粗心的原因，还有很多的小细节存在错误，幸好最终能找出错误。七课程设计总结硬件部分，因为用的是成板，所以我只需要了解其工作原理就可以。软件部分，虽然老师已经给了具备基本