简易电子钟LED--职业学院毕业设计

四川信息职业技术学院毕业设计说明书四川信息职业技术学院毕业设计说明书( (论文论文) ) 第 1页 目 录 绪 论.2 摘 要.3 第 1 章 总体设计方案.4 1.1 数字电子钟的电路概述.4 1.2 电路的设计方案.4 1.3 总体简易设计电路图.5 第 2 章 系统的硬件设计.7 2.1 系统的硬件构成及功能.7 2.2 单元电路的分析与设计.7 2.2.1 AT89C51 单片机及其引脚说明.7 2.2.2 晶体振荡器.11 2.2.3 LED 数码管.11 2.2.4 74LS373 的功能及引脚说明.13 第 3 章 系统的软件设计.16 3.1 软件编程要点.16 3.2 项目程序流程图.16 3.2 项目的源程序.19 第 4 章 系统调试.28 4.1 常用调试工具.28 4.1.1 keil 软件.28 4.1.2 Proteus 软件.29 4.1.3 系统调试.29 第 5 章 总结.30 附录 整机电路图.31 参考资料.32 四川信息职业技术学院毕业设计说明书四川信息职业技术学院毕业设计说明书( (论文论文) ) 第 2页 绪 论 在信息技术急速发展的今天，计算机科学日新月异。而单片机作为计算机科 学的一个分支，在微机控制领域得到长足的发展。随着单片机的发展与科学技术 的提高，单片机已经成为人类生产生活中不可缺少的工具。现在，单片机的应用 已经渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。导 弹的导航装置、飞机上各种仪表的控制、计算机的网络通讯与数据传输、工业自 动化过程的实时控制和数据处理、广泛使用的各种智能 IC 卡、民用豪华轿车的 安全保障系统、录象机、摄象机、全自动洗衣机的控制，以及程控玩具、电子宠 物等等，这些都离不开单片机。更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医 疗器械了。 单片机要解决的问题多数是仍是老问题，新颖之处是比以前用较少的元件。尤其 是设计逻辑关系复杂的控制系统， 过去用通用的逻辑门集成电路芯片将需要几十 片甚至上百片，而现在只用几片就能够实现，而且方便灵活，做设计修改或改动 功能时， 只消改写软件原文件重写芯片， 免去了在硬件线路上大动干戈的苦差事。 大连减少芯片个数主要是靠单片机的可编程性和高度集成化。使开发周期更短， 制造成本更低， 用电更省和可靠性更高。 要求用各种逻辑门芯片实现的逻辑电路， 可以用一片单片机芯片加上相应的控制软件就可以实现。 四川信息职业技术学院毕业设计说明书四川信息职业技术学院毕业设计说明书( (论文论文) ) 第 3页 摘 要 计算机的产生加快了人类改造世界的步伐，但是它毕竟体积大。单片机在这 种情况下诞生了。截止今日，单片机应用技术飞速发展，纵观我们现在生活的各 个领域，从导弹的导航装置，到飞机上各种仪表的控制，从计算机的网络通讯与 数据传输，到工业自动化过程的实时控制和数据处理，以及我们生活中广泛使用 的各种智能 IC 卡、电子宠物等，这些都离不开单片机。 单片计算机即单片微型计算机。 （Single-Chip Microcomputer ）,是集 CPU ,RAM ,ROM ,定时，计数和多种接口于一体的微控制器。它体积小，成本低， 功能强，广泛应用于智能产业和工业自动化上。而 51 系列单片机是各单片机中 最为典型和最有代表性的一种。这次毕业设计通过对它的学习，应用，从而达到 学习、设计、开发软、硬的能力。 本文通过对一个基于单片机的能实现定时，秒表，万年历，闹钟等功能的多 功能电子时钟的设计学习，详细介绍了单片机应用中的数据转换显示，液晶显示 原理，键盘扫描原理，单片机的定时中断原理。从而达到学习、了解单片机相关 指令在各方面的应用。系统由 AT89S52、温度检测芯片、时钟芯片、液晶显示器、 存储器、稳压电源等部分构成，能实现时钟日历显示的功能，能进行时、分、秒 的显示和实时温度显示。也具有日历计算和时钟、日历的校准，定时时间的设定 和闹铃等功能。文章后附有电路原理图、PCB 板图和程序清单，以供读者参考。 因水平有限，难免有疏落不足之处，敬请老师和同学能给与批评指正。 关键字：定时秒表闹钟万年历 四川信息职业技术学院毕业设计说明书四川信息职业技术学院毕业设计说明书( (论文论文) ) 第 4页 第 1 章 总体设计方案 1.1 数字电子钟的电路概述 数字钟是一个将“ 时”，“分”，“秒”显示于人的视觉器官的计时装置。 它的计时周期为 24 小时，显示满刻度为 23 时 59 分 59 秒，另外应有校时功能和 报时功能。因此，一个基本的数字钟电路主要由译码显示器、“时”，“分”， “秒”计数器、 校时电路、 报时电路和振荡器组成。 干电路系统由秒信号发生器、 “时、分、秒”计数器、译码器及显示器、校时电路、整点报时电路组成。秒信 号产生器是整个系统的时基信号，它直接决定计时系统的精度，一般用石英晶体 振荡器加分频器来实现。将标准秒信号送入“秒计数器”，“秒计数器”采用 60 进制计数器，每累计 60 秒发现胡一个“分脉冲”信号，该信号将作为“分计 数器”的时钟脉冲。“分计数器”也采用 60 进制计数器，每累计 60 分钟，发出 一个“时脉冲”信号，该信号将被送到“时计数器”。“时计数器”采用 24 进 制计时器， 可实现对一天 24 小时的累计。 译码显示电路将“时”、 “分”、 “秒” 计数器的输出状态菁七段显示译码器译码，通过六位 LED 七段显示器显示出来。 整点报时电路时根据计时系统的输出状态产生一脉冲信号， 然后去触发一音频发 生器实现报时。校时电路时用来对“时”、“分”、“秒”显示数字进行校对调 整的。 1.2 电路的设计方案 根据功能和指标要求，本系统选用 AT89C51 单片机为主控机。通过扩展必 要的外围接口电路，实现对数字电子钟的设计。具体设计考虑如下： （1）由于此次所要设计的是简单的数字电子钟显示时、分、秒功能，因此 需要用 LED 数码管作为显示器。 （2）同时用于调时、分的调时电路分别接引脚 P1.1、P1.2。 （3）用并行口 P0.0-P0.7 作为段选码,P2.0-P2.5 作为位选码，相应的驱动 芯片用 74LS373。 （4）同时还需晶体振荡电路，复位电路及中断电路。 四川信息职业技术学院毕业设计说明书四川信息职业技术学院毕业设计说明书( (论文论文) ) 第 5页 该数字电子钟可以完成以下功能： （1） 能准确的显示 023 小时 59 分 59 秒； （2）具有方便的校时功能； （3）具有特定作息报时功能； 通过将以上电路组合起来实现本次我所要设计完成的简易数字电子钟及 其功能。 1.3 总体简易设计电路图 单 片 机 AT89C51 复位电路 晶振电路 LED 数码显示器 74LS373 芯片 图 1-1 总体结构框图 工作原理：数字钟一般由振荡器、分频器、计数器、译码器、显示器等几部 分组成。这些都是数字电路中应用最广的基本电路。石英晶体振荡器产生的时标 信号送到分频器，分频电路将时标信号分成每秒一次的方波秒信号。秒信号送入 计数器进行计数，并把累计的结果以“时” 、 “分” 、 “秒”的数字显示出来。 “秒” 的显示由两级计数器和译码器组成的六十进制计数电路实现： “分”的显示电路 调时电路 中断电路 四川信息职业技术学院毕业设计说明书四川信息职业技术学院毕业设计说明书( (论文论文) ) 第 6页 与“秒”相同， “时”的显示由两级计数器和译码器组成的二十四进制计数电路 来实现。所有计时结果由六位数码管显示。 四川信息职业技术学院毕业设计说明书四川信息职业技术学院毕业设计说明书( (论文论文) ) 第 7页 第 2 章 系统的硬件设计 2.1 系统的硬件构成及功能 根据总体要求分析，数字电子钟的电路系统由秒信号发生器、 “时、分、秒” LED 数码管显示电路、校时电路、复位电路等组成。秒信号发生器是整个系统的 时基信号， 它直接决定计时系统的精度， 一般用石英晶体振荡器加分频器来实现。 “时、分、秒”分别通过不同进制的计数器来实现。74LS373 将“时、分、秒” 的输出状态经 LED 数码管显示出来。 电路是根据计时系统的输出状态产生一脉冲 信号。校时电路是用来对“时、分、秒”显示数字进行校对调整的。根据实际情 况，硬件的主要单片机为 AT89C51 芯片，它能够满足数据的采集、控制和数据处 理的需求。调试时间时，有相应的调试时、分的按钮。 2.2 单元电路的分析与设计 2.2.1 AT89C51 单片机及其引脚说明 AT89C51 是一种带 4K 字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能 CMOS8 位微 处理器，俗称单片机。该器件采用 ATMEL 高密度非易失存储器制造技术制造，与 工业标准的 MCS-51 指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能 8 位 CPU 和闪烁存 储器组合在单个芯片中，ATMEL 的 AT89C51 是一种高效微控制器，为很多嵌入式 控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。AT89C51 单片机如图 2-1： 四川信息职业技术学院毕业设计说明书四川信息职业技术学院毕业设计说明书( (论文论文) ) 第 8页 图 2-1 AT89C51 单片机 功能特性及引脚说明： AT89C51 提供以下标准功能：4K 字节 FLASH 闪速存储器，128 字节内部 RAM， 32 个 I/O 口线，两个 16 位定时/计数器，一个 5 向量两级中断结构，一个全双 工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。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，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。 1、主电源引脚（2 根） （1） VCC:电源输入，接+5V 电源； （2） GND：接地线。 2、外接晶振引脚（2 根） （1） XTAL1：片内晶振电路的输入端； （2） XTAL2：片内晶振电路的输出端。 3、控制引脚（4 根） 四川信息职业技术学院毕业设计说明书四川信息职业技术学院毕业设计说明书( (论文论文) ) 第 9页 （1） RST/VPP：复位引脚，引脚上出现 2 个机器周期的高电平将使单片机 复位； （2） ALE/PROG：地址所存允许信号。当访问外部程序存储器或数据存储器 时，ALE 输出脉冲用于锁存地址的低 8 位字节。即使不访问外部存储器。ALE 仍 以时钟振荡频率的 1/6 输出固定的正脉冲信号， 因此它可对外输出时钟或用于定 时目的。 要注意的是： 每当访问外部数据存储器时将跳过一个 ALE 脉冲。 对 FLASH 存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲（/PROG） 。如有必要，可通过对特 殊功能寄存器区中的 8EA 单元的 DO 位置位，可禁止 ALE 操作。该置位后，只有 一条 MOVX 和 MOVC 指令 ALE 才会被激活。此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执 行外部程序时，应设置 ALE 无效； （3） PSEN：外部存储器读选通讯信号。当 AT89C51 由外部程序存储器取指 令（或数据）时，每个机器周期两次/PSEN 有效，即输出两个脉冲。在此期间， 当访问外部数据存储器，这两次有效的/PSEN 信号不出现； （4） EA/VPP：程序存储器的内外部选通，接低电平从外部程序存储器读指 令，如果接高电平则从内部程序存储器读指令。 4、可编程输入/输出引脚（32 根） AT89C51 单片机有 4 组 8 为可编程 I/O 口，分别为 P0、P1、P2、P3 口，每 个口有 8 位（8 根引脚） ，共 32 根。每一根引脚都可以编程，比如用来控制电机、 交通灯等，开发产品时就是利用这些可编程引脚来实现我们想要的功能。 （1） P0 口：8 位双向 I/O 口线，名称为 P0.0-P0.7，作输入口时，应先软 件置“ 1”。是一组 8 位漏双向极开路型 I/O 口，即地址/数据总线复用口。作 为输出口用时， 每位能吸收电流的方式驱动 8 位 TTL 逻辑门电路， 对端口写1 可作为高阻抗输入端用。在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时 转换地址（低 8 位）和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。在 FLASH 编程时，P0 口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求 外接上拉电阻； （2） P1 口：8 位准双向 I/O 口线，名称为 P1.0-P1.7，作输入口时，应 先软件置“ 1”。是一个带有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P1 的输出缓冲 级可驱动（吸收或输出电流）4 个 TTL 逻辑门电路。对端口写“1” ，通过内部上 四川信息职业技术学院毕业设计说明书四川信息职业技术学院毕业设计说明书( (论文论文) ) 第 10页 拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口，作输入口使用时，因为内部在上拉 电阻， 某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流。 FLASH 编程和程序校验期间， P1 接收低 8 位； （3） P2 口：8 位准双向 I/O 口线，名称为 P2.0-P2.7，作输入口时，应先 软件置“ 1”。 是一个带有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P2 的输出缓冲级 可驱动（吸收或输出电流）4 个 TTL 逻辑门电路。对端口写“1” ，通过内部上拉 电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口，作输入口使用时，因为内部在上拉电 阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流。FLASH 编程和程序校验期间， P1 接收低 8 位。在访问外部程序存储器或 16 位地址的外部地址存储器（例如执 行 MOVX DPTR 指令）时，P2 口送出高 8 位地址数据。在访问 8 位地址的外部数 据存储器（例如执行 MOVX R1 指令）时，P2 口线上的内容（即特殊功能寄存器 SFR 区中 R2 寄存器的内容） ，在整个访问期间不改变。FLASH 编程和校验时，P2 亦接收高位地址和其他控制信号； （4） P3 口：8 位准双向 I/O 口线，名称为 P3.0-P3.7，作输入口时，应先 软件置“ 1”。 是一个带有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P2 的输出缓冲级 可驱动（吸收或输出电流）4 个 TTL 逻辑门电路。对端口写“1” ，通过内部上拉 电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口，作输入口使用时，被外部拉低的 P3 口将用上拉电阻输出电流。 P3 口除了作为一般的 I/O 口线外，更重要的用途是它的第二功能，如下表 2-1 所示： 表 2-1 P3 口的第二功能 端口引脚第二功能 P3.0RXD(串行输入口) P3.1TXD(串行输出口) P3.2INT0（外部中断 0） P3.3INT1(外部中断 1) P3.4T0(定时/计数器 1 外部输入) P3.5T1（定时/计数器 1 外部输入） P3.6WR(外部数据存储器写选通) 四川信息职业技术学院毕业设计说明书四川信息职业技术学院毕业设计说明书( (论文论文) ) 第 11页 P3.7RD(外部数据存储器读选通) P3 口还接收一些用于 FLASH 闪速存储器编程和程序校验的控制信号。 2.2.2 晶体振荡器 石英晶体振荡器的特点是振荡频率准确、电路结构简单、频率易调整，作用 是为系统提供基本的时钟信号。我们在晶体某一方向加一电场，从而在与此垂直 的方向产生机械振动，有了机械振动，就会在相应的垂直面上产生电场，从而使 机械振动和电场互为因果，这种循环过程一直持续到晶体的机械强度限制时，才 达到最后稳定，这种压电谐振的频率即为晶体振荡器的固有频率。 振荡器特性，XTAL1 和 XTAL2 分别为反向放大器的输入和输出。该反晶体向 放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟 源驱动器件， XTAL2 应不接。 有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器， 因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽 度。 在 XTAL1 和 XTAL2 引脚上外接定时元件就能构成自激振荡电路。定时元件通 常采用石英晶体和电容组成的并联谐振电路。 电容器 C1 和 C2 主要起频率微调作 用。石英晶体振荡器，如下图 2-2： X1 CRYSTAL C1 22nF C2 22nF 图 2-2 石英晶体振荡器 2.2.3 LED 数码管 LED 数码管示，如下图 2-3： 四川信息职业技术学院毕业设计说明书四川信息职业技术学院毕业设计说明书( (论文论文) ) 第 12页 图 2-3 LED 数码管 LED 数码管的性能特点、简易检测及使用注意事项： 1.性能特点 （1） 能在低电压、小电流条件下驱动发光，能与 CMOS、ITL 电路兼容； （2） 发光响应时间极短(0;x-) for(y=124;y0;y-); /显示函数 void display() number();/调用拆数函数 dule=1;/打开段选信号 wele=1;/打开位选信号 四川信息职业技术学院毕业设计说明书四川信息职业技术学院毕业设计说明书( (论文论文) ) 第 22页 P2=0 x3e;/使第一个数码管亮及数码管的位选位 P0=tablehour_sw;/给数码管的 P0 口赋值及数码管的段选位 dule=0;/关闭段选信号 wele=0;/关闭位选信号 delay(5);/调用延时函数延时 5MS dule=1; wele=1; P2=0 x3d; P0=tablehour_gw; dule=0; wele=0; delay(5); dule=1; wele=1; P2=0 x3b; P0=tableminu_sw; dule=0; wele=0; delay(5); dule=1; wele=1; P2=0 x37; P0=tableminu_gw; dule=0; wele=0; delay(5); 四川信息职业技术学院毕业设计说明书四川信息职业技术学院毕业设计说明书( (论文论文) ) 第 23页 dule=1; wele=1; P2=0 x2f; P0=tablesec_sw; dule=0; wele=0; delay(5); dule=1; wele=1; P2=0 x1f; P0=tablesec_gw; dule=0; wele=0; delay(5); /主函数 void main() init();/调用初始化函数 while(1); /死循环，等待中断 /定时器中断服务函数 void _TR0_() interrupt 1 TH0=(65536-50000)/256;/给定时器 0 的高 8 位装初值 TL0=(65536-50000)%256;/给定时器 0 的低 8 位装初值 50ms 产生一次中断 四川信息职业技术学院毕业设计说明书四川信息职业技术学院毕业设计说明书( (论文论文) ) 第 24页 aa+;/中断控制变量自加 if(aa=20)/判断控制变量是否位 20 及计时达到 1S aa=0;/清 0 sec+;/秒自加 1 if(sec=60)/判断是否到 60S sec=0;/清 0 minu+;/分自加 1 if(minu=60)/判断分是否到 60 minu=0;/清 0 hour+;/小时自加 1 if(hour=24) hour=0; display();/调用显示函数 /外部中断 0 服务函数 void _EX0_() interrupt 0 temp_minu=key_minu;/将开关控制变量的值赋给开 关暂存变量 temp_hour=key_hour;/将开关控制变量的值赋给开 四川信息职业技术学院毕业设计说明书四川信息职业技术学院毕业设计说明书( (论文论文) ) 第 25页 关暂存变量 temp_key=key;/将开关控制变量的值赋给开关暂 存变量 while(temp_key=0)/判断中断开关是否按下 若按 下执行下面的循环 temp_key=key;/将开关控制变量的值赋给开关暂 存变量 temp_minu=key_minu;/将开关控制变量的值赋给开 关暂存变量 temp_hour=key_hour;/将开关控制变量的值赋给开 关暂存变量 display();/调用显示函数 /调分钟 if(temp_minu=0)/判断调时开关（分钟）是否按下 delay(5);/延时 5 毫秒软件消除机械误差 temp_minu=key_minu;/将开关控制变量的值赋给开 关暂存变量 if(temp_minu=0)/判断调时开关（分钟）是否真的 按下 display();/调用显示函数 while(temp_minu=0)/松手检测 temp_minu=key_minu;/如果开关一直处 于按下状态，则死在这里（死循环） 四川信息职业技术学院毕业设计说明书四川信息职业技术学院毕业设计说明书( (论文论文) ) 第 26页 if(temp_minu=1)/ 判断调时开关（分钟）是否 松开 delay(5);/延时 5MS软件消除机械误 差 temp_minu=key_minu;/将开关控制变量的值 赋给开关暂存变量 if(temp_minu=1)/判断调时开关（分钟）是 否真的松开 minu+;/分钟自加 1 if(minu=60)/判断分钟是否为 60 minu=0;/清 0 hour+;/小时自加 1 if(hour=24) hour=0; /调小时 temp_hour=key_hour; if(temp_hour=0) 四川信息职业技术学院毕业设计说明书四川信息职业技术学院毕业设计说明书( (论文论文) ) 第 27页 delay(5); temp_hour=key_hour; if(temp_hour=0) display(); while(temp_hour=0) temp_hour=key_hour; if(temp_hour=1) delay(5); temp_hour=key_hour; if(temp_hour=1) hour+; if(hour=24) hour=0; 四川信息职业技术学院毕业设计说明书四川信息职业技术学院毕业设计说明书( (论文论文) ) 第 28页 第 4 章 系统调试 调试是一个必不可少的环节，它将会验证你的成果，是否实现了所要完成的 功能。系统调试仿真时首先要在使用 Keil 编译器，把所写的程序进行编译，同 时在仿真器里设置生成“HEX”文件，编译无错误时还要进行 Proteus 仿真， 查看功能是否能够实现。下面就将仿真将会用到的软件进行简单的介绍，并对仿 真过程予以简介。 4.1 常用调试工具 4.1.1 keil 软件 Keil 软件是集成调试环境，集成了编缉器、编译器、调试器，支持软件模 拟，支持项目管理功能强大的观察窗口，支持所有的数据类型。树状结构显示， 一目了然，支持 ASM（汇编） 、C 语言，多语言多模块源程序混合调试，在线直接 修改、编译、调试源程序，错误指令定位。功能很强大。用于对程序的调试和编 辑。 四川信息职业技术学院毕业设计说明书四川信息职业技术学院毕业设计说明书( (论文论文) ) 第 29页 4.1.2 Proteus 软件 系统仿真还用到了 Proteus 软件， 可通过仿真可以完全显示出所设计系统的 功能，对于程序的调试等有很大的帮助。 首先要新建一个文档是 DNS 型的找出需要的器件，可以使用搜索功能。接着 把各个器件放到合适的位置都要放到蓝色框内。然后根据自己的设计要求连线。 把所有的元件都连接好，做出完整的电路图。 4.1.3 系统调试 系统的