单片机at89c51电子时钟论文.doc

河 南 工 业 职 业 技 术 学 院 Henan Polytechnic Institute 课程设计说明书 题题 目目 单片机电子时钟 班班 级级 电子信息 0701 姓姓 名名 王勇贵 指导教师指导教师 席东河 时时 间间 2009 05 25 2009 06 01 目录目录 摘要摘要 1 第一章第一章 系统设系统设计计要求要求 2 1 1 基本功能 2 1 2 扩展功能 2 第二章第二章 硬件总体设计方案硬件总体设计方案 3 2 1 系统功能实现总体设计思路 3 2 2 各部分功能实现 4 2 3 系统工作原理 5 2 4 时钟各功能分析及图解 6 2 4 1 电路各功能图解分析 6 2 4 2 电路功能使用说明 10 第三章软件总体设计方案第三章软件总体设计方案 11 3 1 主程序流程图 11 3 2 总中断程序流程 12 3 3 控制电路的 C 语言源程序 16 第四章第四章 课程设计结果分析课程设计结果分析 23 第五章第五章 总结总结 24 致谢致谢 25 参考文献参考文献 26 1 单片机电子时钟单片机电子时钟 摘要摘要 单片机 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 他体积小 成本低 功能强 广泛应用于工业自动化上和智能产品 时钟 自从它被发 明的那天起 就成为了人类的好朋友 但随着时间的推移 科学技术的不断发展 时钟的应用越来越广范 人们对时 间计量的精度要求也越来越高 怎样让时钟更好的为人民 服务 怎样让我们的老朋友再次焕发青春呢 这就要求我 们不断设计出新型的时钟 来不断满足人们的日常生活需 要 然而市场上的时钟便宜的比较笨重 简单实用的又比 较昂贵 那么 有没有一款既简单实用价格又便宜的时钟 呢 我们课程设计小组设想 可不可以利用单片机功能集 成化高 价格又便宜的特点设计一款结构既简单 价格又 便宜的单片机电子时钟呢 基于这种情况 我们课程设计小组成员多方查阅资料 反复论证设计出了这款既简单实用 又价格便宜的 单单 片机电子时钟 片机电子时钟 关键词 单片机关键词 单片机 时钟时钟 计时计时 2 第一章第一章 系统设计要求系统设计要求 1 1 基本功能基本功能 1 能够显示时分秒 2 能够调整时分秒 1 2 扩展功能扩展功能 1 能够任意设置定时时间 2 定时时间到闹铃能够报警 3 实现了秒表功能 3 第二章第二章 硬件总体设计方案硬件总体设计方案 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 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 此设计原理框图如图 2 1 所示 此电路包括以下四个 部分 单片机 键盘 闹铃电路及显示电路 51 单片机 独 立 键 盘 数码管显示 闹铃电路 4 图 2 1 设计原理框图 经多方论证硬件我们小组采用 AT89C51 单片机和 7SED 八位共阳极数码管等来实现单片机电子时钟的功能 详细元器件列表如表 2 1 所示 表 2 1 详细元器件列表 AT89c51AT89c51 1 1 片片 7SED7SED 八位共阳极数码管八位共阳极数码管1 1 片片 NPNNPN 三极管三极管1 1 个个 104p104p 电容电容6 6 个个 30p30p 电容电容2 2 个个 10K10K 电阻电阻6 6 个个 560560 欧姆电阻欧姆电阻8 8 个个 200200 欧姆电阻欧姆电阻1 1 个个 100100 欧姆电阻欧姆电阻6 6 个个 2 2 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 5 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 3 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 详细电路功能图如图 2 2 AT89C51 XTAL1 XTAL2 10K10K10K 10K10K 10K 100 100 100 100 100 100 100pF 23 45 6 VCC 01 0203 04 05 06 Q1PNP 200 R13 LS1 Speaker VCC 22uf C7 22uf C8 PSEN ALE EA P1 0 P1 1 P1 2 P1 3 P1 4 P1 5 P1 6 P1 7 01 02 03 04 05 06 07 08 P0 0 P0 1 P0 2 P0 3 P0 4 P0 5 P0 6 P0 7 P2 0 P2 1 P2 2 P2 3 P2 4 P2 5 P2 6 P2 7 P3 0 P3 1 P3 2 P3 3 P3 4 P3 5 P3 6 P3 7 1 234 567 8 VCC RST VCC 12 Y1 XTAL 1 2 3 4 5 6 7 8 a b c d e f g dp abc d ef g dp 1 图 2 2 详细电路功能图 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 6 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 4 时钟各功能分析时钟各功能分析及图解及图解 2 4 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 仿真开始运行时 或按下 key4 键时 时钟从 12 00 00 开始运行 其中 key2 键对分进行调整 key3 对小时进行调整 key6 可以让时钟暂停 时钟运行图如图 2 3 所示 a b c d e f g dp a b c d e f g dp 8 1 2 3 4 5 6 7 1 2 3 4 5 6 7 8 050604030201 01 02 03 04 05 06 07 08 XTAL2 18 XTAL1 19 ALE 30 EA 31 PSEN 29 RST 9 P0 0 AD0 39 P0 1 AD1 38 P0 2 AD2 37 P0 3 AD3 36 P0 4 AD4 35 P0 5 AD5 34 P0 6 AD6 33 P0 7 AD7 32 P1 0 1 P1 1 2 P1 2 3 P1 3 4 P1 4 5 P1 5 6 P1 6 7 P1 7 8 P3 0 RXD 10 P3 1 TXD 11 P3 2 INT0 12 P3 3 INT1 13 P3 4 T0 14 P3 7 RD 17 P3 6 WR 16 P3 5 T1 15 P2 7 A15 28 P2 0 A8 21 P2 1 A9 22 P2 2 A10 23 P2 3 A11 24 P2 4 A12 25 P2 5 A13 26 P2 6 A14 27 U1 AT89C51 R13 LS1 SPEAKER X1 12MHz C7 30p C8 30p Q1 PNP 单单片片机机电电子子时时钟钟 电电子子信信息息0701 王王勇勇贵贵 曹曹文文忠忠 刘刘志志强强 原原娟娟慧慧 键键盘盘控控制制区区 时时间间显显示示区区 外外设设闹闹铃铃 核核心心控控制制区区 秒秒表表调调时时调调分分显显时时闹闹铃铃暂暂停停 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 7 图 2 3 时钟运行图 2 秒表计时图 当按下 key1 键进入秒表计时状态 key6 是秒表暂停键 可按 key4 键跳出秒表计时状态 如图 2 4 a b c d e f g dp a b c d e f g dp 8 1 2 3 4 5 6 7 1 2 3 4 5 6 7 8 050604030201 01 02 03 04 05 06 07 08 XTAL2 18 XTAL1 19 ALE 30 EA 31 PSEN 29 RST 9 P0 0 AD0 39 P0 1 AD1 38 P0 2 AD2 37 P0 3 AD3 36 P0 4 AD4 35 P0 5 AD5 34 P0 6 AD6 33 P0 7 AD7 32 P1 0 1 P1 1 2 P1 2 3 P1 3 4 P1 4 5 P1 5 6 P1 6 7 P1 7 8 P3 0 RXD 10 P3 1 TXD 11 P3 2 INT0 12 P3 3 INT1 13 P3 4 T0 14 P3 7 RD 17 P3 6 WR 16 P3 5 T1 15 P2 7 A15 28 P2 0 A8 21 P2 1 A9 22 P2 2 A10 23 P2 3 A11 24 P2 4 A12 25 P2 5 A13 26 P2 6 A14 27 U1 AT89C51 R13 LS1 SPEAKER X1 12MHz C7 30p C8 30p Q1 PNP 单单片片机机电电子子时时钟钟 电电子子信信息息0701 王王勇勇贵贵 曹曹文文忠忠 刘刘志志强强 原原娟娟慧慧 键键盘盘控控制制区区 时时间间显显示示区区 外外设设闹闹铃铃 核核心心控控制制区区 秒秒表表调调时时调调分分显显时时闹闹铃铃暂暂停停 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 图 2 4 秒表计时图 8 X1 CRYSTAL C1 22pF C2 22pF R1 200 R2 2 2K C3 22u R7 5k1 R8 5k1 R9 5k1 R10 5k1 R11 5k1 R12 5k1R13 5k1 R14 5k1 LS1 SOUNDER XTAL2 18 XTAL1 19 ALE 30 EA 31 PSEN 29 RST 9 P0 0 AD0 39 P0 1 AD1 38 P0 2 AD2 37 P0 3 AD3 36 P0 4 AD4 35 P0 5 AD5 34 P0 6 AD6 33 P0 7 AD7 32 P1 0 1 P1 1 2 P1 2 3 P1 3 4 P1 4 5 P1 5 6 P1 6 7 P1 7 8 P3 0 RXD 10 P3 1 TXD 11 P3 2 INT0 12 P3 3 INT1 13 P3 4 T0 14 P3 7 RD 17 P3 6 WR 16 P3 5 T1 15 P2 7 A15 28 P2 0 A8 21 P2 1 A9 22 P2 2 A10 23 P2 3 A11 24 P2 4 A12 25 P2 5 A13 26 P2 6 A14 27 U1 AT89C51 Q1 MPSA92 VCC K1K2K3 R3 1k VCC R4 5k1 R5 5k1 R6 5k1 VCC 3 闹铃设置图及运行图 当按下 key5 开始定时 分别按 key2 调分 key3 调 时设置闹铃时间 然后按下 key4 键恢复时钟运行状态 图 2 5 当闹铃设置时间到时 蜂鸣器将发出 10 秒中蜂鸣声 图 2 6 9 a b c d e f g dp a b c d e f g dp 8 1 2 3 4 5 6 7 1 2 3 4 5 6 7 8 050604030201 01 02 03 04 05 06 07 08 XTAL2 18 XTAL1 19 ALE 30 EA 31 PSEN 29 RST 9 P0 0 AD0 39 P0 1 AD1 38 P0 2 AD2 37 P0 3 AD3 36 P0 4 AD4 35 P0 5 AD5 34 P0 6 AD6 33 P0 7 AD7 32 P1 0 1 P1 1 2 P1 2 3 P1 3 4 P1 4 5 P1 5 6 P1 6 7 P1 7 8 P3 0 RXD 10 P3 1 TXD 11 P3 2 INT0 12 P3 3 INT1 13 P3 4 T0 14 P3 7 RD 17 P3 6 WR 16 P3 5 T1 15 P2 7 A15 28 P2 0 A8 21 P2 1 A9 22 P2 2 A10 23 P2 3 A11 24 P2 4 A12 25 P2 5 A13 26 P2 6 A14 27 U1 AT89C51 R13 LS1 SPEAKER X1 12MHz C7 30p C8 30p Q1 PNP 单单片片机机电电子子时时钟钟 电电子子信信息息0701 王王勇勇贵贵 曹曹文文忠忠 刘刘志志强强 原原娟娟慧慧 键键盘盘控控制制区区 时时间间显显示示区区 外外设设闹闹铃铃 核核心心控控制制区区 秒秒表表调调时时调调分分显显时时闹闹铃铃暂暂停停 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 图 2 5 闹铃时间设置图 a b c d e f g dp a b c d e f g dp 8 1 2 3 4 5 6 7 1 2 3 4 5 6 7 8 050604030201 01 02 03 04 05 06 07 08 XTAL2 18 XTAL1 19 ALE 30 EA 31 PSEN 29 RST 9 P0 0 AD0 39 P0 1 AD1 38 P0 2 AD2 37 P0 3 AD3 36 P0 4 AD4 35 P0 5 AD5 34 P0 6 AD6 33 P0 7 AD7 32 P1 0 1 P1 1 2 P1 2 3 P1 3 4 P1 4 5 P1 5 6 P1 6 7 P1 7 8 P3 0 RXD 10 P3 1 TXD 11 P3 2 INT0 12 P3 3 INT1 13 P3 4 T0 14 P3 7 RD 17 P3 6 WR 16 P3 5 T1 15 P2 7 A15 28 P2 0 A8 21 P2 1 A9 22 P2 2 A10 23 P2 3 A11 24 P2 4 A12 25 P2 5 A13 26 P2 6 A14 27 U1 AT89C51 R13 LS1 SPEAKER X1 12MHz C7 30p C8 30p Q1 PNP 单单片片机机电电子子时时钟钟 电电子子信信息息0701 王王勇勇贵贵 曹曹文文忠忠 刘刘志志强强 原原娟娟慧慧 键键盘盘控控制制区区 时时间间显显示示区区 外外设设闹闹铃铃 核核心心控控制制区区 秒秒表表调调时时调调分分显显时时闹闹铃铃暂暂停停 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 图 2 6 闹铃运行图 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 10 关 KEY1 KEY6 的功能分别为 KEY1 切换至秒表 KEY2 调节时间 每调一次时加 1 KEY3 调节时间 每调一次 分加 1 KEY4 从其它状态切换至时钟状态 KEY5 切换 至闹钟设置状态 也可以对秒表清零 KEY6 秒表暂停 控 制键分别与 P1 0 P1 5 口连接 其中 A 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 a g 端 是控制输出编码 P3 口接数码管 的 1 8 端 是控制动态扫描输出 B 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 4 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 通过编写程序对数码显示进 行控制 11 3 八个 7 段数码管显示时钟和秒表信号 第三章软件总体设计方案第三章软件总体设计方案 3 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 执行时钟秒表 闹铃设定程序 是否设 定参数 执行显示程 序 N Y 12 图 3 1 主程序流程图 3 2 总中断程序流程总中断程序流程 分数值 time minute 加 1time second 归零 Tcount 加 1 返回主程序 实数值 time1 boun 加 1time1 mintet 归零 Time1 bou r 23 时数值 time1 hour 归零 Tount1 100 秒数值 time1 second 加 1second 归零 执行闹钟程序 p0 0 1 判断时间与 闹钟时间是 否一致 闹钟程序是 否行完全 Time1 second 60 Time minute 60 恢复初值保护 13 图 3 2 中断流程图 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 A A 秒表中断程序流程秒表中断程序流程 秒表功能通过另一个程序来实现 通过保护主程序的数 据来进行秒表功能 程序中需要设置秒表的具体显示方法 如图 3 3 N Y N 恢复初值保护 10ms 计数器加 1 恢复初值保护 秒计数器加 1 10ms 计数器归零 即 sec ms 0 Sec 60 Ms 100 输出字码 中断结束 返回上级主程序 分计数器加 1 秒计数器 归零 即 minit sec 0 14 Y 图 3 3 秒表中断程序流程图 B B 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 程序初始化 时十位归零 alarms 7 0 分时位归零 alarms 4 0 分十位归 零 输出时钟时 十位加一 输出闹钟时个 位加一 延时 输出时钟十位加 一 输出时钟十 个位加一 输出时钟分个 位加一 延时 输出闹钟 时分位加 一 输出闹钟时十 位加一 输出闹钟 分个位加 一 延 时 时十位归 零 判断标 志位是 否为零 Alarms 4 2 Alarms 7 2 Alarms 3 0 Dat1 6 9 Dat1 7 Alarms 6 9 Dat1 3 9 Dat1 4 2 判断标志 是否为零 判断时 i 加 键是否按 下 判断分加 键是否按 下 15 图 3 4 按键程序流程图 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 判断分加键 tminute 是否按下 P1 1 0 判断秒表 miaobiao1 是否按下按下 P1 0 0 tgsdhPP1 0 0 判断清零键 miaobiao2 是否按下 P1 3 0 进入秒表中断 执行 秒表中断程序 返回上级主程序 清零所有的计数器 各个 显示的字码 16 图 3 5 中断和清零程序流程图 3 3 控制电路的控制电路的 C 语言源程序语言源程序 根据流程图 经过认真分析得出控制电路的源程序如下 include define uchar unsigned char define uint unsigned int define delay time 3 宏 定义 uchar k dat 0 0 0 0 0 0 0 0 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 0 x80 0 x40 0 x2 0 0 x10 0 x08 0 x04 0 x02 0 x 01 17 unsigned char code SEG7 11 0 xC0 0 0 xF9 1 0 xA4 2 0 xB0 3 0 x99 4 0 x92 5 0 x82 6 0 xF8 7 0 x80 8 0 x90 9 0 xBF 数字显示数组 sbit miaobiao1 P1 0 sbit tminute P1 1 sbit thour P1 2 sbit miaobiao2 P1 3 sbit alarm P1 4 sbit P0 0 P0 0 sbit P1 5 P1 5 sbit P1 6 P1 6 sbit P1 7 P1 7 端口定 义 uchar ms 0 uchar flag 0 uchar sec 0 uchar minit 0 struct time uchar second uchar minute uchar hour time1 uchar n i void delay n while n for i 120 i 0 i 延时子程序 void modify void EA 0 if thour 0 if flag 0 18 dat1 6 delay 280 if dat1 6 9 dat1 6 0 dat1 7 else if dat1 7 1 dat1 6 0 if flag 1 alarms 6 delay 300 if alarms 6 9 alarms 6 0 alarms 7 if alarms 7 2 alarms 7 0 dat 6 alarms 6 dat 7 alarms 7 if tminute 0 if flag 0 dat1 3 delay 280 if dat 3 9 dat1 4 dat1 3 0 if dat1 4 5 dat1 4 0 19 if flag 1 alarms 3 delay 300 if alarms 3 9 alarms 4 alarms 3 0 if alarms 4 5 alarms 4 0 dat 3 alarms 3 dat 4 alarms 4 if miaobiao1 0 TR0 0 ET0 0 TR1 1 ET1 1 if miaobiao2 0 TR0 1 ET0 1 TR1 0 ET1 0 dat2 0 0 dat2 1 0 dat2 3 0 dat2 4 0 dat2 6 0 dat2 7 0 ms 0 sec 0 minit 0 if P1 5 0 TR0 0 ET0 0 TR1 0 E T1 0 if alarm 0 TR0 0 ET0 0 TR1 0 ET1 0 flag 1 dat 0 0 dat 1 0 dat 2 10 20 dat 3 0 dat 4 0 dat 5 10 dat 6 0 dat 7 0 EA 1 按键扫描 void init void TMOD 0 x11 TH0 0 xDB TL0 0 xFF TH1 0 xDB TL1 0 xFF ET0 1 10ms ET1 1 TR1 1 TR0 1 tcount 0 ms 0 sec 0 minit 0 EA 1 初始化 void test void for k 0 k23 time1 hour 0 dat 5 10 dat 2 10 dat 0 dat1 0 22 dat 1 dat1 1 dat 3 dat1 3 dat 4 dat1 4 dat 6 dat1 6 dat 7 dat1 7 flag 0 P0 0 x01 if alarms 7 dat1 7 sec dat2 3 sec 10 dat2 4 sec 10 if sec 60 sec 0 minit dat2 6 minit 10 dat2 7 minit 10 dat 5 10 dat 2 10 23 dat 0 dat2 0 dat 1 dat2 1 dat 3 dat2 3 dat 4 dat2 4 dat 6 dat2 6 dat 7 dat2 7 EA 1 24 第四章第四章 课程设计结果分析课程设计结果分析 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 25 第五章第五章 总结总结 经过一周的单片机课程设计