电子数字钟-单片机职业学院毕业论文

广东松山职业技术学院广东松山职业技术学院 课题名称 电子数字钟课题名称 电子数字钟 系别 电气工程系系别 电气工程系 专业 电气自动化专业 电气自动化 学生 谢治文学生 谢治文 完成日期 二完成日期 二 0 一一 0 年十二月二十三年十二月二十三 2 摘摘要要 20 世纪末 电子技术获得了飞速的发展 在其推动下 现代电子产品几乎渗透了 社会的各个领域 有力地推动了社会生产力的发展和社会信息化程度的提高 同时也 使现代电子产品性能进一步提高 产品更新换代的节奏也越来越快 现代生活的人们越来越重视起了时间观念 可以说是时间和金钱划上了等号 对 于那些对时间把握非常严格和准确的人或事来说 时间的不准确会带来非常大的麻烦 所以以数码管为显示器的时钟比指针式的时钟表现出了很大的优势 数码管显示的时 间简单明了而且读数快 时间准确显示到秒 而机械式的依赖于晶体震荡器 可能会 导致误差 数字钟是采用数字电路实现对 时 分 秒 数字显示的计时装置 数字钟 的精度 稳定度远远超过老式机械钟 在这次设计中 我们采用 LED 数码管显示时 分 秒 以 24 小时计时方式 根据数码管动态显示原理来进行显示 用 12MHz 的晶振 产生振荡脉冲 定时器计数 在此次设计中 电路具有显示时间的其本功能 还可以 实现对时间的调整 数字钟是其小巧 价格低廉 走时精度高 使用方便 功能多 便于集成化而受广大消费的喜爱 因此得到了广泛的使用 关键字关键字 数字电子钟单片机 3 目目录录 第一章第一章绪论绪论 1 1数字电子钟的背景 4 1 2数字电子钟的意义 4 1 3数字电子钟的应用 4 第第二章二章整体设计方案整体设计方案 5 第三章第三章数字钟的硬件设计数字钟的硬件设计 3 1最小系统设计 6 3 2LED 显示电路 7 3 3键盘控制电路 8 第四章第四章数字钟的数字钟的程序程序设计设计 8 第五章第五章系统仿真系统仿真 5 1PROTUES 软件介绍 14 5 2电子钟系统PROTUES仿真 14 第六章第六章调试与功能说明调试与功能说明 6 1系统性能测试与功能说明 15 6 2系统时钟误差分析 16 6 3软件调试问题及解决 16 结束语 16 参考文献 32 致谢 33 4 第一章第一章 绪论绪论 1 1 数字电子钟的背景 20 世纪末 电子技术获得了飞速的发展 在其推动下 现代电子产品几乎渗透了社 会的各个领域 有力地推动了社会生产力的发展和社会信息化程度的提高 同时也使现 代电子产品性能进一步提高 产品更新换代的节奏也越来越快 时间对人们来说总是 那么宝贵 工作的忙碌性和繁杂性容易使人忘记当前的时间 忘记了要做的事情 当事 情不是很重要的时候 这种遗忘无伤大雅 但是 一旦重要事情 一时的耽误可能酿成 大祸 目前 单片机正朝着高性能和多品种方向发展趋势将是进一步向着 CMOS 化 低功 耗 小体积 大容量 高性能 低价格和外围电路内装化等几个方面发展 下面是单片 机的主要发展趋势 单片机应用的重要意义还在于 它从根本上改变了传统的控制系统 设计思想和设计方法 从前必须由模拟电路或数字电路实现的大部分功能 现在已能用 单片机通过软件方法来实现了 这种软件代替硬件的控制技术也称为微控制技术 是传 统控制技术的一次革命 单片机模块中最常见的是数字钟 数字钟是一种用数字电路技术实现时 分 秒计 时的装置 与机械式时钟相比具有更高的准确性和直观性 且无机械装置 具有更更长 的使用寿命 因此得到了广泛的使用 1 2 数字电子钟的意义 数字钟是采用数字电路实现对 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 1 3 数字电子钟的应用 数字钟已成为人们日常生活中 必不可少的必需品 广泛用于个人家庭以及车站 码头 剧场 办公室等公共场所 给人们的生活 学习 工作 娱乐带来极大的方便 由于数字集成电路技术的发展和采用了先进的石英技术 使数字钟具有走时准确 性能 稳定 携带方便等优点 它还用于计时 自动报时及自动控制等各个领域 5 第二章第二章整体设计方案整体设计方案 单片机的选择 单片机微型计算机是微型计算机的一个重要分支 也是颇具生命力的机种 单片机 微型计算机简称单片机 特别适用于控制领域 故又称为微控制器 通常 单片机由单块集成电路芯片构成 内部包含有计算机的基本功能部件 中央 处理器 存储器和 I O 接口电路等 因此 单片机只需要和适当的软件及外部设备相结 合 便可成为一个单片机控制系统 单片机经过 1 2 3 3 代的发展 正朝着多功能 高性能 低电压 低功耗 低 价格 大存储容量 强 I O 功能及较好的结构兼容性方向发展 其发展趋势不外乎以下 几个方面 1 多功能 单片机中尽可能地把所需要的存储器和 I O 口都集成在一块芯片上 使得单片机可 以实现更多的功能 比如 A D PWM PCA 可编程计数器阵列 WDT 监视定时器 看家狗 高速 I O 口及计数器的捕获 比较逻辑等 有的单片机针对某一个应用领域 集成了相关的控制设备 以减少应用系统的芯片 数量 例如 有的芯片以 51 内核为核心 集成了 USB 控制器 SMART CARD 接口 MP3 解码器 CAN 或者 I I C 总线控制器等 LED LCD 或 VFD 显示驱动器也开始集成在 8 位 单片机中 2 高效率和高性能 为了提高执行速度和执行效率 单片机开始使用 RISC 流水线和 DSP 的设计技术 使单片机的性能有了明显的提高 表现为 单片机的时钟频率得到提高 同样频率的单 片机运行效率也有了很大的提升 由于集成度的提高 单片机的寻址能力 片内 ROM FLASH 和 RAM 的容量都突破了以往的数量和限制 由于系统资源和系统复杂程度的增加 开始使用高级语言 如 C 语言 来开发单片 机的程序 使用高级语言可以降低开发 难度 缩短开发周期 增强软件的可读性和可 移植性 便于改进和扩充功能 3 低电压和低功耗 单片机的嵌入式应用决定了低电压和低功耗的特性十分重要 由于 CMOS 等工艺的 大量采用 很多单片机可以在更低的电压下工作 1 2V 或 0 9V 功耗已经降低到 uA 级 这些特性使得单片机系统可以在更小电源的支持下工作更长的时间 4 低价格 单片机应用面广 使用数量大 带来的直接好处就是成本的降低 目前世界各大公 司为了提高竞争力 在提高单片机性能的同时 十分注意降低其产品的价格 下面大致介绍一下单片机的主要应用领域和特点 目前 我国生产很多型号的单片机 在此 我们采用型号为 STC89C52 的单片机 因为 STC89C52 是一个低电压 高性能 CMOS 8 位单片机 片内含 4k bytes 的可反复 擦写的 Flash 只读程序存储器和 128 bytes 的随机存取数据存储器 RAM 器件采用 6 ATMEL 公司的高密度 非易失性存储技术生产 兼容标准 MCS 52 指令系统 片内置通用 8 位中央处理器和 Flash 存储单元 内置功能强大的微型计算机的 AT89C52 提供了高性 价 比 的 解 决 方 案 STC89C52 是一个低功耗高性能单片机 40 个引脚 32 个外部双向输入 输出 I O 端口 同时内含 2 个外中断口 2 个 16 位可编程定时计数器 2 个全双工串行通 信口 STC89C51 可以按照常规方法进行编程 也可以在线编程 其将通用的微处理器和 Flash 存储器结合在一起 特别是可反复擦写的 Flash 存储器可有效地降低开发成本 第三章第三章 数字钟的硬件设计数字钟的硬件设计 3 1 最小系统设计 单片机的最小系统是由电源 复位 晶振 AT89C52DA 单片机组成 如下图 7 3 2LED 数码管显示电路 显示器普遍地用于直观地显示数字系统的运行状态和工作数据 按照材料及产品 工艺 单片机应用系统中常用的显示器有 发光二极管 LED 显示器 液晶 LCD 显示器 CRT 显示器等 显示电路显示模块需要实时显示当前的时间 即时 分 秒 因此需要 6 个数码管 另需两个数码管来显示横 采用动态显示方式显示时间 硬件连接如下图所示 时的十 位和个位分别显示在第一个和第二个数码管 分的十位和个位分别显示在第三个和第四 个数码管 秒的十位和个位分别显示在第五个和第六个数码管 LED 显示器的显示控制 方式按驱动方式可分成静态显示方式和动态显示方式两种 对于多位 LED 显示器 通常 都是采用动态扫描的方法进行显示 其硬件连接方式如下图所示 数码管的硬件连接示意图 8 3 3 键盘控制电路 该设计需要校对时间 所以用三个按键来实现 按 Hour 来调节小时的时间 按 Minute 来调节分针的时间 按 Second 来调节秒的时间 下图是按键硬件连接图 第四章第四章 数字钟的数字钟的程序程序设计设计 系统的软件设计也是工具系统功能的设计 数字电子时钟的程序设计采用设计 设 C 语言设计 C 语言程序可以更好的实现程序的移植 修改和可读性 4 1 include define uchar unsigned char sbit dula P2 6 段选 sbit wela P2 7 位选 sbit hkey P3 4 时调整按键 sbit mkey P3 5 分调整按键 sbit skey P3 6 秒调整按键 uchar hh mm ss t i j x h1 h2 m1 m2 s1 s2 uchar code table 0 x3f 0 x06 0 x5b 0 x4f 0 x66 0 x6d 0 x7d 0 x07 0 x7f 0 x6f 0 x77 0 x7c 0 x39 0 x5e 0 x79 0 x71 void delay ms 延时函数声明 void init 初始化函数声明 void displayh 时显示函数声明 void displaym 分显示函数声明 void displays 秒显示函数声明 void tiaoshi 调时函数声明 9 void main 主函数 init while 1 tiaoshi if t 20 t 0 ss if ss 60 ss 0 mm if mm 60 mm 0 hh if hh 24 hh 0 s1 ss 10 s2 ss 10 m1 mm 10 m2 mm 10 h1 hh 10 h2 hh 10 displayh displaym displays 10 void init 初始化函数 TMOD 0 x01 TH0 65536 50000 256 TL0 65536 50000 256 EA 1 ET0 1 TR0 1 void displays 秒显示函数 wela 1 P1 0 xef wela 0 P1 0 xff dula 1 P1 table s1 dula 0 delay 20 wela 1 P1 0 xdf wela 0 P1 0 xff dula 1 P1 table s2 dula 0 delay 20 void displaym 分显示函数 11 wela 1 P1 0 xfb wela 0 P1 0 xff dula 1 P1 table m1 dula 0 delay 20 wela 1 P1 0 xf7 wela 0 P1 0 xff dula 1 P1 table m2 dula 0 delay 20 void displayh 时显示函数 wela 1 P1 0 xfe wela 0 P1 0 xff dula 1 P1 table h1 dula 0 delay 20 wela 1 P1 0 xfd wela 0 P1 0 xff 12 dula 1 P1 table h2 dula 0 delay 20 void tiaoshi 时间调整 if skey 0 delay 2 if skey 0 ss t 0 if ss 60 ss 0 while skey delay 2 while skey if mkey 0 delay 2 if mkey 0 t 0 mm if mm 60 mm 0 while mkey delay 2 while mkey 13 if hkey 0 delay 2 if hkey 0 hh t 0 if hh 24 hh 0 while hkey delay 2 while hkey void delay ms 毫秒延时函数 while ms for i 15 i 0 i void time0 interrupt 1 中断处理函数 TH0 65536 50000 256 TL0 65536 50000 256 t 14 第五章第五章系统仿真系统仿真 5 1 PROTUES 软件介绍 Proteus 软件是 Labcenter Electronics 公司的一款电路设计与仿真软件 它包括 ISIS ARES 等软件模块 ARES 模块主要用来完成 PCB 的设计 而 ISIS 模块用来完成电 路原理图的布图与仿真 Proteus 的软件仿真基于 VSM 技术 它与其他软件最大的不同 也是最大的优势就在于它能仿真大量的单片机芯片 比如 MCS 51 系列 PIC 系列等等 以及单片机外围电路 比如键盘 LED LCD 等等 通过 Proteus 软件的使用我们能够轻 易地获得一个功能齐全 实用方便的单片机实验室 5 2 电子钟系统 PROTUES 仿真 用 PROTUES 软件 根据数字电子钟的原理图 画出仿真图 得到的图如下所示 15 数字电子时钟的 PROTES 仿真 16 第六章第六章 调试与功能说明调试与功能说明 单片机应用系统的调试包括硬件和软件两部分 但是他们并不能完全分开 一般的 方法是排除明显的硬件故障 再进行综合调试 排除可能的软 硬件故障 6 1 系统性能测试与功能说明 走时 默认为走时状态 按 24 小时制分别显示 时时分分秒秒 有走时调整 对秒进行调整 按一下 sceond 加一秒 对分进行调整 按一下 minute 加一分 对时进 行调整 按一下 hour 加一小时 从而达到快速设定时间的目的 6 2 系统时钟误差分析 时间是一个基本物理量 具有连续 自动流逝 不重复等特性 我国时间基准来自 国家授时中心 人们日常使用的时钟就是以一定的精度与该基准保持同步的 结合时间 概念和误差理论 可以定义电子钟的走时误差 S S1 S2 S1 表示程序实际运行计算所得 的秒 S2 表示客观时间的标准秒 S 0 时表示电子钟秒单元数值刷新滞后 即走时误差 为 慢 反之 S 0 表示秒单元数值的刷新超前 即走时误差为 快 本次设计的单片机电子钟系统中 其误差主要来源包括晶体频率误差 定时器溢出 误差 延迟误差 晶体频率产生震荡 容易产生走时误差 定时器溢出的时间误差 本 应这一秒溢出 但却在下一秒溢出 造成走时误差 延迟时间过长或过短 都会造成与 基准时间产生偏差 造成走时误差 6 3 软件调试问题及解决 软件程序的调试一般可以将重点放在分模块调试上 统调是最后一环 软件调试可 以采取离线调试和在线调试两种方式 前者不需要硬件仿真器 可借助于软件仿真器即 可 后者一般需要仿真系统的支持 本次课题 Keil 软件来调试程序 通过各个模块程 序的单步或跟踪调试 使程序逐渐趋于正确 最后统调程序 仿真部分采用 protus 7 5 professional 软件 此软件功能强大且操作较为简单 可以很容易的实现各种系统的仿真 首先打开 protus 7 5 professional 软件 在元件库中找到要选用的所有元件 然 后进行原理图的绘制 绘制好后再选择已经编译好的 hex 文件 选择运行 观察显示 结果 根据显示的结果和课题的要求再修改程序 再运行查 直到满足要求 结束语结束语 我起初认为单片机是个噩梦 因为自己在单片机这一块存在着太大的缺陷 幸运的 是我终于完成了这次考试论文 一开始按照郭天祥老师的 十天学会单片机和 C 语言 一步步去实现那个目标 找资料