可调电子时钟综合实训报告封面及格式2.doc

单片机课程设计说明书用1602LCD设计的可调式电子钟专业电气工程及其自动化学生姓名李广东班级M电气112学号1151402206指导教师陆广平完成日期2014年 6 月 15 日目 录目 录11.前言22.课程设计的目的和要求33.基本原理分析及设计说明53.1关于可调式电子钟53.2设计方案63.3电路总原理图74.软件仿真104.1系统软件设计104.2系统程序流程图114.3实物图144.4仿真运行结果说明145.课程设计实验总结15展望15谢辞17参考文献18附录：19附录一：总电路图19附录二：PCB图20附录三：程序211 前言电子钟具有走时准确，一钟多用等特点，在生活中已经得到广泛应用。本电子钟就是由单片机和液晶显示器做成的，而且单片机具有体积小、功能强可靠性高、价格低廉等一系列优点，不仅已成为工业测控领域普遍采用的智能化控制工具，而且已渗入到人们工作和和生活的各个角落，有力地推动了各行业的技术改造和产品的更新换代，应用前景广阔。2课程设计的目的和要求 课程设计是理工科大学培养学生综合能力及素质，提高分析问题，解解问题的能力，做到理论联系实际，是知识完整话的关键环节，是大学教学计划的重要组成部分，是教育教学体系中的一个不可缺少的重要组成部分和不可替代的重要环节。它是与今后的职业生活最直接联系的，学生在课程设计过程中将完成理论学习到实践学习，因此实训是培养技能型人才，实现培养目标的重要要途径。它不仅是校内教学的延续，而且是校内教学的总结。2.1本次课程设计的目的是：要求学生通过课程设计，能将课堂所学的有关理论知识与工程实际紧密结合，加深对本专业的感性知识；通过课程设计使学生加深对专业领域的认识，使学生掌握本专业有关的生产工艺、性能、配置、及其工作原理等。课程设计是与课堂教学完全不同的教学方法，在教学计划中，课程设计是课堂教学的补充，课程设计区别于课堂教学。课堂教学中，教师讲授，学生领会，而课程设计则是在教师指导下由学生自己向生产向实际学习。通过现场的讲授、参观、座谈、讨论、分析、作业、考核等多种形式，一方面来巩固在书本上学到的理论知识，另一方面，可获得在书本上不易了解和不易学到的生产现场的实际知识，使学生在实践中得到提高和锻炼。通过课程设计，使学生学习和了解相关课程的知识运用到实际生产的全过程以及生产组织管理等知识，培养学生树立理论联系实际的工作作风，以及生产现场中将科学的理论知识加以验证、深化、巩固和充实。并培养学生进行调查、研究、分析和解决工程实际问题的能力，为后继专业课的学习和毕业设计打下坚实的基础。通过课程设计，拓宽学生的知识面，增加感性认识，把所学知识条理化系统化，学到从书本学不到的专业知识，并获得本专业国内、外科技发展现状的最新信息，激发学生向实践学习和探索的积极性，为今后的学习和将从事的技术工作打下坚实的基础。 2.2课程设计的基本要求： 理论设计：每个同学根据题目，自己独立完成设计，每人都要提交一份设计说明书。实践部分：每个班分为若干小组，每个小组1-2 人，每组根据实验室提供的设备和实验教师的设计要求，设计并制作、调试一个完整的组态软件实现的自动控制系统，在实验室进行实际操作并调试通过。组内可根据设计任务进行适当分工，但必须确保每个学生都熟悉整个课题的设计过程及重点内容。3基本原理分析及设计说明3.1关于可调式电子钟3.1.1电子时钟简介 电子钟是一种利用数字电路来显示秒、分、时的计时装置，它具有走时准确、显示直观、无机械传动装置等优点，因而得到广泛应用。随着人们生活环境的不断改善和美化，在许多场合都用到电子时钟。3.1.2：电子时钟的基本特点 现在高精度的计时工具大多数都使用了石英晶体振荡器，由于电子钟、石英钟、石英表都采用了石英技术，因此走时精度高，稳定性好，使用方便，不需要经常调试，数字式电子钟用集成电路计时时，译码代替机械式传动，用LED显示器代替指针显示进而显示时间，减小了计时误差，这种表具有时、分、秒显示时间的功能，还可以进行时和分的校对，片选的灵活性好。3.1.3：电子时钟的应用LCD数字电子钟除了在城市的主要营业场所、车站、码头等公共场所使用，还可以改装在摩托车和汽车上，LCD显示，带蓝色背光，白天在太阳光下也能非常清楚的看到显示时间；LCD的显示耗电量很低的，所以一直工作也不必担心耗电问题。在骑摩托车时，为了看时间，先要停下车子，取出手机，才能看时间，是否有点麻烦，现在车上改装了一个蓝色背光的液晶电子钟后，不管白天黑夜色，随时可以看时间，非常方便。3.1.4： 电子时钟的原理 一般电子钟是一个将“ 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，另外应有校时功能功能。主电路系统由秒信号发生器、“时、分、秒”计数器、译码器及显示器、校时电路电路组成。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秒发出一个“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”计数器的输出状态用七段显示译码器译码，通过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。电子时钟由89C52，BUTTON，七段数码管等构成，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。而电路中唯一的一个控制键却拥有多种不同的功能，按下又松开，可以实现屏蔽数码管显示的功能，达到省电的目的；直接按下不松开，则可以通过按键实现分钟的累加，每按一次分钟加一；而连续两次按下按键不放松，则可实现小时的调节，同样每按一次小时加一。3.2设计方案电路组成及工作原理本文可调时钟设计原理主要利用AT89C52单片机,由单片机的P3口控制数码管的位显示， P1口控制数码管的段显示，P2口与按键相接用于时间的校正。在设计中引入电源电路，外部电源系统产生+5V电压，用于给CPU及显示电路提供工作电压，这是数字时钟正常工作时的总电压。整个系统工作时，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，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秒发出一个“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。显示电路将“时”、“分”、“秒”计数器的输出，通过LED液晶显示器显示出来。校时电路是直接加一个脉冲信号到时计数器或者分计数器或者秒计数器来对“时”、“分”、“秒”显示数字进行校对调整。3.21 实现时钟计时的基本方法利用AT89C52单片机内部的定时/计数器进行中断定时，配合软件延时实现时、分、秒的计时。AT89C52的P1口和P3口外接LED液晶显示器，用P1口作LED的段码输出口，P3口作LCD的位控输出线，P2口外接三个按键K1、K2、K3、构成键盘电路。该方案节省硬件成本，且能使读者在定时/计数器的使用、中断及程序设计方面得到锻炼与提高，对单片机的指令系统能有更深入的了解，从而对学好单片机技术这门课程起到一定的作用。系统结构如下图：（图3-2-1）AT89C52LED显示电路复位电路晶振电路电源输入按键电路 图4-2-1 系统结构3.2.2 单片机AT89C52简介AT89C52是美国Atmel公司生产的低电压、高性能CMOS 8位单片机，片内含8KB的可反复檫写的程序存储器和12B的随机存取数据存储器（RAM），器件采用Atmel公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内配置通用8位中央处理器（CPU）和Flash存储单元，功能强大的AT89C52单片机可灵活应用于各种控制领域。AT89C52单片机属于AT89C51单片机的增强型，与Intel公司的80C52在引脚排列、硬件组成、工作特点和指令系统等方面兼容。其主要工作特性是：片内程序存储器内含8KB的Flash程序存储器，可擦写寿命为1000次；片内数据存储器内含256字节的RAM；具有32根可编程I/O口线；具有3个可编程定时器；中断系统是具有8个中断源、6个中断矢量、2个级优先权的中断结构；串行口是具有一个全双工的可编程串行通信口；具有一个数据指针DPTR；低功耗工作模式有空闲模式和掉电模式；具有可编程的3级程序锁定位；AT89C52工作电源电压为5（1+0.2）V，且典型值为5V；AT89C52最高工作频率为24MHz。3.2.2.1 AT89C52的主要性能参数1、兼容MCS51指令系统 2、8k可反复擦写(大于1000次）Flash ROM； 3 、32个双向I/O口； 4、256x8bit内部RAM； 5、3个16位可编程定时/计数器中断； 6、时钟频率0-24MHz； 7、2个串行中断，可编程UART串行通道； 8、2个外部中断源，共8个中断源； 9、2个读写中断口线，3级加密位； 10、低功耗空闲和掉电模式，软件设置睡眠和唤醒功能； 11、有PDIP、PQFP、TQFP及PLCC等几种封装形式，以适应不同产品的需求。3.2.2.2 AT89C52的管脚说明VCC：供电电压。GND：接地。P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。 P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：管脚 备选功能:P3.0 RXD（串行输入口）P3.1 TXD（串行输出口）P3.2 /INT0（外部中断0）P3.3 /INT1（外部中断1）P3.4 T0（记时器0外部输入）P3.5 T1（记时器1外部输入）P3.6 /WR（外部数据存储器写选通）P3.7 /RD（外部数据存储器读选通）P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。 RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时， ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。 /PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。/EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2：来自反向振荡器的输出。3.2.3晶振电路AT89S51引脚XTAL1和XTAL2与晶体振荡器及电容C2、C3按图4-2-3所示方式连接。晶振、电容C2C3及片内与非门（作为反馈、放大元件）构成了电容三点式振荡器，振荡信号频率与晶振频率及电容C2、C3的容量有关，但主要由晶振频率决定，范围在033MHz之间，电容C2、C3取值范围在530pF之间。根据实际情况，本设计晶振选择频率为12MHZ，电容选择30pF如图（4-2-3）。经计算得单片机工作胡机器周期为：12（112M）=1us。振荡器的振荡信号从XTAL2端输入到片内的时钟发生器上。时钟发生器是个二分频的触发器，将振荡器的信号频率fosc除以2，向CPU提供两相时的时钟信号。图（3-2-3）晶振电路4.2.4复位电路时钟电路工作后，在REST管脚上加两个机器周期的高电平，芯片内部开始进行初始复位（如图3-2-4）。图3-2-4复位电路3.2.5 按键电路 如图（3-2-5） 图3-2-5按键电路K1键： 在正常显示时间状态下按下K1键，选择时钟或者分钟，开始校对。K2键：按下K2键时，可以校对所选择的时钟，表示所校对的时或分加一。逐次按可以达到校对的时间。K3键：按下K3键时，可以校对所选择的时钟，表示所校对的时或分减一，逐次按可以达到校对的时间。3.2.6液晶显示显示部分由液晶显示器LCD1602取代普通的数码管完成。采用LED液晶显示屏显示时、分，秒采用数字显示 . 当正常时，LCD液晶显示屏显示“Time”并且显示时、分、秒，时制式为24小时制; 调整时钟的时候显示正在调整的时钟。如图3.2.6图3.2.6液晶显示3.3 电路总原理图 图3.3 液晶显示器LCD1602显示可调时钟电路4.软件仿真及电路图4.1系统软件设计本系统软件设计由主程序、初始化程序、LCD显示程序、键盘扫描程序、键功能程序、校对设置程序、EEPROM读写程序等组成。主要程序设计流程图如下所示：（图4-2）开始初始化启动程序LED显示按键扫描键功能程序结束关闭程序图4-2主要程序设计流程图4.3 系统程序流程图在编程上，首先进行了初始化，定义程序的的入口地址以及中断的入口地址，在主程序开始定义了一组固定单元用来储存计数的时.分.秒，在显示初值之后，进入主循环。在主程序中，对不同的按键进行扫描，实现时间调整，复位清零等功能，系统总流程图如下图4-3。图4-3系统总流程图4.4实物图4.4仿真运行结果说明电子时钟主要的设计要求是能够实现时钟的一般功能，以及包括时间的调整功能，这个基于单片机的电子时钟基本上实现了上述功能，能够通过时间调整电路对时间进行调整以及复位。*打开时的正常显示仿真：图4-4-1仿真图4-4-2 电路仿真5课程设计实验总结这次专业课程设计总体来说还算是成功的,但我也发现了自己许多的错漏和不足之处。最简单的程序没写好就想着去写复杂的程序，做事还是缺乏耐心和信心，当有时遇到问题时，总是无从下手，总想让老师解决问题，对于课本上的知识不能很好的组织到一起，不会灵活的运用，总是对书本知识有着模糊的记忆，不能掌握扎实。在编写个功能的程序时，特别是后来增添更复杂的程序时，明显地显示出自己的不足。通过本次的实训，让我了解到了自己的不足，需要更好的掌握本门课程，书本上的知识是基础，想要更好的掌握就要多动手实践与动脑思考，这样才会达到事半功倍的效果。 编程是一件很枯燥很无聊的事情，但是出于完成作业，得到学分的压力，还必须强破自己坚持下去，按照老师所说的模块化思想，分部分的进行编写。而且编程是一件高精度、模范化的事情，稍有疏乎都会影响全局，也可能因为某一处的小的错误而导致整个程序的无法运行。所以认真仔细就是非常重要的了。开始的时候真的感觉编程是一件很无聊的事情，不过当一个程序运行成功的时候那种喜悦是无法言语的，那种成就感是无法比拟的。又经过几天的努力，终于把程序完成了，尽管程序还是有很多错误和漏洞，不过还是很高兴的。无论如何是自己的劳动成果，是自己经过努力得到的成绩，同时也是学习汇编语言的一次实践作业，自己进步的证明。 通过这次课程设计，使我对汇编语言有了更进一步的认识和了解，要想学好它要重在实践，要通过不断的上机操作才能更好地学习它，我也发现我的好多不足之处，首先是自己在指法上还不行，经常按错字母，通过学习也有所改进；再有对汇编语言的一些标准库函数不太了解，还有对函数调用的正确使用不够熟悉，还有对汇编语言中经常出现的错误也不了解，通过实践的学习，我认识到学好计算机要重视实践操作，不仅仅是学习汇编语言，还是其它的语言，以及其它的计算机方面的知识都要重在实践，所以后在学习过程中，我会更加注视实践操作，使自己便好地学好计算机。在课程设计过程中，收获知识，提高能力的同时，我也学到了很多人生的哲理，懂得怎么样去制定计划，怎么样去实现这个计划，并掌握了在执行过程中怎么样去克服心理上的不良情绪。因此在以后的生活和学习的过程中，我一定会把课程设计的精神带到生活中，不畏艰难，勇往直前！ 展望 通过这次毕业设计，让我复习了很多学过的旧知识，同时锻炼了自己的动手能力和查阅资料。尤其是解决在实际中解决排查问题的能力。由于本次实训考虑到实训时间短，实训的成本低，还有所学的知识不完整等。这次的设计有很多的不足，和市场上的产品有一定的差距，例如：电子时钟还可以做到秒表计时，闹钟提示等功能。还请老师同学们提出宝贵意见。谢辞 通过这次课程设计，本人不仅加强了自己对所掌握的知识的巩固和进一步理解，同时对自己设计进行了一次全面的检验和提升。设计过程中丰富了自己的知识，积累了宝贵的设计经验，获得了一定的设计和能力，能承担一些的设计工作；同时也于此，发现自己还存在不少的知识缺陷，懂得自己要想成为一个杰出的人，我就应该不断地努力学习知识，充实自己的头脑。 本次课程设计得到陆广平老师的悉心指导、不啬赐教，在百忙中抽出宝贵的时间对我提出的问题进行耐心的解答，并提出宝贵的意见，使我收获颇多。最后得使我很顺利的完成此次课程设计，在此本人表示衷心的感谢！参考文献 1 张毅刚. 单片机原理及应用M.北京：高等教育出版社，2008 2 郭天祥 新概念51单片机C语言教程入门、提高、开发拓展全攻略M 北京：电子工业出版社 20103 彭伟 单片机C语言程序设计实训100例基于8051+Proteus仿真M 北京：电子工业出版社 2010.64 张大明. 单片机控制实训指导及综合应用实例M.北京：清华大学出版社， 20045 张齐，朱宁西. 单片机应用系统设计技术基于C51的Proteus仿真 M.北京：化学工业出版社，2004.附录一：总电路图附录二：PCB图附录三:程序#include#define uint unsigned int#define uchar unsigned char/-LCD1602-/P10-17= D0-7sbit rs=P30; /指令or数据sbit wela=P31; /读or写sbit lcden=P32; /使能信号/-LCD1602-sbit S1=P20; /设置sbit S2=P21; /加sbit S3=P22; /减/-时间-uchar shi=12,fen=30,miao=50;/ 时分秒计时 ,初始设置 可修改/-时间-uchar Display_Digit=0,0,0,0,0,0;/待显示的各温度数位uchar count;/秒计时uchar mode=0;/0123/*/ 描述: 延时t us函数/*/void LCD_Delay_us(unsigned int t)while(t-); /t=0,退出/*/ 描述: 延时t ms函数/*/void LCD_Delay_ms(unsigned int t)unsigned int i,j;for(i=0;it;i+) /执行t次循环for(j=0;j23)shi=23; /最大值23if(mode=2) / fen+; if(fen59)fen=59; /最大值59if(mode=3)/ miao+;if(miao59)miao=59; /最大值59void S3_SUB(void) if(mode=1) if(shi1)shi=1;shi-; /最小减到0if(mode=2) if(fen1)fen=1;fen-; /最小减到0if(mode=3) if(miao3)mode=0;TR2=1;EA=1; /在0 1 2 3中切换if(mode=1)TR2=0;EA=0;/设置的时候关时钟if(mode=2)TR2=0;EA=0;/设置的时候关时钟if(mode=3)TR2=0;EA=0;/设置的时候关时钟 while(!S1);/等待按键释放 if(S2=0) /加LCD_Delay_ms(10); /延时去抖动 S2_ADD(); while(!S2);/等待按键释放 if(S3=0)/减LCD_Delay_ms(10); /延时去抖动 S3_SUB();while(!S3);/等待按键释放void DIS_shi(void)/显示时间 Display_Digit0=shi%100/10; /时 Display_Digit1=shi%10; /时 W_lcd(4,1,Display_Digit0+0 );/时 W_lcd(5,1,Display_Digit1+0 );/时 write_com(0x10); /光标向左平移1位 write_com(0x0e); /开光标 LCD_Delay_ms(200); write_com(0x0c); /关光标void DIS_fen(void)/显示时间 Display_Digit2=fen%100/10; /分 Display_Digit3=fen%10; /分 W_lcd(7,1,Display_Digit2+0 );/分 W_lcd(8,1,Display_Digit3+0 );/分 write_com(0x10); /光标向左平移1位 write_com(0x0e); /开光标 LCD_Delay_ms(200); write_com(0x0c); /关光标void DIS_miao(void)/显示时间 Display_Digit4=miao%100/10; /秒 Display_Digit5=mia