数字时钟课程设计要求

河北联合大学轻工学院 信息科学技术部 课程设计说明书 设计题目 数字时钟设计 班 级 11 电科一班 姓 名 王晓云 学 号 201124420115 指导教师 邢玉秀 2014 年 11 月 7 日 时间2014 10 27 2014 11 7地点 11207 实验室 课程设计内容 一一 绪论绪论 数字时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 因此 研究数字钟及扩大其应用 有着非常现实的意义 本 设计要求使用单片机构建时钟系统 并额外拓展例如日期等功能 本设计要求使用 单片机构建时钟系统 并额外扩展例如日期等功能 二内容二内容 1 1 以单片机为核心设计数字钟的电路 绘制原理图 1 2 编写调试单片机程序 实现流水灯 数字钟的时间设置及运行 3 种功能 1 3 利用 protues 仿真软件模拟仿真 三整体方案设计三整体方案设计 1 数字钟电路设计 设计数字钟的功能描述如下 以单片机最小系统为基础 包括电源 晶振电路 及复位电路 以 P1 口连接发光二极管和拨码开关 利用发光二极管可实现流水灯功 能 P0 口连接 4 个共阴极数码管的段选引脚 P2 口连接数码管的位选引脚和 2 个按 键 4 个数码管用以显示数字钟的分钟和秒值 通过按键可进行时间设置 流水灯 数字钟的时间设置及运行 3 种功能通过拨码开关进行选择 最后利用 Protues 进行仿 真 基于上述功能设计电路原理图如下 AT89C2051 单片机 带有 2KB Flash 可编程 可擦除只读存储器 E2PROM 的低压 高性能 8 位 CMOS 微型计算机 拥有 15 条可编程 I O 引脚 2 个 16 位定 时器 计数器 6 个中断源 可编程串行 UART 通道 并能直接驱动 LED 输出 2 按键电路设计 根据功能需要 本时钟需要设置以下功能键 功能选择键 加 1 操作键 减 1 操作键 按照键盘与 CPU 的连接方式可分为独立式键盘和矩阵式键盘 独立式键盘是 各个按键相互独立 每个按键占用一个 I O 口线 每根 I O 口线上的按键不会影响其 他 I O 口上按键工作状态 独立式键盘电路配置灵活 软件结构简单 但每个按键 必须占用一根 I O 口 在按键数量较多时 I O 口线浪费较大 且电路结构复杂 矩 阵式键盘适合按键较多时使用 123456 A B C D 654321 D C B A Title Nu mberRev isionSize B Date 5 Jun 20 08 Sheet o f File C Do cuments an d Settings Ad ministrator 业业 业业业业业业 业业业 业业业业业业业业业业业业业业 ddbDrawn B y K2 K4 K5 K6 K7 SW PB K3 K1P2 7 P2 6 P2 5 P2 4 P2 3 P2 2 P2 1 在矩阵式键盘中 每条水平线和垂直线在交叉处不直接连通 而是通过一个按键加 以连接 这样 一个端口 如 P1 口 就可以构成 4 4 16 个按键 比之直接将端口 线用于键盘多出了一倍 而且线数越多 区别越明显 比如再多加一条线就可以构 成 20 键的键盘 而直接用端口线则只能多出一键 9 键 由此可见 在需要的键 数比较多时 采用矩阵法来做键盘是合理的 3 中断设计 3 1 中断结构图 3 2 中断寄存器 单片机有 10 个寄存器主要与中断程序的书写控制有关 1 中断允许控制寄存器 IE 2 定时器控制寄存器 TCON 3 串口控制寄存器 SCON 4 中断优先控制寄存器 IP 5 定时器工作方式控制寄存器 TMOD 6 定时器初值赋予寄存器 TH0 TH1 TL0 TL1 4 定时器 计数器 4 1 计数是指对外部事件进行计数 外部事件的发生以输入脉冲的形式表示 因 此计数功能的实质就是对外来的脉冲进行计数 在单片机中对应引脚 T0 和 T1 两 个脉冲输入端 外部输入的脉冲在负跳变时有效 即外部脉冲由 1 变化到 0 计 数器加 1 4 2 定时器是通过计数器的计数来实现的 不过此时的计数脉冲来自单片机的内 部 因此定时器的实质是对内部脉冲的计数 在单片机中 每个机器周期产生一次 计数脉冲 计数器加 1 5 数字钟的软件设计 系统设计中用到 89 C51 单片机的部分功能 包括内部定时器 键盘扩展 程 序中断 串口通信等 用一个四联体的共阴极八段显示器 可通过一个输入 输出 口作为显示器数据发送端 另一个输入 输出口的四位作为显示器各位的片选信号 另四位作为键盘扩展口使用 采用一个频率为 32 768k Hz 的晶振构成时钟电路 结构图如图所示 单 片 机 显示器 键盘 P2 4 7 P2 0 3 P1 0 7 串 口 设计思想的程序流程图 C 语言程序 include 51 单片机用的头文件 include define wei P1 define dua P0 define uint8 unsigned char define uint16 unsigned int define key P2 define led P3 sbit light P1 0 拨码开关 sbit set P1 1 sbit run P1 2 sbit text P3 7 uint8 codenum 0 x3f 0 x06 0 x5b 0 x4f 0 x66 0 x6d 0 x7d 0 x07 0 x7f 0 x6f 0 9 数码管显示 uint8 buf 4 0 xff 0 xff 0 xff 0 xff void delayms uint16 ms void disbuf void void t0int void int button void uint8 light mode void uint8 set mode void int share uint8 n void run mode void uint8 temp num uint8 temp led 0 xfe uint16 num uint8 pos 103 void main void uint8 min sec t0int while 1 if temp num 50 num temp num 0 if 36000 i for j 110 j 0 j void t0int void 时间运行 EA 1 ET0 1 TMOD 0 x01 TH0 0 x4c TL0 0 x00 TR0 1 void t0 interrupt 1 TH0 0 x4c TL0 0 x00 temp num int button void 按键设计 uint8 temp crol 0 row 0 temp 0 xf0 key temp if key 0 xf0 switch key case 0 xe0 crol 1 break case 0 xd0 crol 2 break case 0 xb0 crol 3 break case 0 x70 crol 4 break temp 0 x0f key temp if key 0 x0f switch key case 0 x0e row 1 break case 0 x0d row 2 break case 0 x0b row 3 break case 0 x07 row 4 break return row 1 4 crol uint8 light mode void 流水灯程序 temp led cror temp led 1 led temp led delayms 500 if 1 light delayms 10 if 1 light led 0 xff return 0 if 0 set 0 run return 0 return 1 int share uint8 n uint8 i j uint8 ret but switch n case 0 for i 20 i 0 i dua 0 x00 wei 0 xef delayms 2 wei 0 xdf dua buf 1 delayms 2 wei 0 xbf dua buf 2 delayms 2 wei 0 x7f dua buf 3 delayms 2 ret but button for i 10 i 0 i dua buf 0 wei 0 xef delayms 2 wei 0 xdf dua buf 1 delayms 2 wei 0 xbf dua buf 2 delayms 2 wei 0 x7f dua buf 3 delayms 2 break case 1 for i 20 i 0 i wei 0 xef dua buf 0 delayms 2 wei 0 xdf dua 0 x00 delayms 2 wei 0 xbf dua buf 2 delayms 2 wei 0 x7f dua buf 3 delayms 2 ret but button for i 10 i 0 i dua buf 0 wei 0 xef delayms 2 wei 0 xdf dua buf 1 delayms 2 wei 0 xbf dua buf 2 delayms 2 wei 0 x7f dua buf 3 delayms 2 break case1 case 2 for i 20 i 0 i dua buf 0 wei 0 xef delayms 2 wei 0 xdf dua buf 1 delayms 2 wei 0 xbf dua 0 x00 delayms 2 wei 0 x7f dua buf 3 delayms 2 ret but button for i 10 i 0 i dua buf 0 wei 0 xef delayms 2 wei 0 xdf dua buf 1 delayms 2 wei 0 xbf dua buf 2 delayms 2 wei 0 x7f dua buf 3 delayms 2 break case 3 for i 20 i 0 i dua buf 0 wei 0 xef delayms 2 wei 0 xdf dua buf 1 delayms 2 wei 0 xbf dua buf 2 delayms 2 wei 0 x7f dua 0 x00 delayms 2 ret but button for i 10 i 0 i dua buf 0 wei 0 xef delayms 2 wei 0 xdf dua buf 1 delayms 2 wei 0 xbf dua buf 2 delayms 2 wei 0 x7f dua buf 3 delayms 2 case3 break switch return ret but uint8 set mode void uint8 min sec TR0 0 while 5 button if 1 share pos 4 pos 1 if 2 share pos 4 pos if 3 button switch pos 4 case 3 num 1 break case 2 num 10 break case 1 num 60 break case 0 num 600 break if 4 button switch pos 4 case 3 num 1 break case 2 num 10 break case 1 num 60 break case 0 num 600 break default break min num 60 sec num 60 buf 0 codenum min 10 buf 1 codenum min 10 buf 2 codenum sec 10 buf 3 codenum sec 10 if 0 run 1 set TR0 1 break if num 3600 num 0 num 0 return 0 void run mode void uint8 min sec TR0 1 while 0 run if temp num 50 num temp num 0 if 3600 num num 0 min num 60 sec num 60 buf 0 codenum min 10 buf 1 codenum min 10 buf 2 codenum sec 10 buf 3 codenum sec 10 disbuf 四软硬件调试 模拟仿真四软硬件调试 模拟仿真 使用 protues 进行模拟仿真 搭建电路的软件平台 再导入程序进行仿真调试 如果电路出