09312132数字钟实验报告.doc

单片机课程设计一前言 数字电子时钟，自从它发明的那天起，就成为人类的朋友，是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、航站、剧院、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。但随着时间的推移，科学技术的不断发展，生活节奏越来越快，竞争日益激烈，人们对时间计量的精度要求越来越高，应用越来越广。可以说时间的准确已成为各行业安全运行的基础，如果时间出现误差而不能及时校正，会造成一系列严重的后果和经济损失。设计一种时钟校时系统显得尤为重要，而且此系统还可以随意的定时报时，及时提醒下一步要发生的事情或要完成的事情，给人们的生活、学习和工作带来更多的方便。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、石英表、石英钟都采用了石英技术，因此走时精度高、稳定性好、使用方便、不需要经常调校。数字式电子钟用集成电路计时，译码器电路代替机械式传动，用LED 显示器代替指针显示时间，减小了计时误差，这种时钟具有时、分、秒显示时间的功能，还可以进行时、分、秒的校对，片选的灵活性好。专门的时钟芯片还可以提供高精度的准确时间，本设计采用的时钟芯片是DS1302。本系统研究调频无线接收整点广播报时信号，校对系统时钟，并设置定时时间，通过语音芯片进行声音提示。二设计目的与芯片介绍1 设计的目的及意义本设计通过用对一个能实现定时，时钟显示功能的时间系统的设计学习，让我们了解到了51单片机应用中的数据转换显示，数码管显示原理，静态扫描显示原理，单片机的定时中断原理等，从而达到学习、了解单片机相关指令在各方面的应用，让我们学到更多关于单片机方面的知识。2 芯片简介2.1 STC80C51单片机芯片引脚功能介绍单片机的40个引脚大致可分为4类：电源、时钟、控制和I/O引脚。 电源: VCC - 芯片电源，接+5V； VSS - 接地端； 时钟:XTAL1、XTAL2 - 晶体振荡电路反相输入端和输出端。 控制线:控制线共有4根， ALE/PROG:地址锁存允许/片内EPROM编程脉冲 ALE功能：用来锁存P0口送出的低8位地址 PROG功能：片内有EPROM的芯片，在EPROM编程期间，此引脚输入编程脉冲。 PSEN:外ROM读选通信号。 RST/VPD:复位/备用电源。 RST（Reset）功能：复位信号输入端。 VPD功能：在Vcc掉电情况下，接备用电源。 EA/Vpp:内外ROM选择/片内EPROM编程电源。 EA功能：内外ROM选择端。 Vpp功能：片内有EPROM的芯片，在EPROM编程期间，施加编程电源Vpp。 I/O线80C51共有4个8位并行I/O端口：P0、P1、P2、P3口，共32个引脚。P3口还具有第二功能，用于特殊信号输入输出和控制信号（属控制总线）。2.2 STC89C51单片机芯片封装图 STC89C51芯片的封装有PLCC、PQFP以及DIP40，本设计采用的是引脚双列直插式封装。其封装形式如图2.2.1。图2.2.1 STC89C51 DIP-40封装3 电路原理图与功能说明3.1 晶振电路晶体振荡器在固定频率振荡器中能够提供较高的精度，绝大多数RTC采用32.768kHz的晶体，晶体振荡器输出经过分频后会产生1Hz的基准来刷新时间和日期。RTC的精度主要取决于晶振的精度，晶体振荡器在固定频率振荡器中能够提供较高的精度，绝大多数RTC采用32.768kHz的晶体，晶体振荡器输出经过分频后会产生1Hz的基准来刷新时间和日期。RTC的精度主要取决于晶振的精度，晶振一般在特定的电容负载下，其调谐振荡在正确的频点，而当晶振调谐于12.5pF负载的RTC电路中时，使用6pF负载的晶振将会使时钟变快。Dallas Semiconductor提供的所有RTC均采用内部偏置网络，因而晶振可直接连接到RTC的X1、X2引脚，而不需要额外的元件。由于RTC的晶振输入电路具有很高的输入阻抗，因此，它与晶振的连线犹如一个天线，很容易耦合系统其余电路的高频干扰。而干扰信号被耦合到晶振引脚将导致时钟数的增加或减少。考虑到线路板上大多数信号的频率高于32.768kHz，所以，通常会产生额外的时钟脉冲计数。因此，晶振应尽可能靠近X1、X2引脚安装，同时晶振、X1/X2引脚的下方最好布成地平面。晶振电路如图3.1.1。图3.1.1 晶振电路3.2 复位电路当STC89C52单片机的复位引脚RST(全称RESET)出现2个机器周期以上的高电平时，单片机就执行复位操作。如果RST持续为高电平，单片机就处于循环复位状态。根据应用的要求，复位操作通常有两种基本形式：上电复位和上电或开关复位。上电复位要求接通电源后，自动实现复位操作。上电或开关复位要求电源接通后，单片机自动复位，并且在单片机运行期间，用开关操作也能使单片机复位。上电后，由于电容的充电和反相门的作用，使RST持续一段时间的高电平。当单片机已在运行当中时，按下复位键K后松开，也能使RST为一段时间的高电平，从而实现上电或开关复位的操作。复位电路如图3.2.1图 3.2.1 复位电路3.3 数码管显示电路所谓数码管就是为数码管显示提供的各段状态组合，即字形代码。八段数码管的段码为八位，用一个字节即可表示。在段码字节中代码位与各段发光二极管的对应关系表3.3.1。表3.3.1 段码字节代码位与发光二极管的关系段码D7D6D5D4D3D2D1D0段名dpgfedcba段码的值与数码管公共引脚的接法有关。以八段数码管为例，显示十六进制的段码值如表3.3.2。表3.3.2 十六进制段码表数字共阳极段码共阴极段码数字共阳极段码共阴极段码0C0H3FH990H6FH1F9H06HA88H77H2A4H5BHB83H7CH3B0H4FHCC6H39H499H66HDA1H5EH592H6DHE86H79H682H7DHF8EH71H7F8H07H灭FFH00H880H7FH并排使用的多位数码管称为LED显示器。LED显示器多采用动态显示方式，全部数码管共用一套段码驱动电路，各位数码管的同段引脚短接后在借到应段码的驱动线上。显示时通过位控信号采用扫描的方法逐位地循环点亮各位数码管。动态显示虽然在任何一时刻只有一位数码管被点亮，但是由于人眼具有的视觉残留效应，看起来与全部数码管持续点亮的效果完全一样。LED显示器动态显示需要为各位提供段码以及相应的位控制，此即通常所说的段控和位控。把LED显示器段码表预先存放在存储器中，使用时通过查表就可以得到段码。段码输出后送到公共段码线上，也可称为段控信号。而通过并行口输出的相互独立的为嘛则是起选通作用的，也称位控或扫描信号，用于选择显示位。三数字钟设计原理 数字钟实际是对标准频率计数的电路，由于计数的起始时间不可能与标准时间一致，故需要在电路上加一个校时电路，同时标准的时间信号必须做到准确稳定。通常使用石英晶体振荡电路构成数字钟。数字钟电子钟由以下几部分组成：按键开关部分，振荡电路部分，89c51单片机控制器，4位数码管显示部分，7407数码管驱动部分。89C51单片机控制器4位数码管显示按键开关振荡电路7407列驱动四流程图主程序流程图如图2.3所示，定时器T0中断服务程序流程图如2.4所示。返回 图2.4中断服务程序流程图 五51单片机系统的硬件连接1 硬件电路的设计，硬件电路图如图2.2所示图2.2硬件电路图该电路采用AT89C51单片机最小化应用，采用共阴7段LED数码管显示器，P2.4P2.7口作为列扫描输出，P0口输出段码数据，P1.2,P1.1口接2个按钮开关，用于调时及功能误差，采用12Mhz晶振，可提高秒计时的精确度。采用动态扫描法实现LED数码管显示。共阴7段LED显示器显示原理：引脚数字显示.P0.7hP0.6gP0.5fP0.4eP0.3dP0.2cP0.1bP0.0a数码显示0001111113FH10000011006H2010110115BH3010011114FH40110011066H5011011016DH6011111017DH70000011107H8011111117FH9011011116FH10f电容作用：上电复位；7407作用：同相缓冲器，驱动数码管；12M晶振和两个电容组成晶体振荡器。6 程序设计#include#define uchar unsigned charuchar code table1=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f;uchar code table2=0xf7,0xfb,0xfd,0xfe;uchar sec,min,hour,haosec,sec1;sbit K1=P10;sbit K2=P11;sbit k3=P15;sbit k4=P16;sbit K5=P12;sbit K6=P13;sbit L1=P37;sbit Beep=P15;int tt;void init() TMOD=0x01; TH0=(65536-50000)/256; TL0=(65536-50000)%256; EA=1;ET0=1;TR0=1; min=59;hour=0; void delay(int x) int i,j; for(i=0;ix-1;i+) for(j=0;j0;j-);haosec+;if(haosec=60)sec1+;if(sec1=60)sec1=0; displaytimesec(haosec,sec1); delay(20);delay(100);while(k4)displaytimesec(haosec,sec1);delay(10); haosec=0; sec1=0; EA=1;void Beepscan()int i; if(hour=1 & min=0) for(i=0;i10;i+) L1=0; delay(200); Beep=0; delay(200); L1=1; Beep=1;void main() init(); while(1) KeyScan();Beepscan(); displaytime(min,hour); 七 系统调试及结果分析61 硬件调试硬件电路板中器件连接好后，先用万用表测试电路中有无虚焊短接之处，测试无误后，将板子通电，进行静态调试。取好两跟短的导线，一根导线的其中一端接地，另一端接P2.4P2.7口中的一个口，若数码管亮，再用另一根导线，其中异端接地，另一端与P0.0P0.7依次接触，看数码管各段的亮灭情况，从而判断每个数码管各段的好坏及电路的是否正确。6.2 软件调试在keil编译器下进行C程序的编写，以子程序为单位调试，一段一段的编译与访真，最后结合电路板，进行整机联调。6.3结果分析由于中断中对堆栈的处理需要花费时间，所以为了减小误差，实现数字钟的走时精度，应当在编程时尽量使中断次数比较少。 八.注意事项 1.在焊接电路板之前，应事先画好硬件原理图，把每一根精确排布，合理布局好各类元器件。 2.焊接时要注意焊接工艺，由于是通用板，质量不是太高，如果不注意，上面的小铜片很容易损坏，容易导致虚焊。 3.电路板及访真机接电源操作时，要注意正负极，并且严格的操作要求进行操作，以免造成元器件和仿真机的损坏。 4.在进行程序的编写时，应该熟悉所使用的每一条指令和程序的各项要求。 5焊接器件时，应该先焊接小器件，再焊接大器件，先焊接低器件，再焊接高器件。 6安装芯片时，应该注意1号脚的位置，如果安装错误，会造成芯片的损坏。 7焊接完一个模块都要用万用表检测电源和地是否出现短接，如果出现短路，需要检测出现短路的地方。 8在保证焊接准确度的前提下，应该尽可能考虑美观程度。 八.心得体会 基于单片机设计的数字钟精确度较高，因为在程序的执行过程中，任何指令都不影响定时器的正常计数。从而，使数字钟的精度仅仅取决于单片机的产生周期电路和定时器T0硬件电路的精确度；另外，程序较为简洁，具有可靠性较好的可读性和较好的可读性。如果我们想将它应用于实时控制之中，只要对上述程序和硬件电路稍加修改，便可以得到实时控制的实用系统，从而应用到实际工作与生产中去。我在这次的数字钟设计过程中很是受益匪浅。通过对自己大学三年时间所学的知识的回顾，并充分发挥对所学知识的理解和对设计内容思考和书面表达能力，最终顺利完成了。这为自己今后进一步深化学习，积累了一点的宝贵经验。撰写论文的过程也是专业知识的学习过程，它使我运用已有的专业基础知识，对其进行设计，分析和解决一个理论问题或者实际问题，把知识转化为能力的实际训练。培养了我运用所学知识解决实际问题的能力。 通过这次的课程设计我发现，只有理论水平提高了，才能够把理论和实际内容相结合，我们的学习不但要立足于书本，以解决理论和实