基于51单片机的电子时钟设计.doc

课程论文 题 目 数字电子时钟的设计数字电子时钟的设计 学生姓名 朱浔 学生学号 1008030335 系 别 电气学院 专 业 电子信息工程 年 级 10 级 任课教师 权楯忠 成绩成绩 1 目目 录录 一一 课程设计目的课程设计目的 1 二二 课程设计题目描述和要求课程设计题目描述和要求 1 三三 课程设计报告内容课程设计报告内容 1 3 13 1 设计思路 设计思路 1 3 23 2 方案设计与论证 方案设计与论证 2 3 2 1 数码管显示选择方案 2 3 2 2 数码管驱动选择方案 3 3 33 3 设计原理 程序及流程图设计原理 程序及流程图 3 3 3 1 流程图 3 3 3 2 电路原理图 4 3 3 3 C 语言程序及说明 4 3 43 4 PROTUESPROTUES仿真图 及作品成型图仿真图 及作品成型图 12 3 4 1 protues 仿真图 12 3 4 2 实践电路板照片 13 3 53 5 安装与调试结果安装与调试结果 14 3 5 1 电路安装 14 3 5 2 电路调试 15 3 5 3 软件调试 15 3 5 4 性能测试 15 四四 总结总结 15 参考书目参考书目 16 2 数字电子钟的设计数字电子钟的设计 学生 朱浔 指导老师 权楯忠 电气信息工程学院电子信息工程专业 一一 课程设计目的课程设计目的 1 巩固和加深对单片机原理知识的理解和运用 2 进一步提高学生综合运用所学知识的能力 3 培养学生综合分析问题 发现问题和解决问题的能力 二二 课程设计题目描述和要求课程设计题目描述和要求 1 方案论证 确定总体电路原理图 2 元器件选择 设计 PCB 图 或用万能电路实验板搭线 3 绘制程序流程图 编写 C 语言源程序 4 安装调试 实现数字时钟的基本功能 即能正确显示时 分 秒 可调整时 间 秒闪功能 三三 课程设计报告内容 课程设计报告内容 3 13 1 设计思路 设计思路 3 1 1 根据所需实现的功能画出程序流程图 如 3 5 所示 3 1 2 将电路按照 3 6 原理图焊接起来 定义开关 K1 K2 K3 分别接单片机的 P3 2 P3 2 P3 5 引脚 3 1 3 用软件延时对 K1 K2 K3 进行两级防抖 启动系统 中断初始化 定时 器 0 只用来做计时 定时器 1 根据需要可选择进入定时模式或者计数模式 外部中断 1 2 用来等待外部按键的按下 3 1 4 当先按下 K1 时 进入外部中断 0 主函数调用时间显示函数 定时器 1 处于计数工作模式 num num 1 num 为 1 时按 K2 K3 对小时进行加减来调 3 整小时位 num 2 按 K2 K3 对分进行调整 当 num 3 按 K2 K3 对秒进行调 整 当 num 4 时就对 num 进行清零 跳出时间调节 3 1 5 当先按下 K2 时 进入外部中断 1 cmd cmd 1 主函数调用秒表显示函数 进入秒表状态 此时将定时器 1 的工作模式改为计时 使其每 10ms 进行一 次中断 并设定当 cmd 位偶数时进行秒表计时 当 cmd 为奇数时停止秒表计 时 K1 用来对秒表进行清零 在秒表处于 00 00 00 状态时 按 K1 退出秒表 进入时间显示状态 3 23 2 方案设计与论证 方案设计与论证 图图 1 1 系统整体框图系统整体框图 整个系统用单片机作为中央控制器 由单片机执行采集芯片内部时钟信号 时钟信号通过单片机 I O 口传给单片机 单片机模块控制驱动模块驱动显示模 块 通过显示模块来实现信号的输出 LED 的显示及相关的控制功能 系统设 有按键模块用于对时间进行调整及扩展多个小键盘 3 2 1 数码管显示选择方案 方案一 静态显示 静态显示 即当显示器显示某一字符时 相应的发光 二极管恒定导通或截止 该方式每一位都需要一个 8 位输出口控制 静态显示 时较小电流能获得较高的亮度 且字符不闪烁 但因当所需显示的位数较多时 静态显示所需的 I O 口数较大 造成资源的浪费 方案二 动态显示 动态显示 即各位数码管轮流点亮 对于显示器各位 单 片 机 模 块 驱 动 模 块 按 键 模 块 LED 显示模块 电 源 模 块 4 数码管 每隔一段延时时间循环点亮一次 利用人的视觉暂留功能可以看到整 个显示 但须保证扫描速度足够快 人的视觉暂留功能才可察觉不到字符闪烁 显示器的亮度与导通电流 点亮时间及间隔时间的比例有关 调整参数可以实 现较高稳定度的显示 动态显示节省了 I O 口 降低了能耗 从节省单片机芯片 I O 口和降低能耗角度出发 本数字电子钟数码管显示 选择设计采用方案二 3 2 2 数码管驱动选择方案 方案一 上拉电阻驱动方式 数码管段码与接有上拉电阻的单片机芯片 I O 口相连 通过编程 单片机芯片即控制段码电平的高低 该方式经费低 但实物制作较复杂 方案二 7407 芯片驱动方式 数码管段码与 7407 芯片 B 口相连 7407 芯 片 A 口与单片机芯片 I O 口 通过编程 单片机芯片即可控制段码电平的高低 该方式实物制作简单 增强驱动数码管段码能力 从实物制作简易程度与驱动数码管段码能力角度出发 本数字电子钟数码 管驱动选择设计采用方案二 3 33 3 设计原理 程序及流程图 设计原理 程序及流程图 5 3 3 1 流程图 启动 是否进入 秒表显示 对中断初始 化 选择秒表显 示功能 选择时间显 示功能 是 否 是否启 动秒表 是否进 入调时 各时间调整 是 运行秒表 是 否 否 3 3 2 电路原理图 6 3 3 3 C 语言程序及说明 include reg51 h define uchar unsigned char define uint unsigned int code uchar d 10 0 xC0 0 xF9 0 xA4 0 xB0 0 x99 0 x92 0 x82 0 xF8 0 x80 0 x90 uint second 0 minter 50 hour 11 uint sshi sge mge mshi hshi hge static char court 0 sbit P21 P2 1 sbit P22 P2 2 sbit P23 P2 3 sbit P24 P2 4 sbit P25 P2 5 sbit P26 P2 6 7 sbit P27 P2 7 sbit P20 P2 0 void delay 单个 LED 延时函数 uchar i for i 0 i 15 i void int1 interrupt 1 using 2 定时中断响应 定 50MS TH0 0 x4c TL0 0 x00 court void main 主函数 TMOD 0 x01 TH0 0 x4c TL0 0 x00 EA 1 ET0 1 TR0 1 P1 0XFF for sshi second 10 求分秒时的个位 sge second 10 mshi minter 10 mge minter 10 hshi hour 10 hge hour 10 P0 d sge 时分秒在 LED 的显示 P27 1 P0 口数据输出 P2 口选通信号 delay P27 0 P0 d sshi P26 1 delay P26 0 8 P0 0 xbf P25 1 delay P25 0 P0 d mge P24 1 delay P24 0 P0 d mshi P23 1 delay P23 0 P0 0 xbf P22 1 delay P22 0 P0 d hge P21 1 delay P21 0 P0 d hshi P20 1 delay P20 0 if court 20 判断定时 1S 的时间到了吗 如果到了 就执行 IF 后面的 否则就跳转 court 0 执行 LED 显示程序 second if second 60 second 0 minter 9 if minter 60 minter 0 hour if hour 24 hour 0 3 43 4 protuesprotues 仿真图 及作品成型图仿真图 及作品成型图 3 4 1 protues 仿真图 3 53 5 安装与调试结果 安装与调试结果 10 3 5 1 电路安装 安照电路原理图把元器件安装到已打好的铜板对应的位置 把个元器件固 定在铜板后 用导线把对应的元器件的引脚相连接 再用焊锡焊接好即可 注 意事项 1 元器件的布局应尽量集中 且各个元器件间引脚的连线应尽量短 不 弯 曲 跳线尽量少 2 各个元器件引脚的焊接不要虚焊 3 5 2 电路调试 把相应编译好的目标程序代码加载到单片机芯片 AT89S51 可接上 5V 电压 源即开始进行硬件电路的调试工作 如果显示结果不符合设计要求 即检查电 路各连接点是否正确连接 再次进行硬件电路的调试工作 或是检查代码程序 是否符合硬件电路的设计 若有错即进行相应的修改 编译后 再进行硬件电 路的调试工作 如此反复操作 直到调试出正确结果 3 5 3 软件调试 1 在计算机上运行程序调试软件 Keil 进行程序调试 2 利用 Proteus 软件进行仿真模拟 3 加载程序代码到单片机芯片 AT89S51 中 进行模拟仿真 若出现错误 查看错误后进行相应修改再进行调试与模拟仿真 直到调试出正确结果 3 5 4 性能测试 系统上电后进行功能的测试 通过测试观察到 系统上电后数码管上显示 时间 11 11 11 通过测试 本作品设计实现了数字电子钟的基本功能 且系 统工作稳定 经过全组组员一起调试及验证 计时误差为 1 0 秒 四四 总结 总结 本次课程设计的题目是 LED 数字显示电子时钟 经过本组同学的共同努力 终于调试成功 并经过测试数据显示 系统的可靠性已经基本能够达到实际电 子钟的设计要求 同时本单片机数字电子钟系统具有扩展性 本设计从经济实用的角度出发 采用美国Atmel公司的单片机AT89S51与显 示驱动芯片7407作为主控芯片与数据存储器单元 结合外围的键盘输入 显示 11 电源输入等电路并用C语言编写主控芯片的控制程序 研制了一款可以调时并带 有秒表功能的电子时钟 使用单片机制作的电子时钟具有软硬件设计简单 易 于开发 成本较低 安全可靠 操作方便等特点 可应用于体育赛事和车站 办公室及家庭等场所 有一定的实用性 此电子时钟严格按照要求设计 基本 达到了预期效果 能够正确的显示时分秒的计时 算上是一次比较成功的设计 了 实验中遇到了不少问题 但我们一起改进和综合了如下 1 按键问题 此设计中 很多功能选择是通过按键开关实现的 在仿真中 发现 调整数值时 有时按键反应太快 按一次 跳了几下 使设置时间很不 方便 于是用软件延时将按键进行两级防抖 从而大大提高了按钮的可操作性 2 添加功能问题 此设计中 除了基本的功能外 我们发现没有突出的亮 点 于是想到添加一个秒表计时的功能 我们将定时器1进行时分复用 通过按 键按下的先后顺序对定时器1的计时或计数进行功能选择 此程序是在调时进行 后由开关1控制 进行复位和控制 可以实现叠加计时和清零 课程设计是培养学生综合运用所学知识 发现实际问题 提出实际问题 分 析和解决实际问题 锻炼实践能力的重要环节 是对学生实际学习能力 动手能 力的具体训练和考察过程 在此次数字钟设计过程中 在学习新知识的同时 把在课程中学到的理论 知识运用到实际作品设计 操作中 更进一步地熟悉了单片机芯片的结构及掌 握了其工作原理和具体的使用方法与相关元器件的参数计算方法 使用方法 了解了电路的开发和制作及课程设计报告的编写 加深了对相关理论知识及专 业知识的掌握度 增强自身的动手能力 锻炼及提高了理解问题 分析问题 解决问题的能力 更深刻的体会到了理论联系实际的重要性 最后 我们组通过此次单片机课程设计不仅仅将我们一学期在单片机课程 上的所学很好的应用到了实际设计中 更是将理论知识应用到