数字电子钟的设计与制作毕业论文

1、毕 业 论 文（实习报告）题 目： 数字电子钟的设计与制作 所属系部： 电气工程学院 专业班级： 电气自动化技术 学生姓名： XXX 指导教师： XXX 2016 年 3 月 28 日毕业论文（实习报告）任务书学生姓名：XXX专业班级：电气自动化技术 所属系部：电气工程学院 题 目：数字电子钟的设计与制作任务内容：本设计是以STC89C52单片机为核心，独立按键和液晶显示模块LCD1602，实现时间的显示与调整。整个系统的软件设计在Keil环境下以C语言实现具有正常的时钟显示，秒表计时和时钟校时等基本功能，同时发挥部分的功能也得到了实现，并且还具有一定的创新功能论文撰写要求：1、按所学专业选题

2、，要立意求新，实用可行。2、论文观点鲜明正确，中心突出，论据充足可靠，层次分明，结构严谨，逻辑性强。注意避免单纯罗列资料或数据，忽视论证分析的情况；避免写成描述性的记叙文章。3、学生应独立完成论文写作，严禁抄袭他人之作，严禁请人代写。4、论文交稿时，要求字迹工整，卷面清洁。文前列出目录，文后列出参考文献清单。5、论文应表述自己的独立见解，尽量避免照搬照抄书中语句。6、论文一律用统一的论文稿纸撰写，并将封面、任务书填写齐全。时间安排：2015.12.2-12.15：查找单片机数字电子钟设计资料；2015.12.15-12.30：拟定单片机数字电子钟设计的初稿；2016.2.25-3.10：对论文

3、单片机数字电子钟设计进行修改；2016.3.11-3.31：最终定稿.参考资料：1.王静霞、杨宏丽：单片机应用技术。北京 电子工业出版社2.冯克鹏、李涛：C语言程序设计基础。电子科技大学出版社3.王慧玲等：电路基础。北京 高等教育出版社4.曹光跃等：模拟电子技术及应用。机械工业出版社5.张毅刚等： MCS-51 单片机实用子程序设计。哈尔滨 哈尔滨大学出版社指导教师签字： 教研室主任签字: 年 月 日毕业论文（实习报告）评审表学生姓名： XXX专业班级： 电气自动化技术 所属系部：电气工程学院题 目： 数字电子钟的设计与制作指导教师评语：初评成绩： 指导教师签字： 年 月 日评审小组意见： 评

4、审小组成员签字： 年 月 日 终评成绩：摘 要本文介绍了基于STC89C52单片机的数字式时钟的设计，详细叙述了系统硬件、软件的具体实现过程。本文在硬件、软件设计上均采用模块化的方法，使得在设计和调试方面取得很大的方便。软件同样采用模块化的设计，包括中断模块、时间调整模块等设计，并采用简单流通性强的C语言编写实现。本设计实现了时、分、秒的显示和时间修改的功能。通过对比实际的时钟，查找出误差的来源，确定调整误差的方法，尽可能的减少误差，使得系统可以达到实际数字钟的允许误差范围内。关键字：STC89C52单片机；数字钟；模块化；目 录摘 要1目 录2第一章 导言31.1设计目的31.2设计思路3第

5、二章 整体设计方案42.1 设计要求42.2 整体方案的设计42.2.1 方案的选择42.2.2 电路设计框图42.3 单片机的介绍5第三章 硬件系统的设计83.1 最小系统设计83.2 LCD显示电路93.3按键控制电路的设计11第四章 数字式时钟的软件设计124.1 系统软件设计内容124.2定时器/计数器T0中断服务程序144.3按键处理模块15第五章 仿真及结果175.1 Protues仿真图175.2 仿真结果185.3 实物图片19结论20参考文献21数字电子钟的设计与制作 第一章 导言 1.1设计目的通过课程设计能让我们更加深入的了解单片机的基本原理，各电路的设计及其仿真调试。

6、使用STC89C52芯片的串口功能，利用寄存器内部定时器实现时分秒的显示。 用keil进行编程和调试，再利用proteus进行仿真制作电路图，最后下载到单片机进行调试。 1.2设计思路 该设计选用单片机来实现，要进行各个芯片的选择 采用STC89C52芯片，其为高性能CMOS8位单片机，该芯片内含有4Kbytes的可反复擦写 的只读存储器、128bytes的随机存取数据存储器、32位可编程I/O口线、2个16位定时/计数器、6个中断源、可编程串行UART通道及低功耗空闲和掉电模式。因此，我们采用STC89C52。 采用LCD1602显示，显示较为清楚直观，便于观察与调试。 直接采用单片机定时计

7、数提供秒信号。使用程序实现时分秒的计数，采用此种芯片可以减 少芯片的使用，节约成本，实现的时间误差较小。第2章 整体设计方案2.1 设计要求（1） 用LCD1602显示时、分、秒。（2） 24h（小时）计时方式。（3） 可实现时分调整、秒表清零功能。 2.2 整体方案的设计 2.2.1 方案的选择 本次设计的方案有许多种，下面列出了三种方案： 方案一：基于数字电路的数字钟。传统的数字钟以最为基本的数字电路来实现的。其设计复杂，体积大，运行稳定性不好。所以不考虑。 方案二：通过单片机STC89C52芯片为主控电路，由电源电路、单片机主控电路、按键控制电路和蜂鸣器等组成。本次设计就是通过单片机为主

8、控电路，通过电路仿真而实现。使用Proteus 软件进行绘制仿真电路图，用Medwin软件进行编程与调试，即用汇编语言编写程序。 方案三：通过单片机STC89C52芯片为主控电路，由电源电路、单片机主控电路、按键控制电路和蜂鸣器等组成。本次设计就是通过单片机为主控电路，通过电路仿真而实现。使用Proteus 软件进行绘制仿真电路图，用keil软件进行编程与调试，最终生成hex文件，传入单片机内部，从而实现仿真效果。 即用C语言来编写程序，以实现最终的目标。 通过比较各种方案的优缺点以及自己学习过的专业知识，最终确定按照第三种方案实施。第三种方案相比第一、第二种方案而言，不需要对单片机的各种指令

9、以及不同存储器的寻址、寄存器分配等有所掌握，而只需用基本的C语言知识就可以实现设计的要求。所以此次设计采用第三种方案。2.2.2 电路设计框图 根据本次设计的要求，在尽量要求准确精简的条件下设计了以下电路框图。本次设计包含有四个主要的部分：单片机的最小系统，即由单片机，时钟电路，复位电路组成；蜂鸣器控制电路；数码管显示电路和按键控制电路。其整体设计框图如下图2-1所示。时钟电路 STC89C52单片机 LCD1602显示电路复位电路按键控制电路图2-12.3 单片机的介绍 单片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。

10、 单片机经过几代的发展，正朝着多功能、高性能、低电压、低功耗、低价位、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-看门狗）、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

11、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。由于CM

12、OS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），功耗已经降低到微安级。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。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。 综合考虑各种类型的单片机，本设计采用STC 公司的STC89C52类型的单片机，该单片机具有8K可擦除Flash 存储器，具有高性能和低功耗特性的8位CMOS微控制器；单片机内部Flash允许程序存储器具有可编程的功能，因此也可以也可以应用于常规编程器；在单芯片未处理器中，具有灵巧的的系统可编程Flash和8b

13、itCPU，使STC89C52成为很多控制系统和嵌入式控制应用系统主流的控制芯片。 52系列单片机具有以下标准功能：可擦除Flash存储空间为8kb，可用内部RAM存储空间具有256kb，同时具有32 位I/O 口线，片内具有数据指针2个，具有定时器三个计数器三个。除此之外，STC89C52具有可降至0Hz 静态逻辑操作，同时可使两种软件选择节电模式；在掉电保护工作方式下，振荡器将停止工作，并保存RAM中的内容，单片机停止一切工作，除非等到下一个硬件或中断复位后才停止；在空闲工作模式下，CPU工作停止，同时允许中断、串口、定时器/计数器和RAM继续工作。该单片机的引脚图如图2-2所示 图2-2

14、它一共有40个引脚，引脚又分为四类。包括主电源引脚Vcc和Vss；时钟电路引脚XTAL1和XTAL2；控制信号引脚RST/VPD,ALE,PSEN,EA以及并行I/O口引脚P0，P1，P2和P3。P3口除可以作为通用的I/O口使用外，其主要的功能是它的第二功能。P3.0-P3.7对应的第二功能分别为：串行口输入，串行口输出，外部中断0输入，外部中断1输入，定时器0的外部输入，定时器1的外部输入，外部数据存储器“写”信号输出和外部数据存储器“读”信号输出。第3章 硬件系统的设计3.1 最小系统设计单片机要正常运行，必须具备一定的硬件条件，其中最主要的就是三个条件：（1）电源正常；（2）时钟正常；

15、（3）复位正常。AT89C51的引脚如图3-2所示，在AT89C51单片机的40个引脚中，电源引脚两根，晶振引脚2根，控制引脚4根，可编程输入输出引脚32根。(1)工作电源电源是单片机工作的动力源泉，对应的接线方法为：40引脚（VCC）电源引脚，工作是接+5电源，20引脚（GND）为接地线。(2)时钟电路时钟电路为单片机产生时序脉冲，单片机所有运算与控制过程都是在同一的时序脉冲的驱动下进行的，时钟电路就好比人的心脏一样重要。当采用内部时钟时，连接方法如图3-1所示，在晶振XTAL(19引脚)和XTAL(18引脚)之间接入一个晶振，两个引脚对地分别再接入一个电容可产生所需的时钟信号，电容的容量一

16、般取30Pf。(3)复位电路在复位引脚（9引脚）持续出现24个振荡器脉冲周期（即2个机器周期）的高电平信号 将使单片机复位。如图3-1所示，电容C和电阻R构成了单片机上电自动复位电路。复位后，单片机从0000H单元开始执行程序，并初始化一些专用寄存器为复位状态值，受影响的专用寄存器如表3-1所示。表3-1 寄存器状态表寄存器状态寄存器状态PC000HTCON00HACC00HTL000HPSW00HTH000HSP07HTL100HDPTR0000HTH100HP0-P3FFHSCON00HIPXXX00000HSBUF不确定IEOXX00000HPCON0XXX0000HTMOD00H(4)

17、控制引脚EA接法EA/VPP(31引脚)为内外程序存储器选择控制引脚，当EA为低电位时，单片机从外部存储器取指令；当EA接高电平时，从单片机内部程序存储器取指令。AT89C51单片机内部有4KB可反复擦写1000次以上的程序存储器，因此要把EA接+5V高电平，让单片机运行内部的程序，这样就可以反复烧写来验证程序了。这就是AT89C51单片机最小化系统的连接，只要把编写好的程序烧写到单片机内部，并接上5V电源就可以正常运行了，在17引脚上接上的发光二极管可以用来验证系统是否正常。最小系统如图3-1所示。图3-13.2 LCD显示电路液晶显示模块具有体积小、功耗低、显示内容丰富等特点，现在字符型夜

18、晶显示模块已经是单片机应用设计中最常用的信息显示器件了。LCD1602液晶实物如图3-2，LCD1602主要参数如表3-2所示。图3-2该模块也可以只用D4-D7作为四位数据分两次传送。这样的话，可以节省MCU的I/O口资源。LCD1602可以显示2行16个字符，有8为数据总线D0-D7，和RS、R/W、EN三个控制端口，工作电压为5V,并且带有字符对比度调节和背光。表3-2 LCD1602液晶主要技术参数显示容量16×2个字符芯片工作电压4.55.5V工作电流2.0mA（5.0V）模块最佳工作电压5.0V字符尺寸2.95×4.35（WXH）mm该模块也可以只用D4-D7作

19、为四位数据分两次传送。这样的话就可以节省MCU的I/O口资源。各引脚的功能见表3-3。表3-3 LCD 1602液晶引脚说明编号符号引脚说明编号符号引脚说明1VSS电源地9D2Data I/02VDD电源正极10D3Data I/03VL液晶显示偏压信号11D4Data I/04RS数据/命令选择端（H/L）12D5Data I/05R/W读/写选择端（H/L）13D6Data I/06E使能信号14D7Data I/07D0Data I/015BLA背光源正极8D1Data I/016BLK背光源负极从该模块的正面看，引脚排列从右至左为：15引脚、16引脚，然后才是1至14引脚。VDD：电源

20、正极，4.55.5V，通常使用5V电压；VO：LCD对比度调节端，电压调节范围为05V。接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高，但对比度过高时会产生“重影”，因此，通常使用一个10K的电位器来调整对比度，或者直接串接一个电阻到地；RS：MCU写入数据或指令选择端。MCU要写入指令时，使RS为低电平；MCU要写入数据时，使RS为高电平；R/W：读写控制端。R/W为高电平时，读写数据；R/W为低电平，写入数据；E：LCD模块使能信号控制端。写数据时，需要下降沿触发模块。D0-D7：8位数据总线，三态双向。如果MCU的I/O口资源紧张的话，该模块也可以只使用4位数据线D4-D7接口传送数据。BG

21、 VCC：LED背光正极。需要背光时，BLA串接一个限流电阻接VDD，BLK接地，实测该模块的背光电流为50mA左右。BG GND：LED背光地端。LCD1602液晶与单片机系统的连接图如3-3所示。图3-3 LCD1602液晶与单片机系统的连接图3.3按键控制电路的设计键盘就是一组按键的集合，它是最常用的输入设备。操作员通过键盘可以输入数据或命令，实现简单的人机通信。计算机所用的键盘按其结构形式可分为编码键盘和非编码键盘。非编码键盘有两种形式：简单键盘和矩阵式键盘。 1 简单键盘 简单键盘一般直接用I/O口线外接按键构成。每个按键单独占用一根口线，I/O口线间的工作状态互不影响。当某一按键闭

22、合时，对应口线输入为低电平，释放时为高电平。 2 矩阵式键盘 简单键盘电路的每个按键开关占一根I/O口线，当按键数目较多时，就要占用较多的I/O口资源，此时应该用矩阵式键盘电路。矩阵键盘有3X3 9个键，4X4 16个键等的矩阵键盘。其检测原理为：检测时，先送一列为低电平，其余几列全为高电平，然后立即轮流检测一次各行是否有低电平，若检测到某一行为低电平，则我们便可确认当前被按下的键是哪一行那一列的。用同样的方法轮流送各列一次低电平，再轮流检测一次各行是否变为低电平，这样即可检测完所有的按键。当有键被按下时，便可判断出按下的键是哪一个键。 本设计由于只需要用到五个按键就可以实现全部的功能，故采用

23、五个独立的按键来控制时钟的调节和时钟/秒表的转换。设计的按键控制电路如图3-4所示：图3-4 独立按键按键实际就是一种常用的按钮开关，平时键的两个触电处于断开状态，按键被按下时两个触电闭合。由于键盘上的按键都是利用机械触点来实现健的闭合与释放。由于弹性作用的影响，机械触点在闭合及断开的瞬间均有抖动过程，从而也使按键输入电压信号也出现抖动，抖动时间的长短与按键的机械特性相关，一般为510ms。为了保证系统对键的一次闭合仅做一次键输入处理，因此不需进行消抖处理。一般可用硬件或软件的方法来消抖，具体方法有：双稳态消抖电路；滤波消抖电路以及软件消抖。 本设计使用的是软件消抖。所谓软件消抖，就是在第一次

24、检测到有按键按下时先不动作，延时一段时间（一般为510ms），再次检测按键的状态，则确认真正有键按下，当检测到按键释放后也需要给510ms的延时。 此次用到的五个独立按键有P1.4P1.7和P3.5口控制，分别可记为K1K5。本次设计中K1、K2是小时加减，K3、K4是分钟加减，K5是秒清零。第四章 数字式时钟的软件设计4.1 系统软件设计内容本设计的软件程序包括主程序、中断子程序、时钟显示程序以及延时子程序等。该设计有五个弹性小按键组成的小键盘，这些键盘可以修改时钟的时分秒。使用“+”键、“-”键对各个位的数字进行增加1或者减去1运算。系统软件采用C语言编写。时钟的最小计时单位是秒，但是使用

25、定时器的方式1，最大的定时时间也只能达到131ms。我们可以把定时器的设定时间定为50ms。这样，计数溢出20次即可得到时钟的最小计时单位：秒。而计时20次可以用软件实现。秒计时是采用中断方式进行溢出次数的累积，记满20次，即可得到秒计时。从秒到分，分到时都是通过软件累加并进行比较的方法来实现的。要求每满1秒，则“秒”单元中的内容加1；“秒”单元满60，则“分”单元中的内容加1；“分”单元满60，则“时”单元中的内容加1；“时”单元满24，同时将时、分、秒的内容全部清零；依此类推，实时时钟程序设计步骤：（1）选择工作方式，计算初值；（2）采用中断方式进行溢出次数累计；（3）从秒分时是通过累加和

26、数值比较实现的；（4）时钟显示缓冲区：时钟时间在LCD液晶显示器上进行显示，为此在内部RAM中要设置显示缓冲区，共6个地址单元。显示缓冲区从左到右依次存放时、分、秒数值；（5）主程序：主要进行定时器/计数器的初始化编程，然后反复调用显示子程序的方法等待中断的到来；（6）中断服务程序：进行计时操作；（7）加1子程序：用于完成对时、分、秒等的加操作，中断服务程序在秒、分、时等加1时调用加1子程序。（8）减1子程序：用于完成对时、分、秒等的减操作，中断服务程序在秒、分、时等减1时调用减1子程序。主程序流程如图4-1所示：图4-1主程序流程图4.2定时器/计数器T0中断服务程序 计数选择定时器/计数器

27、T0.具体处理如下：定时器/计数器T0选择方式1，重复定时，定时时间设为50ms，定时时间到则中断，在中断服务程序中用一个计数器对50ms计数，计20次则对秒单元加1，秒单元加到60则对分单元加1，同时秒单元清零；分单元加到60则对时单元加1，同时分单元清零；时单元加到24则对时单元清零，标志一天时间计满，这样就行成了时钟关系。在对各单元计数的同时，把它们的值放到存储单元的指定位置。定时器/计数器T0中断服务的流程如图4-2所示：图4-2 定时器/计数器T0中断服务程序流程图 4.3按键处理模块 按键处理设置为:如没有按键，则时钟正常走时。当按K1键一次，时钟秒暂停走动，小时加一 ，按K2键一次，小时减一，按K3键一次，分钟加一，按K4键一次，分钟减一，按K5一次，秒清零，小时加到24则回到0，分加到60则回到0；按K2可对时或分