单片机课程设计--电子时钟设计

1、电子时钟设计课程设计：单片机原理与应用课程设计专业：班级：设计内容 ：设计一个简易时钟，设计内容包括：（1） 使用 8051 单片机片内定时器设计一个简易时钟。（2） 使用 8 位 LED对测量结果进行显示（3） 能通过键盘对对时钟设计内容与设计要求进行实时调整。（ 4） 具有闹钟功能注：带者为选做设计要求：1）确定系统设计方案；2）进行系统的硬件设计；3）完成必要的参数计算与元器件选择；4）完成应用程序设计；5）进行软硬件调试；主要设计条件1、教材2、单片机开发板、 PROTEUS软件3、参考书：1）单片机原理及运用电子工业出版社2）单片机应用技术新教程电子工业出版社1目录设计内容 ： .0

2、设计要求： .1一、系统总体方案选择与说明 .11.系统总体方案选择 .12.说明 .1二、系统结构框图与工作原理 .31.系统结构框图 .32.工作原理 .4三、各单元硬件设计说明及计算方法.51.定时器 计数器 .52 . 中断系统 : .63 . 键盘 .64 .LED 数码管显示器： .75 .LED 数码显示器有两种连接方法 .7图 (1)LED 引脚排列 .8四、软件设计与说明（包括流程图）.81主程序 .82数码管显示模块 .93定时器 / 计数器 T0 中断服务程序 .104按键处理模块 .11五、程序清单 .131.中断子程序 .132.延时程序 .133.主程序和定时器中断

3、子程序 .134.LED 显示子程序 .145.按键控制子程序 .156.数字电子时钟系统 PROTUES仿真 .19六、参考文献 .20致谢.212一、系统总体方案选择与说明1. 系统总体方案选择该课程设计是利用 MCS-51单片机内部的定时计数器、中断系统、以及行列键盘和 LED 显示器等部件，设计的一个单片机电子时钟。设计的电子时钟通过数码管显示，并能通过按键实现设置时间和暂停、启动控制等，用定时计数器 T0，工作于定时，采用方式 1，对 12MHZ的系统时钟进行定时计数，初值设为 50000。形成定时时间为 50ms。计时周期为 24 小时，显示满刻度为 23 时 59 分 59 秒，

4、另外还有校时功能。因此，一个基本的数字钟电路主要由显示器“时” ，“分”，“秒”和单片机，还有校时电路组成。 8 个数码管的段选接到单片机的 P0口，位选接到单片机的 P2 口。数码管按照数码管动态显示的工作原理工作，将标准秒信号送入“秒单元” ，“秒单元”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“分单元”的时钟脉冲。 “分单元”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“时单元” 。“时单元”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”通过七段显示器显示出来。校时电路时用

5、来对“时” 、“分”、“秒”显示数字进行校对调整，校时电路时用来对“时” 、“分”、“秒”显示数字进行校对调整，按一下 second, 秒单元就加 1 ，按一下 minute, 分就加 1，按一下 hour ，时就加 1。2. 说明2.1 、系统由 AT89C51、 LED 数码管、按键、电容、电阻等部分构成，能实现时间的调整、输出、调时间等功能。系统中按钮BUTTON能对时间进行调整功能的按钮，采用单键控制调时功能，运用软件去抖判断按键的时间从而选择完成相对应的功能2.2 、时钟显示：在此部分的设计中，在显示时，首先将时间十进制数据转化为显示段码，然后送往数码管显示。显示段码采用动态扫描的方

6、式。2.3、时间调整：该设计需要校对时间，所以用三个按键来实现。按hour 来调节小时的时间，按minute来调节分针的时间，按sceond 来调节秒的时间。按键处理是先检测秒按键是否按下，秒按键如果按下，秒就加 1；如果没有按下，就检测分按键是否按下，分按键如果按下，分就加1；如果没有按下，就检测时按键是否按下，时按键如果按下，时就加1；如果没有按下，就把时间显示出来。2.4 、中断：中断技术在单片系统中有着十分重要的作用，它不仅可以提高单片机 CPU的效率，也可以对突发事件处理。所谓中断就是当 CPU正在执行程序 A 时，发生了另一个急需处理的事件 B，这是 CPU暂停当前执行的程序 A，

7、立即转去执行处理事件 B 的程序，处理完事件 B 后，再返回到程序 A 继续执行，这个过程被叫做中断。 关于中断的概念有下列几个名词：（1）程序 A 称为主程序，（2）处理事件 B 的程序称为中断服务程序， （3）主程序中转向中断服务程序的地方称为断点， （4）引起中断的原因即事件 B 称为中断源，（5）转去执行中断服务程序称为中断响应。关于中断的概念可以打个如下的比喻。领导（ CPU）在自己的房间办公（执行主程序） ，下属（外设）有问题打电话来请示（中断源） ，领导停下正在进行的工作，通过电话给下属做指示（执行中断服务程序） ，指示完后，领导挂断电话，继续做自己的工作（返回主程序继续执行）

8、。2二、系统结构框图与工作原理1. 系统结构框图数字电子时钟的原理图32. 工作原理软时钟是利用单片机内部的定时器 计数器来实现的，它的处理过程如下：首先设定单片机内部的一个定时器 计数器工作于定时方式，对机器周期计数形成基准时间，然后用另一个定时器 计数器或软件计数的方法对基准时间计数形成秒，秒计 60 次形成分，分计 60 次形成小时，小时计 24 次则计满一天。然后通过数码管把它们的内容在相应位置显示出来即可。数码管显示可以采用静态显示方法或动态显示方法。静态显示方法需要数据锁存器等硬件，接口复杂，时钟显示用 8 个数码管。由于系统没有其他的复杂的任务处理，而且显示的时钟信息随时都可能变

9、化，一般采用动态显示方式。动态显示方法线路相对简单，但需动态扫描，扫描频率要大于人眼视觉暂留频率，信息看起来才稳定。译码方式可分为软件译码和硬件译码，软件译码通过译码程序查得显示信息的字段码；硬件译码通过硬件译码器得到显示信息的字段码，实际中通常采用软件译码。在具体处理时，定时器计数器采用中断方式工作，对时钟的形成在中断服务程序中实现。在主程序中只需对定时器计数器初始化、调用显示子程序和控制子程序。另外，为了使用方便，设计了简单的按键，可以通过按键实现时、分的调整，这样在主程序中就加入了键盘设置子程序。单片机应用系统由硬件系统和软件系统两部分组成。硬件系统是指单片机以及扩展的存储器、 IO 接

10、口、外围扩展的功能芯片以及接口电路。软件系统包括监控程序和各种应用程序。在单片机应用系统中，单片机是整个系统的核心，对整个系统的信息输入、处理、信息输出进行控制。与单片机配套的有相应的复位电路、时钟电路以及扩展的存储器和 IO 接口，使单片机应用系统能够运行。在一个单片机应用系统中，往往都会输入信息和显示信息，这就涉及键盘和显示器。在单片机应用系统中，一般都根据系统的要求配置相应的4键盘和显示器。配置键盘和显示器一般都没有统一的规定，有的系统功能复杂，需输入的信息和显示的信息量大，配置的键盘和显示器功能相对强大，而有些系统输入 / 输出的信息少，这时可能用几个按键和几个LED指示灯就可以进行处

11、理了。在单片机应用系统在中配置的键盘可以是独立键盘，也可能是矩阵键盘。显示器可以是LED指示灯，也可以是LED数码管，也可以是 LCD显示器，还可以使用CRT显示器。单片机应用系统中键盘一般用的比较多的是矩阵键盘，显示器用的比较多的是LED数码管还 LCD显示器。三、各单元硬件设计说明及计算方法1. 定时器计数器1、MCS-51系列中 51 子系列有两个 16 位的可编程定时计数器可：定时计数器 T0 和定时 计数器 T1。它由加法计数器、方式寄存器 TMOD、控制寄存器 TCON等组成。方式寄存器用于设定定时计数器 T0 和 T1 的工作方式，控制寄存器用于对定时计数器启动、停止进行控制。2

12、 、每个定时计数器既可以对系统时钟计数实现定时，也可以外部信号计数实现计数功能通过编程设定来实现。3 、每个定时计数器都有多种工作方式，其中 T0 有四种工作方式， T1 有三种工作方式， T2 有三种工作方式。通过编程可设定工作于某种方式。四种工作方式为： 13 位定时 计数器、 16 位定时计数器、 8 位自动重置定时计数器、两个 8 位定时计数器（只有 T0 有）4 、每一个定时计数器定时计数时间到时产生溢出，使相应的溢出位置位，溢出可通过查询或中断方式处理。52. 中断系统 :1、MCS-51单片机提供 5 个硬件中断源， 2 个外部中断源， 2 个定时计数器 T0 和 T1 的溢出中

13、断 TF0 和 TF1， 1 个串行口发送 TI 和接收 RI 中断。2、MCS-51单片机中没有专门的开中断和关中断指令，对各个中断源的允许和屏蔽是由内部的中断允许寄存器IE 的各位来控制的。中断允许寄存器 IE 的字节地址为A8H，可以进行位寻址。系统复位时，中断允许寄存器IE 的内容为 00H，如果要开放某个中断源，则必须使IE 中的总控置位和对应的中断允许位置“ 1”。3、MCS-51单片机有 5 个中断源，为了处理方便，每个中断源有两级控制，高优先级和低优先级。通过由内部的中断优先级寄存器IP 来设置，中断优先级寄存器IP 的字节地址为 B8H，可以进行位寻址。如果某位被置“ 1”，

14、则对应的中断源被设为高优先级；如果某位被清零，则对应的中断源被设为低优先级。对于同级中断源，系统有默认的优先权顺序，从高到低优先权顺序为外部中断0、定时计数器 T0 中断、外部中断 1、定时计数器 T1 中断、串行口中断。通过设置中断优先级寄存器IP 能够改变系统默认的优先级顺序。4、MCS-51单片机响应中断的条件为：中断源有请求且中断允许。3. 键盘键盘是单片机应用系统中最常用的输入设备，在单片机应用系统中， 操作人员一般都是通过键盘向单片机系统输入指令、地址和数据，实现简单的人机通信。键盘实际上是一组按键开关的集合，平时按键开关总是处于断开状态，当按下键时它才闭合。键盘的结构形式一般有两

15、种：独立式键盘和矩阵式键盘。矩阵式键盘的工作方式有3 种：查询工作方式、定时扫描工作方式和中断工作方式。64 .LED 数码管显示器：LED数码管显示器在单片机应用系统中，经常用到 LED数码管作为显示输出设备， LED数码管显示器虽然显示信息简单，但它具有显示清晰、亮度高、使用电压低、寿命长、与单片机接口方便等特点，基本上能够满足单片机应用系统的需要， 所以在单片机应用系统中经常用到。LED数码管显示器是由发光二极管按一定的结构组合起来的显示器件。在单片机应用系统中通常使用的是 8 段式 LED数码管显示器，它有共阴极和共阳极两种。所谓译码方式是指由显示字符转换得到对应的字段码的方式。对于L

16、ED 数码管显示器，通常的译码方式有两种： 硬件译码方式和软件译码方式。LED数码管在显示时，通常有两种显示方式：静态显示方式和动态显示方式。在使用时可以把它们组合起来。在实际应用时，如果数码管个数较少，通常用硬件译码静态显示，在数码管个数较多时，则通常用软件译码动态显示。5 .LED 数码显示器有两种连接方法（ 1）共阳极接法把发光二极管的阳极连在一起构成公共阳极，使用时公共阳极接 +5V，每个发光二极管的阴极通过电阻与输入端相连。当阴极端输入低电平时，段发光二极管就导通点亮，而输入高电平时则不点亮。（ 2）共阴极接法。 把发光二极管的阴极连在一起构成公共阴极， 使用时公共阴极接地。每个发光

17、二极管的阳极通过电阻与输入端相连。当阳极端输入高电平时，段发光二极管就导通点亮，而输入低电平时则不点亮。在本设计中所采用的是共阴极 LED数码显示器，其引脚排列如下图 (1)所示：7图(1)LED 引脚排列四、软件设计与说明（包括流程图）电子时钟的软件系统由主程序和子程序组成，主程序程序包含初始化参数设置、按键处理、数码管显示模块等，1 主程序主程序执行流程如下图（ 2），主程序先对显示单元和定时器/ 计数器初始化，然后重复调用数码管显示模块和按键处理模块，当有键按下，则转入相应的功能程序。8开始显示单元清零T0、T1 设为 16 位计数模式允许 T0 中断调用显示子程序否按下键否？是进入功能

18、程序图（ 2）主程序执行流程2数码管显示模块本系统共用8 个数码管，从右到左依次显示秒个位、秒十位、横线、分个位、分十位、横线、时个位和时十位。采用软件译码动态显示。流程图如下图（ 3）所示：9开始否50ms 计数器 =20？是秒单元加 1，50ms 计数器清 0，秒写入秒个位和秒十位否秒单元 =60？是分单元加1，秒单元清0，分写入分个位和分十位否分单元 =60？是时单元加1，分单元清0，时写入时个位和时十位否时单元 =24？时单元清 0是结束图（ 3）数码管显示程序流程图3定时器 / 计数器 T0 中断服务程序定时器 / 计数器 T0 用于时间计时。选择方式1，重复定时，定时时间设为 50

19、ms，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 0；分单元加到 60 则对时单元加 1，同时分单元清 0；时单元加到 24 则对时单元清 0，标志一天时间计满。 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 中断服务程序流程图如下图（ 4）：10开始现场保护，重置初值启动下一个50ms50ms 计数器加1中断返回图（ 4）定时器 / 计数器 T0 中断服务程序流程图4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。当按下K0 按键时，进入调分状态，时

20、钟停止走动；按K1 可 K2 按键可进行加 1 或减 1 操作；继续按 K0 键可分别进行分和小时的调整；最后按K0 键将退出调整状态，时钟开始计时运行11开始Nsceond 按键按下？Ysceond加 1Nminute 按键按下 ？Yminute 加 1Nhour 按键按下？Yhour 加 1显示时间结束图（ 5）按键控制程序流程图12五 、程序清单采用 8 位 LED软件译码动态显示程序使用 AT89C51单片机， 12MHZ晶振， P0 输出字段码， P2 口输出位选码，用共阳LED数码管， P1.0 为调时位选择按键， P1.1 为加 1 键，P1.2 为减 1 键。1. 中断子程序t

21、imer0 (void) interrupt 1 using 1u+;TH0=(65536-50000)/256;TL0=(65536-50000)%256;2. 延时程序void delay()unsigned int time,p;for(time=30;time>0;time-)for(p=0;p<10;p+);3. 主程序和定时器中断子程序#include<reg51.h>char mod=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f; char sceond,minute,hour,i,k,l,j,x,y;

22、int u;sbit P1_0=P10;sbit P1_1=P11;sbit P1_2=P12;13void main()TMOD=0x01;TH0=(65536-50000)/256;TL0=(65536-50000)%256;EA=1;ET0=1;TR0=1;dokongzhi();xianshi();while(1);4.LED 显示子程序void xianshi()if(u=20)u=0;sceond+;while(sceond=60)sceond=0;minute+;if(minute=60)minute=0;hour+ ;if(hour=24)hour=0;14x=hour%10;

23、y=hour/10;l=minute%10;j=minute/10;i=sceond%10;k=sceond/10;P2=0x7f;P0=modi;delay();P2=0xbf;P0=modk;delay();P2=0xdf;P0=0x40;delay();P2=0xef;P0=modl;delay();P2=0xf7;P0=modj;delay();P2=0xfb;P0=0x40;delay();P2=0xfd;P0=modx;delay();P2=0xfe;P0=mody;delay();5. 按键控制子程序void kongzhi()if(P1_0=0)TR0=0;15while(P1

24、_0=0);while(1)if(P1_1=0)sceond+;if(sceond=60)sceond=0;while(P1_1=0);if(P1_2=0)sceond-;if(sceond<0)sceond=0;while(P1_2=0);i=sceond%10;k=sceond/10;P2=0x7f;P0=modi;delay();P2=0xbf;P0=modk;delay();if(P1_0=0)while(P1_0=0);while(1)if(P1_1=0)minute+;while(minute=60)16minute=0;while(P1_1=0);if(P1_2=0)minute-;if(minute<0)minute=0;while(P1_2=0);l=minute%10;j=minute/10;P2=0xef;P0=modl;delay();P2=0xf7;P0=modj;delay();if( P1_0=0)hile(P1_0=0);while(1)if(P1_