综合实训报告 -可调电子时钟

自动化技术综合实训报告实训题目：基于单片机的可调电子时钟设计院系：信息工程与自动化学院专业：班级：姓名：学号：指导教师:实训地点：开课时间：学生姓名：实训评分序号评价内容分数序号评价内容分数1出勤（10分）3实训任务完成情况（50分）2课题难度分值（10分）4实训总结报告（30分）实训总成绩：分指导教师评语：指导教师（签名）：年月日摘要随着现代生活的推进，电子时钟在人们的生活中已经普及，本课题的主要内容就是采用单片机液晶显示屏以及一些简单辅助电路。进行可调电子时钟的设计。本设计是以目前使用广泛的AT89C51单片机为核心，结合Keil、protues等软件进行编程、仿真，最后通过万用板完成实物的焊接。该电子时钟通过LCD1602液晶显示屏进行时间的显示，并且可以通过按键进行时间的调整。该设计硬件结构简单，软件实现方便，是一个很实用的多功能时钟。单片机自问世以来，以其极高的性能价格比，受到人们的重视和关注，应用广、发展快。单片机体积小、重量轻、抗干扰能力强、环境要求不高、价格低廉、可靠性高、灵活性好、开发较为容易。由于具有上述优点，在我国，单片机已广泛地应用在工业自动化控制、自动检测、智能仪器仪表、家用电器、电力电子等各个方面，而51单片机是各单片机中最有代表性的一种。这次实训设计通过对它的学习、应用，以AT89S51芯片为核心，辅以必要的电路，设计了一个简易的电子时钟，通过液晶显示屏能够准确显示时间，调整时间，从而到达学习、设计、开发软、硬件的能力。目录摘要………………第一章前言…………………..第二章实训的目的和要求……………………..第三章可调多功能电子时钟的功能描述………………第四章基本原理分析及设计说明……………4.1可调电子时钟基本原理…………………4.2设计说明………………………..4.3电路总原理图…………………第五章：软件仿真及电路图………5.1系统软件设计……………5.2中断系统设计………………5.3仿真运行结果说明………….第六章总结与体会……………………..展望………………谢辞………………参考文献……………………附录程序………………….第一章前言目前电子钟具有走时准确，一钟多用等特点，在生活中已经得到广泛应用。虽然现在市场上已有现成的电子钟集成电路芯片，价格便宜、使用方便，但是人们对电子产品的应用要求越来越高，数字钟不但可以显示当前时间，而且可以显示期、农历、星期等，给人们的生活带来方便。另外数字钟还具备秒表和闹钟的功能，使一款电子钟具备了多媒体的色彩。单片机具有体积小、功能强可靠性高、价格低廉等一系列优点，不仅已成为工业测控领域普遍采用的智能化控制工具，而且已渗入到人们工作和和生活的各个角落，有力地推动了各行业的技术改造和产品的更新换代，应用前景广阔。本设计的，主要目的是认识和学习AT89系列的单片机及其系统，认识单片机的基本原理，应用及编程了解单片机编程器的基本原理，应用及其编程烧录软件的使用，学习单片机开发软件的基本使用及其操作。学习电子时钟硬件及程序设计，学习单片机实际应用实例的电路设计及软件调试技巧。由于本次实训要考虑时间和成本等问题，所以只能按照实训的要求和目的进行简单的设计，因此设计的电子时钟在功能上与市场上的差距甚大，只简单的实现显示时间，和校对时间等功能，于达到学习的目的。下面对电子时钟进行介绍：电子时钟简介：电子钟是一种利用数字电路来显示秒、分、时的计时装置，它具有走时准确、显示直观、无机械传动装置等优点，因而得到广泛应用。随着人们生活环境的不断改善和美化，在许多场合都用到电子时钟。电子时钟的应用：LCD数字电子钟除了在城市的主要营业场所、车站、码头等公共场所使用，还可以改装在摩托车和汽车上，LCD显示，带蓝色背光，白天在太阳光下也能非常清楚的看到显示时间；LCD的显示耗电量很低的，所以一直工作也不必担心耗电问题。第二章实训的目的和要求实训是教育教学体系中的一个不可缺少的重要组成部分和不可替代的重要环节。它是与今后的职业生活最直接联系的，学生在实训过程中将完成理论学习到实践学习，因此实训是培养技能型人才，实现培养目标的重要要途径。它不仅是校内教学的延续，而且是校内教学的总结。实训理工科大学培养学生综合能力及素质，提高分析问题，解解问题的能力，做到理论联系实际，是知识完整话的关键环节，是大学教学计划的重要组成部分，是教育教学体系中的一个不可缺少的重要组成部分和不可替代的重要环节。它是与今后的职业生活最直接联系的，学生在实训过程中将完成理论学习到实践学习，因此实训是培养技能型人才，实现培养目标的重要要途径。它不仅是校内教学的延续，而且是校内教学的总结。2.1本次实训的目的是：认识AT89系列单片机芯片及其系统。认识单片机的基本原理，应用及编程。了解单片机编程器的基本原理，应用及其编程烧录软件的使用。学习单片机开发软件的基本使用及其操作。学习交通灯的程序设计。学习单片机实际应用实例的电路设计及软件调试技巧。2.2实训教学的基本要求：1.选择自己的课题2.实训课题设计功能描述3实训课题基本原理分析及设计说明（绘制硬件电路图、程序流程图）4.软硬件调试、运行结果及分析5.利用万能板焊接硬件电路6.在芯片里烧录软件，并进行实物操作7.撰写实验报告及总结第三章可调式电子时钟功能描述3.1采用LED液晶显示屏显示时、分，秒采用数字显示：1.正常情况下，LCD液晶显示屏显示字符“currentTime”并且显示时、分、秒，当前具体时间12:30:00，时制式为24小时制;2.调整时钟情况下显字符示”setnewtime”，并且显示调整过程中数字的变化。3.2．时间的调整：1.在正常情况下按下K1键，选择时钟或者分钟，蜂鸣器响一声,表示开始校对。2.按下K2键时，表示时或分加一。逐次按可以达到校对的时间。3.按下K3键时，表示时或分减一，逐次按可以达到校对的时间。4.校对好了时间，按开K4键，时钟就到校对好的时间进行正常显示。3.3日期显示及调整：1.可以显示日期。2.可对日期进行调整。3.4．时间提示功能：可以对其设定时间，并进行闹钟提示。第四章基本原理分析及设计说明4.1可调电子时钟基本原一般电子钟是一个将“时”，“分”，“秒”显示于人的视觉器官的计时装置。它的计时周期为24小时，显示满刻度为23时59分59秒，另外应有校时功能功能。主电路系统由秒信号发生器、“时、分、秒”计数器、译码器及显示器、校时电路电路组成。将标准秒信号送入“秒计数器”，“秒计数器”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“分计数器”的时钟脉冲。“分计数器”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“时计数器”。“时计数器”采用24进制计时器，可实现对一天24小时的累计。译码显示电路将“时”、“分”、“秒”计数器的输出状态用七段显示译码器译码，通过七段显示器显示出来。整点报时电路时根据计时系统的输出状态产生一脉冲信号，然后去触发一音频发生器实现报时。校时电路时用来对“时”、“分”、“秒”显示数字进行校对调整。电子时钟由89C51，BUTTON，七段数码管等构成，采用晶振电路作为驱动电路，由延时程序和循环程序产生的一秒定时，达到时分秒的计时，六十秒为一分钟，六十分钟为一小时，满二十四小时为一天。而电路中唯一的一个控制键却拥有多种不同的功能，按下又松开，可以实现屏蔽数码管显示的功能，达到省电的目的；直接按下不松开，则可以通过按键实现分钟的累加，每按一次分钟加一；而连续两次按下按键不放松，则可实现小时的调节，同样每按一次小时加一。4.2设计说明本文可调时钟设计原理主要利用AT89C51单片机,由单片机的P2口控制数码管的位显示，P0口控制液晶显示的段显示，P1口与按键相接用于时间的校正。在设计中引入电源电路，外部电源系统产生+5V电压，用于给CPU及显示电路提供工作电压，这是数字时钟正常工作时的总电压。整个系统工作时，秒信号产生器是整个系统的时基信号，它直接决定计时系统的精度，将标准秒信号送入“秒计数器”，“秒计数器”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“分计数器”的时钟脉冲。“分计数器”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“时计数器”。“时计数器”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”计数器的输出，通过LED液晶显示器显示出来。校时电路是直接加一个脉冲信号到时计数器或者分计数器或者秒计数器来对“时”、“分”、“秒”显示数字进行校对调整。利用AT89S51单片机内部的定时/计数器进行中断定时，配合软件延时实现时、分、秒的计时。AT89c51的P0口和P2口外接LED液晶显示器，用P0口作LED的段码输出口，P2口作LCD的位控输出线，P1口外接四个按键K1、K2、K3、K4构成键盘电路。系统结构如下图：（图4-2-1）ATAT89C51按键电路复位电路晶振电路电源输入LED显示电路提示电路图4-2-1系统结构单片机AT89C51简介.1.AT89C51的主要性能参数·

8031CPU与MCS-51兼容

·4K字节可编程FLASH存储器(寿命：1000写/擦循环)·全静态工作：0Hz-24KHz

·三级程序存储器保密锁

·128*8位内部RAM

·32条可编程I/O线

·两个16位定时器/计数器

·

6个中断源

·可编程串行通道

·低功耗的闲置和掉电模式

·片内振荡器和时钟电路图4-2-2-12.AT89C51的管脚说明VCC：供电电压。

GND：接地。

P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。

P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。

P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。

P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。

P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：

管脚备选功能:

P3.0RXD（串行输入口）

P3.1TXD（串行输出口）

P3.2/INT0（外部中断0）

P3.3/INT1（外部中断1）

P3.4T0（记时器0外部输入）

P3.5T1（记时器1外部输入）

P3.6/WR（外部数据存储器写选通）

P3.7/RD（外部数据存储器读选通）

P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。

RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。

ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时，ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。

/PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。

/EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。

XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。

XTAL2：来自反向振荡器的输出。4.2.3晶振电路AT89S51引脚XTAL1和XTAL2与晶体振荡器及电容C2、C3按图4-2-3所示方式连接。晶振、电容C2／C3及片内与非门（作为反馈、放大元件）构成了电容三点式振荡器，振荡信号频率与晶振频率及电容C2、C3的容量有关，但主要由晶振频率决定，范围在0～33MHz之间，电容C2、C3取值范围在5～30pF之间。根据实际情况，本设计晶振选择频率为12MHZ，电容选择30pF如图（4-2-3）。经计算得单片机工作胡机器周期为：12×（1÷12M）=1us。振荡器的振荡信号从XTAL2端输入到片内的时钟发生器上。时钟发生器是个二分频的触发器，它将振荡器的信号频率fosc除以2，向CPU提供两相时的时钟信号。图（4-2-3）晶振电路4.2.4复位电路时钟电路工作后，在REST管脚上加两个机器周期的高电平，芯片内部开始进行初始复位（如图4-2-4）。图4-2-4复位电路4.2.5按键电路如图（4-2-5）图4-2-5按键电路K1键：在正常显示时间状态下按下K1键，选择时钟或者分钟，并且蜂鸣器响一声,开始校对。K2键：按下K2键时，可以校对所选择的时钟,蜂鸣器响一声，表示所校对的时或分加一。逐次按可以达到校对的时间。K3键：按下K3键时，可以校对所选择的时钟,蜂鸣器响一声，表示所校对的时或分减一，逐次按可以达到校对的时间。K4键：校对好了时间，按开K4键，时钟就却换到校对好的时间进行正常显示。4.2.6液晶显示显示部分由液晶显示器LCD1602取代普通的数码管完成。采用LED液晶显示屏显示时、分，秒采用数字显示.当正常时，LCD液晶显示屏显示“currentTime”并且显示时、分、秒，时制式为24小时制;调整时钟的时候显示”setnewtime”，并且显示正在调整的时钟。如图4.2.6图4.2.6液晶显示4.2.7蜂鸣器由于蜂鸣器使用P3.0口驱动,如图4-2-7图4-2-7蜂鸣器4.3电路总原理图图4.3液晶显示器LCD1602显示可调时钟电路第五章：系统仿真、调试及结果分析5.1系统软件设计本系统软件设计由主程序、初始化程序、LCD显示程序、键盘扫描程序、键功能程序、校对设置程序、EEPROM读写程序等组成。主要程序设计流程图如下所示：（图4-3）开始开始初始化启动程序LED显示按键扫描键功能程序结束关闭程序图4-3主要程序设计流程图4.5中断服务程序流程在编程上，首先进行了初始化，定义程序的的入口地址以及中断的入口地址，在主程序开始定义了一组固定单元用来储存计数的时.分.秒，在显示初值之后，进入主循环。在主程序中，对不同的按键进行扫描，实现时间调整，复位清零等功能，系统中断流程图如下图5-3。图5-3中断服务程序流程5.3仿真运行结果说明电子时钟主要的设计要求是能够实现时钟的一般功能，以及包括时间的调整功能，这个基于单片机的电子时钟基本上实现了上述功能，能够通过时间调整电路对时间进行调整以及复位。*打开时的正常显示仿真：图5-5-2仿真*校对时的仿真图图5-4-4说明：K1键：选择校对时或分。K2键:校对时加时。K3键：校对时减时K4键：校对时安确定进入正常显示。第六章总结与体会这次专业课程设计总体来说还算是成功的,但我也发现了自己许多的错漏和不足之处。最简单的程序没写好就想着去写复杂的程序，做事还是缺乏耐心和信心，当有时遇到问题时，总是无从下手，总想让老师解决问题，对于课本上的知识不能很好的组织到一起，不会灵活的运用，总是对书本知识有着模糊的记忆，不能掌握扎实。在编写个功能的程序时，特别是后来增添更复杂的程序时，明显地显示出自己的不足。通过本次的实训，让我了解到了自己的不足，需要更好的掌握本门课程，书本上的知识是基础，想要更好的掌握就要多动手实践与动脑思考，这样才会达到事半功倍的效果。编程是一件很枯燥很无聊的事情，但是出于完成作业，得到学分的压力，还必须强破自己坚持下去，按照老师所说的模块化思想，分部分的进行编写。而且编程是一件高精度、模范化的事情，稍有疏乎都会影响全局，也可能因为某一处的小的错误而导致整个程序的无法运行。所以认真仔细就是非常重要的了。开始的时候真的感觉编程是一件很无聊的事情，不过当一个程序运行成功的时候那种喜悦是无法言语的，那种成就感是无法比拟的。又经过几天的努力，终于把程序完成了，尽管程序还是有很多错误和漏洞，不过还是很高兴的。无论如何是自己的劳动成果，是自己经过努力得到的成绩，同时也是学习汇编语言的一次实践作业，自己进步的证明。通过这次课程设计，使我对汇编语言有了更进一步的认识和了解，要想学好它要重在实践，要通过不断的上机操作才能更好地学习它，再有对汇编语言的一些标准库函数不太了解，还有对函数调用的正确使用不够熟悉，还有对汇编语言中经常出现的错误也不了解，通过实践的学习，我认识到学好计算机要重视实践操作，不仅仅是学习汇编语言，还是其它的语言，以及其它的计算机方面的知识都要重在实践，所以后在学习过程中，我会更加注视实践操作，使自己便好地学好计算机。在课程设计过程中，收获知识，提高能力的同时，我也学到了很多人生的哲理，懂得怎么样去制定计划，怎么样去实现这个计划，并掌握了在执行过程中怎么样去克服心理上的不良情绪。因此在以后的生活和学习的过程中，我一定会把课程设计的精神带到生活中，不畏艰难，勇往直前！展望通过这次毕业设计，让我复习了很多学过的旧知识，同时锻炼了自己的动手能力和查阅资料。尤其是解决在实际中解决排查问题的能力。由于本次实训考虑到实训时间短，实训的成本低，还有所学的知识不完整等。这次的设计有很多的不足，和市场上的产品有一定的差距，但如再有更多的时间可以设计实现更多的功能：时钟的显示、时钟数据的修改、闹钟的设定、自编铃声。如显示模块，根据本系统的功能目前可选用的显示器件有：LED和LCD，LED比LCD容易用程序控制其显示，但使用点阵LCD的功能比LED大，可以显示出数字以外的字符数据。单片机的选择:总的来说系统的功能比较简单，仅仅控制外部时钟芯片，识别键盘和控制驱动器、送数据到显示模块，所以我们选择现在广泛使用的Intel公司所开发的AT89C51作为系统的控制芯片。其主要的功能描述为：管理维持整个系统的运行，识别键盘执行相应的功能，包括设置年、月、日、时间、响铃时间、编辑铃声。时间数据都取于时钟芯片，所修改的数据也通过单片机写入时钟芯片。单片机识别是否已到闹钟时间，如到则驱动扬声器发生。送数据到LED显示。

谢辞通过这次课程设计，本人不仅加强了自己对所掌握的知识的巩固和进一步理解，同时对自己设计进行了一次全面的检验和提升。设计过程中丰富了自己的知识，积累了宝贵的设计经验，获得了一定的设计和能力，能承担一些的设计工作；同时也于此，发现自己还存在不少的知识缺陷，懂得自己要想成为一个杰出的人，我就应该不断地努力学习知识，充实自己的头脑。本次课程设计得到薛晓军老师的悉心指导、不啬赐教，在百忙中抽出宝贵的时间对我提出的问题进行耐心的解答，并提出宝贵的意见，使我收获颇多，薛晓军老师敏捷的思维、精深的学识、严谨的治学态度是我学习的楷模，她对教学孜孜不倦的追求以及志在必得的气魄也都铭刻于我的脑海，催我不断前进！最后得使我很顺利的完成此次课程设计，在此本人表示衷心的感谢！参考文献[1]丁辉、姚庆文.实用单片机电子钟的设计.2003年合订本（下）[2]于海生．微型计算机控制技术[M]．清华大学出版社．1999.6[3]孙涵芳．MCS-51系列单片机原理及应用[M]．北京航空航天大学出版社．1996.4[4]黄正谨．综合电子设计与实践[M]．东南大学出版社．2002.3[5]杨欣等．电子设计从零开始[M]．清华大学出版社．2005.10

[6]谢嘉奎．电子线路[M]．高等教育出版社．2003.2[7]夏路易，石宗义．电路原理图与电路设计教程Protel99SE[M]．北京希望电子出版社．2002

附录程序清单ORG0000HMOV30H,#1设置时钟的起始时间12.30MOV31H,#2MOV32H,#0MOV33H,#0MOV34H,#0MOV35H,#0MOVTMOD,#01启动计数器XS0:SETBTR0使TRO位置1MOVTH0,#00H计数器置零MOVTL0,#00HXS:MOV40H,#0FEH扫描控制字初值MOVDPTR,#TAB取段码表地址MOVP2,40H从P2口输出MOVA,30H取显示数据到AMOVCA,@A+DPTR查显示数据对应段码MOVP0,A段码放入P0中LCALLYS1MS显示1MSMOVP0,#0FFHPO端口清零MOVA,40H取扫描控制字放入A中RLAA中数据循环左移MOV40H,A放回40H地址段内MOVP2,40HMOVA,31HADDA,#10进位显示MOVCA,@A+DPTRMOVP0,ALCALLYS1MSMOVP0,#0FFHMOVA,40HRLAMOV40H,AMOVP2,40HMOVA,32HMOVCA,@A+DPTRMOVP0,ALCALLYS1MSMOVP0,#0FFHMOVA,40HRLAMOV40H,AMOVP2,40HMOVA,33HADDA,#10MOVCA,@A+DPTRMOVP0,ALCALLYS1MSMOVP0,#0FFHMOVA,40HRLAMOV40H,AMOVP2,40HMOVA,34HMOVCA,@A+DPTRMOVP0,ALCALLYS1MSMOVP0,#0FFHMOVA,40HRLAMOV40H,AMOVP2,40HMOVA,35HMOVCA,@A+DPTRMOVP0,ALCALLYS1MSMOVP0,#0FFHMOVA,40HRLAMOV40H,AJBTF0,JIA如果TF0为1时，则执行JIA，否则顺序执行JNBP1.0,P100为0则转移到P100 JNBP1.1,P1000为0则转移到P1000JNBP1.2,P10000为0则转移到P10000AJMPXS跳转到XSP100:MOV30H,#0清零程序MOV31H,#0MOV32H,#0MOV33H,#0MOV34H,#0MOV35H,#0JIA:CLRTF0TF0清零MOVA,35H秒单位数据到ACJNEA,#9,JIA1与9进行比较，大于9就转移到JIA1MOV35H,0秒个位清零MOVA,34H秒十位数据到ACJNEA,#5,JIA10与5进行比较，大于5就转移到JIA10MOV34H,#0秒十位清零P10000:JNBP1.2,P10000为0则转移到P10000MOVA,33H