基于单片机的数字时钟课程设计教材.docx

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基于单片机的数字时钟课程设计教材

第一章选题背景

20世纪末，电子技术获得了飞速的发展，在其推动下，现代电子产品几乎渗透了社会的各个领域，有力地推动了社会生产力的发展和社会信息化程度的提高，同时也使现代电子产品性能进一步提高，产品更新换代的节奏也越来越快。

时间对人们来说总是那么宝贵，工作的忙碌性和繁杂性容易使人忘记当前的时间。

忘记了要做的事情，当事情不是很重要的时候，这种遗忘无伤大雅。

但是，一旦重要事情，一时的耽误可能酿成大祸。

目前，单片机正朝着高性能和多品种方向发展趋势将是进一步向着CMOS化、低功耗、小体积、大容量、高性能、低价格和外围电路内装化等几个方面发展。

下面是单片机的主要发展趋势。

单片机应用的重要意义还在于，它从根本上改变了传统的控制系统设计思想和设计方法。

从前必须由模拟电路或数字电路实现的大部分功能，现在已能用单片机通过软件方法来实现了。

这种软件代替硬件的控制技术也称为微控制技术，是传统控制技术的一次革命。

单片机模块中最常见的是数字时钟，数字时钟是一种用数字电路技术实现时、分、秒计时的装置，与机械式时钟相比具有更高的准确性和直观性，且无机械装置，具有更长的使用寿命，因此得到了广泛的使用。

数字时钟是采用数字电路实现对时、分、秒数字显示的计时装置,广泛用于个人家庭、车站、码头办公室等公共场所,成为人们日常生活中不可少的必需品,由于数字集成电路的发展和石英晶体振荡器的广泛应用,使得数字时钟的精度,远远超过老式钟表,钟表的数字化给人们生产生活带来了极大的方便，而且大大地扩展了钟表原先的报时功能。

诸如定时自动报警、按时自动打铃、时间程序自动控制、定时广播、自动起闭路灯、定时开关烘箱、通断动力设备、甚至各种定时电气的自动启用等，所有这些，都是以钟表数字化为基础的。

因此，研究数字时钟及扩大其应用，有着非常现实的意义。

1.1课程设计目的

课程设计是本课程教学中极为重要的实践性教学环节，它不但起着提高本课程教学质量、水平和检验学生对课程内容掌握程度的作用，而且还将起到从理论过渡到实践的桥梁作用。

因此，必须认真组织，周密布置，积极实施，以达到下述教学目的。

1．通过课程设计，使学生进一步巩固、深化和扩充在单片机原理及相关课程方面的基本知识、基本理论和基本技能，达到培养学生独立思考、分析和解决实际问题的能力。

2．通过课程设计，使学生养成严谨科学、严肃认真、一丝不苟和实事求是的工作作风，达到提高学生基本素质的目的。

3.通过课程设计，让学生独立完成利用单片机实现某一实际控制系统的基本设计工作，达到培养学生综合应用所学知识和实际查阅相关设计资料的能力的目的。

4.通过课程设计，使学生熟悉设计过程，了解设计步骤，掌握设计内容，达到培养学生设计电路、实现软件编程和编写设计说明书能力的目的，为学生今后从事相关方面的实际工作打下良好基础。

1.2课程设计要求

（1）根据设计课题的技术指标和给定条件，在教师指导下，能够独立而正确地进行方案论证和设计计算，要求概念清楚、方案合理、方法正确、步骤完整；

（2）要求学生掌握单片机的设计内容、方法和步骤；

（3）要求会查阅有关参考资料和手册等；

（4）要求学会选择有关元件和参数；

（5）要求学会绘制有关电路图和设计流程图；

（6）要求学会编写设计说明书。

第三章系统方案与总体结构

系统采用通用的80C51芯片，显示器为6个共阳极LED数码管，用1个BCD7段译码器74LS47驱动数码管（74LS47的输入为BCD码，其输出级为集电极开路输出，可直接驱动7段译码管，具有首尾消零等特点），用3-8译码器74LS138的输出作为动态扫描时数码管的选通信号，因为采用了上述两个芯片，所以在对数码管进行扫描显示时，只需要单片机的7条I/O线就能完成显示功能了。

选用P0.0--P0.3作为显示数据值的输出，连接在BCD7段译码器74LS47的BCD码输入端，P0.4--P0.6作为扫描值的输出连接在3-8译码器74LS138的输入端（74LS138的A、B、C），因此，写程序时应以P0口高4位为位扫描值，低4位为显示数据值（分离BCD码）。

由于LED数据管点亮时耗电量较大，因此使用了排阻作为电源驱动输出，以保证数码管的正常亮度。

单片机的P1.0--P1.5口分别接在S1--S66个按键上，以控制“时”，“分”，“秒”的调整。

时间以24小时为一个周期，数字时钟钟的格式为：

XXXXXX，由左向右分别为：

时、分、秒。

完成显示由秒加1，一直加1至59，再恢复为00；分加1，一直加1至59，再恢复00；时加1，一直加1至23，再恢复00。

*****按键功能*****

1.启动时，数字时钟从23：

59：

00开始自动计时；

2.按键S1控制对“时”的调整，每按一次时计数值加1；

3.按键S2控制对“分”的调整，每按一次分计数值加1；

4.按键S3控制对“秒”的调整，每按一次秒计数值加1；

5.按键S4控制对“时”的调整，每按一次时计数值减1；

6.按键S5控制对“分”的调整，每按一次分计数值减1；

7.按键S6控制对“秒”的调整，每按一次秒计数值减1。

4.1数字时钟框图设计

图1数字时钟框图

（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，其引脚排列如图7所示：

图7LED数码显示器两种连接方法图

4.3数字时钟工作原理图

4.3.1数字时钟电路总图

图8数字时钟电路总图

4.3.2复位电路原理图

图9复位电路原理图

当RST引脚高电平到时，单片机复位。

RST/VPD端的高电平，若直接由启动瞬间产生，则为启动复位，若通过按动按钮产生高电平复位称手动复位。

图中，上电时，接通电源，电容器C相当于瞬间短路，+5V加到了RST/VPD端，该高电平使8051全机复位。

若运行过程中，需要程序从头执行，只需按动按钮S，则直接把+5V加到了RST/VPD端，从而复位。

显然，该电路即可以上电复位，也可以手动复位，是常用复位电路之一。

4.3.3按键电路原理图

图10电路原理图

4.3.4时钟电路原理图

晶体振荡器电路给数字时钟提供一个频率稳定准确的12MHz的方波信号，不管是指针式的电子钟还是数字显示的电子钟都使用了晶体振荡器电路。

图11时钟电路原理图

4.3.5LED数码管硬件电路原理图

图12LED数码管硬件电路原理图

由于电路设计得极其巧妙，许多功能都可以由硬件完成，因此软件设计就比较简单了。

下面介绍软件设计的要点：

主程序：

首先进行初始化，设置数字时钟的计时初值为23：

59：

00，启动T0进行50ms定时，且允许T0中断。

然后检测S1--S6是否按下，当按键S1--S6按下时，转入时、分、秒计数值的调整程序，系统主程序流程图如图13所示。

图13系统主程序流程图

定时器T0中断子程序：

中断服务子程序的作用是进行时、分、秒的计时与显示。

定时器T0用于定时，定时周期设为50ms，中断累计20次（即1s）。

定时器T0中断服务程序流程图如图14所示。

图14定时器T0中断服务程序流程图

时、分、秒计数值调整子程序TIME：

时间计数单元分别在40H（s）,41H（min）,42H（h）内存单元中，在计数单元中采用组合BCD码计数。

TIME子程序的作用是当满1秒时，对秒计数单元进行加1操作，满60向分进位；对分计数单元进行加1操作，满60向时进位；对时计数单元进行加1操作，满24清零。

显示子程序VIEW：

VIEW子程序的作用是分别将时间计数单元40H（s）,41H（min）,42H（h）中的十进制时间值（组合BCD码）转化为个位和十位（分离BCD码）存放在显示缓冲区中，显示缓冲区地址为30H--35H。

其中30H--31H存放秒数据，32H--33H存放分数据，34H--35H存放时数据。

由于每一个地址单元内均为分离BCD码，用BCD一个7段译码器74LS47直接进行译码，因此不需要软件方式对BCD码数据进行译码。

扫描子程序SCAN：

SCAN子程序的作用是把显示缓冲区中的数据依次送往显示器显示。

把扫描值作为高4位，显示数据值作为低4位，输出P0口，以完成显示，因为采用了3-8译码器74LS47作为扫描输出，所以用36H单元存放扫描指针，即36H中存放的是数码管的序号，显示时，只需取出30H--35H某一地址中的数据，并从P0口的低4位输出，同时P0口的高4位作为扫描值输出，就能保证数码管的正常工作。

*******主程序*******

ORG0000H

LJMPSTART

ORG000BH

LJMPTT0

ORG0050H

START:

MOVSP,#70H

MOV36H,#00H;（36H）为扫描指针

MOV40H,#00H;秒控制

MOV41H,#59H;分控制

MOV42H,#23H;时控制

MOV30H,#00H

MOV31H,#00H;显示秒

MOV32H,#09H

MOV33H,#05H;显示分

MOV34H,#03H

MOV35H,#02H;显示时

MOVTMOD,#01H;定时器T0工作方式设定

MOVTL0,#0B0H;设置定时器T0低4位初值

MOVTH0,#3CH;设置定时器T0高4位初值

MOVIE,#82H;闭合EA,ET0

MOV50H,#20;定时1秒循环次数

SETBTR0

LOOP:

JBP1.0,N2;S1按下时加1

CALLDE;消除抖动

MOVA,42H

ADDA,#01H

DAA

MOV42H,A

CJNEA,#24H,N1

MOV42H,#00H

N1:

JNBP1.0,$

CALLDE

N2:

JBP1.1,N4;S2按下分加1

CALLDE

MOVA,41H

ADDA,#01H

DAA

MOV41H,A

CJNEA,#60H,N3

MOV41H,#00H

N3:

JNBP1.1,$

CALLDE

N4:

JBP1.2,N6;S3按下秒加1

CALLDE

MOVA,40H

ADDA,#01H

DAA

MOV40H,A

CJNEA,#60H,N5

MOV40H,#00H

N5:

JNBP1.2,$

CALLDE

N6:

JBP1.3,N8;S4按下时减1

CALLDE

MOVR7,34H

CJNER7,#00H,N60

MOVR6,35H

CJNER6,#00H,N61

MOV42H,#23H

JMPN7

N60:

MOVA,34H

DECA

MOV34H,A

MOVA,35H

SWAPA

ADDA,34H

MOV42H,A

JMPN7

N61:

MOV34H,#09H

MOVA,35H

DECA

SWAPA

ADDA,34H

MOV42H,A

N7:

JNBP1.3,$

CALLDE

N8:

JBP1.4,N10;S5按下分减1

CALLDE

MOVR7,32H

CJNER7,#00H,N80

MOVR6,33H

CJNER6,#00H,N81

MOV41H,#59H

JMPN9

N80:

MOVA,32H

DECA

MOV32H,A

MOVA,33H

SWAPA

ADDA,32H

MOV41H,A

JMPN9

N81:

MOV32H,#09H

MOVA,33H

DECA

SWAPA

ADDA,32H

MOV41H,A

N9:

JNBP1.4,$

CALLDE

N10:

JBP1.5,N11;S6按下秒减1

CALLDE

MOVR7,30H

CJNER7,#00H,N100

MOVR6,31H

CJNER6,#00H,N101

MOV40H,#59H

JMPN11

N100:

MOVA,30H

DECA

MOV30H,A

MOVA,31H

SWAPA

ADDA,30H

MOV40H,A

JMPN11

N101:

MOV30H,#09H

MOVA,31H

DECA

MOV31H,A

SWAPA

ADDA,30H

MOV40H,A

N11:

JNBP1.5,$

CALLDE

******T0中断服务子程序******

TT0:

MOVTH0,#3CH

MOVTL0,#0B0H

PUSHACC

PUSHPSW

DJNZ50H,TINT0

CALLTIME

CALLVIEW

TINT0:

CALLSCAN

POPACC

POPPSW

LJMPLOOP

******显示扫描子程序******

SCAN:

MOVR0,#36H

SCAN0:

MOVA,@R0

ADDA,#30H;A加30H即为显示缓冲区地址

MOVR1,A

MOVA,@R0

SWAPA

ORLA,@R1

MOVP0,A;P0高4位为扫描值,低4位为显示数据值

CALLDELAY

INC@R0

CJNE@R0,#06H,SCAN0

MOV@R0,#00H

RET

******时、分、秒计数值调整子程序******

TIME:

MOVA,40H

ADDA,#01H

DAA

MOV40H,A

CJNEA,#60H,TTI

MOV40H,#00H

MOVA,41H

ADDA,#01H

DAA

MOV41H,A

MOVA,41H

CJNEA,#60H,TTI

MOV41H,#00H

MOVA,42H

ADDA,#01H

DAA

MOV42H,A

CJNEA,#24H,TTI

MOV42H,#00H

TTI:

RET

******向显示缓冲区写数据******

VIEW:

MOVA,40H;30H为显示缓冲区首地址

ANLA,#0FH

MOV30H,A

MOVA,40H

SWAPA

ANLA,#0FH

MOV31H,A

MOVA,41H

ANLA,#0FH

MOV32H,A

MOVA,41H

SWAPA

ANLA,#0FH

MOV33H,A

MOVA,42H

ANLA,#0FH

MOV34H,A

MOVA,42H

SWAPA

ANLA,#0FH

MOV35H,A

RET

******延时子程序******

DELAY:

MOVR7,#65

DJNZR7,$

RET

DE:

MOVR4,#10;延时5ms

DE1:

MOVR5,#249

DJNZR5,$

DJNZR4,DE1

RET

END

一个星期的单片机课程设计很快就结束了，在这一周当中，虽然开始有点困难，但是经过努力学习，合理地进行设计安排，我终于顺利地完成了本次单片机课程设计，同时也学到了很多东西。

在本次课程设计中，我通过动手实践操作，进一步学习和掌握了单片机原理的有关知识，特别是程序的编程方面，加深了对单片机原理及应用技术的认识，进一步巩固了对单片机知识的理解，掌握简单单片机应用系统的设计、制作的方法。

在设计时根据课题要求，复习相关的知识，查询相关的资料。

根据实验条件，找到适合的方案，找到需要的元器件及工具，进行实验。

这次的单片机课程设计重点是通过实践操作和理论相结合，提高动手实践能力，提高科学的思维能力，更在一周的时间了解了更多的有关单片机的知识，使知识更加丰富，使自己更加充实。

单片机作为我们的主要专业课之一，虽然在大三开学初期我对这门课并没有什么兴趣，觉得那些程序枯燥乏味，但在这次课程设计后我发现自己在一点一滴的努力中对单片机的兴趣也在逐渐增加。

作为一名测控技术与仪器专业的大三学生，我觉得做单片机课程设计是十分有意义的，而且是十分必要的。

虽然过去从未独立应用过它们，但在学习的过程中带着问题去学习我发现效率很高，这是我做这次课程设计的又一收获。

然后，要做好一个课程设计，就必须做到：

在设计程序之前，对所用单片机的内部结构有一个系统的了解，知道该单片机内有哪些资源；要有一个清晰的思路和一个完整的的软件流程图；在设计程序时，不能妄想一次就将整个程序设计好，反复修改、不断改进是程序设计的必经之路；要养成注释程序的好习惯，一个程序的完美与否不仅仅是实现功能，而应该让人一看就能明白你的思路，这样也为资料的保存和交流提供了方便。

在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。

通过查阅大量有关资料，使自己学到了不少知识，也经历了不少艰辛，但收获同样巨大。

但通过学习这一次实践,增强了我的动手能力,提高和巩固了单片机方面的知识,特别是软件方面，并让我认识到把理论应用到实践中去是多么重要。

参考文献

（1）谢维成等.《单片机原理与运用及C51程序设计》.北京：

清华大学出版社；

（2）李朝青编著.《单片机原理及接口技术》.北京：

航空航天大学出版社，1999.3；

（3）丁元杰主编.单片微型计算机.北京：

机械工业出版社.2003；

（4）李广第主编.单片机基础.北京：

北京航天工业出版社.2002。