毕业设计论文数字钟设计.docx
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毕业设计论文数字钟设计
学号:
1211431034
课程设计报告
数字钟设计
院系电子信息工程学院
专业电子信息工程
班级1
姓名马梦珂
摘要
数字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,已得到广泛的使用。
数字钟从原理上讲是一种典型的数字电路,其中包括了组合逻辑电路和时序电路。
数字钟就是由电子电路构成的计时器,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,另外应该该有校时功能和报时,整体清零等附加功能。
主电路系统由秒信号发生器,时、分、秒计时器,译码器及显示器,校时电路,整体清零电路,整点报时电路组成。
秒信号发生器是整个系统的时基信号,它直接决定计时系统的精度,一般用石英晶体振荡器加分频器来实现。
秒信号产生器将标准信号送入“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,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,可实现一天24小时的累计,
本课题利用了单片机的数码管和定时器相关知识,采用AT89C51单片机子控制核心,结合LED数码管实现时分秒的显示。
硬件电路设计主要包括中央处理单元电路,键盘扫描电路。
软件程序则采用VC语言实现。
本设计实现了显示时间、调整时间等功能,达到了设计的目的和要求。
并在Proteus软件上进行了仿真和调试。
关键词:
计时器,计数,译码,校时,数字时钟,单片机,仿真调试
1引言
1.1研究背景及意义
随着科技文明的发展,人们对时钟这种生活必需品的要求在不断提高。
它不仅仅被看成是一种用来显示时间的工具,高精度、体积小、多功能、低功耗是时钟发展的必然趋势。
所以,时钟的数字化、多功能化已经成为现代时钟生产研究的主导方向。
数字钟是一种数字电路技术来实现时、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。
广泛用于个人家庭、码头、车站、办公室等公共场所,成为人们日常生活中不可缺少的必需品,由于数字集成电路的发展和石英晶体震荡器的广泛使用,使得数字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。
所有这些,都是以钟表数字化为基础的。
因此,研究数字钟及扩大其应用,有着非常重要的意义。
1.2国内外研究现状
数字电子技术的迅速发展,使各种类型集成电路在数字系统、控制系统、信号处理等方面得到了广泛的应用。
为了适应现代电子技术迅速发展的需要,能够较好地面向数字化和专用集成电路的新时代。
目前,数字钟以其体积小、重量轻、抗干扰能力强、对环境要求高、高精确性、容易开发等特性,在工业控制系统、智能化器仪表、办公自动化等诸多领域取得了极为广泛的应用,并已经走入了寻常百姓家。
因此,数字钟技术开发和应用跟我们生活密切相关。
2硬件设计
2.1元件组成
在本设计中,组成电路原理图的元件有:
芯片AT89C51一个;共阴极8位数码管一个;按键3个;普通电容2个;电解电容一个;晶振(CRYSTAL)一个;电阻若干。
2.2设计要求
能够显示23时59分59秒,归零后重新开始,具有校时、校分、校秒功能,具有整点报时功能。
2.3电路组成
在本设计系统中,数字钟的设计原理图包括晶振电路、键盘控制电路、复位电路、数码管显示电路、分频电路、时分秒计数电路、校时电路、译码显示电路和功能扩展电路。
晶振电路:
全称为晶体震荡器,主要作用是产生单片机所需的时钟频率。
单片机执行程序所需的时间完全取决于晶振所提供的时钟频率。
晶振电路如图1所示。
图1
复位电路:
复位是单片机的初始化操作。
单片机启动运行时都需要先复位,其作用是使CPU及系统中其他部件处于一个确定的初始状态,并且从这个状态开始工作。
其电路图如图2所示。
图2
键盘控制电路:
数字钟最基本的功能除了能正常显示时间外,还需要对时间进行设置和调整,所以要配以相应的键盘控制电路。
该设计的键盘控制电路主要包括3个按键:
P0.0控制“秒”的调整,每按一次加1s;P0.1控制“分”的调整,每按一次加1min;P2.0控制“时”的调整,每按一次加1h。
键盘控制电路图如图3所示。
图3
数码管显示电路:
本次设计选择共阴极数码管,其中有6位显示“时”,“分”,“秒”,剩下两位显示“—”。
数码管A至DP接单片机P1端口,1至9接单片机P3端口。
其电路图如图4所示。
图4
分频电路:
分频器能将高频脉冲变换为低频脉冲,它可由触发器以及计数器来完成。
由于一个触发器就是一个二分频,N个触发器就是2n个分频器,如果用计数器做分频器,就要按进制数进行分频。
分频器的功能主要有两个:
一个是产生标准秒脉冲信号,二是提供功能扩展电路所需要的信号,如图5所示:
图5
时分秒计数器:
计数电路就要用到计数器,而计数器又有同步和异步之分。
这里时计数电路要用到24进制计数器;分、秒计数器则需要用到60进制计数器。
74160计数器不仅具有二进制加法计数功能,还具有预置数、保持、和异步置零等附加功能。
如图6所示:
图6
校时电路:
当数字钟的显示时间于实际时间不同时,必须予以校准,校准电路如图7所示:
图7
译码显示电路如图8所示:
图8
3软件设计
在本设计系统中,要求达到的目的是设计一个电子时钟,显示格式为“XX:
XX:
XX”,由左向右分别是时、分、秒。
开机时,显示00:
00:
00的时间开始计时;当时间不准时,可校时,P0.0控制“秒”的调整,每按一次加1s;P0.1控制“分”的调整,每按一次加1min;P2.0控制“时”的调整,每按一次加1h。
计时满23:
59:
59时,返回00:
00:
00重新计时。
3.1电路原理图设计
根据设计要求,有上述各电路课组成数字钟系统结构图。
其结构图如图9所示。
图9
由结构图可以在proteus仿真软件中画出原理图。
其原理图如图10所示。
图10
3.2源程序
#include
#include
#defineucharunsignedchar
#defineuintunsignedint
#definePPP1
ucharcodeSEG7[]={0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90};
//显示缓冲
ucharnum[]={1,2,3,4,5,6,7,8};
uchardian=0xbf;
//定义数码管显示位码的端口P20--P25
sbitq1=P3^7;
sbitq2=P3^6;
sbitq3=P3^5;
sbitq4=P3^4;
sbitq5=P3^3;
sbitq6=P3^2;
sbitq7=P3^1;
sbitq8=P3^0;
//按键123456
sbitk3=P0^0;
sbitk2=P0^1;
sbitk1=P2^0;
//显示时间
uinth=0;
uintmin=0;
uintmiao=0;
//计数器计时变量
uintjishu1=0;
//时分秒变量
uinth1=18;//
uintm1=0;//
uints1=20;//
//延时函数ms
void_delay_ms(uintt)
{
uinti,j;
for(i=0;i for(j=0;j<250;j++); } //延时函数us void_delay_us(uchart) { while(t>0)t--; } //显示子函数 voiddispaly() { //------------------------------------------ //显示时间 //------------------------------------------ //载入第12345678个数码管显示缓冲- num[0]=SEG7[h%100/10]; num[1]=SEG7[h%10]; num[2]=dian; num[3]=SEG7[min%100/10]; num[4]=SEG7[min%10]; num[5]=dian; num[6]=SEG7[miao%100/10]; num[7]=SEG7[miao%10]; PP=~num[0]; //送位码 q1=0; //延时后关闭位码 _delay_ms (1); q1=1; //送段码--------------- PP=~num[1]; //送位码 q2=0; //延时后关闭位码 _delay_ms (1); q2=1; //送段码--------------- PP=~num[2]; //送位码 q3=0; //延时后关闭位码 _delay_ms (1); q3=1; //送段码--------------- PP=~num[3]; //送位码 q4=0; //延时后关闭位码 _delay_ms (1); q4=1; //送段码--------------- PP=~num[4]; //送位码 q5=0; //延时后关闭位码 _delay_ms (1); q5=1; //送段码--------------- PP=~num[5]; //送位码 q6=0; //延时后关闭位码 _delay_ms (1); q6=1; PP=~num[6]; //送位码 q7=0; //延时后关闭位码 _delay_ms (1); q7=1; //送段码--------------- PP=~num[7]; //送位码 q8=0; //延时后关闭位码 _delay_ms (1); q8=1; } //按键处理函数 voidkey() { //按键端口拉高 k1=1;k2=1;k3=1; //判断按键 if(k1==0){_delay_ms(50);if(k1==0)h=(h+1)%24;} if(k2==0){_delay_ms(50);if(k2==0)min=(min+1)%60;} if(k3==0){_delay_ms(50);if(k3==0)miao=(miao+1)%60;} } //主函数- voidmain(void) { _delay_us (1); //-------定时器0配置 TMOD=0x01; //使能定时器0 ET0=1; //定时器的初值 TH0=(65536-50000)/256; TL0=(65536-50000)%256; //停止开启定时器0 TR0=1; //使能中断 EA=1; while (1) { dispaly();//-----------显示子函数 key();//-----------按键处理 } } //----T0计数 voidTime0()interrupt1 { //重装初值50ms; TH0=(65536-50000)/256; TL0=(65536-50000)%256; //时间缓冲+1; jishu1=jishu1+1; if(jishu1>=20) { jishu1=0; miao++; if(miao>59) { min++; miao=0; if(min>59){h=h+1;min=0;} if(h==24)h=0; } } } 4系统调试与实验 Keil软件是德国Keil公司推出的单片机软件编译器,其中uV3集成化开发环境工具和C51编译器主要用于典型的8051单片机系统开发。 KeiluV3可以编辑、编译汇编语言、C51语言,连接定位目标文件和库文件,创建“.hex”文件,调试目标程序等。 所以我们可以用该软件来开发工程,调试程序,最终生成的“.hex”文件是可以执行的代码文件,用于Proteus中单片机系统的程序开发与仿真。 打开KeilVision3,新建KEIL项目,选择AT89C51单片机作为CPU,新建汇编源文件,编写程序,并将其导入到“SourceGroup1”中。 在"OptionforTarget"对话框中,选中”Output“选项卡中的”CreateHEXFile"。 最终会生成“.hex”代码文件。 在ProeusISIS中,画出上述原理图,鼠标双击89C51芯片,在ProgramFile栏中添加生成的“.hex”文件。 完成后即可开始调试。 下图是分别为开机状态和启动状态下的数字钟调试结果。 开机状态启动状态 本次设计完成了一个数字钟的设计,其显示格式为“XX: XX: XX”,由左向右分别是时、分、秒。 开机时,显示00: 00: 00的时间开始计时;当时间不准时,可校时,P0.0控制“秒”的调整,每按一次加1s;P0.1控制“分”的调整,每按一次加1min;P2.0控制“时”的调整,每按一次加1h。 计时满23: 59: 59时,返回00: 00: 00重新计时,达到了课程设计的目的和要求。 5总结 在本次设计中,从开始的收集资料到修改程序、设计电路、画原理图、到完成调试这一过程中,使我更加熟悉了单片机的相关知识以及仿真软件的应用,同时也提高了自己的动手实践能力,更为重要的是培养了自身科学严谨的学习态度,一点小错误都有可能导致结果的偏差。 同时为我以后做毕业设计积累了一定的经验。 可以说本次课程设计让我收获颇丰。 通过本次实验,是我对已学过的电路、数电、模电等电子的知识更深一步的了解。 刚开始做这个设计的时候感到不知从何下手,脑子里比较凌乱,通过从温已学过的知识和参考一些文献,和老师的指导,使我对所设计的课题有所了解。 最后,感谢一下老师给我一次实践的机会。 使我增加了知识面。 参考文献 阎石。 数字电子技术基础.5版.北京: 高等教育出版社,2006 张毅刚。 单片机原理及接口技术[M].人民邮电出版社,2011 康华光。 电子技术基础: 数字部分.4版.北京: 高等教育出版社.2000 张毅刚。 基于Proteus的单片机课程的基础实验与课程设计[M].人民邮电出版社,2012 朱清慧。 Proteus教程,清华大学出版社,2008 彭伟,等。 单片机C语言程序设计实训100例[M].北京: 电子工业出版社,2010
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- 毕业设计 论文 数字 设计