单片机的电子时钟的课程设计.docx

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单片机的电子时钟的课程设计

目录

1概述1

1.1课程设计目的1

1.2课程设计要求1

2系统方案与模块电路设计2

2.1软件系统框图2

2.2系统方案设计2

2.3系统电路原理3

2.4功能模块的电路设计3

3系统软件设计7

3.1系统流程图7

3.2按键子流程图8

4详细设计9

4.1分析和设计9

4.2具体代码实现9

5系统仿真14

5.1仿真图14

5.2系统仿真结果分析14

课程设计总结15

参考文献16

致谢17

1概述

秒表是电器制造，电国，工业自动化控制、国防、实验室及科研单位理想的计时仪器，它广泛应用于各种继电器、电磁开关，控制器、廷时器、定时器等的时间测试。

目前所使用的电秒表大多是指针式或集成电路型的，结构相对复杂、测试功能单一。

本仪器还具有实时时钟、整点报时、手动计时的功能。

本数字时钟，能进行时分秒的调整，能够较准确的显示时间。

1.1课程设计目的

加深对MCS-51单片机的理解，掌握单片机应用系统的设计方法；掌握常用接口芯片的正确使用方法；强化单片机应用电路的设计与分析能力；提高学生在单片机应用方面的实践技能和科学作风；培育学生综合运用理论知识解决问题的能力，力求实现理论结合实际，学以致用的原则。

通过查阅资料、硬件设计、程序设计、安装调试、撰写论文等环节，初步掌握工程设计方法和组织实践的基本技能；熟悉科学实践的程序和办法，为今后从事生产技术工作打下必要的基础；学会灵活运用已经学过的知识，并能不断接受新的知识，大胆发明创造的设计理念。

1.2课程设计要求

设计一个简易的数字时钟，能进行时分秒的调整，能够较准确的显示时间。

掌握51单片机的汇编语言的基本用法。

掌握LED数码管的使用。

掌握数码管动态扫描的方法。

掌握PROEUS的仿真与调试。

2系统方案与模块电路设计

2.1软件系统框图

图2.1软件系统框图

2.2系统方案设计

图2.2软件方案图

2.3系统电路原理

图2.3硬件电路图

电路工作原理和过程说明：

上图为仿真的总页面图。

电子计时器主要有AT89C51、显示模块、控制模块和即时运算模块四大部分组成。

其中控制模块和计时运算模块主要对时、分、秒的述职显示和调整进行操作，并且秒计算到60时，自动清零并向分进1；分计算到60时，自动清零并向时进1；时计算到24事，自动清零。

这样，就形成了循环计时，显示模块主要用来显示当前计时数值。

AT89C51是整个设计的核心，主要用来产生定时中断，传输数据和控制各个部件工作

此次课程设计包含的元器件：

AT89C51；8位LED数码显示管；按键；74HC251；电阻，以及一些常用的电器元件。

2.4功能模块的电路设计

2.4.1AT89C51芯片

AT89C51是美国ATMEL公司生产的低电压、高性能CMOS8位单片机。

AT89C51芯片不仅包括CPU、RAM、ROM、定时器、串行口、I/O接口等主要功能部件之外，还有驱动器、锁存器、指令寄存器、地址寄存器等辅助部分。

CPU是单片机最核心的部分，是单片机的大脑和心脏，主要完成运算和控制功能。

RAM用于存放变化的数据，其地址空间为256个RAM单元，但其中能作为数据存储器供用户使用的仅有前面128个，后128个被专用寄存器占用。

ROM用于存放程序和固定不变的常数等等。

通常采用只读存储器，且其有多种类型，在89系列单片机中全部采用闪存、定时/计数器用于实现定时和计数功能。

AT89C51共有四个8位的并行I/O口，每个口都有一个锁存器和1个驱动器组成。

并行I/O口主要用于实现与外部设备中数据的并航输入输出，有些I/O口还有其他功能。

AT89C51有1个UART全双工异步串行口，用于实现单片机和其他具有相应接口的设备之间的异步串行数据传送。

AT89C51采用40Pin封装的双列直接DIP结构。

40个引脚中，正电源和地线两根，外置石英振荡器的时钟线两根，4组8位

共32个I/O口，中断口线与P3口线复用。

图2.4.1AT89C51

2.4.2七段数码管

LED显示器是由发光二极管显示字段的显示器件。

由图可知它由8个发光二极管构成，通过不同的组合可用来显示0~9、A~F及小数点“.”等字符。

图中DP表示小数点，COM表示公共端。

数码管通常有共阴极和共阳极两种型号。

共阴数管的发光二极管阴极必须接低电平，当某一发光二极管的阳极连到高电平时，此发光二极管点亮；共阳极数码管的发光二极管是阳极并接到高电平，须点亮的发光二极管阴极接低电平即可。

显然，要显示某字形就应使此字形的相应字段点亮，实际就是送一个用不同电平组合代表的数据到数码管。

图2.4.2七段数码管框图

2.4.3按键模块电路设计

通过软件设计，在调整时间时需要对电子钟的时、分、秒进行调整，在按键模块中，通过按键“H”“M”“S”对时、分、秒进行调整，以便选择一个正确的时间。

图2.4.3按键设计图

2.4.4晶振电路模块设计

晶振在电气上可以等效成一个电容和一个电阻并联再串联一个电容的二端网络，电工学上这个网络有两个谐振点，以频率的高低分其中较低的频率为串联谐振，较高的频率为并联谐振。

由于晶体自身的特性致使这两个频率的距离相当的接近，在这个极窄的频率范围内，晶振等效为一个电感，所以只要晶振的两端并联上合适的电容它就会组成并联谐振电路。

这个并联谐振电路加到一个负反馈电路中就可以构成正弦波振荡电路，由于晶振等效为电感的频率范围很窄，所以即使其他元件的参数变化很大，这个振荡器的频率也不会有很大的变化。

本课程设计中，晶振电路的作用是设计的程序在晶振电路的脉冲下计数，当达到一定值时驱动程序进行进位，使得程序中的秒、分、时一级一级的进行计数，从而使电子钟顺利的计数。

图2.4.4晶振电路设计图

3系统软件设计

3.1系统流程图

如图3.1所示整个程序先给数码管送初值120000，然后进行初始化工作，包括定时器及其初值设置、开中断等。

程序通过按键扫描程序来确定是否调用中断程序来对时间进行调整，整个程序较为简短，但是时间误差很小。

图3.1系统流程图

3.2按键子流程图

如图3.2所示加一子程序完成时分秒的调整，通过循环扫描三个按键的电平变化来判断对应按键是否按下，并带有去抖动功能，当某个按键按下时，则对应的进行增一操作。

若分秒增一到底60次或者时增一到达24次，将对其清零，各个操作均实时的通过数码管显示。

图3.2按键加一子流程

4详细设计

4.1分析和设计

先程序初始化，用定时器方式一进行定时50ms，一到50ms就定时器中断一次，数值重装，在进行定时，这样循环20次，就能较准确的定时出1S时间。

本计算器程序通过LED动态扫描的方法，给数码管送数据，并通过定时器T0和循环程序实现一秒的精确计时，同时通过外部中断来控制时分秒的增一操作。

程序中包含有显示、中断、加一、延时等子程序，通过个子程序和主程序之间的调用和跳转，最终完成该简易数字时钟。

程序初始化如下：

MOV30H,#00H;程序初始化

MOV31H,#00H

MOV32H,#12

MOV48H,#00H

MOV49H,#00H

MOV4AH,#00H

MOVTMOD,#01H；定时器方式一

MOVTH0,#248

MOVTL0,#248

SETBTR0;启动定时器0

SETBET0;允许T0中断

SETBEA;开中断

4.2具体代码实现

用AT89C51单片机设计一个简易的数字时钟，能进行时分秒的调整，能够较准确的显示时间。

ORG00H

LJMPSTART

ORG0BH;定时器0中断入口地址

LJMPINT_T0

START:

MOV30H,#00H;程序初始化

MOV31H,#00H

MOV32H,#12

MOV48H,#00H

MOV49H,#00H

MOV4AH,#00H

MOVTMOD,#01H

MOVTH0,#248

MOVTL0,#248

SETBTR0;启动定时器0

SETBET0;允许T0中断

SETBEA;开中断

ADDMIAO:

JBP3.2,ADDFEN

LCALLDELY10MS;去抖动

JBP3.2,ADDFEN

INC30H

MOVA,30H

CJNEA,#60,NS60;满60清零

MOV30H,#00H

NS60:

LCALLDISP

JNBP3.2,$

ADDFEN:

JBP3.1,ADDSHI

LCALLDELY10MS

JBP3.1,ADDSHI

INC31H

MOVA,31H

CJNEA,#60,NM60

MOV31H,#00H

NM60:

LCALLDISP

JNBP3.1,$

ADDSHI:

JBP3.0,RETURN

LCALLDELY10MS

JBP3.0,RETURN

INC32H

MOVA,32H

CJNEA,#24,NH24

MOV32H,#00H

NH24:

LCALLDISP

JNBP3.0,$

RETURN:

LJMPADDMIAO

DELY10MS:

MOVR6,#10

D1:

MOVR7,#248

DJNZR7,$

DJNZR6,D1

RET

DISP:

MOVA,#40H

ADDA,#8

DECA

MOVR1,A

MOVA,32H

MOVB,#10

DIVAB

MOV@R1,A

DECR1

MOVA,B

MOV@R1,A

DECR1

MOVA,#10

MOV@R1,A

DECR1

MOVA,31H

MOVB,#10

DIVAB

MOV@R1,A

DECR1

MOVA,B

MOV@R1,A

DECR1

MOVA,#10

MOV@R1,A

DECR1

MOVA,30H

MOVB,#10

DIVAB

MOV@R1,A

DECR1

MOVA,B

MOV@R1,A

DECR1

RET

INT_T0:

MOVTH0,#248

MOVTL0,#248

MOVA,#40H

ADDA,48H

MOVR0,A

MOVA,@R0

MOVDPTR,#TABLE;送表头

MOVCA,@A+DPTR

MOVP2,#0FFH

MOVP0,A

MOVA,48H

MOVDPTR,#TAB;扫描控制位

MOVCA,@A+DPTR

MOVP2,A

INC48H

MOVA,48H

CJNEA,#08H,KNA;8个数码管送数是否结束

MOV48H,#00H

KNA:

INC49H

MOVA,49H

CJNEA,#100,DONE

MOV49H,#00H

INC4AH

MOVA,4AH

CJNEA,#05H,DONE

MOV4AH,#00H

INC30H

MOVA,30H

CJNEA,#60,NEXT

MOV30H,#00H

INC31H

MOVA,31H

CJNEA,#60,NEXT

MOV31H,#00H

INC32H

MOVA,32H

CJNEA,#24,NEXT

MOV32H,#00H

NEXT:

LCALLDISP

DONE:

RETI

TABLE:

DB3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H,7FH,6FH,00H

TAB:

DB0FEH,0FDH,0FBH,0F7H,0EFH,0DFH,0BFH,07FH

END

5系统仿真

5.1仿真图

图5.1电路仿真调试图

5.2系统仿真结果分析

分别按下时分秒控制按键，观察显示结果是否正确，并对时按24，分秒按60次，观察是否对应清零。

调试工作还包括和电脑上的精确时钟比较，进行误差分析，该误差不得太大。

本人从14：

33：

00开始和电脑中进行对时，2小时后，该数字时钟和电脑相比仅相差10秒。

课程设计总结

本学期开设《单片机原理及应用》这一门课，因为以前从来没有接触过这个课程，又加上课程比较多，又要忙着过英语四级，单片机课时少，时间的紧促，加上平时上课时看不清黑板就少听课了，所以只学到单片机汇编语言的基本语句和一些简短的程序，还没有具备熟练应用所学知识去编写具体实用东西的能力，硬件的设计和仿真能力也很弱，仿真图也只会用一些简单而又经常用到的元件去连接，学校组织了这次单片机课程设计，无疑给我们的这个课程学习提供了一个提高及应用的机会，当然，也给我们带来了一定的压力。

我选择的课程设计题目是数字时钟。

刚开始拿到这个课题时，不知如何动手去做。

从而就去上网查些有关这题方面的资料和源程序，认真研究了网上的程序和其他学长学姐的程序之后，才有了基本的思路，知道了怎样去设计，知道最重要的是1秒定时部分和如何把时、分、秒在数码管中显示出来，同时设计出来的产品还必须具备一些基本的人机交互功能。

这次课程设计终于顺利完成了，程序代码、仿真图也有了。

在这个课程设计的过程中，不知不觉得各个方面的能力都得到了一定的提高，以前不懂的差不多都掌握了，没听过的也有一定的了解了，为我以后的学习打下了坚实的基础。

在这次程序设计过程中，我遇到了很多的麻烦，是我一个人无法解决的，我苦恼了很久，最后还是在班上同学的帮助下才得以解决的，同时指导老师李老师和教课老师也给了我很大的帮助和支持。

在此，我要向所有给予过我帮助的老师和同学，表示深深的感谢，感谢你们的帮助和信赖才使我在这次的课程设计做得如此的得心应手，谢谢你们。

参考文献

[1]何立民.单片机应用技术大全.北京：

北京航空航天大学出版社，1994.

[2]江世明.基于Proteus的单片机应用技术.北京：

电子工业出版社，2009

[3]李泉溪.单片机原理与应用实例仿真.北京：

北京航空航天大学出版社，2009

[4]惠仇.手把手教你学51单片机.北京：

电子工业出版社，2009

[5]江世明黄同成.单片机原理及应用.中国铁道出版社,2010

[6]江世明.单片机原理及应用实验教程.中国铁道出版社,2010

[7]余发山编著.单片机原理机机及应用技术，徐州：

中国矿业大学出版社.

[8]张淑清娄万录等主编.单片微机计算机接口技术及其应用，科学出版社.

致谢

在这次课程设计中，我遇到了很多的问题，是老师和同学的帮助才得以解决，在此我致上最真诚的感谢。

感谢老师辛勤的教育，耐心的讲解，指导老师——李剑，教课老师——申寿云；感谢同学的理解与帮助；真的非常感谢你们！