日历时钟的设计.docx

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日历时钟的设计

单片机课程设计报告书

课题名称

日历时钟的设计

姓名

学号

院、系、部

物理与电子科学系

专业

应用电子技术

指导教师

2013年11月20日

一、设计任务及要求：

设计任务：

1、利用MCS-51内部定时器定时T0/T1，编程实现时、分、秒的显示，显示格式为：

时分秒：

091235（24小时制）

2、能按键调整时间的数值（按键数量自定）。

要求：

首先进行预设计，根据设计的任务要求，先确定设计的硬件电路方案，然后进行硬件电路的初步设计，在计算机上画出硬件电路图，在老师的指导下进行修正硬件电路图，并对所涉及的参数进行计算。

在确定硬件的基础上，要进行软件的总体设计，包括软件主流程的设计以及各子程序的设计，同时，要写出详细的操作说明，如时间的调整方法，显示窗口的时间切换等，以配合软件的设计。

然后进入硬件的调试及编程工作，设计组内的同学可根据任务分工，有调试硬件各功能模块的，如键盘子程序、显示子程序等，有进行整体程序的编制的，各模块的编制过程中要注意资源的衔接。

最后进入联机调试，联机调试的原则也要采用分步走的原则，各个功能模块要逐步套入，通过一个再增加一项功能，从而达到设计的总体要求，不要上来编制个最大的程序，最后无法查找错误，最后写出设计报告。

指导教师签名：

年月日

二、指导教师评语：

指导教师签名：

年月日

三、成绩

指导教师签名：

年月日

目录

绪言3

二、方案比较与论证3

2.1系统整体流程图3

2.2单片机芯片的选择方案和论证：

4

2.3时钟方案选择5

2.4显示模块的选择5

2.5键盘模块的选择5

2.6具体设计分析5

三、硬件电路设计6

3.1整个电路原理图6

3.2数码显示模块设计7

3.3按键模块7

3.4复位电路8

四.程序流程图8

五、系统仿真9

5.1Proteus软件应用9

5.2实验测试10

六主要元器件选择11

七、参考文献11

八.结束语11

附录2部分源程序12

绪言

数字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的应用。

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、使用也方便，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的时间，而且可以显示期、农历、以及星期等，给人们的生活带来了方便。

另外数字钟还具备秒表和闹钟的功能，且闹钟铃声可自选，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。

时钟电路在计算机系统中起着非常重要的作用，是保证系统正常工作的基础。

在一个单片机应用系统中，时钟有两方面的含义：

一是指为保障系统正常工作的基准振荡定时信号，主要由晶振和外围电路组成，晶振频率的大小决定了单片机系统工作的快慢；二是指系统的标准定时时钟，即定时时间，它通常有两种实现方法：

一是用软件实现，即用单片机内部的可编程定时/计数器来实现，但误差很大，主要用在对时间精度要求不高的场合；二是用专门的时钟芯片实现，在对时间精度要求很高的情况下，通常采用这种方法，典型的时钟芯片有：

DS1302，DS12887，X1203等都可以满足高精度的要求。

二、方案比较与论证

2.1系统整体流程图

LED数码管动态扫描显示模块

AT89S52

主控制模块

键盘模块

DS1302时钟模块

开始

初始化子程序

While（1

）

串口有数据

否

是

调用子程序，获取串口数据

调用子程序，设置日历时钟芯片

调用子程序，获取芯片的时间信息

调用显示字程序

2.2单片机芯片的选择方案和论证：

方案一:

纯硬件电路系统，各功能采用分离的硬件电路模块实现。

用时序逻辑电路实现时钟功能，用555定时器实现闹钟的设定。

但这种实现方法可靠性差、控制精度低，灵活性小、线路复杂、安装调试不方便，而且不方便实现对系统的扩展。

方案二:

用可编程逻辑器件（PLD）实现。

这种方案与前一种相比，可靠性增加，同时可以很好的完成时钟的功能。

同时这种方案只能选用数码管显示，显示的效果不够理想，无法很好的完成扩展功能的要求，系统的灵活性不够。

方案三:

采用AT89S52单片机作为系统的控制核心。

时钟功能采用单片集成的时钟芯片DS1307来实现，可以使用液晶显示时间、日历及闹铃，有着智能化的人机界面。

由于使用了单片机，整个系统可编程，系统的灵活性大大增加了。

另外，本方案可以方便的实现其他功能的扩展。

经过以上的比较论证，选用方案三来完成项目设计的要求。

2.3时钟方案选择 

方案一：

基本门电路搭建。

用基本门电路来实现时钟发生器，电路结构复杂，故障系数大，不易调试。

方案二：

专用时钟芯片。

目前市场上已有很多实时时钟芯片。

如DS12887、DS1302、DS1307、PCF8563、X1227等，芯片内都集成了时钟/日历功能，给时钟系统设计带来很多方便。

根据设计要求，在本设计中我采用了DS1302时钟芯片。

2.4显示模块的选择  

方案一：

使用多个数码管显示。

LED数码管是利用二极管发光显示数字和字母，具有亮度大、接口设计比较容易，价格相对较便宜等优点。

但是由于它工作电流较大、不能显示汉字，显示的信息量有限，若在此题目中应用就会受到很大的限制。

方案二：

采用液晶显示。

液晶特别是具有汉字显示功能的液晶显示器，来实现显示功能，不仅可以实现基本的显示信息，而且可以显示丰富的符号指示信息以及文字指示信息，信息量丰富且直观易懂。

而且液晶显示有功耗低，体积小，重量轻，寿命长，不产生电磁辐射污染等优点。

系统采用方案二，设计选用LCD1602液晶显示模块。

2.5键盘模块的选择 

方案一：

采用独立式按键电路。

每个键单独占有一根I/O接口线，每个I/O口的工作状态互不影响，此类键盘采用端口直接扫描方式。

但是当按键较多时占用单片机的I/O数目较多。

方案二：

采用阵列式键盘。

此类键盘是采用行列扫描方式，当按键较多时可以降低占用单片机的I/O口数目。

根据设计要求我采用了方案二。

2.6具体设计分析

利用单片机（AT89S51）制作简易电子时钟，由六个LED数码管分别显示小时十位、小时个位、分钟十位、分钟个位、秒钟十位、秒钟个位。

结合本设计实验来说，要求显示的时间为时，分，秒，并且都用两位数码管来实现显示。

因此，具体设计程序时，应尽可能多用一些子程序与数据暂寄存器单元。

本程序设计中，在主程序之外，可以设置时间值处理子程序，时间值显示前的处理子程序，按键情况扫描子程序，1S定时中断子程序以及5ms延时消除按键抖动子程序等多个小型的子程序。

另外，可以设置一些数据单元作为数据寄存器。

用28H，2AH,2BH和2CH地址单元分别作为显示位数的扫描指针值寄存器，时寄存器，分寄存器和秒寄存器，再用20H地址单元作为显示寄存器

三、硬件电路设计

3.1整个电路原理图

3.2数码显示模块设计

共阴数码管

数码管的引脚图

数码管是一种把多个LED显示段集成在一起的显示设备。

有两种类型，一种是共阳型，一种是共阴型。

共阳型就是把多个LED显示段的阳极接在一起，又称为公共端。

共阴型就是把多个LED显示段的阴极接在一起，即为公共商。

阳极即为二极管的正极，又称为正极，阴极即为二极管的负极，又称为负极。

通常的数码管又分为8段，即8个LED显示段，这是为工程应用方便如设计的，分别为A、B、C、D、E、F、G、DP，其中DP是小数点位段。

而多位数码管，除某一位的公共端会连接在一起，不同位的数码管的相同端也会连接在一起。

即，所有的A段都会连在一起，其它的段也是如此，这是实际最常用的用法。

数码管显示方法可分为静态显示和动态显示两种。

静态显示就是数码管的8段输入及其公共端电平一直有效。

动态显示的原理是，各个数码管的相同段连接在一起，共同占用8位段引管线；每位数码管的阳极连在一起组成公共端。

利用人眼的视觉暂留性，依次给出各个数码管公共端加有效信号，在此同时给出该数码管加有效的数据信号，当全段扫描速度大于视觉暂留速度时，显示就会清晰显示出来。

系统采用动态显示方式，用P0口来控制LED数码管的段控线，而用P2口来控制其位控线。

动态显示通常都是采用动态扫描的方法进行显示，即循环点亮每一个数码管，这样虽然在任何时刻都只有一位数码管被点亮，但由于人眼存在视觉残留效应，只要每位数码管间隔时间足够短，就可以给人以同时显示的感觉。

3.3按键模块

时间计数电路由秒个位和秒十位计数器、分个位和分十位计数器、时个位和时十位计数器及星期计数器电路构成，其中秒个位和秒十位计数器、分个位和分十位计数器为60进制计数器，时个位和时十位计数器为24进制计数器。

下图为按键模块电路原理图。

3.4复位电路

单片机复位的条件是：

必须使RST/VPD或RST引（9）加上持续两个机器周期（即24个振荡周期）的高电平。

例如，若时钟频率为12MHz，每机器周期为1μs，则只需2μs以上时间的高电平，在RST引脚出现高电平后的第二个机器周期执行复位。

单片机常见的复位如图所示。

电路为上电复位电路，它是利用电容充电来实现的。

在接电瞬间，RESET端的电位与VCC相同，随着充电电流的减少，RESET的电位逐渐下降。

只要保证RESET为高电平的时间大于两个机器周期，便能正常复位。

该电路除具有上电复位功能外，若要复位，只需按图中的RESET键，此时电源VCC经电阻R1、R2分压，在RESET端产生一个复位高电平。

分寄存器值加1

分按键了？

开始

四.程序流程图

秒寄存器=60

定时器T0初始化

设置显示初值为12:

00：

00

N

使分寄存器清0

设置定时4m初值

分按键松开？

设置中断允许

N

设中断250次

时按键了？

启动T0中断

秒按键了？

时寄存器值加1

秒寄存器值加1

时寄存器值＝20

N

秒寄存器值加1

使寄存器清0

YN

使秒寄存器清0

秒按松开了？

秒按键松开了？

NYN

五、系统仿真

运用proteus软件进行仿真现在proteus软件中建立一个新的文件，再根据自己的要求选择所需的器件，把器件进行适当的排位后进行连接，连接后运行软件进行仿真。

5.1Proteus软件应用

1．原理图编辑窗口（TheEditingWindow）：

顾名思义，它是用来绘制原理图的。

蓝色方框内为可编辑区，元件要放到它里面。

注意，这个窗口是没有滚动条的，你可用预览窗口来改变原理图的可视范围。

2．预览窗口（TheOverviewWindow）：

它可显示两个内容，一个是：

当你在元件列表中选择一个元件时，它会显示该元件的预览图；另一个是，当你的鼠标焦点落在原理图编辑窗口时（即放置元件到原理图编辑窗口后或在原理图编辑窗口中点击鼠标后），它会显示整张原理图的缩略图，并会显示一个绿色的方框，绿色的方框里面的内容就是当前原理图窗口中显示的内容，因此，你可用鼠标在它上面点击来改变绿色的方框的位置，从而改变原理图的可视范围。

3．模型选择工具栏（ModeSelectorToolbar）：

主要模型（MainModes）：

1*选择元件（components）（默认选择的）

2*放置连接

3*放置标签（用总线时会用到）

4*放置文本

5*用于绘制总线

6*用于放置子电路

7*用于即时编辑元件参数（先单击该图标再单击要修改的元件）

配件（Gadgets）：

1*终端接口（terminals）：

有VCC、地、输出、输入等接口

2*器件引脚：

用于绘制各种引脚

3*仿真图表（graph）：

用于各种分析，如NoiseAnalysis

4*录音机

5*信号发生器（generators）

6*电压探针：

使用仿真图表时要用到

7*电流探针：

使用仿真图表时要用到

8*虚拟仪表：

有示波器等

2D图形（2DGraphics）：

1*画各种直线

2*画各种方框

3*画各种圆

4*画各种圆弧

5*画各种多边形

6*画各种文本

7*画符号

8*画原点等

4．元件列表（TheObjectSelector）：

用于挑选元件（components）、端接口（terminals）、信号发生器（generators）、仿真图表（graph）等。

举例，当你选择“元件（components）”，单击“P”按钮会打开挑选元件对话框，选择了一个元件后（单击了“OK”后），该元件会在元件列表中显示，以后要用到该元件时，只需在元件列表中选择即可。

5．方向工具栏（OrientationToolbar）：

旋转：

旋转角度只能是90的整数倍。

翻转：

完成水平翻转和垂直翻转。

使用方法：

先右键单击元件，再点击（左击）相应的旋转图。

6．仿真工具栏

仿真控制按钮

1*运行

2*单步运行

3*暂停

4*停止

按照自己设计的电路图就可以画出想要的电路图！

2.在软件中模拟和实际的效果为什么有如此大的差别？

答：

软件中模拟受到电脑CPU工作频率的影响，所以效果不是很明显，但是一些基本的现象还是可以看出来的。

只要我们知道原理和图是正确的，那么就没有必要考虑太多的未知因素。

在实际面包板中一定会看到正确的现象。

3.面包板连线注意事项！

！

！

！

！

！

答：

面包板连线时一定要弄清楚它的原理，不然就会一点头绪都找不到。

连接芯片是要弄清楚各个引脚对应的端口号，该接地的地方一定要接地，该接高电平的地方一定要接高电平。

5.2实验测试

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。

下述为12：

00：

00的仿真图：

图812:

00:

00时刻的仿真效果图

六主要元器件选择

表6-1主要元器件清单

序号

材料名称

规格型号

数量

元件代号

1

单片机

AT89S51

1

U1

2

电阻

1k

17

R1-R16

3

电容

10PF

4

C1、C2、C3、Y1

4

数码管

MPX8

1

DS1

5

集成电路

2

74LS47、74LS138

七、参考文献

【1】张迎新.单片机初级教程【M】.北京：

北京航空航天大学出版社，

2006.

【2】冯志强.AltiumDesigner8.0中文版电路设计【M】.北京：

清华大学出版社，

2009.

【3】杨素行.模拟电子技术基础简明教程（第三版）【M】.北京：

高等教育出版社，

2006.

【4】余孟尝.数字电子技术基础简明教程（第三版）【M】.北京：

高等教育出版社，

2006.

【5】程鹏.自动控制原理（第二版）【M】.北京：

高等教育出版社，

2006.

【6】王化祥，张淑英.传感器原理及应用（第三版）【M】.天津：

天津大学出版社，

2007.

【7】邱关源，罗先觉.电路（第五版）【M】.北京：

高等教育出版社，

2006.

【8】王明泉.信号与系统【M】.北京：

科学出版社，

2006.

八.结束语

设计，我懂得了学习的重要性，了解到理论知识与实践相结合的重要意义，学会了坚持、耐心和努力，这将为自己今后的学习和工作做出了最好的榜样。

另外，要非常感谢我的指导老师，是她指引我克服一个由一个的困难，让我学会对困难无所畏惧，以及对问题的一些很重要的思考方法。

附录2部分源程序

ORG00H；主程序起始地址

JMPSTART；主程序START

ORG0BH；定时器T0中断起始地址

JMPTIM0；定时器T0中断子程序TIM0

START:

MOVSP；#70H；设置堆栈指针

MOV28H,#00；设置显示位数扫描指针初值为0

MOV2AH,#12H；设置时钟显示寄存器初值为12H

MOV2BH,#00；设置分钟显示寄存器初值为00H

MOV2CH,#00；设置秒钟显示寄存器初值为00H

MOVTMOD,#01H；设置定时器T0工作在方式1

MOVTH0,#0F0H；定时4ms的初值，即0F060H

MOVTL0,#60H；初值的低位

MOVIE,#82H；定时器T0中断允许

MOVR4,#250；保证后面实现中断250次，即1s的延时

SETBTR0；启动定时器T0

LOOP:

JBP0.0,N2；若秒没有按键，就转去下一步检查分

CALLDELAY；延时5ms消除抖动

MOVA,2CH；将秒寄存器的值载入累加器A

ADDA,#01H；A的内容加1

DAA；十进制调整

MOV2CH,A；A的值存入秒寄存器

CJNEA,#60H,N1；看是否已经是60秒，若不是就继续检查

MOV2CH,#00；已经是60秒，就清空秒寄存器的值

N1:

JNBP0.0,$；秒按键还没有放开就循环等待

CALLDELAY；延时5ms，消除抖动

N2:

JBP0.1,N4；若分没有按键，就转去下一步检查时钟

CALLDELAY；延时5ms，消除抖动

MOVA,2BH；将分寄存器的值载入累加器A

ADDA,#01H；A的内容加1

DAA；十进制调整

MOV2BH,A；A的值存入分寄存器

CJNEA,#60H,N3；看是否已经是60分

MOV2BH,#00；已经是60分，就清空秒寄存器的值

N3:

JNBP0.1,$；分按键还没有放开就循环等待

CALLDELAY；延时5ms，消除抖动

N4:

JBP0.2,LOOP；若时没有按键，就转回去继续检查看是否秒有按键

CALLDELAY；延时5ms，消除抖动

MOVA,2AH；将时寄存器的值载入累加器A

ADDA,#01H；A的内容加1

DAA；十进制调整

MOV2AH,A；A的值存入时寄存器

CJNEA,#24H,N5；看是否已经是24时，若不是就继续检查

MOV2AH,#00；已经是24时，就清空寄存器的值

N5:

JNBP0.2,$；时钟按键还没有放开就循环等待

CALLDELAY；延时5ms，消除抖动

JMPLOOP；返回重新检查看是否有按键

;*******定时器T0中断子程序*******

TIM0:

MOVTH0,#0F0H；定时初值重设

MOVTL0,#60H

PUSHACC；将累加器A的值暂存于堆栈

PUSHPSW；将PSW的值暂存于堆栈

DJNZR4,X2；计时中断不满1s就退出继续中断

MOVR4,#250；计时1s

CALLCLOCK；调用计时子程序CLOCK

CALLDISP；调用显示子程序DISP

X2:

CALLSCAN；调用扫描子程序SCAD

POPPSW；到堆栈取回PSW的值

POPACC；到堆栈取回累加器ACC的值

RETI；返回主程序；

；****扫描子程序****

SCAN:

MOVR0,#28H

INC@R0;显示位数扫描值加1

CJNE@R0,#6,X3;扫描位数不为6就准备控制输出

MOV@R0,#0;扫描位数为6，就另其值为0

X3:

MOVA,@R0;扫描位数载入A

ADDA,#20H;A加上20H（显示寄存器地址）=各时间显示区地址

MOVR1,A;各时间显示区地址存入A

MOVA,@R0;扫描位数存入A

SWAPA;将A的高低4位交换（其高4位为扫描

的位数，低4位为显示数据值）

ORLA,@R1;将扫描值与显示数据组合

MOVP1,A;显示输出

RET

;******计时子程序******

CLOCK:

MOVA,2CH；秒寄存器值载入A

ADDA,#1；加1秒

DAA；十进制调整

MOV2CH,A；A的值存入秒寄存器

CJNEA,#60H,X4；A不等于60秒，就跳出程序去显示

MOV2CH,#00；已经是60秒，就清0

MOVA,2BH；分寄存器值载入A

ADDA,#1；加1分

DAA；十进制调整

MOV2BH,A；A的值存入分寄存器

CJNEA,#60H,X4；A不等于60分，就跳出程序去显示

MOV2BH,#00；已经是60分就清0

MOVA,2AH；时寄存器值载入A

ADDA,#1；加1小时

DAA；十进制调整

MOV2AH,A；A的值存入是寄存器

CJNEA,#24H,X4；A不等于24时，就跳出程序去显示

MOV24H,#00；已经是24时，就清0

X4:

RET

;******显示子程序******

DISP:

MOVR1,20H；20H为显示寄存器单元

MOVA,2CH；将秒寄存器的内容存入A

MOVB,#10H；设B累加器的值为10H

DIVAB；A/B，商存入A（十位数），余数存入（个位数）

MOV@R1,B；将显示的个位数存入20H显示寄存器单元

INCR1

MOV@R1,；A将显示的十位数存入21H显示寄存器单元

INCR1

MOVA,2BH；将分寄存器的内容存入A

MOVB,#10H；设B累加器的值为10H

DIVAB；A/B，商存入A（十位数），余数存入（个位数）

MOV@R1,B；将显示的个位数存入22H显示寄存器单元

INCR1

MOV@R1,A；将显示的十位数存入23H显示寄存器单元

INCR1

MOVA,2AH；将时寄存器的内容存入A

MOVB,#10H；设B累加器的值为10H

DIVAB；A/B，商存入A（十位数），余数存入（个位数）

MOV@R1,B；将显示的个位数存入24H显示寄存器单元

INCR1

MOV@R1,A；将显示的十位数存入25H显示寄存器单元

RET

;******延时5ms消除抖动******

DELAY:

MOVR6,#60

D1:

MOVR7,#248

DJNZR7,$

DJNZR6,D1

RET

EN