课程设计51单片机数字时钟要点(共17页).doc

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1、精选优质文档-倾情为你奉上Harbin Institute of Technology课程设计说明书（论文） 课程名称：课程设计 设计题目：数字日历钟表的设计 院 系：电信学院通信工程 班 级： 设 计 者： 学 号： 指导教师： 设计时间：2013.6.12-3013.6.18 哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学课程设计任务书 姓 名： 院 （系）： 专 业： 班 号： 任务起至日期： 年 月 日至 年 月 日 课程设计题目： 数字日历钟的设计 已知技术参数和设计要求：1 数码管显示：秒、分、时（可同时显示，也可轮换显示）2 能够设置时间，“设置按键”数量不限，以简单合理易用为好。3 误差：1秒天

2、（报告中要论述分析是否满足要求）扩展（优秀必作）1 设置校准键：当数字钟显示在“整点30秒”范围时，按动“校准键”，数字钟即刻被调整到整点，消除了30秒的误差。2 加上“星期”显示（可以预置），并可以对其进行设置。 其他要求：1 按动员老师的要求、课程设计报告规范进行设计2 不允许使用时数字钟表、日历专用IC电路。3 可以使用通用器件：模拟、数字、单片机、EPLD、模块电路等。4 设计方法不限。 工作量：1. 查找资料2. 设计论证方案3. 具体各个电路选择、元器件选择和数值计算4. 具体说明各部分电路图的工作原理5. 绘制电路原理图6. 绘制印刷电路图7. 元器件列表8. 编写调试操作9.

3、打印论文 工作计划安排：1. 查阅资料： 2. 方案论证3. 设计、分析、计算、模拟调试、仿真、设计原理4. 撰写报告：课程设计要求、方案论证、原理论述（原理框图、原理图）、分析、计算、仿真，PCB图的设计，误差分析、总结，参考文献等5. 上交课程设计论文2013-6-19 同组设计者及分工： 指导教师签字_ 年 月 日 教研室主任意见： 教研室主任签字_ 年 月 日*注：此任务书由课程设计指导教师填写数字日历钟的设计一、课程设计要求1. 数码管显示：秒、分、时（可同时显示，也可轮换显示）2. 能够设置时间，“设置按键”数量不限，以简单合理易用为好。3. 误差：1秒天（报告中要论述分析是否满足

4、要求）4. 设置校准键：当数字钟显示在“整点30秒”范围时，按动“校准键”，数字钟即刻被调整到整点，消除了30秒的误差。5 加上“星期”显示（可以预置），并可以对其进行设置。二、方案论证2.1单片机芯片的选择方案和论证方案一：采用89C51芯片作为硬件核心，其内部采用Flash ROM，具有4KB ROM 存储空间,能于3V的超低压工作，但运用于电路设计中时由于不具备ISP在线编程技术,烧入程序时需要专门的C编程器（当前可用的实验烧写开发板只支持具有ISP在线编程功能的AT89S系列的芯片），当在对电路进行调试时，更显麻烦，并且增加了造价，方案二：采用89S51芯片作为主控模块，AT89S51

5、是 MCS-51系列单片机目前运用较多的一种芯片，采用Flash ROM，内部具有4KB ROM 存储空间,能于3V的超低压工作，而且具备ISP在线编程技术，方便对电路进行调试.但由于程序的错误修改或对程序的新增功能需要烧入程序时，对芯片的多次拔插会对芯片造成一定的损坏。针对该问题，可采用易于插拔的芯片插槽，芯片的程序烧写用专门的实验板进行烧写（当前可用的实验烧写开发板支持AT89S系列）.AT89S51单片机的功能引脚图如下图所示:AT89S51单片机的功能引脚图所以选择采用AT89S51作为主控制系统。2.3时钟芯片的选择方案和论证方案一： 采用DS1302时钟芯片实现时钟，DS1302芯

6、片是一种高性能的时钟芯片，可自动对秒、分、时、日、周、月、年以及闰年补偿的年进行计数，精度也较高,工作电压2.5V5.5V范围内，功耗也较低，但价格比较贵，且目前市场上采购不到方案二： 直接采用单片机定时计数器提供秒信号，使用程序实现时、分、秒计数。采用此种方案实现虽然有一定的时间误差，但可减少少芯片的使用，节约成本，易于实现，符合初学者实验选用。所以采用方案二。综上各方案所述,对此次作品的方案选定: 采用AT89S51作为主控制系统; 通过软件编程采用定时器定时实现秒.分.时计时;LED数码管静态显示时间。三、原理论述单片机控制的数字钟的硬件结构与软件设计,给出了汇编语言源程序。此数字钟是一

7、个将“时”、“分”、“秒”显示于人的视觉器官的计时装置。显示器件选用LED七段数码管。在译码显示电路输出的驱动下，显示出清晰、直观的数字符号。针对数字钟会产生走时误差的现象，在电路中就设计有有校准时间功能的电路。使用动态数码显示的方法，运用独立式按键识别过程，按“时”，“分”，“秒”数据送出显示处理方法。 这里采用应用广泛的80C51单片机作为时钟控制芯片，利用单片机内部的定时/计数器T0 实现软时钟的目的。首先将T0设定工作于定时方式1，对机器周期计数形成基准时间（50ms），然后使用循环的程序结构使基准时间计数20次从而形成秒，秒计60次形成分，分计60形成小时，小时计到24形成一天，天计

8、到7形成一星期，再重新循环。最后通过数码管把它们的内容在相应的位置显示出来，达到时、分、秒计时的功能。3.1系统原理图 AT89C51的P1口接入三个按键，对时、分、秒进行调整。P0口输出字段码，控制要显示的字符，外接74LS245芯片，驱动LED显示。P3口输出字位码，去控制要显示的位，其原理图如图3-6所示。图3-6 电子钟原理图当接入电源时，数字电子钟以秒为单位开始计时。运行状态下，按下控制按键S-SET，对秒进行调整；按下M-SET调整分钟；按下H-SET对小时进行调整。这样通过三个按键，分别对时、分、秒进行调整，从而实现调时。3.2 程序设计流程图 这次的数字电子钟设计用到很多子程序

9、，它们的流程图如下所示。开始启动定时器按键检测时间显示主程序是先开始，然后启动定时器，定时器启动后在进行按键检测，检测完后，就可以显示时间。图4-1 主程序流程图按键处理是先检测秒按键是否按下，秒按键如果按下，秒就加1；如果没有按下，就检测分按键是否按下，分按键如果按下，分就加1；如果没有按下，就检测时按键是否按下，时按键如果按下，时就加1；如果没有按下，就把时间显示出来。NYNYNY时加1显示时间结束开始秒按键按下？秒加1分按键按下？分加1时按键按下？图4-2 按键处理流程图N24小时到？分单元清零，时单元加1NNNYY时单元清零天单元加1时间显示中断返回开始一秒时间到？60秒时间到？60分

10、钟到？秒单元加1秒单元清零，分单元加1YY定时器中断时是先检测1秒是否到，1秒如果到，秒单元就加1；如果没到，就检测1分钟是否到，1分钟如果到，分单元就加1；如果没到，就检测1小时是否到，1小时如果到，时单元就加1，如果没到，就检测1天是否到，1议案如果到，天单元就加1，如果没到，就显示时间。图4-3 定时器中断流程图 时间显示是先秒个位计算显示，然后是秒十位计算显示，再是分个位计算显示，再然后是分十位显示，再就是时个位计算显示，然后是时十位显示，最后是天的显示。3.3 时钟程序设计步骤（1）选择工作方式，计算初值；（2）采用中断方式进行溢出次数累计；（3）从秒分时的计时是通过累加和数值比较实

11、现的；（4）时钟显示缓冲区：时钟时间在方位数码管上进行显示，为此在内部RAM中要设置显示缓冲区，共6个地址单元。显示缓冲区从左到右依次存放时、分、秒数值；（5）主程序：主要进行定时器/计数器的初始化编程，然后反复调用显示子程序的方法等待中断的到来。（6）中断服务程序：进行计时操作（7）加1子程序：用于完成对时、分、秒的加操作，中断服务程序在秒、分、时加1时共有三种条调用加1子程序，包括三项内容：合字、加1并进行十进制调整、分字。四、分析运算4.1 硬件部分采用7SEG-MPX8-CC 八个共阴二极管显示器来显示日期和时间。通过设置功能按键来实现调整日期和整点调时的功能。电路连接使用PCB，使电

12、路连接简洁美观。4.2 软件部分（1） “时钟”基准时间由单片机内部的定时中断T0提供，考虑因素：定时时间是“秒”的整除数，且长短适宜。最长不能超过16位定时器的最长定时时间；最短不能少于中断服务程序的执行时间。基准时间越短，越有利于提高时钟的运行精确度。基准时间定为0.05秒。（2）用一个计数器对定时中断的次数进行计数，由基准时间为0.05秒知计数值为20即可实现“秒”定时，同理进行“分”“时”定时。4.3计算该部分主要是对51单片机内部定时中断T0的计时初值进行计算。该单片机使用的晶振为内部晶振，因此晶振频率为fosc=12MHz，机器周期为Tj=12/fosc=12/12106=1us。

13、由上面分析可知，定时时间T=50ms定时初值为X=216-T/Tj=65536-50000=15536=3CB0H五、程序简要说明：实现24小时制电子钟，8位数码管显示，显示时分秒显示格式：23-59-59（小时十位如果为0则不显示）P0口输出段选信号，P2口输出位选信号P1.2为调时按钮，P1.1为调分按钮；晶振12M源程序如下：S_SETBITP1.0 ;数字钟秒控制位M_SETBITP1.1 ;分钟控制位H_SETBITP1.2 ;小时控制位D_SET BIT P1.3 ;天控制位SECONDEQU30HMINUTEEQU31HHOUREQU32HDAY EQU 33HTCNTEQU34

14、HORG00HSJMPSTARTORG0BHLJMPINT_T0START:MOVDPTR,#TABLEMOVHOUR,#0;初始化MOVMINUTE,#0MOVSECOND,#0MOV DAY,#0MOVTCNT,#0MOVTMOD,#01HMOVTH0,#(65536-50000)/256;定时50毫秒MOVTL0,#(65536-50000)MOD 256MOVIE,#82HSETBTR0;*;判断是否有控制键按下,是哪一个键按下A1:LCALLDISPLAYJNBS_SET,S1JNBM_SET,S2JNBH_SET,S3LJMPA1S1:LCALLDELAY;去抖动JBS_SET,A

15、1INCSECOND;秒值加1MOVA,SECONDCJNEA,#60,J0;判断是否加到60秒MOVSECOND,#0LJMPK1S2:LCALLDELAYJBM_SET,A1K1:INCMINUTE;分钟值加1MOVA,MINUTECJNEA,#60,J1;判断是否加到60分MOVMINUTE,#0LJMPK2S3:LCALLDELAYJBH_SET,A1K2:INCHOUR;小时值加1MOVA,HOURCJNEA,#24,J2;判断是否加到24小时MOVHOUR,#0LJMP K3K3: INC DAY ;天值加1MOVMINUTE,#0MOVSECOND,#0LJMPA1;等待按键抬起

16、J0:JBS_SET,A1LCALLDISPLAYSJMPJ0J1:JBM_SET,A1LCALLDISPLAYSJMPJ1J2:JBH_SET,A1LCALLDISPLAYSJMPJ2;定时器中断服务程序,对秒,分钟和小时的计数INT_T0:MOVTH0,#(65536-50000)/256MOVTL0,#(65536-50000)MOD 256INCTCNTMOVA,TCNTCJNEA,#20,RETUNE;计时1秒INCSECONDMOVTCNT,#0MOVA,SECONDCJNEA,#60,RETUNEINCMINUTEMOVSECOND,#0MOVA,MINUTECJNEA,#60,

17、RETUNEINCHOURMOVMINUTE,#0MOVA,HOURCJNEA,#24,RETUNEMOVHOUR,#0MOVMINUTE,#0MOVSECOND,#0MOVTCNT,#0RETUNE:RETI;显示控制子程序DISPLAY:MOVA,SECOND;显示秒MOVB,#10DIVABCLRP3.6MOVCA,A+DPTRMOVP0,ALCALLDELAYSETBP3.6MOVA,BCLRP3.7MOVCA,A+DPTRMOVP0,ALCALLDELAYSETBP3.7CLRP3.5MOVP0,#40H;显示分隔符LCALLDELAYSETBP3.5MOVA,MINUTE;显示分钟

18、MOVB,#10DIVABCLRP3.3MOVCA,A+DPTRMOVP0,ALCALLDELAYSETBP3.3MOVA,BCLRP3.4MOVCA,A+DPTRMOVP0,ALCALLDELAYSETBP3.4CLRP3.2MOVP0,#40H;显示分隔符LCALLDELAYSETBP3.2 MOVA,HOUR;显示小时MOVB,#10DIVABCLRP3.0MOVCA,A+DPTRMOVP0,ALCALLDELAYSETBP3.0MOVA,BCLRP3.1MOVCA,A+DPTRMOVP0,ALCALLDELAYSETBP3.1RETTABLE: DB 3FH,06H,5BH,4FH,6

19、6HDB6DH,7DH,07H,7FH,6FHDELAY:MOVR6,#10D1:MOVR7,#250DJNZR7,$DJNZR6,D1RETEND六、调试与运行6.1 电路仿真此设计的电路在单片机仿真软件Proteus.Professional.7.1中进行仿真，仿真电路如图5-1所示：图5-1 电子钟仿真电路图6.2 调试和运行在KEIL (单片机汇编) C51软件中编写好的程序，将程序放入单片机仿真软件中，结合硬件电路进行调试与运行。通过按键对时间进行调整。如显示时间为14-30-22，既是14点30分22秒，通过以下调整则可实现。(1) 按动S-SET键，将秒调到22；(2) 按动M-

20、SET键，将分调到30；(3) 按动H-SET键，将时调到14。则将时间调到了所要显示的时间14-30-22，通过此方法可将时间调整到任何需要显示的时间。七、PCB图的设计八、 总结通过这次单片机课程设计，发现了自身所学知识存在许多的不足和问题，同时也学到了不少东西，提高了动手实践的能力.在整个设计过程中，从设计方案的确定，到具体电路的设计，最后到总体电路的联接构建工程量是比较大的，单靠个人能力，很多方面考虑不周，有的地方甚至毫无头绪，想不出具体方案，因此，绝对不能心急，不明白的地方和其它的同学共同讨论研究，毕竟群策群力办法要多些。作为初学者，尽管这次设计中遇到了许多难题，但也都一一得以解决。

21、比如程序编写中，由于思路不清晰，开始时遇到了很多的问题，经过静下心来思考，和同学们的共同讨论，理清了思路，反而得心应手。虽然此次课程设计的作品有些简单，但是通过自己的努力最终把电路成功设计出来，个人觉得还是很有成就感的，更为重要的是实实在在学到了不少东西，使自己这方面的知识技能有了很大的进步。因此，我自己觉得这次课程设计对我而言算得上是一次全新的尝试，也是一个小小的成功，更是一次很好的锻炼，让我有了全方位的提高和进步。九、设计相关说明元器件清单：单片机：80C51按键：BUTTON电阻：RES电容：CAP晶振：CRYSTALLED数码管：7SEG-MPX8-CA-BLUE（CA：共阳，CC：共阴）地：GRAND 电源：POWER十、参考文献1单片机原理与应用 宗成阁 编著2 单片机应用与仿真调试 严天峰 编著3模拟电子技术（第三版） 胡宴如 耿苏燕 编著4数字电子技术（第三版） 杨志忠 卫桦林 编著专心-专注-专业