基于单片机的数字钟的设计.doc

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1、单片机课程设计 摘 要文章以数字电子钟为研究对象，介绍了数据采集系统的设计过程与仿真的实现方法。详细介绍了程序以及单片机电路的设计，软件流程及汇编语言源程序的设计。另外，在Proteus环境下结合KeiluVision 2将硬件相结合，成功的实现了系统的仿真调试，并可在线演示。该方法可以提高系统的开发效率，缩短周期和降低成本。为单片机系统的开发提供了手段。本设计实现了时间的修改功能、年、月、日和星期的显示功能。并且通过对比实际的时钟，查找出误差的来源，确定了调整误差的方法，尽可能的减少误差，使得系统可以达到实际数字钟的允许误差范围内。关键词：单片机 AT89S52芯片 电子时钟不要删除行尾的分

2、节符，此行不会被打印- I -目 录 摘 要 .I第1章 绪论31.1 研究意义31.2 应用前景3第2章 数字中的硬件设计42.1 最小系统的设计52.2 数字钟电路设计5第3章 数字钟的软件设计73.1 系统软件设计内容73.2 系统程序的设计73.2.1 主程序73.2.2 时钟显示子程序83.2.3 LED显示子程序93.2.4 定时器T0中断服务程序93.2.5 延时子程序11第4章 仿真结果与调试124.1 仿真结果124.2 实验结果15总结 16致谢 .17参考文献 18附录 19不要删除行尾的分节符，此行不会被打印。在目录上点右键“更新域”，然后“更新整个目录”。打印前，不要

3、忘记把上面“Abstract”这一行后加一空行- II -第1章 绪论1.1 研究意义实现的功能：该电路可使数据采集系统平时处于关闭状态，当定时开启时，系统上电，进行数据采集；当一次工作结束时，关闭开关，系统断电。数字显示的计时装置，广泛应用于个人家庭，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。由于数字集电路的发展和石英晶体振荡器的广泛应用。使得数字种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。而且大大扩展了钟表原先的报时功能。因此研究数字钟及扩大其应用，有着非常现实的意义。1.2 应用前景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

4、时钟相比具有更高的准确性和直观性，且无机械装置，具有更更长的使用寿命，节省了电能。因此得到了广泛的使用。数字钟是一种典型的数字电路，包括了组合逻辑电路和时序电路。通过设计加深对刚刚学习了的数字电子技术的认识。我们此次设计数字钟是为了了解数字钟的原理，加深对我们所学知识的了解和认识。通过数字钟的制作进一步的了解各种在制作中用到的中小规模集成电路的作用及实用方法。且由于数字钟包括组合逻辑电路和时叙电路，通过它可以进一步学习与掌握各种组合逻辑电路与时序电路的原理与使用方法，以及各种电路之间怎样联系起来的。第2章 数字钟的硬件设计单片机采用易购的AT89S52系列，秒表/时钟计时器的硬件电路采用AT8

5、9S52单片机，最小化应用设计；采用共阳七段LED显示器，P0口输出段码数据，P3.0P3.7口作列扫描输出，P1.0，P1.1，P1.2口接三个按钮开关，用以调时功能设置，P1.6口接温度传感器用于温度的测量。为了提供共阴LED数码管的驱动电压，用74LS244作电源驱动输出。采用12MHz晶振，有利于提高通信波特率的准确性。为了提高驱动能力在P0口，P3口和数码管之间要接上74LS244和2803芯片，实习中我开始没有接，发现数码管很暗。为了实现LED显示器的数字显示，可以采用静态显示法和动态显示法。由于静态显示法需要数据锁存器等硬件，接口复杂一些。考虑时钟显示只有4位，且系统没有其他复杂

6、的处理任务，所以决定采用动态扫描法实现LED的显示。系统显示器由4位LED数码管组成，分别显示时间值的小时和分，以24h（小时）计时方式。系统工作时，秒信号产生器是整个系统的时基信号，它直接决定计时系统的精度，将标准秒信号送入“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。该信号将被送到“时计数器”也采用60进制计数器，每累计到60分钟，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进制计数器，可实现对一天，24小时的累计。显示电路将“时”、“分”、“秒”、计数器的输出，通过六个七段LED显示器显示

7、出来。校时是由P1口控制，由内部设定程序扫描控制。这样单片机可具有足够的空余硬件资源实现其它的扩充功能。下面是总体设计框图：单片机显示电源按键图1系统方框图2.1 最小系统的设计本次实习老师首先向我们讲解了单片机的原理以及KAIL和Protuse软件的使用方法。为了让我们具体体会这些软件的使用方法，我们先设计了一个最小系统，具体电路连线图如下：图2 电路连线图2.2 数字钟电路设计1 时钟芯片时钟芯片采用ULN2803,该芯片可以进行时分秒的计数，可编程接口，还具有报警功能和掉电保存功能，并且可以对其方便的进行程序控制。它通过串行方式与单片机进行数据传送，向单片机提供包括秒、分、时、日、月、年

8、等在内的实时时间信息，并可对月末日期、闰年天数自动进行调整：还拥有用于主电源和备份电源的双电源引脚，在主电源关闭的情况下，也能保持时钟的连续运行。2 LED显示电路于AT89C51 单片机I/ O 口有限，采用可编程的并行I/ O 口芯片8155 进行扩展， 由于LED具有显示清晰、亮度高、使用电压低、寿命长的特点，时间显示电路为了简化硬件线路，降低成本，利用LED显示接口电路实现。3.2.3晶体振荡器电路晶体振荡器是构成数字式时钟的核心，它保证了时钟的走时准确及稳定。晶体振荡器电路给数字钟提供一个频率稳定准确的32768z的方波信号，可保证数字钟的走时准确及稳定。不管是指针式的电子钟还是数字

9、显示的电子钟都使用了晶体振荡器电路3.2.4电源电路部分在各种电子设备中，直流稳压电源是必不可少的组成部分，它是电子设备唯一能量来源，它的设计思路是根据我们以前学过的模电电子技术，要想得到我们所要的+5V输出电压，就需将交流220V的电压经过变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路四个部分。3.2.5相关控制电路1按键电路按键的开关状态通过一定的电路转换为高、低电平状态。按键闭合过程在相应的I/O端口形成一个负脉冲。闭合和释放过程都要经过一定的过程才能达到稳定，这一过程是处于高、低电平之间的一种不稳定状态，称为抖动。2复位电路上电复位：上电复位电路是一种简单的复位电路，只要在RST复位引脚接一个电

10、容到VCC，接一个电阻到地就可以了。上电复位是指在给系统上电时，复位电路通过电容加到RST复位引脚一个短暂的高电平信号，这个复位信号随着VCC对电容的充电过程而回落，所以RST引脚复位的高电平维持时间取决于电容的充电时间。为了保证系统安全可靠的复位，RST引脚的高电平信号必须维持足够长的时间。第3章 数字钟的软件设计3.1 系统软件设计内容本设计的软件程序包括主程序、中断子程序、时钟显示子程序以及延时子程序等。在整个系统中，在单片机的30H、31H和32H中存储当前时间的小时、分钟和秒。用LCD显示当前的时间，必须用到分字和合字，因此在33H、34H、35H、36H、37H和38H中存储当前时

11、间的时十位、时个位、分十位、分个位、秒十位和秒个位，方便显示。本设计有由四个轻触按键组成的小键盘，这些按键可以任意改变当前的状态。按功能移位键一次，表示当前要校对小时的十位；按第二次，表示当前校对的是小时的个位；按第三次，则表示校对的是分钟的十位；第四次，表示的校对的是分钟的个位。按下数字“+”键和数字“-”键可在当前校对的数字上相应加上1或者减去1。系统软件采用C语言编写。时钟的最小计时单位是秒，但使用定时器的方式1，最大的定时时间也只能达到131ms。我们可把定时器的定时时间定为50ms。这样，计数溢出20次即可得到时钟的最小计时单位：秒。而计数20次可以用软件实现。秒计时是采用中断方式进

12、行溢出次数的累计，计满20次，即得到秒计时。从秒到分，从分到时是通过软件累加并进行比较的方法来实现的。要求每满1秒，则“秒”单元中的内容加1；“秒”单元满60，则“分”单元中的内容加1；“分”单元满60，则“时”单元中的内容加1；“时”单元满24，则将时、分、秒的内容全部清零。3.2 系统程序的设计3.2.1 主程序主程序由初始化，显示初值，开始计数，判断，经判断显示分秒，或者再由调值反馈到显示初值，再循环。 初始化显示初值开始计数判断修改值显示秒分调值图4 主程序流程图3.2.2 时钟显示子程序时钟的修改首先要按功能键并停止时间的输出显示，否则系统继续刷新时间则无法修改，所以时间是不输出到L

13、CD的。修改的部分以修改的为准，没有修改的通过中断保护起来。等修改成功后继续显示。#include #include sbit DQ=P16;sbit LED=P17;sbit KEY1=P10;sbit KEY2=P11;sbit KEY3=P12;#define jump_ROM 0xcc#define start 0x44#define read_EEROM 0xbebit flash_flag;/数码管闪烁周期控制0.2秒bit second_flag;/秒周期控制bit minute_flag;/分周期控制unsigned int num;/10毫秒累加一次unsigned char

14、 hours,minutes,seconds;/小时 分钟 秒当前值unsigned int temperature;#define SEG_PORT P0#define BIT_PORT P3unsigned char disp_buf8;code unsigned char codevalue17=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71,0x00;bit key_operated; /按键已处理过unsigned char start_time,elaps;unsigne

15、d char status; /状态此模块的主要作用是完成24小时的即时显示。3.2.3 LED显示子程序数码管显示的数据存放在内存单元disp_buf0- disp_buf7中。其中 disp_buf 0- disp_buf 1存放时数据，disp_buf 2- disp_buf 3存放分数据，disp_buf 4- disp_buf 5存放秒数据，每一地址单元内均为十进制BCD码。 clock() /时钟运行子程序 if(minute_flag) minute_flag=0;minutes+;if(minutes=60) minutes=0;hours+;if(hours=24)hours

16、=0; disp_buf0=hours/10;disp_buf1=hours%10;disp_buf2=minutes/10;disp_buf3=minutes%10;disp_buf4=seconds/10;disp_buf5=seconds%10;由于采用软件动态扫描实现数据显示功能，显示用十进制BCD码数据的对应码段存放在ROM表(codevalue17中。显示时，先取出disp_buf 0- disp_buf 7中的某一数据，然后查得对应的显示用码段，并从P0口输出，P3口将对应的数码管选中供电，就能显示该地址单元的数据值。3.2.4 定时器T0中断服务程序 定时器T0用于时间计时。中

17、断进入后，时钟计时累计中断达1秒时，对秒计数单元进行加1操作。在计数单元中采用十进制BCD码计数，满60进位，T0中断服务程序执行流程见下图：T0中断保护现场秒表/时钟加1s处理恢复现场，中断返回加10s处理图5 T0中断服务程序执行流程ISR_Timer0() interrupt 1 /10ms定时中断服务子程序 static unsigned char i=0;unsigned char temp;TH0=-1000/256;TL0=-1000%256;num+;if(num%200=0)flash_flag=1;if(num=1000)num=0;second_flag=1;second

18、s+;seconds=seconds%60;if(seconds=0)minute_flag=1;BIT_PORT=0x00;SEG_PORT=codevaluedisp_bufi;temp=0x01;BIT_PORT=tempi;i+;i=i%8;3.2.5 延时子程序延时子程序，延时100 us再判断。 void delay_ms(unsigned char N) /N*100us 软件延时unsigned char i,j;i=N;j=50;dodowhile(-j);while(-i);第4章 仿真结果与调试4.1 仿真结果A B C D E F G DP由P1口来实现段码的选择，而P

19、3口则实现了位码的选择。实习中使用了74LS244芯片来提高单片机的驱动能力，由于单片机P3口输出时高电平，所以使用了2803反向芯片。图5-1连接图打开程序调试软件keiluvision2,在里面新建一个工程，命名为：数字时钟，uv2。接着新建文件夹，编写相应的程序。编写好的各个程序进行编译与连接。但若是在该过程中看见编好的程序有错误，那么就根据他相应的提示来修改错误，直到该程序能够正确编译为止。能够正常编译的程序说明没有什么问题了，此时再点击相关栏目，让它生成在硬件仿真时所需的.HEX文件。仿真的过程：图5-2 导出.hex文件利用Keil uVision2将程序仿真运行并导出到protu

20、es文件中的52单片机内。图5-3将程序录入52单片机内图5-4仿真图 程序的调试是采用一个模块一个模块地进行，首先单独调试各功能子程序，检验程序是否能够实现预期的功能等；最后逐步将各子程序连接起来总调，联调需要注意的是，各程序模块间能否正确传递参数。在程序调试过程中，出现了以下几个问题：按键消抖问题：在最初编写程序时，键盘控制部分按照常例加入了按键消抖程序。在实际调试中，发现按键出现反应不灵敏现象。这事因为在键盘控制程序中，除了消抖程序外，还加入了按键提示音程序（每次按压键盘时，蜂鸣器发出“哔”的一声提示音）。由于在调用提示音子程序时，实际上已实现了一次时间的延时，因此再加入按键消抖程序的演

21、示后，致使延时时间过长而出现按键反应不灵敏问题。通过调试发现提示音子程序本身所产生的延时已能够满足按键消抖时间延迟的要求，因此在键盘控制程序中无需再加入专门的按键消抖程序。在去除按键消抖程序后，按键控制灵敏度恢复正常。图5-5 仿真结果图4.2 实验结果经过不断的调试后，总体功能达到了预期效果。时间误差很小，运行一天以后时通过按键可以修改当前的时间。当定时时间到24小时，数码管自动的显示0，然后又从0开始。执行程序后从0开始计时，满60秒进一分，并且报时一次，与预想的结果一样。开始的时候显示时会出乱码，不知道是怎么回事，后来问了老师才知道是数的进制问题，加了一条 DA A的指令就可以了。还有刚

22、开始的时候根本进不了中断定时的程序，仔细检查之后发现自己在开关中断时设置错了。总结这次实验我们两人一组，我主要负责软件的设计，软件程序是整个系统的核心，没有程序，硬件就无法运行，所以程序的编写就是我们学习的重点。学好了每一个软件的使用方法，自己就可以在软件里做自己想实现的功能。也为我以后的毕业设计做好基础。在实验过程中，我对52单片机的了解进一步的加深，对KEIL软件的使用更加灵活，对Proteus模拟软件有了初步的了解。查阅相关电子毕业论文网站，对论文的书写也有了流程框架。我学到了许多自己以前没有接触过的知识，真是受益匪浅。经过一次次的使用Proteus也是我在学习单片机中不可缺少的系统仿真

23、软件工具，它是现在市场上用来软件仿真最为重要的之一。回想这次单片机课程设计，从理论到实践，接近两个星期的日子，可以说是苦多于甜，在过去的大学时光里，我们大多接触的是专业课，在课堂上掌握的是理论知识。而这次的课程设计就为我们提供了良好的平台，学院有专门的实验室和焊接器件。我们不用出校门就可以把实验做好。使我们所学的专业基础课程理论运行到实践中去。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

24、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；在设计课程过程中遇到问题是很正常的，但我们都将每次遇到的问题记录下来，在老师的帮助下分析清楚，以免下次再碰到同样的问题。通过这次课程设计不仅使我懂得了理论与实际相结合的重要性，更让我体会到了团队合作的精神所在。我们两人一组共同完成，在合作中我们有很多分歧，也有过争吵，但是最后我们还是心平气和的去解决，通过磨练我发现遇到问题要冷静和勇敢的去面对，这也是我以后走向社会所要铭记的。扬长避短，更要团结一致，我们也共同研究课程设计中遇到的问题，并没有自己做自己的，从不过问。通过此次设计实

25、践，我们的友谊更加深厚。更主要的是我们都对单片机产生的浓厚的兴趣并且都掌握了一些知识。致谢我非常感谢学院老师给我的这次机会，让我把理论与实践结合在一起，不仅对我现在的学习有帮助而且对我将来走向社会也提供了一定的实践经验。在这次综合实践过程中，我遇到了很多困难，在此，我要感谢我的同学在我最困难时给予我的帮助和支持，更要感谢我的指导老师不辞辛苦的工作着。让我坚定了一定要做好课程设计的决心。参考文献1 康华光 电子技术基础. 北京:高等教育出版社，2000(数字钟论文)2 邓元庆,贾鹏 数字电路与系统设计. 西安：西安电子科技大学出版社，20033 梁延贵 现代集成电路实用手册编码器、译码器、数据选

26、择器、电子开关、电源分册.北京:科学技术文献出版社,2002 4 四川 何伦昌;给交流数字钟加装自动调时电路N;电子报;2002年5 云南 周宏霖;世界时差钟群的一种做法N;电子报;20086 江西 史济永;市电数字钟的校时妙法N;电子报;2001年7 山东 郑茂欣;给数字钟加装秒显示N;电子报;2003年附录#include #include sbit DQ=P16;sbit LED=P17;sbit KEY1=P10;sbit KEY2=P11;sbit KEY3=P12;#define jump_ROM 0xcc#define start 0x44#define read_EEROM 0

27、xbebit flash_flag;/数码管闪烁周期控制0.2秒bit second_flag;/秒周期控制bit minute_flag;/分周期控制unsigned int num;/10毫秒累加一次unsigned char hours,minutes,seconds;/小时 分钟 秒当前值unsigned int temperature;#define SEG_PORT P0#define BIT_PORT P3unsigned char disp_buf8;code unsigned char codevalue17=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7

28、d,0x07,0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71,0x00;bit key_operated; /按键已处理过unsigned char start_time,elaps;unsigned char status; /状态void delay(unsigned char N) /N*2us 软件延时unsigned char i;i=N;dowhile(-i);void delay_ms(unsigned char N) /N*100us 软件延时unsigned char i,j;i=N;j=50;dodowhile(-j);while(-i);u

29、nsigned char reset(void) /18B20复位 unsigned char ready;DQ=1;delay(1);DQ=0;delay(240); /480usDQ=1;delay(30); /大于60us小于75ready=DQ;delay(120);/响应周期300us return(ready);void write_byte(unsigned char dat)/18B20写字节 unsigned char i;EA=0;for(i=0;i=1;/至少隔1us再输出下一位 EA=1;unsigned char read_byte(void) /18B20读字节 u

30、nsigned char i=0;unsigned char dat=0;EA=0;for(i=0;i=1; /1usDQ=1;if(DQ=1)dat|=0x80;delay(30);/大于60us /EA=1;return(dat);convert_temp() reset(); write_byte(jump_ROM);write_byte(start);read_temp() /温度测量子程序 unsigned char TMPH,TMPL; reset();write_byte(jump_ROM);write_byte(read_EEROM);TMPL=read_byte();TMPH

31、=read_byte();TMPH=TMPH4;temperature=TMPH+TMPL;if(temperature128) disp_buf6=temperature/10;disp_buf7=temperature%10;elsetemperature=256-temperature;disp_buf6=17;disp_buf7=temperature%10;init_timer0()/定时器初始化子程序 TMOD=01;TH0=-1000/256;TL0=-1000%256;TR0=1;EA=1;ET0=1;ISR_Timer0() interrupt 1 /10ms定时中断服务子程

32、序 static unsigned char i=0;unsigned char temp;TH0=-1000/256;TL0=-1000%256;num+;if(num%200=0)flash_flag=1;if(num=1000)num=0;second_flag=1;seconds+;seconds=seconds%60;if(seconds=0)minute_flag=1;BIT_PORT=0x00;SEG_PORT=codevaluedisp_bufi;temp=0x01;BIT_PORT=temp=3)status=1;key_operated=1;break;case 1:sta

33、tus=2;key_operated=1;break;case 2:status=0;key_operated=1;break;default:break;if(status=0)clock(); if(second_flag) second_flag=0;flag2=!flag2;if(flag2)read_temp();elseconvert_temp();LED=!LED;if(keyval=2)&(!key_operated)|elaps%2=1) key_operated=1;if(status=1) hours+;hours=hours%24;disp_buf0=hours/10;

34、disp_buf1=hours%10; if(status=2) minutes+;minutes=minutes%60; disp_buf2=minutes/10;disp_buf3=minutes%10;if(keyval=4)&(!key_operated)|elaps%2=1) key_operated=1; if(status=1) hours+=24;hours-;hours=hours%24;disp_buf0=hours/10;disp_buf1=hours%10; if(status=2) minutes+=60; minutes-;minutes=minutes%60; disp_buf2=minutes/10;disp_buf3=minutes%10;if(flash_flag) flash_flag=0;flag=!flag;if(status=2) if(flag) disp_buf2=minutes/10;disp_buf3=minutes%10;else disp_buf2=16;disp_buf3=16; if(status=1) if(flag) disp_buf0=hours/10;disp_buf1=hours%10; else disp_buf0=16;disp_buf1=16;- 26 -