單片機課程設計(電子鐘

1、單片機原理及應用課程課程設計題 目 數字時鐘 院 （系） 信息工程學院 專 業 班 級 11級計算機應用技術2班學 生 姓 名 宮鑫 學 號 設 計 地 點 計算機應用實驗室 指 導 教 師 史先桂 起止時間： 2013年 6月 3日至 2013 年 6 月 14 日摘 要 數字鐘已成為人們日常生活中必不可少的必需品，廣泛用于個人家庭以及辦公室等公共場所，給人們的生活、學習、工作、娛樂帶來極大的方便。由于數字集成電路技術的發展和采用了先進的石英技術，使數字鐘具有走時準確、性能穩定、攜帶方便等優點，它還用于計時、自動報時及自動控制等各個領域。盡管目前市場上已有現成的數字鐘集成電路芯片出售，價格便

2、宜、使用也方便，但鑒于單片機的定時器功能也可以完成數字鐘電路的設計，因此進行數字鐘的設計是必要的。在這里我們將已學過的比較零散的數字電路的知識有機的、系統的聯系起來用于實際，來培養我們的綜合分析和設計電路，寫程序、調試電路的能力。單片機具有體積小、功能強可靠性高、價格低廉等一系列優點，不僅已成為工業測控領域普遍采用的智能化控制工具，而且已滲入到人們工作和和生活的各個角落，有力地推動了各行業的技術改造和產品的更新換代，應用前景廣闊。關鍵詞 : 單片機；數碼管；數字時鐘目錄1 系統功能要求12 設計原理及方案論證22.1數字鐘原理22.2電子時鐘方案22.3數碼管顯示方案33 主控制器和外圍器件4

3、3.1單片機主控芯片43.2 LED驅動芯片43.3 4x4矩陣鍵盤模塊53.4 蜂鳴器模塊53.5 下載線接口電路63.6 DS1302時鐘模塊63.7 單片機晶振模塊74 系統硬件電路設計84.1 單片機整體功能模塊圖84.2 單片機蜂鳴器和數碼管連接圖84.2 單片機矩陣鍵盤連接圖94.3 單片機時鐘模塊和晶振連接圖95 軟件程序設計106 實驗測試部分206.1測試結果206.1.1電子鐘正常的運行206.1.2電子鐘矯正時間后的運行206.2測試結果分析與結論217總結228參考文獻231 系統功能要求本次設計時鐘電路，使用了AT89S52單片機芯片控制電路，單片機控制電路簡單且省去

4、了很多復雜的線路，使得電路簡明易懂。同時使用C語言程序來控制整個時鐘顯示，使得編程變得更容易，這樣通過四個模塊：鍵盤、芯片、蜂鳴器、數碼管顯示即可滿足設計要求。（1）準確計時，以數字形式顯示時、分、秒的時間。（2）小時以24小時計時形式，分秒計時為60進位。（3）校正時間功能,即能隨意使用鍵盤鍵上的按鍵來調整時鐘的時、分、秒。（4）鬧鐘功能，一旦走時到該時間，能以用蜂鳴器來進行定時提醒。2 設計原理及方案論證2.1數字鐘原理數字鐘實際上是一個對標準頻率(1HZ)進行計數的計數電路.由于計數的起始時間不可能與標準時間一致,故需要在電路上加一個校時電路,同時標準的1MHZ時間信號必須做到準確穩定.

5、通常使用石英晶體振蕩器電路構成數字鐘. (1) 晶體振蕩器 晶體振蕩器給數字鐘提供一個頻率穩定準確的11.0592MHz的方波信號,可保證數字鐘的走時準確及穩定.不管是指針式的電子鐘還是數字顯示的電子鐘都使用了晶體振蕩器。 (2) 復位電路 時間計數電路由秒個位和秒十位計數器,分個位和分十位計數器，時個位和時十位電路構成,秒個位和秒十位計數器,分個位和分十位計數器為60進制計數器，時個位和時十位計數器為24進制計數器。 (3) 數碼管 數碼管通常有發光二極管(LED)數碼管和液晶(LCD)數碼管,本設計提供的為LED數碼管。 (4) 鍵盤 鍵盤是控制和修改時鐘的重要輸入模塊，通過鍵盤可以修改時

6、間，修改鬧鐘時間，控制顯。2.2電子時鐘方案方案一：本方案采用DS1302。該芯片內部采用石英晶體振蕩器，其芯片精度不大于10ms/年，且具有完備的時鐘鬧鐘功能，因此，可直接對其以用于顯示或設置，使得軟件編程相對簡單。為保證時鐘在電網電壓不足或突然掉電等突發情況下仍能正常工作，芯片內部包含鋰電池。當電網電壓不足或突然掉電時，系統自動轉換到內部鋰電池供電系統。而且即使系統不上電，程序不執行時，鋰電池也能保證芯片的正常運行，以備隨時提供正確的時間。方案二：本方案完全用軟件實現數字時鐘。原理為：在單片機內部存儲器設6個字節分別存放時鐘的時、分、秒信息。利用定時器與軟件結合實現1秒定時中斷，每產生一次

7、中斷，存儲器內相應的秒值加1；若秒值達到60，則將其清零，并將相應的分字節值加1；若分值達到60，則清零分字節，并將時字節值加1；若時值達到24，則將十字節清零。該方案具有硬件電路簡單的特點。但由于每次執行程序時，定時器都要重新賦初值，所以該時鐘精度不高。而且，由于是軟件實現，當單片機不上電，程序不執行時，時鐘將不工作。電子時鐘是本設計的最主要的部分。根據需要，可利用兩種方案實現。基于硬件電路的考慮，本設計采用方案二完成數字時鐘的功能。2.3數碼管顯示方案方案一：靜態顯示。所謂靜態顯示，就是當顯示器顯示某一字符時，相應的發光二極管恒定的導通或截止。該方式每一位都需要一個8 位輸出口控制。靜態顯

8、示時較小的電流能獲得較高的亮度，且字符不閃爍。但當所顯示的位數較多時，靜態顯示所需的I/O口太多，造成了資源的浪費。方案二：動態顯示。所謂動態顯示就是一位一位的輪流點亮各個位，對于顯示器的每一位來說，每隔一段時間點亮一次。利用人的視覺暫留功能可以看到整個顯示，但必須保證掃描速度足夠快，字符才不閃爍。顯示器的亮度既與導通電流有關，也于點亮時間與間隔時間的比例有關。調整參數可以實現較高穩定度的顯示。動態顯示節省了I/O口，降低了能耗。 從節省I/O口和降低能耗出發，本設計采用方案二。3 主控制器和外圍器件3.1單片機主控芯片本實驗采用AT89S52芯片。（1）8 位的 CPU， 片內有振蕩器和時鐘

9、電路,工作頻率為 024MHz（2）片內有 256字節 數據存儲器 RAM（3）片內有 8K字節 程序存儲器 ROM（4）4個8位 的并行I/O口（P0、P1、P2、P3）（5）1個 全雙工串行通訊口（6）3個16位 定時器/計數器（T0、T1、T2）（7）可處理 6個中斷源，兩級中斷優先級圖3.13.2 LED驅動芯片本實驗采用兩個74HC573鎖存器。數碼管的段ABCDEFGH對應74HC573-1芯片，數碼管的位WE1WE6對應74HC573-2芯片。DU P2.6段選信號控制74HC573-1鎖存器，WE P2.7位選信號控制74HC573-2鎖存器。兩個鎖存器IO口接P00到P07，

10、對應PCB網絡編號D0到D7。圖3.23.3 4x4矩陣鍵盤模塊本實驗采用4x4矩陣鍵盤INT1、LCDEN、RS、WR、RD、P30 P32對應AT89S52芯片上的INT1、LCDEN、RS、WR、RD、P30 P32 IO口。圖3.33.4 蜂鳴器模塊本實驗蜂鳴器FM接到AT89S52芯片上的P23 IO口,對應的PCB網絡編號為FM。圖3.43.5 下載線接口電路本實驗下載線接口電路P30、P31引腳接到AT89S52芯片上的P30、P31 IO口上。圖3.53.6 DS1302時鐘模塊本實驗時鐘模塊CLK和I/O口接到AT89S52芯片上的P21、P20 IO口上。圖3.63.7 單

11、片機晶振模塊 本實驗晶振模塊X1、X2接到AT89S52芯片上的X1、X2 IO口。圖3.74 系統硬件電路設計4.1 單片機整體功能模塊圖蜂鳴器模塊對應AT89S52的P23 IO端口；矩陣鍵盤具體的掃描由P3端口控制；下載線接口電路通過P30和P31連接控制。圖4.14.2 單片機蜂鳴器和數碼管連接圖蜂鳴器模塊對應AT89S52的P23 IO端口；數碼管模塊的段選信號由P26控制，位選信號由P27控制，數碼管具體顯示由P0端口控制；圖4.24.2 單片機矩陣鍵盤連接圖4x4矩陣鍵盤INT1、LCDEN、RS、WR、RD、P30 P32對應AT89S52芯片上的INT1、LCDEN、RS、W

12、R、RD、P30 P32 IO口。圖4.24.3 單片機時鐘模塊和晶振連接圖DS1302時鐘模塊則通過P21和P20連接控制；單片機晶振通過X1和X2連接控制；圖4.35 軟件程序設計#include#define uchar unsigned charsbit dula=P26;sbit wela=P27;sbit beep=P23;unsigned char j,k,a1,a0,b1,b0,c1,c0,s,f,m,key=10,temp,qq;uchar shi20,shi10,fen20,fen10,miao20,miao10,ok=1,wei,dingshi,change,yiding

13、shi;uchar baoshi,baoshijieshu;unsigned int pp;unsigned char code table=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d, 0x07,0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71;/*延時函數*/void delay(unsigned char i) for(j=i;j0;j-) for(k=125;k0;k-);/*六個數碼管動態掃描顯示時，分，秒*/void display(uchar shi2,uchar shi1,uchar fen2,uchar fen1,uch

14、ar miao2,uchar miao1) dula=0; P0=tableshi2; dula=1; dula=0; wela=0; P0=0xfe; wela=1; wela=0; delay(5); P0=tableshi1|0x80; dula=1; dula=0; P0=0xfd; wela=1; wela=0; delay(5); P0=tablefen2; dula=1; dula=0; P0=0xfb; wela=1; wela=0; delay(5); P0=tablefen1|0x80; dula=1; dula=0; P0=0xf7; wela=1; wela=0; de

15、lay(5); P0=tablemiao2; dula=1; dula=0; P0=0xef; wela=1; wela=0; delay(5); P0=tablemiao1; dula=1; dula=0; P0=0xdf; wela=1; wela=0; delay(5);/*通過矩陣鍵盤的S18和S19鍵設置定時和取消定時，S16為暫停進入矯正時間狀態，S17為繼續計時*/void keyscan0() P3=0xfb; temp=P3; temp=temp&0xf0; if(temp!=0xf0) delay(10); if(temp!=0xf0) temp=P3; switch(te

16、mp) case 0xbb:ok=0;change=1; break; case 0x7b:ok=1;change=0;dingshi=0;break; P3=0xf7; temp=P3; temp=temp&0xf0; if(temp!=0xf0) delay(10); if(temp!=0xf0) temp=P3; switch(temp) case 0xe7:ok=0;dingshi=1;break; case 0xd7:yidingshi=0; break; /取消定時 /*通過矩陣鍵盤S6S15設置時鐘具體時間時間*/void keyscan() P3=0xfe; temp=P3;

17、temp=temp&0xf0; if(temp!=0xf0) delay(10); if(temp!=0xf0) temp=P3; switch(temp) case 0xee:key=0;wei+;break;case 0xde:key=1;wei+;break; case 0xbe:key=2;wei+;break; case 0x7e:key=3;wei+;break; while(temp!=0xf0) temp=P3; temp=temp&0xf0; beep=0; beep=1; P3=0xfd; temp=P3; temp=temp&0xf0; if(temp!=0xf0) de

18、lay(10); if(temp!=0xf0) temp=P3; switch(temp) case 0xed:key=4;wei+;break;case 0xdd:key=5;wei+;break;case 0xbd:key=6;wei+;break;case 0x7d:key=7;wei+;break; while(temp!=0xf0) temp=P3; temp=temp&0xf0; beep=0; beep=1; P3=0xfb; temp=P3; temp=temp&0xf0; if(temp!=0xf0) delay(10); if(temp!=0xf0) temp=P3; sw

19、itch(temp) case 0xeb:key=8;wei+;break;case 0xdb:key=9;wei+;break; while(temp!=0xf0) temp=P3; temp=temp&0xf0; beep=0; beep=1; /*主函數設置時鐘和定時時間時，分，秒的進制轉換*/void main() TMOD=0x01; /*由于晶振為11.0592,故所記次數應為46080，計時器每隔50000微秒發起一次中斷。*/TH0=(65536-46080)/256;TL0=(65536-46080)%256;/46080的來歷，為50000*11.0592/12ET0=1;

20、EA=1;while(1)keyscan0();if(ok=1) TR0=1; wei=0;if(pp=20) pp=0;m+;if(m=60) m=0; f+; if(f=60) f=0;s+;if(s=24) /為24h一個循環，若要12h，只需在此改為12即可。 s=0; a0=s%10;a1=s/10;b0=f%10;b1=f/10;c0=m%10;c1=m/10;display(a1,a0,b1,b0,c1,c0);elseif(change=1) TR0=0;keyscan();if(key!=10) switch(wei) case 1: if(key3)/小時最高位為2a1=k

21、ey;elsewei-;break;case 2: if(a1=1|a1=0)a0=key;elseif(key5)a0=key; /當小時最高位為2時，低位最高為4break;case 3: if(key6)/分鐘最高位為5b1=key;elsewei-;break;case 4: b0=key; break;case 5: if(key6)/秒最高位為5c1=key; elsewei-;break;case 6: c0=key; break;key=10;m=c1*10+c0;f=b1*10+b0;s=a1*10+a0;display(a1,a0,b1,b0,c1,c0);if(dings

22、hi=1) TR0=0;display(shi20,shi10,fen20,fen10,miao20,miao10);keyscan();if(key!=10)switch(wei) case 1: if(key3)/小時最高位為2shi20=key;elsewei-;break;case 2: if(a1=1|a1=0)shi10=key;elseif(key5)a0=key; /當小時最高位為2時，低位最高為4break;case 3: if(key6)/分鐘最高位為5fen20=key;elsewei-;break;case 4: fen10=key; break;case 5: if(

23、key6)/秒最高位為5miao20=key; elsewei-;break;case 6: miao10=key; break;key=10;yidingshi=1;display(shi20,shi10,fen20,fen10,miao20,miao10);if(yidingshi=1) if(a1=shi20)&(a0=shi10)&(b1=fen20)&(b0=fen10)&(c1=miao20)&(c0=miao10) beep=0;if(a1=shi20)&(a0=shi10)&(b1=fen20)&(b0=fen10+1)&(c1=miao20)&(c0=miao10)|(yidingshi=0)/一分鐘報時提示beep=1;/*定時器T0中斷函數*/void time0() interrupt 1TH0=(65536-46080)/256;TL0=(65536-46080)%256;pp+;6 實驗測試部分6.1測試結果6.1.1電子鐘正常的運行圖6.16.1.2電子鐘矯正時間后的運行圖6.26.2測試結果分析與結論