电子钟课程设计说明书肖辉.docx

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电子钟课程设计说明书肖辉

《单片机技术》课程设计说明书

数字电子钟

院、部：

电气与信息工程学院

学生姓名：

肖辉

指导教师：

王韧职称副教授

专业：

通信工程

班级：

通信1103班

完成时间：

2013-12-19

湖南工学院

课程设计任务书

课程：

单片机技术

课程设计题目：

数字电子钟

数字频率计

数字电压表

交通灯

抢答器

密码锁

波形发生器

数字温度计

计算器

数字式秒表

适用班级：

电子1101～2、通信1102～3

通信1101～电子1103

时间：

2013～2014学年第一学期

指导教师：

王韧

《单片机技术》课程设计任务书

一、设计题目：

数字电子钟、数字频率计、数字电压表、交通灯、抢答器、密码锁、波形发生器、数字温度计、计算器、数字式秒表。

二、适用班级：

电子1101～2、通信1102～3、通信1101～电子1103

三、指导教师：

王韧

四、设计目的与任务：

学生通过理论设计和实物制作解决相应的实际问题，巩固和运用在《单片机技术》中所学的理论知识和实验技能，掌握单片机应用系统的一般设计方法，提高设计能力和实践动手能力，为以后从事电子电路设计、研发电子产品打下良好的基础。

五、设计内容与要求

设计内容

1、数字电子钟

设计一个具有特定功能的电子钟。

该电子钟上电或按键复位后能自动显示系统提示符“P.”，进入时钟准备状态；第一次按电子钟启动/调整键，电子钟从0时0分0秒开始运行，进入时钟运行状态；再次按电子钟启动/调整键，则电子钟进入时钟调整状态，此时可利用各调整键调整时间，调整结束后可按启动/调整键再次进入时钟运行状态。

2、数字频率计

设计一个能够测量周期性矩形波信号的频率、周期、脉宽、占空比的频率计。

该频率计上电或按键复位后能自动显示系统提示符“P.”，进入测量准备状态。

按频率测量键则测量频率；按周期测量键则测量周期；按脉宽测量键则测量脉宽；按占空比测量键则测量占空比。

3、数字电压表

设计一个能够测量直流电压的数字电压表。

测量电压范围0～5V，测量精度小数点后两位。

该电压表上电或按键复位后能自动显示系统提示符“P.”，进入测量准备状态，按测量开始键则开始测量，并将测量值显示在显示器上，按测量结束键则自动返回“P.”状态。

4、交通灯

设计一个具有特定功能的十字路口交通灯。

该交通灯上电或按键复位后能自动显示系统提示符“P.”，进入准备工作状态。

按开始键则开始工作，按结束键则返回“P.”状态。

要求甲车道和乙车道两条交叉道路上的车辆交替运行，甲车道为主车道，每次通车时间为60秒，乙车道为次车道，每次通车时间为30秒，要求黄灯亮3秒，并且1秒闪烁一次。

有应急车辆出现时，红灯全亮，应急车辆通车时间10秒，同时禁止其他车辆通过。

5、抢答器

设计一个具有特定功能的抢答器。

该抢答器上电或按键复位后能自动显示系统提示符“P.”，进入准备工作状态。

主持人按下开始按钮后，抢答开始并限定时间30S；10S内无人抢答，蜂鸣器发出音响；主持人按下开始按钮之前有人按下抢答器，抢答违规，显示器显示违规台号，违规指示灯亮，其它按钮不起作用；正常抢答，显示器显示台号，蜂鸣器发出音响，其它抢答按钮无效；正常抢答下，从按下抢答按钮开始30S内，答完按钮没按下，则作超时处理，超时处理时，违规指示灯亮，显示器显示违规台号。

蜂鸣器发出音响；各台数字显示的消除，蜂鸣器音响及违规指示灯的关断，都要通过主持人按复位按钮。

6、密码锁

设计一个具有特定功能的密码锁。

该密码锁上电或按键复位后能自动显示系统提示符“P.”，进入准备工作状态。

该密码锁具有系统原始密码888888，用户可以设定并存储用户密码，密码输入时应处于保密显示状态，密码输入正确时应显示密码输入正确提示信息，否则，显示密码输入错误提示信息。

7、波形发生器

设计一个具有特定功能的波形发生器。

该波形发生器上电或按键复位后能自动显示系统提示符“P.”，进入准备工作状态。

该波形发生器可以分别产生幅值0～5V、频率100Hz～100KHz范围内的三角波、锯齿波、方波、梯形波和正弦波。

8、数字温度计

设计一个具有特定功能的数字温度计。

该数字温度计上电或按键复位后能自动显示系统提示符“P.”，进入准备工作状态。

测量温度范围0℃～99℃，测量精度小数点后两位，可以通过开始和结束键控制数字温度计的工作状态。

9、计算器

设计一个具有特定功能的计算器。

该计算器上电或按键复位后能自动显示系统提示符“P.”，进入准备工作状态。

能实现

（1）基本的加、减、乘、除、平方、开方；

（2）三角函数运算；（3）十进制、十六进制转换运算；（4）其他功能。

10、数字式秒表

设计一个具有特定功能的数字式秒表。

该数字式秒表上电或按键复位后能自动显示系统提示符“P.”，进入准备工作状态。

该数字式秒表应具有开始、暂停、连续、清零和停止功能。

设计要求

1、以上课题可以任选其一或多选，学生也可以自拟课题；

2、编程语言：

汇编或C51；

3、计算机打印《单片机技术》课程设计说明书一份；

4、设计时间：

一周；

5、实物制作；

6、人员分组：

一人一组一实物。

六、《单片机技术》课程设计说明书正文主要内容

参照“《单片机技术》课程设计说明书正文主要内容”文件。

七、《单片机技术》课程设计说明书书写规范格式

参照“《单片机技术》课程设计说明书书写规范格式”文件。

八、参考资料

1、马忠梅，单片机的C语言Windows环境编程宝典[M],北京：

北京航空航天大学出版社，2003.6；　　　

2、李光飞,单片机C程序设计指导[M],北京:

北京航空航天大学出版社，2003.01；

3、李光飞,单片机课程设计实例指导[M],北京:

北京航空航天大学出版社，2004.9。

电气自动化教研室

2013年9月10日

摘要

电子手表是在日常生活中使用非常普遍的一种电子产品，它的核心部分是位于其内部的程序代码。

本次设计中的电子钟采用ATMEL公司的AT89C52单片机为核心，使用12MHz晶振与单片机AT89SC2相连接，实现比较简单的可调电子钟功能。

本次设计使用了四个按键，并采用一键一功能的形式，S0为开始或停止键，S1为时调节键，S2为分调节键，S3为秒调节键，数字一直往上加，至被限制的值后自动清零。

本次设计出来的电子钟虽功能简单，但运行快速，精确度高，可共使用。

关键词：

数字电子钟；at89c52

ABSTRACT

Keywords:

electroniclock;at89s52

目录

1设计课题任务、功能要求说明及总体方案介绍1

1.1设计课题任务1

1.2功能要求说明1

1.3总体方案介绍及工作原理说明1

2硬件系统的设计3

2.1硬件系统各模块功能简要介绍复位电路3

2.2电路原理图、PCB图、元器件布局图4

2.3设计课题元器件清单4

3软件系统的设计5

3.1使用单片机资源的情况5

3.2软件系统各模块功能简要介绍5

3.3设计课题软件系统程序流程框图6

3.4电子钟软件系统程序清单8

4设计结论、设计结果、误差分析、教学建议9

4.1电子钟的设计结论及使用说明9

4.2电子钟实现的结果9

4.3设计课题出现问题及分析9

4.4设计体会及教学建议9

结束语11

致谢12

参考文献13

附录A电路原理图14

附录BPCB图15

附录C元器件布局图16

附录D元器件清单17

附录E程序清单18

1设计课题任务、功能要求说明及总体方案介绍

1.1设计课题任务

设计一个具有特定功能的电子钟。

具有时间显示、调整功能。

1.2功能要求说明

设计一个具有指定功能的电子钟。

上电即显示P.，按下S0键时钟开始运行，再次按下此键时钟停止运行，此时可以使用按键S1、S2、S3经行时分秒的调整，按一次数字分别加一，此外，在这一过程中，若没有按下S0键使时钟停止运行，按其他键均无效。

1.3总体方案介绍及工作原理说明

1.3.1总体方案介绍

本电子钟主要由AT89C52单片机、4个独立键盘、显示接口电路和复位电路构成，设计课题的总体方案如图1所示：

本设计电路中，采用独立式键盘动态扫描方式。

利用单片机定时器及计数器产生定时效果通过编程形成数字钟效果，再利用数码管动态扫描显示单片机内部处理的数据，同时通过端口读入当前外部控制状态来改变程序的不同状态，实现不同功能。

图1总体设计框图

1.3.2电子钟工作原理说明

数字电子钟的计时原理为：

上电后，数码管显示P.，按下S0键后，电子钟从“00—00—00”开始计时。

利用定时器0进行计数，当定时器0的定时时间满50ms后，定时器0溢出一次，溢出满20次后，数字电子时钟的秒加1，满60秒后，分加1，满60分后，时加1，满24时后，电子表重新从“00—00—00”开始计时。

当再次按下S0后，计数显示暂停，进入时间调整状态，按S3、S2、S1分别表示秒、分、时加1。

2硬件系统的设计

2.1硬件系统各模块功能简要介绍复位电路

2.1.1MCU

硬件电路采用的是AT89C52芯片。

其中包括256个数据存储器单元，4KB的程序存储器。

C51中共有两个16位的定时器/计数器，用于实现定时或者计数功能。

还有4个8位并行I/O口（P0、P1、P2、P3），以实现数据的并行输入/输出。

2.1.2电源电路

本次课题设计采用USB电源。

它可以热插拔。

这就让用户在使用外接设备时，不需要重复“关机将并口或串口电缆接上再开机”这样的动作，而是直接在电脑工作时，就可以将USB电缆插上使用。

而且具有携带方便，成本低，制作电路简单的特点，输出电压足以支持单片机工作。

2.1.3复位电路

复位是单片机的硬件初始化操作，其主要功能是把PC初始化为0000H,使单片机从0000H单元开始执行程序，并使其它功能单元处于一个确定的初始状态。

对于51单片机上有三种复位复位方式，为上电复位、按键复位和按键脉冲复位。

此次设计的电路采用按键复位。

按键复位，它是通过复位端经电阻与VCC电源接通而实现的。

2.1.4时钟电路

单片机的时钟电路由振荡电路和分频电路组成。

其中振荡电路由反相器以及并联外接的石英晶体和电容构成，用于产生振荡脉冲。

而分频电路则用于振荡脉冲分频，以得到所需要的时钟信号。

2.1.5键盘电路

由于按键较少，所以此处使用独立式键盘。

每个按键单独占用一根I/O口线，每个按键的工作不会影响其它I/O口线的状态。

四个按键接到单片机的P1.0-P1.3四根口线上。

当键按下时，在其相应的口线上产生低电平信号，键松开时为高电平信号。

2.1.6数码管显示电路

本次课题设计中采用的是两个4位一体的LED共阳数码管作为显示窗口，因此，将阳极公共引脚接+5V的电源，因而，当阴极引脚上加低电平时，发光二极管导通点亮。

并且采用动态显示方式，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。

2.1.7下载口电路

硬件电路中，下载口电路通过P1口及复位引脚直接与单片机相连，以实现将编写好的程序下载到芯片中，实现相应的功能。

2.2电路原理图、PCB图、元器件布局图

2.2.1电路原理图

电路原理图见附录A。

2.2.2PCB图

电路PCB图见附录B。

2.2.3元器件布局图

元器件布局图见附录C。

2.3设计课题元器件清单

元器件清单见附录D

3软件系统的设计

3.1使用单片机资源的情况

在电子钟的编程过程中，单片机资源使用情况如下：

IO口线：

P0口为作数码管的段控口；

P2口为作数码管的位控口；

P1口低四位作键盘接口。

定时器：

定时器0。

3.2软件系统各模块功能简要介绍

本设计的软件系统主要采用以主函数、中断服务函数、键盘扫描函数、数码管显示函数和延时函数来实现的。

3.2.1主函数

主要是用于对输入信号的处理、输出信号的控制和对各个功能程序模块的运用及其控制。

3.2.2中断服务函数

用了定时器0中断，是为了使秒自加而使用定时器中断，定时50MS循环20次到一秒以后，向CPU申请中断，使秒自加1。

3.2.3键盘扫描函数

运用直接判断IO口线的方法编成键盘扫描程序，来完成用键盘监控程序的功能。

通过判键按下，再去抖，再确认是否真正有键按下，计数并保存闭合键码，最后判键释放，恢复键值。

3.2.4数码管显示函数

即为位控信号送到位控口，段控信号送到段控口，对八位LED数码管一次点亮。

3.3设计课题软件系统程序流程框图

3.3.1主函数流程图

图2主函数流程框图

3.3.2键扫描函数流程图

图3键扫描函数流程图

3.3.3中断服务函数流程图

图4中断服务函数流程框图

3.3.4显示函数流程图

图5显示函数流程图

3.4电子钟软件系统程序清单

程序清单见附录E

4设计结论、设计结果、误差分析、教学建议

4.1电子钟的设计结论及使用说明

本课程设计的目的是设计一个电子钟，在前期做出的实物上，通过编写程序基本上能够达到预期的目的，以下本次所作电子钟的具体的使用说明：

电子钟上电后，最右边一位显示P.,按下启动/调整键，电子钟从0时0分0秒开始自动运行，再次按下启动/调整键，电子钟运行停止，处于调整状态，按下调时键，时加1，按下调秒键，秒加1，按下调分键，分加1，这样可以实现时、分、秒的累加调整，再次按下启动/调整键，电子钟自动运行起来，处于运行状态，调整结束。

4.2电子钟实现的结果

实现了以下功能：

可调整运行的电子钟具有三种工作状态：

“P.”状态、运行状态、调整状态。

（1）“P.”状态，依靠上电或按复位键进入，在此状态下，按S0、S2、S3键均无效，按S0键有效，进入运行状态；

（2）运行状态，在此状态下，按S1、S2、S3键均无效，只有按S0键有效，按下S0键后，退出运行状态，进入调整状态；

（3）调整状态，按S3键进入调整秒，在此状态下，按S3一下，秒加1。

与此同时，S2、S1键均有效；同理，按S2，分钟加1；按S1，小时加1。

调整结束后必须按S0键，即可退出调整状态，进入运行状态。

时间显示格式为：

时-分-秒。

4.3设计课题出现问题及分析

在编写好程序，经过调试后下载到单片机中，发现运行完好，但是，如果手动按键则会出现24-60-60的现象。

再回到程序，仔细检查发现，在主函数键程序中，发现编写的程序是先对数据处理再判断再显示，因而显示的是判断之前的数据，因此才出现了如上的问题。

经修改之后，将判断语句放到处理之前，就能正常显示。

4.4设计体会及教学建议

4.4.1设计体会

本次课程设计从最基础、最简单的单片机系统出发，外部接入部分信号，再通过一系列的处理最终转化为输出设备数码管上可见的时钟显示，在此过程中，每一个细小的部分都能重新回忆曾经在书本上学习过的知识，从而对有印象的知识点的理解更加深刻，这一实践将理论知识与实际操作紧密结合在一起，对学习者十分有帮助。

本设计的重点及难点在于显示函数以及数据处理，而精妙之处在于主函数中，判时是否为24，分、秒是否为60时，在加1后，先要判断再对数据处理显示，掌握重点和主要思路，便能化复杂为简易。

4.4.2教学建议

除本次课程设计外，实践性比较强的还有本学期的八个单片机实验，通过不断的实际操作，对单片机基础越来越熟悉，当然要感谢上理论课的王韧老师和上实验课的凌云老师，无论在哪件事上，只有严格要求才能更快更好地完成，相对而言，本学期同学们对老师也相当地配合，能积极主动地完成各项任务，唯一感到不太合适的是，有时其他课程的各项任务比较繁多，时间紧迫，此时希望老师能多给些时间，以免时间不够，作业马虎，最后收效不理想。

结束语

经过自己的认真思考和，本次的课程设计电子钟最终圆满结束。

本次设计为数字电子钟，是以AT89C52单片机为核心，再结合相关元器件，如LED共阳数码管，独立键盘等，最后通过改编相关程序，得以实现电子钟显示及调整的功能。

在编写程序的过程中，最初使用了两种方法通过参考他人的编写程序，但是最终汇编的结果不是让人很满意，而C语言结果却很稳定。

从编写程序的过程来说，对于汇编语言，需要自己安排存储单元，因此程序显得繁琐复杂，并且需要思路清晰，严谨。

相对而言，C语言就要方便简单许多。

在本次设计中，遇到了很多困难，但是却考验了本人独立思考和解决问题的能力。

最后在数码管显示中，出现了矛盾的问题，经过各种方法最终将问题解决了。

通过本次课程设计，收获确实很多。

通过参差课程一系列的操作，更懂得了实践的重要性，也看到以后学习需要改进和完善的地方。

当看到经过不懈努力产生的成果时，心里感到十分欣慰。

要想要好的回报、取得好的成果，只有不断在实践中用坚实的理论去改进、去完善。

致谢

本次课程设计将理论知识和实际操作结合起来，确实提高了每个同学的动手能力，但在此过程中，对本人影响最深刻的是王老师对课程设计内容的分析和同学们共同讨论、改进各自的设计方案，通过与其他人讨论，发表各自的意见，从中取长补短，避免走许多弯路，这是个人独自完成任务所不能做到的，在此，特别感谢王老师做的课程设计分析和同学们在课程设计过程中给予的帮助，是这些力量从另一方面促进了本次课程设计的步伐，再次感谢各位的指教。

参考文献

[1]李广第，朱月秀，冷祖祁.单片机基础［M］.第三版.北京：

航空航天大学出版社，2007.6

LiGuangdi,ZhuYuexiu,LengZuqi.Scmcbasis[M].Thethirdedition.Beijing:

Aerospaceuniversitypress,2007.6

附录A电路原理图

附录BPCB图

底层

顶层

附录C元器件布局图

附录D元器件清单

名称

数量

参数

电阻

3个

1KΩ

数码管

2个

4位一体共阳数码管

电阻

1个

200Ω

下载口

1个

普通插座

1个

40P

电阻

24个

470Ω

按键

9个

三极管

9个

9012

USB供电线

1根

晶振

1个

12MHz

电容

2个

33pF

极性电容

1个

22μF

芯片

1块

AT89S52

发光二极管

8个

六角开关

1个

蜂鸣器

1个