数字电子钟.docx

数字电子钟.docx

《数字电子钟.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《数字电子钟.docx（36页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

数字电子钟

《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：

指导教师：

王韧职称副教授

专业：

电气工程及其自动化

班级：

完成时间：

2014年6月5日

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：

电气本1101～2、电气本1103～4

电气本1105～自本1101

时间：

2013～2014学年第二学期

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：

电气本1101～2、电气本1103～4、电气本1105～自本1101

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

2014年2月20日

摘要

数字电子钟是一种利用时、分、秒的计时装置，在人们的生活中十分的常见，一款简单方便的电子钟更加受到人们的欢迎。

本课程设计即为数字电子钟的设计。

以ATMEL公司的AT89S52单片机为核心，配合LED数码管显示器和按键为用户提供长期、连续、可靠、稳定的工作环境。

该数字电子钟有时分秒显示和日期显示的基本功能，还可以实现对时间和日期的调整，以24小时为一个周期，同时两个四位一体数码管显示小时、分钟和秒。

学习了单片机技术以后，利用扩展单片机并行I/0口技术，根据数码管动态显示原理来进行显示，接四个按钮控制，用12MHz的晶振产生振荡脉冲，定时器计数，利用单片机芯片编程实现电子钟的功能。

系统软件设计包括单片机计算机两部分的编程。

计算机软件编程主要实现参数设置、串行口数据接收、指令发送以及数据的显示和存储。

单片机软件编程主要实现键盘、LED显示等各模块的功能，采用汇编语言编程。

数字钟的精度、稳定度远远超过老式机械钟，且显示直观，无机械传动装置，因而得到广泛的应用。

关键词：

数字电子钟；单片机；LED显示

ABSTRACT

Clockiswidelyusedinourlife.Thiscourseisexactlydesignedfordigitalelectronicclockdesigns．ToAtmelCorporation’sAT89S52asthecore，withtheLEDdigitaltubedisplayandbuttonsprovideuserswithlong-term，continuous，reliableandstableworkingenvironment．Thedigitalelectronicclockandsometimesminutesandsecondsdisplayanddatedisplayaswellastimeanddateadjustmentfunction,cyclesevery24hours,andtwofourinonedigitaltubedisplayshours,minutesandseconds.Afterlearningthesinglemicrocontrollertechnology,takingadvantageofextendingparallelI/Omouth,connectingLEDdigitaltodisplay,pickingfourbuttonscontroltube,using12MHzcrystalsproduceoscillationpulseandthetimercount.Usingsinglechipcomputerchipprogrammingrealizethefunctionofelectricclockandstopwatch.Systemsoftwaredesignincludestwoparts，thecomputerprogrammingmicrocontrollers．Computersoftwareprogrammingtoachievethemainparametersettings，serialportdatareceiving,sendingcommandsanddatadisplayandstorage．SCMsoftwareprogrammingtoachievethemainkeypad，LEDdisplaysthefunctionsofeachmodule，usingassemblylanguageprogramming．Digitalclockismoreaccurateandstablethantheoldmechanicalclock,andshowintuitional,nomechanicaltransmission,thusitiswidelyused.

Keywordsdigitalelectronicclock；microcomputer；leddisplay

目录

1设计任务及要求1

1.1设计任务1

1.2功能要求1

1.3总体方案及工作原理1

2硬件系统的设计3

2.1硬件系统的模块3

2.2系统的原理图及PCB3

3软件系统的设计4

3.1单片机的使用情况4

3.2软件系统的模块4

3.3程序流程框图5

3.4电子钟总体程序清单11

4仿真测试及结果12

4.1设计结论及使用说明12

4.2仿真结果12

4.3误差分析13

4.4设计体会13

结束语14

参考文献15

致谢16

附录17

附录一原理图及PCB图17

附录二程序清单22

1设计任务及要求

1.1设计任务

此次设计数字钟是为了了解数字钟的原理，从而学会制作数字钟。

本次课程设计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。

1.2功能要求

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。

1.3总体方案及工作原理

1.3.1总体设计方案

设计中采用AT89S52芯片及LED显示器，一些独立式按键构成一个简单的数字电子钟。

采用AT89S52单片机内部的定时/计数器进行中断定时，配合软件延时实现时、分、秒的计时。

AT89S52的P0口和P2口外接由八个LED数码管（LED8～LED1）构成的显示器，用P0口作LED的段控码输出口，P2口作八个LED数码管的位控输出线，P1口外接四个按键构成键盘电路。

结构如图1所示。

图1数字电子钟总设计框图

1.3.2工作原理说明

（1）本课程设计利用AT89S52单片机的可编程定时/计数器、中断系统来实现时钟计数。

包括计数初值设置和采用中断方式进行溢出次数累计，从秒到分和从分到秒的计时是通过累加和数值比较实现的。

（2）电子钟的时钟时间在八位数码管上进行显示，因此，在内部RAM中设置显示缓冲区共8个单元。

（3）电子钟设置4个按键通过程序控制来完成电子钟的启、停及时间调整。

2硬件系统的设计

2.1硬件系统的模块

本课程设计中硬件电路主要由单片机最小系统，独立式键盘，工作电源，数码管显示，下载电路构成，下面就具体介绍其各部分的功能。

2.1.1单片机最小系统

（1）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。

而分频电路则用于把振荡脉冲分频，以得到所需要的时钟信号。

时钟电路是单片机系统的心脏，它控制着单片机的工作节奏。

本设计采用内部时钟方式，12MHz的石英晶体振荡器。

（2）复位电路复位电路用于产生复位信号，通过RST引脚送入单片机，进行复位。

复位电路的好坏直接影响单片机系统工作的可靠性，因此，要重视复位电路的设计和研究。

只要RST端保持10ms以上的高电平，就能使单片机有效地复位，本设计采用上电复位和手动复位两种方式。

（3）AT89S52单片机AT89S52是一种带8K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—FalshProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。

AT89S单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。

（4）电源模块根据设计要求以及实验方便采用了2种供电方式，一种为USB供电，另一种是外接12V电源。

（5）下载口电路用USB口供电，通过下载口把程序导入单片机芯片内。

2.1.2按键模块

考虑各方面因素，决定采用独立键盘，键盘电路有四个按键组成作为开启电子钟和校时输入，他们接在单片机的P1口，还接有4个上拉电阻。

2.1.3LED显示电路

本次课程设计中，显示电路由八位共阳数码管组成。

显示电路采用4位共阳极LED数码管，从P1口输出段码，位控码从P2口经74HC573驱动输出。

2.2系统的原理图及PCB

其数字电子钟的原理图及其PCB板图见附录一。

3软件系统的设计

3.1单片机的使用情况

该数字电子钟用到了单片机的定时器的功能，此外用到了单片机的中断功能，在数据的显示时所采用的是查表的方法，因此需要将表格、数据存到单片机的程序存储器中去。

由于电子钟需要可以进行调节，因此，需要在单片机的P口上加上按键，本设计采用独立式键盘，直接接在P1口上且按键的结果存贮在单片机的内部数据存储器里面。

用到的LED显示器接到了单片机的P0口线上和P2口线上。

3.2各模块功能简要介绍

该数字电子钟所用的软件模块有监控模块、定时器模块、按键模块、LED显示模块。

（1）监控模块

监控模块即是主程序，用于对输入信号的处理、输出信号的控制和对各个功能模块的运用及其控制。

（2）定时器模块

选择定时器0，设置定时方式为方式1，设置定时时间为50mS。

（3）按键模块

采用独立式键盘，共用四个按键对电路进行控制和操作，分别为A、B、C、D来控制电子钟的开/关和调整。

（4）LED显示模块

该电子钟一通电即让它显示P.，按开启键即可显示时分秒，然后结合键盘操作还可以对时间进行调整。

3.3程序流程图

3.3.1整体设计的流程图

图2整体设计流程图

3.3.2“P.”点显示程序流程框图

图3“P.”显示子程序流程框图

3.3.3键扫描子程序流程框图

图4键扫子程序流程框图程框图

3.3.4显示子程序的流程图

图5显示子程序设计流程图

3.3.5加一子程序流程框图

图6加一子程序流程框图

3.3.6中断服务程序流程框图

图7中断服务流程框图

3.3.7键功能子程序流程框图

图8键功能子程序流程框图

3.4电子钟总体程序清单

电子钟程序清单（见附录）

4仿真测试及结果

4.1使用说明书

4.1.1时间显示

电子钟上电后,八个数码管显示初始状态即最右边的一个数码管显示P.。

按下A键后电子钟进入自动计时状态，电子钟显示00时00分00秒并开始运行。

在运行时，只有按下A键有效，其他键无效。

4.1.2时间调整

若要进行时间调整，则需再次按下A键，进入时间调整状态，然后分别按下B键调时，按下C键调分，按下D键调秒。

注意，B、C、D键每按一次只能进行加一。

调整好想要的时间后，按下A键就可以回到以调整好的时间为基础的自动计时状态。

无论是在自动计时，还是在调整校正时，都可按下复位键使系统回到显示P.的初始状态。

其中B键显示范围为0-23,0为24点；C键显示范围为0-59,0为60分；D键显示范围为0-59，0为60秒。

4.2仿真结果

4.2.1仿真的结果

图9上电或复位后数码管显示

图10A键按下后数码管显示

4.3误差分析

本数字电子钟在跟标准的电子钟比较时，时间稍微慢一点，产生此种情况的原因有：

其一是软件计时采用定时器的中断服务程序，执行中断程序需要一定时间，这个时间就是所产生的误差，这个误差是不可避免的。

其二是晶振不够标准，使得定时器定时时不够精准。

4.4设计体会

电子钟可以说是我们非常熟悉的东西，但是没有学单片机这门功课时，我从没想过它是怎么工作的。

在自己动手完成了这次课程设计之后，我才发现其实在我们身边有好多东西是要我们自己去研究的，要善于发现。

在这次设计过程中，我学到了很多，通过软件编程，我更加熟练了汇编语言的使用，更重要的是培养了一种勇于发现问题，面对问题，解决问题的精神。

结束语

在这次课程设计中，把课程上的知识完全动手用实物表现出来，灵活运用所学的知识。

子程序的编写大部分都是老师在课堂上或实验中为我们讲解过的，多个简单子程序的设计提高了自己的编程能力，对一个实际性的问题分析、设计和解决，自己对所学的知识也有了更加深刻的了解，在设计过程中也遇到过许多的问题，但通过自己查阅资料和请教老师、同学得以解决。

参考文献

［1］李广弟，朱月秀，冷祖祁.单片机基础［Ｍ］.北京：

北京航空航天大学出版社，2007

LiGuangdi,ZhuYueXiu,LengZuqi.Monolithicintegratedcircuitfoundation[M].

Beijing:

BeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsPublishinghouse,2007

［2］唐俊瞿，许雷，张群瞻.单片机原理与应用［Ｍ］.北京：

冶金工业出版社，2003

TangJunju,permitsthethunder,ZhangQunzhan.Themonolithicintegratedcircuitprinciple

withappliesthe[M].Beijing:

Metallurgicalindustrypublishinghouse,2003

［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

LiGuangfei.Themonolithicintegratedcircuitcurriculumdesignstheexampletoinstructthe[M].

Beijing:

BeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsPublishinghouse,2004.9

［4］张洪润，兰清华.单片机应用技术教程［Ｍ］.北京：

清华大学出版社，1997.11

ZhangHongRun,blueQinghua.Monolithicintegratedcircuitapplicationtechnologycourse[M].

Beijing:

QinghuaUniversitypublishinghouse,1997.11

［5］李华.MCS—51系列单片机实用接口技术［Ｍ］..北京：

北京航空航天大学出版社，1993

LiHua.MCS-51seriesmonolithicintegratedcircuitpracticalconnectiontechnology[M].Beijing:

BeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsPublishinghouse,1993

致谢

在这次课程设计的撰写过程中，我得到了许多人的帮助，首先我要感谢我的老师王韧老师的谆谆教诲，是他在课堂上耐心将电子钟的原理及设计思路详细讲解给我们听，王老师一向对他的学生要求严格，他在课堂上严格要求我们，这是对我们的负责。

在此期间，我不仅学到了许多专业知识，提高了自己的设计能力，而且也开阔了视野，学习到很多做人的道理。

他严肃的科学态度，严谨的治学精神，精益求精的工作作风，深深地感染和激励着我。

其次，我要感谢帮助过我的同学，他们也为我解决了不少我不太明白的设计上的难题，没有他们的帮助与鼓励我也不可能完成课程设计。

最后再一次感谢所有在设计中曾经帮助过我的良师益友和同学。

附录一

1电路原理图

2元器件布局

图12元器件分布

3PCB图

图13PCB图

4AutoCAD图

5元器件清单

表A元器件清单

名称

数量

参数

单片机

1个

AT89S52

共阳数码管

2个

4位一体

晶振

1个

12MHz

芯片插座

1个

20DIP

芯片插座

1个

40DIP

按键

10个

排阻

2个

10K

下载口座子

1个

十芯

六脚按键开关

1个

USB电源线加接口

1个

电阻

1个

200Ω

电阻

8个

470Ω

电阻

3个

1KΩ

电解电容

2个

22μf

瓷片电容

2个

33pf

PCB板子

1块

电源白色插座

1个

铜柱（带螺母）

4个

排阻

1个

470

集成芯片

1个

74HC573

附录二

程序清单

;*******************************************************************;

;项目名称:

数字式电子钟的