数字时钟课程设计.docx
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数字时钟课程设计
课程设计报告
课程设计名称：
数字时钟
系别：
三系
姓名：
班级：
_
学号：
____
成绩：
_
指导教师：
开课时间：
2013-2014学年二学期
内容
利用定时器设计一个电子钟，并定义一个启动键。
当按下该键时电子时钟从当前设定值开始走时。
按秒刷新，要求在LCD屏上显示。
三．具体要求
在课程设计时，1人一组，设计报告由学生独立完成，不得互相抄袭。
教师的主导作用主要在于指明设计思路，启发学生独立设计的思路，解答疑难问题和按设计进度进行阶段审查。
学生必须发挥自身学习的主动性和能动性，主动思考问题、分析问题和解决问题，而不应处处被动地依赖指导老师。
学生在设计中可以引用所需的参考资料，避免重复工作，加快设计进程，但必须和题目的要求相符合，保证设计的正确。
学生学会掌握和使用各种已有的技术资料，不能盲目地、机械地抄袭资料，必须具体分析，使设计质量和设计能力都获得提高。
学生要在老师的指导下制定好自己各环节的详细设计进程计划，按给定的时间计划保质保量的完成个阶段的设计任务。
设计中可边设计，边修改，软件设计与硬件设计可交替进行，问题答疑与调试和方案修改相结合，提高设计的效率，保证按时完成设计工作并交出合格的设计报告。
周四
周五
周一
周二
周三
讲课设内容，安排任务
查资料，确定硬件电路方案
画出程序流程图，写出程序清单
画出程序流程图，写出程序清单
写总结报告
四．进度安排
五．成绩评定
考核方法：
现场验收（占50%），课程设计报告（占50%）。
考核内容：
学习态度（出勤情况，平时表现等）、方案合理性、程序编制质量、演示效果、设计报告质量。
成绩评定：
优，良，中，及格，不及格。
特别说明：
如发现抄袭，按照不及格处理。
第一章系统概要
1.1系统背景
这些年，人们对数字时钟的要求也越来越高，传统的时钟已不能够满足人们的需求。
多功能数字钟不管在性能还是在样式上都发生了质的变化，有了电子闹钟，数字闹钟等等。
单片机在多功能数字钟中的应用已是非常普遍的，人们对数字钟的功能及工作顺序都非常的熟悉。
由单片机作为数字钟的核心控制器，可以通过它的时钟信号进行计时实现计时功能，将其时间数据经单片机输出，利用显示器显示出来。
通过键盘可以进行定时，校时功能。
输出设备显示器可以用液晶显示技术和数码管显示技术。
随着科学技术的发展电子技术产业结构调整，单片机开始迅速发展，由于家用电器逐渐普及，市场对于智能时钟控制系统的需求也越来越大。
数字时钟，就是以数字显示取代模拟表盘的钟表，在显示上它用数字反应此时的时间,它还能同时显示时，分，秒,而且能对时，分，秒准确校时，这是普通钟所不及的。
单片机的应用领域已从面向工业控制，通讯，交通，智能仪表等迅速发展到家用消费产品，办公自动化，汽车电子，PC机外围以及网络通讯等广大领域。
单片机系统座位一种典型的嵌入式系统，其系统设计包括硬件设计和软件设计编程设计两个方面，其调试过程一般分为软件调试，硬件调试，系统调试。
1.2系统功能
本次课程设计的主要任务是设计一个时钟计数器，也就是要做一个秒表，能够计数，并且按照我们平时的时间计数格式显示，当我们按下某个计数按键时候，这个计数系统就一秒一秒的计数，当计数到59秒就进位，显示分钟的部分加1，当计数分钟的数字显示到59，同样要进位，这时候时钟部分加1，如此循环下去。
当我们再次按下此按键时候，计数器暂停计数，此时显示器也就暂停在那个时候不再计数了，并且显示当前计数时间。
LCD显示器要求每显示一次就刷新一次，或者刷新频率更高些。
第二章系统硬件设计
2.1系统原理图
表2.1定时器显示控制系统的硬件构件划分
构建中文名称
构建英文名称
构建功能
类型
AW60最小系统
AW60-MinSys
AW60MCU的最小系统，包含BDM电路
核心构建
电源
Power
将+24V电压转换为+3.3V电压
中间构建
液晶显示
LCD
采用串行输入模式显示数据
终端构建
图2.1原理图
上图2.1中AW60是主要模块，所有的信号都是经过AW60模块进行处理，各个功能模块在AW60模块的连接下才能够协调运行起来。
图中，左边一块是各异晶振和两个电容连接，用来产生标准的时钟脉冲，在AW60上面连接的是LCD液晶显示器，用来动态显示当前所计数的秒数，右边一个模块是接地使用，最下面的是一个开关模块，用来在程序加载后由此开关控制何时开始计数，何时暂停计数，以及一些复位等操作。
2.2单片机（MCU）模块
2.2.1MC9S08AW60单片机性能概述
S80是单芯片8位微控制器解决法案。
MC9S08AW60/AW60/AW48/AW32/AW16是低成本高性能的8位微处理器单元（MCU）S08家族中的成员。
家族中有的MCU使用增强型S08S核，且使用不同的模块，存储空间，存储器类型与封装类型。
AW60系列主要常规模块和特点：
（1）最高达40MHz的CPU工作频率和20MHz的内部总线工作频率；时钟源选项包括晶振，谐振器，外部时钟或，内部产生的时钟。
（2）相比HC08CPU指令集，S08CPU增加了BGND指令。
（3）单线后台调试模式接口：
增强的断点能力，允许单一的断点设置在线调试（在片内调试模块增加了多于两个的断点）。
（4）内含32个中断/复位源；内含2KB的片内RAM；内含60KB的片内在线可编程的Flash存储器，带有块保护和安全选项。
（5）可选的计算机正常操作（COP）复位；低电压检测与复位或中断；非法操作码检测与复位；非法地址检测与复位。
（6）ADC：
多达16个通道，10个A/D转换器与动动比较功能；两个串行通信接口SCI模块与可选的13位中断；一个串行外设接口SPI模块；集成电路互联总线IIC模块运行高达100kbps的最高总线负载；8引脚键盘中断KBI模块。
（7）Timers：
1个2通道和一个6通道16位定时器/脉冲宽度调制器模块。
既有输入捕获，输出比较，脉宽调制功能。
AW子系列MCU的4种封装形式只是引脚数量和形式有所区别，其他方面是一致的。
2.2.2内部结构简图
图2.2AW60MCU内部结构框图
图2.2给出了SW60内部结构框图，它对于我们理解和应用AW60MCU有重要作用，在学习了基本方法后，应再反过来熟悉这个内部结构图，以便好好地理解AW60MCU的基本原理。
从内部结构框图可以看出，AW60主要有以下部件：
S08CPU,存储器，定时器接口模块，定时器模块，看门狗模块，通用I/O模块，串行通信模块（SCI），串行外设接口模块（SPI），I2C（IIC）模块，A/D转换模块，键盘中断模块，时钟发生器模块，复位与中断模块等。
2.3串行通信模块
2.3.1MAX232引脚图
在MCU中，若用RS-232总线进行串行通信，则需外界电路实现电平转换，在发送端需要用驱动电平将TTL电平转换成RS-232电平；在接收端，需要用接收电路将RS-232电平转换为TTL电平。
电平转换器不仅可以由晶振管分立元件构成，也可以直接使用集成电路。
目前使用MAX232芯片比较多，该芯片使用单一+5V电源供电实现电平转换，上图的引脚说明：
（1）VCC（16脚）：
正电源端，一般为+5V；
（2）GND（15脚）：
接地；
（3）Vs+（2脚）：
vs+=2vcc-1.5v=8.5v；
（4）Vs-（6脚）：
vs-=-2vcc-1.5v=-11.5v；
（5）C2+,C2-（4,5脚）：
一般接1uF的电解电容；
（6）C1+,C2-（1,3脚）：
一般接1uF的电解电容。
图2.3MAX232引脚
2.3.2串行通信的电路原理
1、焊接到PCB板上的MSX232芯片检测方法
正常情况下，
（1）T1IN=5V，则T1OUT=-9V；T1IN=0V；则T1OUT=9V。
（2）将R1IN与T1OUT相连，令T1IN=5V，则R1OUT=5V；令T1IN=0V，则T1OUT=0V。
具有串行通信接口的MCU，一般具有发送引脚（TxD）与接受引脚（RxD），不同公司或不同系列的MCU，使用的引脚缩写名可能不一致，但含义相同。
串行通信接口的外围硬件电路，主要目的是：
将MCU的发送引脚TxD与接收端引脚RxD的TTL电平，通过RS-232电平转换器芯片转换成RS-232电平，上图就是基本串行通信的电平转换电路。
2、MAX232芯片进行电平转换的基本原理
发送过程：
MCU的TxD（TTL电平）经过MAX232的11脚（T1IN）送到MAX232内部，在内部TTL电平被“提升”为232电平，通过14脚（T1OUT）发送出去。
接收过程：
外部232电平经过MAX232的13脚（R1IN）送入到MAX232的内部，在内部的电平被“降低”为TTL电平，经过12脚（R1OUT）送到MCU的RxD，进入MCU内部。
进行MCU的串行通信接口编程时，只针对MCU的发送与接收引脚，与MAX232无关，MAX232只是起到电平转换作用。
输入输出引脚分两组，基本含义如表2.2所示。
在实际使用时，若只需要一路串行通信接口，可以使用其中任何一组。
表2.2MAX232芯片输入输出引脚分类与基本接法
组别
TTL电平引脚
方向
典型接口
232电平引脚
方向
典型接口
1
11
12
输入
输出
接MCU的TxD
接MCU的RxD
13
14
输入
输出
连接到接口，与其它设备通过232相接
2
10
9
输入
输出
接MCU的TxD
接MCU的RxD
8
7
输入
输出
连接到接口，与其它设备通过232相接
图2.4SCI连接图
2.4液晶显示模块
2.4.1.点阵字符型LCD基本特点：
LCD作为电子信息产品的主要显示器件，相对于其他类型的显示器件来说有其自身的特点，主要包括：
（1）低电压，低功耗；
（2）平板型结构；
（3）使用寿命长；
（4）被动显示；
（5）显示信息量大且易于彩色化；
（6）无电磁辐射。
点阵字符型LCD是专门用于显示数字，字母，图形符号及少量自定义符号的液晶显示器。
这类显示器把LCD控制器，点阵驱动器，字符存储器，显示体及少量的阻容元件等集成一个液晶显示模板。
鉴于字符型液晶显示模块目前在国际上已经规范化，其电特性及接口特性是统一的，只要设计出一种型号的接口电路，在指令上稍加修改即可使用各种规格的字符型液晶显示器模块。
点阵字符型液晶显示器模块的控制器大多数为日立公司生产的HD44780及其兼容的控制电路，如：
SED1278（SEIKOEPSON）；KS0066（SAMSUNG）；NJU6408（NERJAPANRADIO）等。
2.4.2字符型液晶显示器模块的特点如下：
（1）液晶显示屏是以若干5*8或5*11点阵块等组成的显示字符群。
每个点阵块块为一个字符位，字符间距和行间距都是一个点的宽度。
（2）主控制电路为HD44780（HITACHI及其他公司的兼容电路。
从程序员的角度来看LCD显示接口与编程是面向HD44780的，只要了解HD44780的编程结构即可进行LCD的显示编程。
（3）内部具有字符发生器ROM，可显示192种字符。
（4）具有64字节的字符发生器RAM，可以定义8个5*8点阵字符或4个5*11的点阵字符。
（5）具有64字节的数据显示RAM，供显示器编程使用。
（6）标准接口特性，与MC9S08系列的MCU容易接口。
（7）模块结构紧凑，轻巧，装配容易。
（8）单+5V电源供电（宽温型需要加-7V驱动电源）。
（9）低功耗，高可靠性。
图2.5MCU控制液晶显示接口连线图
第三章系统软件设计
3.1MCU方（C）程序
3.1.1主程序（main.c）
//-------------------------------------------------------------------------*
//工程名:
Timer
//硬件连接:
MCU的串口与PC方的串口相连
//程序描述:
//
（1）打开程序目录中的Timer1.exe,用串口发生给MCU表示时间的3字节数据
//
（2）利用定时器溢出中断修改时间,并发送新时间
//目的:
学习定时器基本功能
//说明:
无
//----------------苏州大学飞思卡尔嵌入式系统实验室2010年-------------------*
//总头文件
#include"Includes.h"
//在此添加全局变量定义
uint8time[6];//记录时间的数组
voidmain（void）
{uint8i=0;
uint8LCDbuff[]="..........................";//32个空格，显示屏初始字符
uint8remember;//记录当前秒数的变量
//1关总中断
DisableInterrupt（）;//禁止总中断
//2芯片初始化
MCUInit（）;
//3模块初始化
TPMinit
（1）;//
（1）定时器1初始化
SCIInit（1,SYSTEM_CLOCK,9600）;//
（2）串行口初始化
//4内存初始化
time[0]=23;//
（1）"时分秒"缓存初始化（00:
00:
00）
time[1]=59;
time[2]=55;
time[3]=31;//
（1）""缓存初始化（00:
00:
00）
time[4]=7;
time[5]=14;
remember=time[2];//
（2）临时变量remember初始化
LCDshow（LCDbuff）;//显示初始字符
//5开放中断
EnableSCIReInt（）;//
（1）开放串口接受中断
EnabletimerInt
（1）;//
（2）开放定时器1溢出中断
EnableInterrupt（）;//（3）开放总中断
//6主循环
while
（1）
{if（GPIO_Get（LCD_Run_PORT,0）==LCD_Run）
{EnabletimerInt
（1）;
if（time[2]!
=remember）
{SCISendN（1,6,time）;
LCDbuff[4]=time[5]/10+'0';
LCDbuff[5]=time[5]%10+'0';
LCDbuff[6]='/';
LCDbuff[7]=time[4]/10+'0';
LCDbuff[8]=time[4]%10+'0';
LCDbuff[9]='/';
LCDbuff[10]=time[3]/10+'0';
LCDbuff[11]=time[3]%10+'0';
LCDbuff[20]=time[0]/10+'0';
LCDbuff[21]=time[0]%10+'0';
LCDbuff[22]=':
';
LCDbuff[23]=time[1]/10+'0';
LCDbuff[24]=time[1]%10+'0';
LCDbuff[25]=':
';
LCDbuff[26]=time[2]/10+'0';
LCDbuff[27]=time[2]%10+'0';
LCDshow（LCDbuff）;
remember=time[2];
}
}
if（GPIO_Get（LCD_Run_PORT,0）!
=LCD_Run）{
DisabletimerInt
（1）;}
}
}
3.1.2中断子程序（Isr.c）
//-------------------------------------------------------------------------*
//文件名:
isr.c
//说明:
中断处理函数文件
//-------------------------------------------------------------------------*
//头文件
#include"isr.h"
//此处为用户新定义中断处理函数的存放处
//-------------------------------------------------------------------------*
//函数名:
isrT1Out
//功能:
定时器1溢出中断处理函数,以秒为最小单位计时,并清定时器1溢出标志位*
//参数:
无
//返回:
无
//说明:
调用SecAdd1函数
//-------------------------------------------------------------------------*
interruptvoidisrT1Out（void）
{uint8temp;
DisableInterrupt（）;//禁止总中断
SecAdd1（time）;//1s到,递增时,分,秒缓冲区的值
//清定时器1溢出标志
temp=TPM_CSTR
（1）;//读取定时器1状态和控制寄存器TPM1SC
TPM_CSTR
（1）&=~（TPM1SC_TOF_MASK）;//向定时器溢出标志位TOF写0
EnableInterrupt（）;//开放总中断
}
//-------------------------------------------------------------------------*
//函数名:
isrSCIre
//功能:
SCI接收中断处理函数,接收3个字节数据作为基准时分秒的值,放入
//time[0-2]
//参数:
无
//返回:
无
//说明:
调用了SCIReN函数
//-------------------------------------------------------------------------*
interruptvoidisrSCIre（void）
{uint8temp;
DisableInterrupt（）;//禁止总中断
temp=SCIReN（1,6,time）;//接收6个字节,放入time数组
EnableInterrupt（）;//开放总中断
}
//未定义的中断处理函数,本函数不能删除
interruptvoidisrDummy（void）
{
}
//中断处理子程序类型定义
typedefvoid（*ISR_func_t）（void）;
//中断矢量表，如果需要定义其它中断函数，请修改下表中的相应项目
constISR_func_tISR_vectors[]@0xFFCC=
{isrDummy,//0xFFCC//RTI（periodicinterrupt）vector
isrDummy,//0xFFCE//IICvector
isrDummy,//0xFFD0//analogtodigitalconversionvector
isrDummy,//0xFFD2//keyboardvector
isrDummy,//0xFFD4//SCI2transmitvector
isrDummy,//0xFFD6//SCI2receivevector
isrDummy,//0xFFD8//SCI2errorvector
isrDummy,//0xFFDA//SCI1transmitvector
isrSCIre,//0xFFDC//SCI1receivevector
isrDummy,//0xFFDE//SCI1errorvector
isrDummy,//0xFFE0//SPIvector
isrDummy,//0xFFE2//TPM2overflowvector
isrDummy,//0xFFE4//TPM2channel1vector
isrDummy,//0xFFE6//TPM2channel0vector
isrT1Out,//0xFFE8//TPM1overflowvector
isrDummy,//0xFFEA//TPM1channel5vector
isrDummy,//0xFFEC//TPM1channel4vector
isrDummy,//0xFFEE//TPM1channel3vector
isrDummy,//0xFFF0//TPM1channel2vector
isrDummy,//0xFFF2//TPM1channel1vector
isrDummy,//0xFFF4//TPM1channel0vector
isrDummy,//0xFFF6//ICGvector
isrDummy,//0xFFF8//lowvoltagedetectvector
isrDummy,//0xFFFA//IRQpinvector
isrDummy//0xFFFC//SWIvector
//RESETdefinedinProject.prm
};
3.1.3LCD子程序（LCD.c）
//-------------------------------------------------------------------------*
//文件名:
LCD.c
//说明:
LCD驱动
//-------------------------------------------------------------------------*
#include"LCD.h"//该头文件包含寄存器及相关位定义
//-------------------------------------------------------------------------*
//函数名:
LCDinit
//功能:
初始化LCD（HD44780）,设置显示方式,输入方式,并清屏
//参数:
无
//返回:
无
//说明:
调用了LCDcommand函数
//-------------------------------------------------------------------------*
voidLCDinit（void）
{uint16i;
//定义数据口（PTA0-7）为输出
LCDdataD=0b11111111;
//||||||||
//|||||||+--------PTA0
//||||||+---------PTA1
//|||||+----------PTA2
//||||+-----------PTA3
//|
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