数字电子钟.docx

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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:

　　61素色　　　　　　

指导教师:

王韧　　职称副教授

专　　业：

　　电子信息工程

班　级：

　　　电子110班　　

完成时间:

　　　２013年1２月23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

本课程设计为数字电子钟的设计。

以ＡT89S52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以及时间和日期调整的功能。

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。

关键词　数字电子钟;单片机;LED显示　

AＢSTＲAＣＴ

Ｔhecoｕrse　ｄｅsigｎedfor　digｉtalelectroｎicclocｋｄesigns.ＴoＡT89Ｓ5２　ａstheｃore，wｉthｔheLEDdigitaltubedisplayaｎdｂutｔoｎs　prｏvｉde　usｅrswｉtｈloｎg-term,contｉｎuous，rｅｌiabｌeandstaｂｌewｏｒking　ｅnvironmeｎｔ．Thｅｄigｉtａｌｅlectroniｃcｌｏcｋandｓometｉｍesminutesaｎd　seconｄsdｉspｌayanddａtedisplａyaswｅll　as　timｅ　ａnｄｄaｔeadjuｓtmentｆuｎction．Syｓtemｓoftｗare　design　includestwoｐarts,thecomｐuｔeｒ　ｐrogramminｇｍｉcｒocoｎtroｌｌｅｒs．Computerｓoftｗareｐrogｒammingｔｏａchieve　thｅ　maｉnpaｒameteｒsettingｓ,seriａｌport　datａ　ｒeceiving，sｅnｄinｇ　coｍmands　anｄdata　dispｌayand　stoｒａgｅ．ＳCMsｏfｔwareｐｒogrammiｎgtｏachieｖethemaiｎｋeypad，LEDdisplaysthe　ｆunｃtiｏｎｓoｆ　eａchｍｏdulｅ,using　ａssemblyｌanguａｇｅ　proｇramming．

Keｙwｏｒdｓ　ｄiｇitａlelecｔronicｃloｃk；　micrｏｃomｐｕｔｅｒ；ＬＥD　Display

目　　录

1.１　设计任务ﻩ1

１.2　　功能要求ﻩ１

1.3总体方案及工作原理ﻩ1

2.1　硬件系统的模块ﻩ2

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

3.3程序流程图ﻩ4

4仿真测试及结果7

4.2仿真结果ﻩ7

４．3误差分析ﻩ8

４.４设计体会8

参考文献ﻩ10

致谢ﻩ11

附录1２

2　ＣAD原理图13

3元器件布局1４

4　元器件清单16

5程序清单ﻩ17

1设计任务及要求

１．１设计任务

我们的生活离不开时间,可以说时钟就是我们生存的一部分。

此次设计数字钟就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;小时的循环按1２进制进行;第一次按电子钟的开关键,电子钟从０0时00分00秒开始运行，进入时钟运行状态;再次按电子钟系统调整键，则电子钟进入时钟调整状态,此时可以进行时间的加减调整；继续按系统调整键可以进行相关项目的调整，等调整完毕之后继续按调整键即可跳出调整状态再次进入时钟运行状态。

1．3总体方案及工作原理

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。

设计中是采用单片机的内部定时器进行定时，程序框图如图１.1所示

整个电子钟的工作原理是：

在正常的供电状态下，首先利用单片机定时,到了相应的时间由单片机将所需要显示的数据送到LED显示器的输入口，当有键按下时则进入相应的按键显示和调整状态,进行按键调整。

图1　数字电子钟总设计框图

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—Fａlsh　ProgrａmmaｂｌeandErａsａblｅ　ReadOｎlyＭeｍorｙ）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PC的ＵＳB口供电，通过下载口把程序导入单片机芯片内。

下载口分别接在单片机的ＲST引脚以及P１5、P16、P1７口线上实现数据传送。

２.1.2按键模块

考虑各方面因素,决定采用独立键盘,这样的话只需四个按键即可。

其中，按下K1键进入时间设置方式,此时默认设置秒,按K2键进行加１设置，按K3键进行减1设置，直至设置完成后再次按下K０键,进入正常模式。

K0为开关键，可进行电子钟的开关操作。

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。

数码管的八个位控口接在AT８9S5２芯片的Ｐ２口线上，段控线接在P０口线上,如果直接接在单片机的口线上会造成数码管显示亮度不够多以为了显示正常,加了一个驱动芯片7４HC5７3。

2.2系统的原理图及PCB

在本次课程设计中,所绘制的PCB板图和原理图时采用的是Protel软件,Proｔel９９SE是Pｒoteｌ公司近１0年来致力于Windows平台开发的最新结晶，能实现从电学概念设计到输出物理生产数据，以及这之间的所有分析、验证和设计数据管理。

因而今天的Pｒoteｌ最新产品已不是单纯的PCB（印制电路板）设计工具,而是一个系统工具，覆盖了以PCB为核心的整个物理设计。

Proｔｅl设计系统是一套建立在IＢM兼容PC环境下的EＤA电路集成设计系统,由于其高度的集成性与扩展性，一经推出,立即为广大用户所接受，很快就成为世界ＰＣ平台上最流行的电子设计自动化软件。

其数字电子钟的原理图及其PCB板图见附录。

ﻬ3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P3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定时器模块、按键模块、LＥＤ显示模块。

（1）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。

（２）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Ｋ0、Ｋ1、Ｋ２、K3来控制电子钟的开／关和调整。

（3）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

在此次设计的过程中，我是采用模块的设计方法，一个一个实现功能，可以说如果完成了一个任务的程序框图，在本次课程设计的过程中,我都是采用这种思想进行数字电子钟的设计的。

因此,在设计的过程，让我能够很轻易的就抓住了主要的设计核心。

整体的设计框图如图2所示。

图2整体设计流程图

３.3．3　显示设计的流程图

图3　Led显示程序设计流程图

ﻬ4　仿真测试及结果

４.1　　设计结论及使用说明

（1）设计结论

　　　通过对单片机进行外接键盘和ＬＥD数码管的操作以及加上硬件电路和软件的结合,实现了该数字电钟显示P.以及时分秒的显示,同时还可实现对该电子钟进行调整的功能。

通过测试和仿真以及修改，该电子钟最终能正常的工作。

（２）使用说明

该数字电子钟采用八位数码管能实现时分秒的显示。

当电子钟一上电即可显示P.,设置数字钟的初始时间为0时0分0秒.用四个按键实现电子钟的显示和调整的功能,分别为K0,K1,Ｋ2,Ｋ3,其中K0键为开启键，且显示的是时分秒,开启之后K１键可实现切换的功能,即可实现时分秒的切换显示；按K２键可实现对时进行增大的调整,每按一下时的值就加一;K2可实现对时进行减小的调整，每按一下时的值就减一。

当对时分秒都调整完之后,再按一下Ｋ0键即可跳出调整的状态.

４.2　仿真结果

４．2.1仿真的结果

图４上电或复位后数码管显示

图5Ｋ0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：

其一是在执行程序指令时，由于需要耗费一定的时间，因此会比标准的电子钟要慢一点。

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

在本次数字电子钟的设计过程中，有许多感触,首先对汇编这门语言，我觉得这是一门逻辑性很强的语言，但同时也是一门比较容易掌握的语言。

这门语言和我们的实际联系很机密,比如说里面很多传送指令,都是根据实际存在的硬件而存在的，还有你面的与或指令、乘法、除法指令，其实都是和我们从小就学的数学息息相关的。

就汇编语言而言，对于同一种效果可以采用不同的汇编指令完成,也可以采用相同的汇编指令完成，但因为你所选用的方案不同使得所产生的效果也就有所不同，因此这也锻炼了我们在思考同一个问题，如果能够采用发散思维的话，往往会得到意想不到的结果。

谈完基本的工具之后，我要谈的就是这次的主题，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，谁也不会想它是怎么工作的，又是怎么做成的。

在我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,如果只在原地踏步的话，就会落后，随着社会的不断进步,我们身边的东西越来越高科技话，那么要我们学习的东西也就越来越多。

我觉得在这次设计过程中，我学到了很多,不仅仅是对汇编语言有了自己的想法,更重要的是培养了一种用于面对问题,解决问题的精神,在我们以后走向社会的道路上还不知道会遇到多少问题，如果有了这种精神的话，我相信无论多么困难的问题，都会迎刃而解的。

4.５教学建议

对于单片机这门功课，首先我觉得王老师采用“培养动手”这种的观念是非常好，单片机技术本身就是一门技术性的学科,如果只是学些理论知识，而不去进行一些实质性的操作的话无疑是纸上谈兵,最终还是学不到什么东西。

因此我觉得要使大家能够喜欢动手,首先还是要使大家对单片机产生一点兴趣,所以在开始的学习时，不能让大家学起来就好像有一座大山摆在前面,让人有一种不敢往前越的感觉。

学习了这么多年，我深深的体会到了一点就是如果老师能够采用换位的思想进行教学的话，会使得教学更加容易。

比如有些老师在教学时采用囫囵吞枣式的讲述，该重点讲述的不能讲清楚,而就那些抽象的东西讲来讲去，这是很多学生所不能接受的。

当然要把一个问题完完全全的讲述清楚是要花费很多时间的,那么短短的一堂课又能讲几个问题呢?

我觉得对于一个经典的问题如果能够让大家完完全全弄懂是很有收获的。

也就是说并不是说每一个问题都要给大家讲清楚的，只要把那些经典的问题讲清楚,然后进行一下拓展的话，这将是一笔巨大的收获。

讲了这么多还是要回到单片机技术中的“技术”两个字上来，我觉得现在的大学生学习东西之后,不知道学了这个东西应该去干什么。

就这一门课,首先它是一门技术，因此是应用到我们的实际生活中去的,而对于我们学习自动化的学生,又具体到了哪一方面呢?

如果能够让大家明白学习这门技术之后的走向,可以使得大家学习得更有目的性。

在这里我觉得王老师的教学还是比较有目的性的,而且给我们布置任务的要求也写得很清楚,这就使得我们能够更好更准确的完成所布置的任务。

总之,我觉得更重要是理论与实际的结合，更何况是一门技术性的学科,就更加离不开实践。

以认知应用开发过程为先导,先动手实践、再理论学习、以一个完整的单片机应用电路来打开单片机的学习之门。

号召同学们购买实验板,强化单片机训练,在我们的日常作业多做一些动手的作业时很有好处的，像对Ｐrｏtel、Ｋeｉl、Protｕes软件的操作时非常必要的。

不过我觉得在这些实际作业中也不要限制大家的思维,这样更有利用大家对软件的操作空间，也就更加能够提高大家对软件的掌握能力。

对于我们这一代人创新的能力可以说几乎是看不到的,这主要是我们从小就被固定化，无论什么东西都是要按照一个固定的模块来进行,虽然说这样可以是大家少走弯路,但是这就使得思维固定化了。

本人语言能力有限,就只能讲这么多了,希望王老师以后的工作顺顺利利。

ﻬ参考文献

［1］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,peｒｍｉtsthｅ　thundeｒ,Zhang　Quｎｚhａn.Themonoliｔhiｃ　inteｇratedcircuｉｔprｉncｉple

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［2]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

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Bｅijing　Ｕnｉｖersｉtyof　ＡｅｒonauticsandAｓｔrｏｎauｔics　Publｉsｈiｎghｏuse,　2０0７

［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

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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:

ＱinｇｈｕaＵniｖeｒsitypublｉshiｎg　house，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-5１sｅrｉeｓｍonｏliｔhicintegｒaｔeｄ　circｕｉtpｒacticalｃoｎｎecｔｉontｅｃhｎoloｇｙ[M]．　Beijinｇ:

Ｂｅijiｎg　Ｕnivｅrｓｉty　ofAeroｎautiｃsaｎｄAｓｔｒonａutiｃsＰublｉshｉnｇhouse,19９３

ﻬ致谢

本课题在选题及进行过程中得到王韧老师的悉心指导。

论文行文过程中,王老师多次帮助我分析思路,开拓视角。

王老师严谨求实的治学态度,踏实坚韧的工作精神，将使我终生受益。

再多华丽的言语也显苍白,在此,谨向王老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。

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在课程设计上给予我的指导、提供给我的支持和帮助，在此期间，我不仅学到了许多新的知识，而且也开阔了视野，提高了自己的设计能力。

其次，我要感