课程设计51单片机数字时钟要点.docx

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课程设计51单片机数字时钟要点

HarbinInstituteofTechnology

课程设计说明书（论文）

课程名称：

课程设计

设计题目：

数字日历钟表的设计

院系：

电信学院通信工程

班级：

设计者：

学号：

指导教师：

设计时间：

2013.6.12-3013.6.18

哈尔滨工业大学

哈尔滨工业大学课程设计任务书

姓名：

院（系）：

专业：

班号：

任务起至日期：

年月日至年月日

课程设计题目：

数字日历钟的设计

已知技术参数和设计要求：

1．数码管显示：

秒、分、时（可同时显示，也可轮换显示）

2．能够设置时间，“设置按键”数量不限，以简单合理易用为好。

3．误差：

1秒／天（报告中要论述分析是否满足要求）

扩展（优秀必作）

1．设置校准键：

当数字钟显示在“整点±30秒”范围时，按动“校准键”，数字钟即刻被调整到整点，消除了±30秒的误差。

2．加上“星期”显示（可以预置），并可以对其进行设置。

其他要求：

1．按动员老师的要求、课程设计报告规范进行设计

2．不允许使用时数字钟表、日历专用IC电路。

3．可以使用通用器件：

模拟、数字、单片机、EPLD、模块电路等。

4．设计方法不限。

工作量：

1.查找资料

2.设计论证方案

3.具体各个电路选择、元器件选择和数值计算

4.具体说明各部分电路图的工作原理

5.绘制电路原理图

6.绘制印刷电路图

7.元器件列表

8.编写调试操作

9.打印论文

工作计划安排：

1.查阅资料：

2.方案论证

3.设计、分析、计算、模拟调试、仿真、设计原理

4.撰写报告：

课程设计要求、方案论证、原理论述（原理框图、原理图）、分析、计算、仿真，PCB图的设计，误差分析、总结，参考文献等

5.上交课程设计论文2013-6-19

同组设计者及分工：

指导教师签字___________________

年月日

教研室主任意见：

教研室主任签字___________________

年月日

*注：

此任务书由课程设计指导教师填写

数字日历钟的设计

一、课程设计要求

1.数码管显示：

秒、分、时（可同时显示，也可轮换显示）

2.能够设置时间，“设置按键”数量不限，以简单合理易用为好。

3.误差：

1秒／天（报告中要论述分析是否满足要求）

4.设置校准键：

当数字钟显示在“整点±30秒”范围时，按动“校准键”，数字钟即刻被调整到整点，消除了±30秒的误差。

5．加上“星期”显示（可以预置），并可以对其进行设置。

二、方案论证

2.1单片机芯片的选择方案和论证

方案一：

采用89C51芯片作为硬件核心，其内部采用FlashROM，具有4KBROM存储空间,能于3V的超低压工作，但

运用于电路设计中时由于不具备ISP在线编程技术,烧入程序时需要专门的C编程器（当前可用的实验烧写开发板只支持具有ISP在线编程功能的AT89S＊＊系列的芯片），当在对电路进行调试时，更显麻烦，并且增加了造价，

方案二：

采用89S51芯片作为主控模块，AT89S51是MCS-51系列单片机目前运用较多的一种芯片，采用FlashROM，内部具有4KBROM存储空间,能于3V的超低压工作，而且具备ISP在线编程技术，方便对电路进行调试.但由于程序的错误修改或对程序的新增功能需要烧入程序时，对芯片的多次拔插会对芯片造成一定的损坏。

针对该问题，可采用易于插拔的芯片插槽，芯片的程序烧写用专门的实验板进行烧写（当前可用的实验烧写开发板支持AT89S＊＊系列）.AT89S51单片机的功能引脚图如下图所示:

AT89S51单片机的功能引脚图

所以选择采用AT89S51作为主控制系统。

2.3时钟芯片的选择方案和论证

方案一：

采用DS1302时钟芯片实现时钟，DS1302芯片是一种高性能的时钟芯片，可自动对秒、分、时、日、周、月、年以及闰年补偿的年进行计数，精度也较高,工作电压2.5V～5.5V范围内，功耗也较低，但价格比较贵，且目前市场上采购不到

方案二：

直接采用单片机定时计数器提供秒信号，使用程序实现时、分、秒计数。

采用此种方案实现虽然有一定的时间误差，但可减少少芯片的使用，节约成本，易于实现，符合初学者实验选用。

所以采用方案二。

综上各方案所述,对此次作品的方案选定:

采用AT89S51作为主控制系统;通过软件编程采用定时器定时实现秒.分.时计时;LED数码管静态显示时间。

三、原理论述

单片机控制的数字钟的硬件结构与软件设计,给出了汇编语言源程序。

此数字钟是一个将“时”、“分”、“秒”显示于人的视觉器官的计时装置。

显示器件选用LED七段数码管。

在译码显示电路输出的驱动下，显示出清晰、直观的数字符号。

针对数字钟会产生走时误差的现象，在电路中就设计有有校准时间功能的电路。

使用动态数码显示的方法，运用独立式按键识别过程，按“时”，“分”，“秒”数据送出显示处理方法。

这里采用应用广泛的80C51单片机作为时钟控制芯片，利用单片机内部的定时/计数器T0实现软时钟的目的。

首先将T0设定工作于定时方式1，对机器周期计数形成基准时间（50ms），然后使用循环的程序结构使基准时间计数20次从而形成秒，秒计60次形成分，分计60形成小时，小时计到24形成一天，天计到7形成一星期，再重新循环。

最后通过数码管把它们的内容在相应的位置显示出来，达到时、分、秒计时的功能。

3.1系统原理图

AT89C51的P1口接入三个按键，对时、分、秒进行调整。

P0口输出字段码，控制要显示的字符，外接74LS245芯片，驱动LED显示。

P3口输出字位码，去控制要显示的位，其原理图如图3-6所示。

图3-6电子钟原理图

当接入电源时，数字电子钟以秒为单位开始计时。

运行状态下，按下控制按键S-SET，对秒进行调整；按下M-SET调整分钟；按下H-SET对小时进行调整。

这样通过三个按键，分别对时、分、秒进行调整，从而实现调时。

3.2程序设计流程图

这次的数字电子钟设计用到很多子程序，它们的流程图如下所示。

主程序是先开始，然后启动定时器，定时器启动后在进行按键检测，检测完后，就可以显示时间。

图4-1主程序流程图

按键处理是先检测秒按键是否按下，秒按键如果按下，秒就加1；如果没有按下，就检测分按键是否按下，分按键如果按下，分就加1；如果没有按下，就检测时按键是否按下，时按键如果按下，时就加1；如果没有按下，就把时间显示出来。

图4-2按键处理流程图

定时器中断时是先检测1秒是否到，1秒如果到，秒单元就加1；如果没到，就检测1分钟是否到，1分钟如果到，分单元就加1；如果没到，就检测1小时是否到，1小时如果到，时单元就加1，如果没到，就检测1天是否到，1议案如果到，天单元就加1，如果没到，就显示时间。

图4-3定时器中断流程图

时间显示是先秒个位计算显示，然后是秒十位计算显示，再是分个位计算显示，再然后是分十位显示，再就是时个位计算显示，然后是时十位显示，最后是天的显示。

3.3时钟程序设计步骤

（1）选择工作方式，计算初值；

（2）采用中断方式进行溢出次数累计；

（3）从秒——分——时的计时是通过累加和数值比较实现的；

（4）时钟显示缓冲区：

时钟时间在方位数码管上进行显示，为此在内部

RAM中要设置显示缓冲区，共6个地址单元。

显示缓冲区从左到右依次存放时、分、秒数值；

（5）主程序：

主要进行定时器/计数器的初始化编程，然后反复调用显示

子程序的方法等待中断的到来。

（6）中断服务程序：

进行计时操作

（7）加1子程序：

用于完成对时、分、秒的加操作，中断服务程序在秒、

分、时加1时共有三种条调用加1子程序，包括三项内容：

合字、加1并进行十进制调整、分字。

四、分析运算

4.1硬件部分

采用7SEG-MPX8-CC八个共阴二极管显示器来显示日期和时间。

通过设置功能按键来实现调整日期和整点调时的功能。

电路连接使用PCB，使电路连接简洁美观。

4.2软件部分

（1）“时钟”基准时间由单片机内部的定时中断T0提供，考虑因素：

定时时间是“秒”的整除数，且长短适宜。

最长不能超过16位定时器的最长定时时间；最短不能少于中断服务程序的执行时间。

基准时间越短，越有利于提高时钟的运行精确度。

基准时间定为0.05秒。

（2）用一个计数器对定时中断的次数进行计数，由基准时间为0.05秒知计数值为20即可实现“秒”定时，同理进行“分”﹑“时”定时。

4.3计算

该部分主要是对51单片机内部定时中断T0的计时初值进行计算。

该单片机使用的晶振为内部晶振，因此晶振频率为fosc=12MHz，机器周期为Tj=12/fosc=12/12×106=1us。

由上面分析可知，定时时间T=50ms

定时初值为X=216-T/Tj=65536-50000=15536=3CB0H

五、程序

简要说明：

实现24小时制电子钟，8位数码管显示，显示时分秒

显示格式：

23-59-59（小时十位如果为0则不显示）

P0口输出段选信号，P2口输出位选信号

P1.2为调时按钮，P1.1为调分按钮；晶振12M

源程序如下：

S_SETBITP1.0;数字钟秒控制位

M_SETBITP1.1;分钟控制位

H_SETBITP1.2;小时控制位

D_SETBITP1.3;天控制位

SECONDEQU30H

MINUTEEQU31H

HOUREQU32H

DAYEQU33H

TCNTEQU34H

ORG00H

SJMPSTART

ORG0BH

LJMPINT_T0

START:

MOVDPTR,#TABLE

MOVHOUR,#0;初始化

MOVMINUTE,#0

MOVSECOND,#0

MOVDAY,#0

MOVTCNT,#0

MOVTMOD,#01H

MOVTH0,#（65536-50000）/256;定时50毫秒

MOVTL0,#（65536-50000）MOD256

MOVIE,#82H

SETBTR0

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

;判断是否有控制键按下,是哪一个键按下

A1:

LCALLDISPLAY

JNBS_SET,S1

JNBM_SET,S2

JNBH_SET,S3

LJMPA1

S1:

LCALLDELAY;去抖动

JBS_SET,A1

INCSECOND;秒值加1

MOVA,SECOND

CJNEA,#60,J0;判断是否加到60秒

MOVSECOND,#0

LJMPK1

S2:

LCALLDELAY

JBM_SET,A1

K1:

INCMINUTE;分钟值加1

MOVA,MINUTE

CJNEA,#60,J1;判断是否加到60分

MOVMINUTE,#0

LJMPK2

S3:

LCALLDELAY

JBH_SET,A1

K2:

INCHOUR;小时值加1

MOVA,HOUR

CJNEA,#24,J2;判断是否加到24小时

MOVHOUR,#0

LJMPK3

K3:

INCDAY;天值加1

MOVMINUTE,#0

MOVSECOND,#0

LJMPA1;等待按键抬起

J0:

JBS_SET,A1

LCALLDISPLAY

SJMPJ0

J1:

JBM_SET,A1

LCALLDISPLAY

SJMPJ1

J2:

JBH_SET,A1

LCALLDISPLAY

SJMPJ2;定时器中断服务程序,对秒,分钟和小时的计数

INT_T0:

MOVTH0,#（65536-50000）/256

MOVTL0,#（65536-50000）MOD256

INCTCNT

MOVA,TCNT

CJNEA,#20,RETUNE;计时1秒

INCSECOND

MOVTCNT,#0

MOVA,SECOND

CJNEA,#60,RETUNE

INCMINUTE

MOVSECOND,#0

MOVA,MINUTE

CJNEA,#60,RETUNE

INCHOUR

MOVMINUTE,#0

MOVA,HOUR

CJNEA,#24,RETUNE

MOVHOUR,#0

MOVMINUTE,#0

MOVSECOND,#0

MOVTCNT,#0

RETUNE:

RETI;

显示控制子程序

DISPLAY:

MOVA,SECOND;显示秒

MOVB,#10

DIVAB

CLRP3.6

MOVCA,@A+DPTR

MOVP0,A

LCALLDELAY

SETBP3.6

MOVA,B

CLRP3.7

MOVCA,@A+DPTR

MOVP0,A

LCALLDELAY

SETBP3.7

CLRP3.5

MOVP0,#40H;显示分隔符

LCALLDELAY

SETBP3.5

MOVA,MINUTE;显示分钟

MOVB,#10

DIVAB

CLRP3.3

MOVCA,@A+DPTR

MOVP0,A

LCALLDELAY

SETBP3.3

MOVA,B

CLRP3.4

MOVCA,@A+DPTR

MOVP0,A

LCALLDELAY

SETBP3.4

CLRP3.2

MOVP0,#40H;显示分隔符

LCALLDELAY

SETBP3.2

MOVA,HOUR;显示小时

MOVB,#10

DIVAB

CLRP3.0

MOVCA,@A+DPTR

MOVP0,A

LCALLDELAY

SETBP3.0

MOVA,B

CLRP3.1

MOVCA,@A+DPTR

MOVP0,A

LCALLDELAY

SETBP3.1

RET

TABLE:

DB3FH,06H,5BH,4FH,66H

DB6DH,7DH,07H,7FH,6FH

DELAY:

MOVR6,#10

D1:

MOVR7,#250

DJNZR7,$

DJNZR6,D1

RET

END

六、调试与运行

6.1电路仿真

此设计的电路在单片机仿真软件[Proteus.Professional.7.1]中进行仿真，仿真电路如图5-1所示：

图5-1电子钟仿真电路图

6.2调试和运行

在KEIL（单片机汇编）C51软件中编写好的程序，将程序放入单片机仿真软件中，结合硬件电路进行调试与运行。

通过按键对时间进行调整。

如显示时间为14-30-22，既是14点30分22秒，通过以下调整则可实现。

（1）按动S-SET键，将秒调到22；

（2）按动M-SET键，将分调到30；

（3）按动H-SET键，将时调到14。

则将时间调到了所要显示的时间14-30-22，通过此方法可将时间调整到任何需要显示的时间。

七、PCB图的设计

8、总结

通过这次单片机课程设计，发现了自身所学知识存在许多的不足和问题，同时也学到了不少东西，提高了动手实践的能力.　

在整个设计过程中，从设计方案的确定，到具体电路的设计，最后到总体电路的联接构建工程量是比较大的，单靠个人能力，很多方面考虑不周，有的地方甚至毫无头绪，想不出具体方案，因此，绝对不能心急，不明白的地方和其它的同学共同讨论研究，毕竟群策群力办法要多些。

作为初学者，尽管这次设计中遇到了许多难题，但也都一一得以解决。

比如程序编写中，由于思路不清晰，开始时遇到了很多的问题，经过静下心来思考，和同学们的共同讨论，理清了思路，反而得心应手。

虽然此次课程设计的作品有些简单，但是通过自己的努力最终把电路成功设计出来，个人觉得还是很有成就感的，更为重要的是实实在在学到了不少东西，使自己这方面的知识技能有了很大的进步。

因此，我自己觉得这次课程设计对我而言算得上是一次全新的尝试，也是一个小小的成功，更是一次很好的锻炼，让我有了全方位的提高和进步。

九、设计相关说明

元器件清单：

单片机：

80C51

按键：

BUTTON

电阻：

RES

电容：

CAP

晶振：

CRYSTAL

LED数码管：

7SEG-MPX8-CA-BLUE（CA：

共阳，CC：

共阴）

地：

GRAND

电源：

POWER

十、参考文献

[1]《单片机原理与应用》宗成阁编著

[2]《单片机应用与仿真调试》严天峰编著

[3]《模拟电子技术（第三版）》胡宴如耿苏燕编著

[4]《数字电子技术（第三版）》杨志忠卫桦林编著