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课程设计智能电子钟
摘要
单片机经过几十年的发展，已经广泛应用于生活中的各个领域。
单片机以其体积小、功能全、性价比高等诸多优点，在许多行业都得到了广泛应用。
在工业控制、家用电器、通信设备、信息处理、尖端武器等各种测控领域的应用中独占鳌头，单片机开发技术已成为电子信息、电气、通信、自动化、机电一体化等专业技术人员必须掌握的技术。
基于单片机的智能电子钟作为设计的课题，因为它有很好的开放性和可发挥性，对作者的要求比较高，不仅考察了对单片机的掌握能力而且强调了对单片机扩展的应用。
另外LCD的智能电子钟已经越来越流行，它具有显示清晰直观、走时准确、可以进行夜视等功能，并且还可以扩展出其它多种功能。
所以，智能电子钟作为设计课题很有价值。
随着科技的发展，单片机的应用正在不断深入，涉及到日常生活的方方面面。
本设计是基于单片机AT89S51为控制核心，以液晶为显示的数字时钟。
本数字时钟设计的原理相对简单，所以硬件电路也相对简单，难点和重点主要放在C语言的编程上，使用到定时器的子程序、延时程序、时分秒的控制程序、液晶模块和单片机模块的初始化程序、液晶显示的程序等，各个函数交叉调用，配合主程序的运行。
关键字：
LCD1602AT89S51定时器
第一章设计要求
1.1LCD电子钟的功能要求
（1）能显示年、月、日、时、分、秒（通常显示时、分、秒）；
（2）能对年、月、日、时、分、秒进行预置；
（3）具有定时功能，定时时间到声光报告。
1.2智能电子钟的设计要求
（1）主控部分：
选择单片机为核心元件构成系统。
（2）1602LCD主要技术参数：
显示容量:
16×2个字符；芯片工作电压:
4.5—5.5V；工作电流:
2.0mA（5.0V）；模块最佳工作电压:
5.0V；字符尺寸:
2.95×4.35（W×H）mm。
（3）功能设计：
采用了AT89S52型单片机，1602LCD液晶显示屏，蜂鸣器、发光二极管。
为了实现时钟，定时，闹钟，秒表的功能，用到了单片机的外部中断，计时器中断，及Ｉ／Ｏ端口。
（4）S0显示日期（按下显示日期，弹起后回到显示时间状态）；
S1显示闹钟（按下显示闹钟，弹起后回到显示时间状态）；
S2设置日期（按键1次设置年，2次设置月，3次设置日）；
S3设置时间（按键1次设置星期，2次设置时，3次设置分，4次设置秒）；
S4设置闹钟（按键1次设置时，2次设置分，3次设置秒）；
S5增加一（设置中对所选择变量加一）；
S6减少一（设置中对所选择变量减一）。
（5）主程序循环显示当前的时间并扫描按键S0对应P3.0（显示日期）和按键S1对应P3.1（显示闹钟时刻）是否有按下，并比较判断定时时刻是否到达；按键S2对应INT0中断用来设置日期，每按下一次可分别对年、月、日进行设置，P3.6和P3.7用来对所要设置的属性进行加一和减一操作，S7对应的P2.4统一的返回键，当处在中断设置状态时按此键可以返回至正常显示时间状态；按键S3对应INT1中断用来设置时间，操作同上面的日期设置；按键S4对应定时器T0，让T0工作在计数模式，通过设置计数初值为最大，当P3.3管脚来一个低电平时，加一后计数器产生溢出中断，以此用作外部中断来设置闹钟时刻。
第二章方案选择与系统框图及工作原理
2.1方案选择
本次实验采用了AT89S52型单片机，1602LCD液晶显示屏，蜂鸣器、发光二极管。
为了实现时钟，定时，闹钟，秒表的功能，用到了单片机的外部中断，计时器中断，及Ｉ／Ｏ端口．
2.2系统框图
图2.1系统框图
2.3工作原理
程序循环显示当前的时间并扫描按键S0对应P3.0（显示日期）和按键S1对应P3.1（显示闹钟时刻）是否有按下，并比较判断定时时刻是否到达；按键S2对应INT0中断用来设置日期，每按下一次可分别对年、月、日进行设置，P3.6和P3.7用来对所要设置的属性进行加一和减一操作，S7对应的P2.4统一的返回键，当处在中断设置状态时按此键可以返回至正常显示时间状态；按键S3对应INT1中断用来设置时间，操作同上面的日期设置；按键S4对应定时器T0，让T0工作在计数模式，通过设置计数初值为最大，当P3.3管脚来一个低电平时，加一后计数器产生溢出中断，以此用作外部中断来设置闹钟时刻。
第三章硬件电路设计与分析
3.1控制模块
1.AT89S52
图3.1.1AT89S52模块
2.晶振电路
图3.1.2晶振电路
3.复位电路
图3.1.3复位电路
以上三部分构成了单片机最小系统，其中P0和P2口的部分管脚接显示模块，P3口接控制模块，P2口的部分管脚接报警模块。
3.2显示模块
图3.2.1显示模块
1602LCD主要技术参数：
显示容量:
16×2个字符
芯片工作电压:
4.5—5.5V
工作电流:
2.0mA（5.0V）
模块最佳工作电压:
5.0V
字符尺寸:
2.95×4.35（W×H）mm
引脚功能说明：
1602LCD采用标准的14脚（无背光）或16脚（带背光）接口，各引脚接口说明如下表3.2.1所示:
表3.2.1引脚接口说明表
编号
符号
引脚说明
编号
符号
引脚说明
1
VSS
电源地
9
D2
数据
2
VDD
电源正极
10
D3
数据
3
VL
液晶显示偏压
11
D4
数据
4
RS
数据/命令选择
12
D5
数据
5
R/W
读/写选择
13
D6
数据
6
E
使能信号
14
D7
数据
7
D0
数据
15
BLA
背光源正极
8
D1
数据
16
BLK
背光源负极
第1脚：
VSS为地电源。
第2脚：
VDD接5V正电源。
第3脚：
VL为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地时对比度最高，对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度。
第4脚：
RS为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。
第5脚：
R/W为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。
当RS和R/W共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当RS为低电平R/W为高电平时可以读忙信号，当RS为高电平R/W为低电平时可以写入数据。
第6脚：
E端为使能端，当E端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。
第7～14脚：
D0～D7为8位双向数据线。
第15脚：
背光源正极。
第16脚：
背光源负极。
硬件连接原理图如下：
图3.2.2硬件连接原理图
3.3按键电路
图3.3.1按键电路图
S0显示日期（按下显示日期，弹起后回到显示时间状态）；
S1显示闹钟（按下显示闹钟，弹起后回到显示时间状态）；
S2设置日期（按键1次设置年，2次设置月，3次设置日）；
S3设置时间（按键1次设置星期，2次设置时，3次设置分，4次设置秒）；
S4设置闹钟（按键1次设置时，2次设置分，3次设置秒）；
S5增加一（设置中对所选择变量加一）；
S6减少一（设置中对所选择变量减一）；
3.4报警部分模块
图3.4.1报警部分模块
第四章软件设计与分析
4.1基本资源的使用
本次实验采用了AT89S52型单片机，1602LCD液晶显示屏，蜂鸣器、发光二极管。
为了实现时钟，定时，闹钟，秒表的功能，用到了单片机的外部中断，计时器中断，及Ｉ／Ｏ端口．
表4.2.1资源功能表
资源
功能
外部中断
外部中断INT1
设置时分秒（每按一次改变设置类型）
外部中断INT0
设置年月日（每按一次改变设置类型）
定时器
定时器T0
用溢出中断设置闹钟（每按一次改变设置类型）
定时器T1
定时器中断（每隔1S调整一次时间）
I/O端口
P0，P2，P3
LCD接口，蜂鸣器、发光二极管、按键
4.2程序设计的基本思路
主程序循环显示当前的时间并扫描按键S0对应P3.0（显示日期）和按键S1对应P3.1（显示闹钟时刻）是否有按下，并比较判断定时时刻是否到达；按键S2对应INT0中断用来设置日期，每按下一次可分别对年、月、日进行设置，P3.6和P3.7用来对所要设置的属性进行加一和减一操作，S7对应的P2.4统一的返回键，当处在中断设置状态时按此键可以返回至正常显示时间状态；按键S3对应INT1中断用来设置时间，操作同上面的日期设置；按键S4对应定时器T0，让T0工作在计数模式，通过设置计数初值为最大，当P3.3管脚来一个低电平时，加一后计数器产生溢出中断，以此用作外部中断来设置闹钟时刻。
4.3程序的主要流程图
图4.3.1按键程序流程图
图4.3.2年、月、日程序框图
第五章Protues仿真与调试
本实验采用Keil4和Protues7.7SP2联合仿真调试
图5.1Protues仿真图
显示时间：
图5.2时间显示图
设置日期：
图5.3日期显示图
设置闹钟：
图5.4闹铃显示图
仿真结果：
经过多次的反复测试与分析,掌握了硬件的设计与分析的能力，对所学的知识得到很大的提高与巩固。
最终实现功能:
（1）能显示阳历年、月、日、星期、小时、分、秒
（2）显示模块采用LCD液晶显示，要求能用按键调整日期、时间和闹钟。
（3）能进行定时，并进行声光报警。
第六章PCB板的设计
图6.1PCB板设计图
在PCB设计中，布线是完成产品设计的重要步骤，可以说前面的准备工作都是为它而做的，在整个PCB中，以布线的设计过程限定最高，技巧最细、工作量最大。
PCB布线有单面布线、双面布线及多层布线。
布线的方式也有两种：
自动布线及交互式布线，在自动布线之前，可以用交互式预先对要求比较严格的线进行布线，输入端与输出端的边线应避免相邻平行，以免产生反射干扰。
必要时应加地线隔离，两相邻层的布线要互相垂直，平行容易产生寄生耦合。
一般先进行探索式布经线，快速地把短线连通，然后进行迷宫式布线，先把要布的连线进行全局的布线路径优化，它可以根据需要断开已布的线。
并试着重新再布线，以改进总体效果。
对目前高密度的PCB设计已感觉到贯通孔不太适应了，它浪费了许多宝贵的布线通道，为解决这一矛盾，出现了盲孔和埋孔技术，它不仅完成了导通孔的作用，还省出许多布线通道使布线过程完成得更加方便，更加流畅，更为完善，PCB板的设计过程是一个复杂而又简单的过程，要想很好地掌握它，自已体会，才能得到其中的真谛。
第七章原件明细清单
表7.1原件明细清单表
名称
数量
参数
电阻
1个
1K
排阻
1个
10K
电阻
1个
220
蜂鸣器
1个
5v
按键
9个
三极管
1个
PNP
发光二级管
1个
10-20mA
LCD显示器
1个
1602LCD
极性电容
1个
10uF
晶振及其插座
一套
12MHz
电阻
2个
2k，10k
电容
2个
30pF
芯片
1块
AT89S51
第八章课程设计总结
本次智能电子时钟的实验课程设计，学习将理论和实践相结合，对数字器件及集成电路有较深入的认识，初步掌握综合运用所学知识分析和设计一般数字系统的基本方法，增强动手解决实际问题的能力。
认识到了自身的许多缺点和不足，初步接触到了如何将硬件和软件相连接来实现一定的自动化。
在试验板的焊接过程中，更深地意识到焊接技术的重要性。
使我明白现实生活中电子钟的工作原理，锻炼了查找资料的能力。
通过这次课程设计，我深深体会到这句千古名言的真正含义．我今天认真的进行课程设计，学会脚踏实地迈开这一步，就是为明天能稳健地在社会大潮中奔跑打下坚实的基础。
通过这次智能电子时钟设计，本人在多方面都有所提高。
通过这次智能电子时钟设计，综合运用本专业所学课程的理论和生产实际知识进行智能电子时钟设计工作的实际训练从而培养和提高学生独立工作能力，巩固与扩充了课程所学的内容，掌握智能电子时钟设计的方法和步骤，掌握智能电子时钟设计的工艺方案，了解了智能电子时钟的基本结构，熟悉了规范和标准，同时各科相关的课程都有了全面的复习，独立思考的能力也有了提高。
致谢
本设计是在叶天凤老师及南光群老师的悉心指导下完成的，老师渊博的知识，严谨的治学态度，一丝不苟的工作作风，平易近人的性格都是我学习的楷模。
在实物制作期间，老师给我们细心讲解制作过程和有关的注意事项，我在遇到困难的时候总是能得到及时的得到老师的帮助。
在论文的研究及整理期间，老师给了我很大的支持和鼓励，才使得报告得以顺利的完成，在此谨向老师表示忠心的感谢和崇高的敬意。
同时感谢实验室的等老师，他们给我们提供了必要的实验器材，提供了很大的方便感谢同实验室的同学，在实验期间，他们不仅在学习上对我有很大的帮助，还在生活上提供方便。
这两个星期，我和他们合作的是非常愉快的。
同时还要感谢各位同学，他们也给了我很大的支持和帮助。
最后，由于本人知识有限，不足之处在所难免，还请老师指点纠正。
参考文献
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基于C51的Proteus仿真[M].（第二版）北京:
电子工业出版社,2009，245-264
附录
附录1硬件电路原理图
附录2程序清单
/***********************************************************
DISPLAY.H
***********************************************************/
#include
#defineucharunsignedchar
#include
#define__REG52_H__
/************************定义端口**********************************/
sbitrs=P2^0;
sbitrw=P2^1;
sbiten=P2^2;
structdateType//定义日期数据类型
{
unsignedintyear;
unsignedcharmonth;
unsignedcharday;
};
structtimeType//定义时间数据类型
{
unsignedcharweek;
unsignedcharhour;
unsignedcharmin;
unsignedcharsec;
};
//定义全局变量，日期、时间、闹钟和计数器
structdateTypedateNow={2000,2,29};//设置默认日期2000年2月29日
structtimeTypetimeNow={07,23,58,30};//设置默认时间周日23：
58：
30
structtimeTypesetClock={0,0,05,20};//设置默认的闹铃00：
05：
20
unsignedcharcount=0;
voidlcd_wdat（uchardate）;
voidlcd_wcmd（ucharcom）;
/**************************延时函数*********************************/
voiddelay2us（uchark）
{
while（--k）;
}
voiddelay1ms（uchark）
{
inti,j;
for（i=k;i>0;i--）
for（j=110;j>0;j--）;
}
voiddelay（unsignedintcount）
{
unsignedintj;
while（count--!
=0）
{
for（j=0;j<72;j++）;
}
}
/*********************判定是否是闰年*********************/
unsignedcharleap_year（unsignedintn）
{
if（（n%4==0&&n%100!
=0）||n%400==0）
return1;
else
return0;
}
/**********************判定是否是30天***********************/
unsignedcharis_30day（unsignedcharn）
{
switch（n）
{
case1:
return0;
case2:
return0;
case3:
return0;
case4:
return1;
case5:
return0;
case6:
return1;
case7:
return0;
case8:
return0;
case9:
return1;
case10:
return0;
case11:
return1;
case12:
return0;
default:
return0;
}}
/***********************1602初始化************************/
voidlcd_init（void）
{
delay1ms（5）;
lcd_wcmd（0x38）;
lcd_wcmd（0x0c）;
lcd_wcmd（0x06）;
lcd_wcmd（0x01）;
lcd_wcmd（0x80）;
delay2us（200）;
}
/******************设置显示位置*****************************/
voidlcd_pos（unsignedcharpos）
{
lcd_wcmd（pos|0x80）;
}
/***********************1602写指令***********************/
voidlcd_wcmd（ucharcom）
{
rs=0;
rw=0;
P0=com;
en=0;
delay2us（200）;
en=1;
delay2us（200）;
en=0;
}
/***********************1602写数据***********************/
voidlcd_wdat（uchardate）
{
rs=1;
rw=0;
P0=date;
en=0;
delay2us（200）;
en=1;
delay2us（200）;
en=0;
}
/********************显示日期***************************************/
voiddisplay_date（）
{
unsignedchararray[16];
unsignedchari=0;
unsignedcharj=0;
unsignedinttemp=0;
array[i++]='D';
array[i++]=':
';
array[i++]=dateNow.year/1000+0x30;
temp=dateNow.year%1000;
array[i++]=temp/100+0x30;
temp=temp%100;
array[i++]=temp/10+0x30;
array[i++]=temp%10+0x30;
array[i++]='-';
array[i++]=dateNow.month/10+0x30;
array[i++]=dateNow.month%10+0x30;
array[i++]='-';
array[i++]=dateNow.day/10+0x30;
array[i++]=dateNow.day%10+0x30;
array[i++]='\a';
delay1ms（10）;
lcd_pos（0x00）;//设置显示位置
while（array[j]!
='\a'）
{
lcd_wdat（array[j]）;//显示字符
j++;
}
lcd_wcmd（0x02）;//光标复位
}
/*****************中断内显示日期*****************************/
voididisplay_date（）
{
unsignedchararray[16];
unsignedchari=0;
unsignedcharj=0;
unsignedinttemp=0;
array[i++]='S';
array[i++]=':
';
array[i++]=dateNow.year/1000+
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