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数字电子
单片机技术课程设计说明书
数字电子钟
系、部：
电气与信息工程系
学生姓名：
××
指导教师：
××职称教授
专业：
自动化
班级：
自本0801班
完成时间：
2010.12
目录
1数字电子钟设计任务、功能要求说明及方案介绍……………………………3
1.1设计任务…………………………………………………………………3
1.2功能要求说明……………………………………………………………3
1.3设计总体方案介绍及原理说明…………………………………………3
2数字电子钟硬件系统的设计…………………………………………………6
2.1硬件系统各模块功能简要介绍…………………………………………（6）
2.2电路原理图、PCB图、元器件布局图…………………………………（6）
2.3元器件清单………………………………………………………………（7）
3设计课题软件系统的设计………………………………………………………（8）
3.1数字电子钟使用单片机资源的情况……………………………………（8）
3.2数字电子钟软件系统各模块功能简要介绍……………………………（8）
3.3数字电子钟软件系统程序流程框图……………………………………（9）
3.4数字电子钟软件系统程序清单…………………………………………（14）
4设计结论、仿真结果、误差分析、教学建议…………………………………（25）
4.1数字电子钟的设计结论及使用说明……………………………………（25）
4.2数字电子钟的仿真………………………………………………………（25）
4.3数字电子钟的误差分析…………………………………………………（27）
4.4设计体会…………………………………………………………………（27）
4.5教学建议…………………………………………………………………（28）
参考文献……………………………………………………………………………（30）
致谢…………………………………………………………………………………（31）
附录…………………………………………………………………………………（32）
1设计任务、功能要求及总体方案介绍
1.1设计任务
设计一个具有特定功能的电子钟，要求该电子钟上电或按复位键能显示P.。
按启动键后能正确显示时、分、秒，还能够对时间进行调整。
1.2功能要求说明
1、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；
2、按一次按电子钟启动/调整键，再按确定键，电子钟从0时0分0秒开始运行，进入时钟运行状态；
3、连续按两次电子钟启动/调整键，再按确认键,则电子钟进入暂停状态
4、连续三次按启动调整键，再按确认键，进入电子钟的调秒状态。
5、连续四次按启动/调整键，再按确认键，进入电子钟的调分状态。
6、连续五次或以上按启动/调整键，再按确认键，进入电子钟的调时状态
7、调整结束后可按确认再次进入时钟运行状态。
1.3总体方案介绍及工作原理说明
1.3.1总体方案介绍
AT89S52的P0，P2口外接八个数码管显示器。
P0口用作LED的段控输出口，P2口作八个LED数码管的位控输出口，P1口外接八个按键构成独立式键盘电路。
通过键盘调整电子钟的时间，分成个位和十位分别送到数码管上显示。
结构如图1.1如示。
1.3.2工作原理说明
本电子钟设置4个按键通过程序控制来完成电子钟的启、暂停及时间调整。
K0和K7键控制电子钟的启、停、进入调整时间状态；K1键用作向下调整时间；K2键用作向上调整时间。
当时间调整完毕，按K7键进入运行状态。
键盘采用动态扫描方式。
利用单片机定时器定时通过编程形成数字钟效果，再利用数码管动态扫描显示单片机内部处理的数据。
利用MCS-51系列单片机的可编程定时/计数器，以查询方式定时50ms。
（1）定时初值计算:
把定时器0设为工作方式1，定时时间为50ms，则计数溢出20次即得时钟计时最小单位秒。
假设使用T/C0，方式1，50ms定时，fosc=12MHz。
则初值X满足：
式1.1
解得：
X=15536→0011110010110000→3CB0H
（2）采用中断方式进行溢出次数累计,计满20次为秒计时（1秒）；
（3）从秒到分和从分到时的计时是通过累加和数值比较实现。
电子钟的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。
2数字电子钟硬件系统的设计
2.1硬件系统各模块功能简要介绍
本次设计硬件系统主要包括单片机最小系统、键盘电路和数码管显示电路三大模块。
2.1.1单片机最小系统
单片机最小系统由电源电路、复位电路和晶振电路组成。
如图
所示
图2.1单片机最小系统
（1）晶振电路
51单片机最小系统晶振Y1也可以采用6MHz，在正常的情况下可以采用更高频率的晶振，51单片机最小系统晶振振荡的频率直接影响单片机的处理速度，频率越大处理速度越快
（2）复位电路
单片机最小系统的极性电容C1的大小直接影响单品级的复位时间。
C1越大复位时间越短
（3）电源电路
直流稳压电源电路一般有电源变压器整流滤波电路及稳压电路组成。
直流稳压电源设计的主要内容是根据性能指标知识选择合适的电源变压器继承稳压器整流二极管及滤波电容
2.1.2键盘电路
键盘电路由九个按键构成，一个复位键和八个按键组成的独立式键盘。
其中组成独立键盘的八个按键接在P1口上。
独立式键盘通过程序控制来完成电子钟的启、停及时间调整。
复位键控制单片机系统的复位操作。
如图
所示
图2.2键盘电路
2.1.3数码管显示电路
数码管显示电路有2个四位为一体的LED所组成的八位共阳数码管显示器组成。
由于位控线的驱动电流较大，因此P0口输出加接8个470Ω的电阻进行反相并提高驱动能力。
在P2口负载电流较小，为了提高显示亮度，加接8个三极管驱动
ua
图2.3数码管显示电路
2.2电路原理图、PCB图、元器件布局图
数字电子钟电路原理图，见附录一所示。
数字电子钟电路的元器件布局图，见附录二。
数字电子钟电路的PCB图，见附录三。
2.3元器件清单
数字电子钟元器件清单如表2.1所示。
表2.1元器件清单
元器件名
数量
元器件参数
电阻
3个
1kΩ
电阻
1个
4.7kΩ
电阻
1个
电阻
1个
200Ω
电阻
24个
470Ω
排阻
2个
10kΩ
按键
9个
蜂鸣器
1个
三极管
9个
PNP
USB供电接口及供电线
一套
晶振
1个
12MHz
无极性电容
2个
33pF
有极性电容
1个
22μF
ISP下载口插座
1个
单片机
1块
AT89S52
发光二极管
9个
六角开关
1个
铜柱（带螺母）
4个
LED（共阳级）
2个
4位一体
3数字电子钟软件系统的设计
3.1数字电子钟使用单片机资源的情况
本电子钟使用单片机资源的情况为：
P0口输出数码管段选信号，P2口输出数码管位选信号，P1口是键盘接口，键盘作为电子钟的启动/暂停/调整。
中断服务程序（定时器0以查询方式工作定时50ms）
3.2数字电子钟软件系统各模块功能简要介绍
本设计的软件系统主要采用一下几个模块：
3.2.1主程序模块
主要完成初始化、键功能程序
3.2.2键盘扫描模块
键盘以查询方式放在程序中。
当没有键按下时，单片机一直在主程序中循环。
当有键按下时就进入键功能程序。
3.2.3显示程序模块
把单片机内部处理过的数据送到数码管数上显示，P0口接段控，P1口接段控。
3.2.4延时程序模块
本次中设计了两个延时程序，一个延时1ms，另一个延时6ms。
3.2.5数据处理模块
把单片机中的十六进制化成十进制，得到特定的键值，然后通过P0、P2口送到数码管上显示。
3.3数字电子钟软件系统程序流程框图
主程序流程框图如图3.1所示；
延时子程序流程框图如图3.2所示；
键扫子程序流程框图如图3.3所示
4设计结论、仿真结果、误差分析、教学建议
4.1．1设计结论
经过多次的修改，才得到有一定误差的结果。
在误差应许的范围内，实现了上电或按复位键后能够显示P.,此电子钟使用方便，K0键有五个功能，分别是启动、暂停、调时、调分和调秒。
K1键调整减1键，K2调整加1键，K7确认键。
4.2仿真的结果
用Protues软件进行仿真，其仿真的电路图见附录四。
电子钟在Proteus软件中仿真得到的结果分别如图4.1、图4.2、图4.3所示。
本电子钟具有三种工作状态：
显示“P.”状态、自动运行状态、时间调整状态。
图4.1显示P.状态
图4.2运行时间
图4.3时间调整状态
4.3数字电子钟的误差分析
虽然再用定时器定时时定的是50ms时间，当循环两次完成送到数码管上显示，此过程当中还有数据处理程序和键扫程序要执行。
当数据送到数码管上时应经超过1s，而电子钟却是显示单片机送去的数值，以至于给实验带来误差。
4.4设计体会
通过此次课程设计了解了编程不光需要缜密的思维，还要熟悉书本上的知识。
编程之前要先画出流程框图，把程序模块化。
作为子程序通过调用的形式会更简单。
读者也更清晰的了解设计者的原理。
程序设计开始时，应清楚地写明此程序要实行的功能，以及基本的线路接法。
程序设计完成后，要经过多次的调试才能出现正确的结果。
调试时应注意方法，先看现象在分析出现此现象的原因，也可以一个模块一个模块的调试，这就是程序模块化的好处。
它不仅让读者一目了然，也使设计者设计时思路清晰，给调试带来方便。
4.5教学建议
对于单片机的学习，主要面对的是编程，编程的基础又是在对单片机内部有了一个大概的了解才能运用其中各部件来实现其功能，因此建议老师更加的注重理论知识的教学，同时在理论中穿插实际例子，可以把一个项目拿到课堂上来讲述，通过理论的学习，完成各项功能的实现，从而在理论和实践中同学们的水平的到提过和升华。
更加注重创新实践的培养，可以组织大家一起研究某个项目的开发，激发同学们的积极性。
当然本门课程是非常成功的教学，使我们学有所得，思维能力也得到了大大的提高。
参考文献
[1]李广弟，朱月秀，冷祖祁.单片机基础.北京：
北京航空航天大学出版社，2007.6.
LiGuangdi,ZhuYue-Xiu,coldancestralQi.Microcontroller-based（3rdedition）.Beijing:
BeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsPress,2007.6.
致谢
经过几周的查阅资料、编程和调试仿真，我终于完成了这次电子钟的课程设计。
在这个过程中，有很多帮助我克服困难的人，在此我首先要感谢王老师对我的教导，感谢他教给我单片机的知识，并在学习过程中帮助我解决问题。
同时也感谢各位帮助我的同学，感谢他们帮助我解决在课程设计中遇到的问题，让我学到了很多知识，积累了宝贵的经验。
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