电器课程设计电子钟.docx
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电器课程设计电子钟
一、设计要求说明及设计方案介绍
1.1设计要求
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；第一次按电子钟的启动/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；再次按电子钟的启动/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/调整按键再次进入时钟运行状态
1.2设计概要
使用51单片机提供精确定时；使用8位7段数码管显示时、分、秒；采用24小时制，将第三块和第六块显示横杠使显示更美观；使用普通按键开关进行功能选择和时间调整。
1.3总体设计方案说明
数字电子钟的设计与制作可采用数字电路实现,也可以采用单片机来完成。
若用数字电路完成,所设计的电路相当复杂。
若用单片机来设计制作完成,由于其功能的实现主要通过软件编程来完成,那么就降低了硬件电路的复杂性,而且其成本也有所降低。
本设计基于单片机技术原理，以单片机芯片AT89S52作为核心控制器，通过硬件电路的制作及软件程序的编制，利用单片机的控制作用通过LCD来直接显示、时、分、秒，并能对其分别进行修改的功能，设计框图如图1.1。
二、硬件系统设计方案
2．1AT89S52单片机介绍
AT89S52是一款低功耗、高性能CMOS8位单片机，片内含4KBytesISP（In-systemprogrammable）的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISPFlash存储单元，AT89S51在众多嵌入式控制应用系统中得到广泛应用。
AT89S52具有以下标准功能：
4K字节ROM，256字节RAM，32个外部双向输入/输出（I/O）口，5个中断优先级、2层中断嵌套，2个16位可编程定时器/计数器2个全双工串行通信口,看门狗（WDT）电路,片内晶振及时钟电路。
其双列直插式封装芯片引脚排列参见图2.1。
图2.1AT89S52引脚图
2．2单片机最小系统
2．2．1电源电路
电源电路的设计采用USB或直流电源供电的形式。
供电电路如图2.2
图2.2电源供电图
2．2．2复位电路
复位电路就是在RST端（9脚）外接的一个电路，目的是当单片机上电开始工作时，内部电路从初始状态开始工作，或者在工作中要想人为的让单片机重新从初始状态开始工作，在时钟工作的情况下，只要AT89S52的复位引脚高电平保持两个机器周期以上的时间，AT89S52便能完成系统重置的各项动作，使内部特殊功能寄存器之内容均被设成已知状态，并且从地址0000H处开始读入程序代码而执行程序。
如图2.3所示，由C3和R1构成上电复位电路，S1实现开关复位。
图2.3（上电）复位电路图
2．2．3晶振电路
单片机本身是一个复杂的同步时序电路，为保证同步工作方式的实现，必须提供时钟信号，以使其系统在时钟信号的控制下按时序协调工作。
单片机的时钟电路由振荡电路和分频电路组成，其中振荡电路由反向器以及其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。
具体见图2.4。
2．2．4程序加载电路
在计算机中编写好的程序通过数据下载线连接到单片机实验电路插接口（ISP），实现从计算机将程序下载到单片机的程序存储器中完成单片机的程序写入工作。
详见图2.5。
图2.4外部晶振电路图
图2.5程序加载模块
2．3键盘电路
采用独立式键盘，独立式键盘的按键相互独立，每个按键接一根I/O口线，一根I/O口线上的按键工作状态不会影响其它I/O口线的工作状态。
因此，通过检测I/O口线的电平状态，即可判断键盘上哪个键被按下。
键盘电路如图2.6。
图2.6独立式按键模块
2．4显示电路
可以给出共同的正向电压,然后通过控制负极的电压来控制二极管的发光或者熄灭。
要电器特性参数和芯片的驱动能力准许,完全可以通过控制负极的电压来控制二极管的发光或者熄灭。
这种连接方式的数码管又叫做共阳极数码管。
本次电路设计了一组数码管显示电路，8只数码管可以单只驱动也可动态显示8位数码管。
通过上拉电阻及三极管的反相作用共同实现数码管的输出与控制信号。
显示部分电路如图2.7。
图2.7数码管显示电路
2．5总体电路图
详见附录A
三、软件系统设计方案
3.1系统主程序
图3.1数字电子钟主程序流程图
主程序流程图如上图3.1所示，初始化后显示“P.”准备状态，然后调键盘扫描程序判断启动键（键A）是否按下，若按下则定时器、中断初始化，开启中断，调键盘扫描程序，判断启动（键A）是否按下，未按则等待中断，进入开始计时即显示时间开始；若开启按键（键A）再次按下，则时、分、秒按键可以调整时间了。
调整完毕再按启动按键时间开始正常计时。
3.2中断服务程序
图3.2中断服务程序流程图
中断服务程序主要功能是进行计时操作。
当定时器计满一秒后发生定时器0中断，秒值加一。
判断是否计满60s，满则分值加一，否则返回。
同理对时进行判断。
中断服务程序流程如图3.2所示。
3.3加一子程序
加1子程序用于完成对秒、分、时的加1操作，中断服务程序中在秒、分、时共有三处调用此子程序，在秒、分、时调整是也有三处调用此子程序。
程序流程图如图3.3所示。
图3.3加一程序流程图
3.4键扫描及键处理子程序
独立式键盘的程序设计一般把键盘扫描程序设计成子程序，以便其它各程序调用。
程序设计采用查询法。
包括判断有无键按下子程序与键盘扫描子程序，程序流程图见图3.4。
图3.4键扫描子程序流程图
3.5显示程序
为了存放显示的数字或字符，在内部RAM中开辟显示数据缓冲区，其单元个数与显示器数码管的位数相同。
显示缓冲区8个显示缓冲单元地址依次为30H～37H，则显示缓冲单元与LED显示器数码管对应关系为：
LED7
LED6
LED5
LED4
LED3
LED2
LED1
LED0
37H
36H
35H
34H
33H
32H
31H
30H
动态扫描从右向左进行，则缓冲区首地址应为30H。
LED显示器动态显示过
程为：
从P0口输出字形代码，字形代码通过LED数码管的dp～a端加到8个LED上，从P2口输出位控代码，位控代码通过LED数码管的位控端（LED数码管的公共极）加到8个LED上。
显示程序流程图如图3.5。
图3.5显示子程序流程图
四、设计总结
4．1设计结果及误差分析
将程序导入单片机后，上电或按键复位数码管显示准备状态提示符“P.”；能通过按键对电子钟进行时间调整并能正常运行显示时间。
通过一段时间的正常运行后发现该电子钟存在一定的误差，误差的产生有以下几个方面的原因：
首先，此次设计虽说是采用软件的方法产生1s的基本时间，然而定时器/计数器并不能进行标准的1s定时，而是产生一个基准时间后进行循环计数来得到1s，但CPU执行代码需要1～2us的时间，因此实际产生的1秒、1分、1小时都会略大于理论时间，此外，单片机也会受硬件系统的影响，而且也易受到外界因素的影响，比如温度、湿度等的干扰。
4．2心得体会
本次设计从前期硬件电路的制作到后期程序的编写最终实现电子钟计时前后历时一个星期。
不管是制板还是编程其间都遇到了不少挫折与困难。
第一次制PCB板就因为绘制PCB图时设置的导线太细加上转印缺乏经验和腐蚀时间掌握不好，导致板子报废。
第二次制板当然因为第一次制作失败心有余悸，但由于是第二次做，制作程序和小技巧都轻车熟路了，完成了让自己比较满意的电路板的制作，很有成就感。
后期编程同样不顺利。
首先是对整个设计感到很茫然，设想的很简单，可就是不知道从哪里下手。
后来朱老师在课堂上对程序设计思路的讲解提醒了我，可以将整个程序分成多个子程序，这样主程序主要是子程序的调用就变得简洁清楚了。
通过查阅资料和请教同学，我终于理清了整个程序流程，然后着重进行子程序编写。
在写程序的过程中经常会对一些指令功能感到陌生，通过翻阅课本和上网查阅，使我对指令和常用程序的功能有了更清楚的了解。
譬如说十进制调整指令。
在课堂上没听明白，因为在平时编写小程序基本上不用，所以一直也没想要弄清楚。
但在设计过程中必须用到DB指令对要显示的数据进行处理，所以上网把指令的具体操作过程弄清了。
设计过程中，遇到问题就得解决问题。
解决的过程有时兴奋有时烦躁，但解决之后都是特别有满足感的。
参考文献
[1]李广弟，朱月秀，冷祖祁.单片机基础[M].第三版.北京：
航空航天大学出版社，2007.6.
[2]清源计算机工作室.Protel99SE原理图与PCB及仿真.北京：
机械工业出版社，2004
[3]阎石.数字电子技术基础.北京：
高等教育出版社，2006
[4]康华光等.电子技术基础（模拟部分）.北京：
高等教育出版社，2006
辞谢
首先我要感谢我的指导老师朱老师。
上学期他教授我们单片机基础这门课程，他对理论知识清楚细致的讲解让我具备了完成本次课程设计必需的理论基础。
同时他严谨务实，敦促我认真完成每一次作业和实验，这些都为我的设计的顺利完成奠定了基础。
其次我要感谢给予我不同帮助的班上同学们，每次遇到问题都会就近找高手寻求解决，感谢你们的不吝赐教。
很多时候你们都能为我解决疑团和困惑，衷心地觉得，你们真是太强了！
最后，感谢您对拙作的审阅。
附录A
总体电路图
附录B
程序清单
ORG0000H
AJMPMAIN
ORG000BH
LJMPINTT0;计数器T0中断入口地址
ORG0030H
MAIN:
MOVSP,#60H;栈顶地址确立堆栈区
MOVPSW,#00H;选择当前通用寄存器第0组
MOVR0,#20H;RAM区首地址
MOVR7,#5FH;RAM区单元个数
QL:
MOV@R0,#00H;RAM（位寻址区和用户RAM区）清零
INCR0
DJNZR7,QL
MOVIP,#02H
MOVIE,#82H;中断初始化，
MOVTMOD,#01H;定时器0工作方式1
LCALLDP;送P.显示编码
NEXT:
LCALLDISP;调显示程序
LCALLKEY;调键扫子程序
JBACC.0,RUN;A键按下运行
SJMPNEXT
RUN:
LCALLBUF;调待显数据传送子程序
LCALLTIME;调电子钟计时准备子程序
JK:
LCALLDISP;调用显示子程序
LCALLKEY;按键检测子程序
JZJK
LCALLADJUST;调键调整子程序
LCALLDISP;调用显示子程序
SJMPJK
;--------------------------------------------------------P点显示编码
DP:
MOV37H,#17;P点编码送寄存器
MOVR0,#30H
MOVR7,#07H
DP1:
MOV@R0,#16
INCR0
DJNZR7,DP1;30H~36H灭,37HP.
RET
;-----------------------------------------------------键扫子程序
KEY:
LCALLKS;调“判断有无键按下”子程序
JZEXIT;没有键按下转到返回
LCALLDISP
LCALLDISP;调显示去抖动
LCALLKS
JZEXIT
MOVB,A;保存键值
LK1:
LCALLKS
JZLK2;键释放，转到恢复键值
LCALLDISP;调显示子程序延时
AJMPLK1;继续查询等待键释放
LK2:
MOVA,B;键值送回累加器返回
EXIT:
RET
KS:
MOVP1,#0FFH;“判断有无键按下”子程序
MOVA,P1;P1口值送累加器A
CPLA;A值取反
ANLA,#0FH;保存P1口的低4位
RET
;-----------------------------------------------------键调整程序
ADJUST:
CLREA;关中断
CHECK:
JBTR0,JR;判断是否运行
K0:
CJNEA,#01H,K1
AJMPRUN1;A键按下转运行
K1:
CJNEA,#02H,K2
AJMPKEY1;转时调整
K2:
CJNEA,#04H,K3
AJMPKEY2;转分调整
K3:
CJNEA,#08H,OUT
AJMPKEY3;转秒调整
JR:
JBACC.0,STOP
AJMPOUT
KEY1:
MOVR0,#45H;时调整
LCALLADD1
CLRC
CJNEA,#24H,BUF
ACALLCLR0
AJMPBUF
KEY2:
MOVR0,#43H;分调整
LCALLADD1
CLRC
CJNEA,#60H,BUF
ACALLCLR0
AJMPBUF
KEY3:
MOVR0,#41H;秒调整
ACALLADD1
CLRC
CJNEA,#60H,BUF
ACALLCLR0
;-------------------------------------------显示数据送显示缓冲区
BUF:
MOV30H,40H;秒显示单元41H-42H
MOV31H,41H;秒十位
MOV32H,#18;"-"
MOV33H,42H;分显示单元43H-44H
MOV34H,43H
MOV35H,#18;"-"
MOV36H,44H;时显示单元44-45H
MOV37H,45H
RET
STOP:
CLRTR0;关电子钟并跳出
RET
RUN1:
LCALLTIME;运行电子钟
OUT:
SETBEA;无键按下或完成功能跳出
RET
;-----------------------------------------------------电子钟计时准备
TIME:
SETBEA
MOVTL0,#0B0H
MOVTH0,#3CH
MOVR4,#20;50ms，20次循环
SETBTR0;启动定时器0
RET
;---------------------------------------------------------定时中断
INTT0:
PUSHACC
PUSHPSW
CLRET0
CLRTR0
MOVTL0,#0B0H;重新设定定时初值
MOVTH0,#3CH
SETBTR0;启动定时器0
DJNZR4,BUF0;1秒到
ADDS:
MOVR4,#14H;20次计数
MOVR0,#41H;放置秒十位
ACALLADD1;加1程序
CLRC
CJNEA,#60H,ADDM;1分到
ADDM:
JCBUF0
ACALLCLR0
MOVR0,#43H
ACALLADD1;加1程序
CLRC
CJNEA,#60H,ADDH;1小时到
ADDH:
JCBUF0
ACALLCLR0
MOVR0,#45H
ACALLADD1;加1程序
CLRC
CJNEA,#24H,HOUR;1天到
HOUR:
JCBUF0
ACALLCLR0
BUF0:
MOV30H,40H;秒显示单元41H-42H
MOV31H,41H
MOV32H,#18;"-"
MOV33H,42H;分显示单元43H-44H
MOV34H,43H
MOV35H,#18;"-"
MOV36H,44H;时显示单元44-45H
MOV37H,45H
POPPSW
POPACC
SETBET0
RETI
;-------------------------------------------------时间清零子程序
CLR0:
CLRA
MOV@R0,A
DECR0
MOV@R0,A
RET
;----------------------------------------------------加一子程序
ADD1:
MOVA,@R0;取十位（存在41H低四位）
DECR0
SWAPA
ORLA,@R0;组合十位与个位
ADDA,#01H;加1
DAA;十进制调整
MOVR3,A;暂存
ANLA,#0FH;屏蔽十位
MOV@R0,A;放入个位单元
MOVA,R3;取值
INCR0
SWAPA
ANLA,#0FH;屏蔽个位
MOV@R0,A;放入十位单元
MOVA,R3;数值放入A中等待判断
RET
;----------------------------------显示子程序显示缓冲区30H~37H
DISP:
PUSHDPH
PUSHDPL
PUSHACC
PUSHPSW
CLRRS1;改变当前寄存器组为组1
SETBRS0
MOVR1,#30H;显示缓冲存储单元首地址
MOVR2,#0FEH;从右至左显示
MOVR5,#08H;循环次数，即驱动数码管的位数
DISP1:
MOVA,@R1
MOVDPTR,#TAB
MOVCA,@A+DPTR
MOVP0,A;送段控
MOVP2,R2;送位控
LCALLDL;延时1毫秒
MOVA,R2;位控码送A
RLA;获得新的位控码
MOVR2,A;保存新的位控码
INCR1;获得新的显示缓冲单元地址
DJNZR5,DISP1;循环没有结束则继续
POPPSW;恢复当前寄存器组的组号
POPACC
POPDPL
POPDPH
RET
DL:
MOVR7,#02H;延时1ms
DL1:
MOVR6,#0FFH
DL2:
DJNZR6,DL2
DJNZR7,DL1
RET
TAB:
DB0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0F8H,80H;显示0-8
DB90H,88H,83H,0C6H,0A1H,86H,8EH,0FFH,0CH,0BFH;显示9,A,B,C,D,E,F,灭,p.,-
RET
END
附录C
PCB图
元器件布局图
附录D
元器件清单
PartType
Designator
Footprint
1K
R12
RES
470
RP7
RES
1K
R13
RES
470
R26
RES
1k
R2
RES
BELL
LS1
BELL
2k
R01
RES
CCN2
JX2
JP2
10k
J5
JP9
CCN2
J1
JP2
10k
J2
JP9
CCN8
JP2
J8
12MHz
Y1
JINZHENG
CCN8
JP1
J8
22uF
C3
CAPACITOR
CCN8
JP3
J8
33pF
C1
CAP
CCN8
JP4
J8
33pF
C2
CAP
LED
D6
LED
200
R1
RES
LED
D5
LED
470
R07
RES
LED
D4
LED
470
R22
RES
LED
D8
LED
470
R20
RES
LED
D9
LED
470
R21
RES
LED
D7
LED
470
R04
RES
LED
D3
LED
470
R05
RES
LED
D1
LED
470
R06
RES
LED
D2
LED
470
R00
RES
LEDJ
1
DIP12
470
R02
RES
LEDJ
2
DIP12
470
R03
RES
PNP
Q49012
PNP
470
RP3
RES
PNP
Q39012
PNP
470
RP5
RES
PNP
Q69012
PNP
470
RP6
RES
PNP
Q59012
PNP
470
RP4
RES
PNP
Q29012
PNP
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