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数字钟实验总结

单片机技术及应用实践报告

课题名称：

基于单片机技术数字钟电路的设计系部：

电子工程系

班级：

电信09D2

姓名：

朱礼刚

学号：

092222230

指导教师：

刘训非翟红

2011年6月10日

第1节引言……………………………………………………………………………3

第2节设计方案的选择与论证…………………………………………………………3

第3节系统原理设计…………………………………………………………………4

3.1设计思想………………………………………………………………………4

3.2数字钟硬件框图…………………………………………………………………4

第4节硬件设计………………………………………………………………………5

4.1元器件清单………………………………………………………………………5

4.2电路设计及其工作原理…………………………………………………………7

4.2.1控制部分……………………………………………………………………7

4.2.2数码管显示部分……………………………………………………………8

4.2.3按钮与开关部分……………………………………………………………10

第5节软件设计………………………………………………………………………13

5.1程序原理概述……………………………………………………………………13

5.2总的设计思想……………………………………………………………………13

5.3程序代码…………………………………………………………………………13

第6节调试……………………………………………………………………………17

第7节结束语…………………………………………………………………………20

7.1注意点……………………………………………………………………21

7.2课程改革建议………………………………………………………………22

参考文献…………………………………………………………………………………………22

基于单片机的多功能数字钟

第1节引言

本系统采用单片机AT89C52控制，以AT89C52为核心，它完成整个系统的信息处理及协调功能，本次设计我们选用ATMEL公司的AT89C52芯片，其功能强大，兼容性好，还支持软件选择的空间和掉电两种节电方式。

本设计的软件，硬件都采用模块化的设计方法，提高了设计的效率。

本次设计通过对一个实现定时、时钟显示等功能的时间系统的设计，其中结合了数据转换显示、数码管显示等术。

系统由AT89C52、LED数码管、按键、三极管、74LS244、电阻等组成。

能实现时钟时、分、秒的显示。

文章后附有电路图、程序清单。

ThissystemUSESthemonolithicAT89C52singlecontroltoAT89C52singleasthecore,ittocompletethewholesysteminformationprocessingandcoordinationfunction,thisdesignwechoosetheAT89C52singlechipATMELcompany,itspowerful,goodcompatibility,alsosupportthesoftwarechoiceofspaceandpowerlosttwopowersavingmode.Thedesignofthesoftware,hardware,allthemodularizingdesignmethods,improvethedesignefficiency.

Thisdesignwaspassedtoarealizationtiming,theclockdisplaythetimefunctionssuchasthedesignofthesystem,whichcombinesdataconversiondisplay,digitalpipedisplayoperative.SystemconsistsofAT89C52single,LEDdigitaltubes,buttons,transistor,and74LS244,resistanceetc.Canrealizetheclock,minutesandsecondsshow.Thecircuitdiagram,afterprogramminglistattached.

基于单片机的数字钟电路的设计

第二节设计方案的选择与论证

该课题主要有两种方案：

一种是用数字电路通过硬件实现，另一种是用单片机通过软件编程实现。

在以上两种方案中：

第一种是直接采用的是数字电路，但是在外围电路和控制比较麻烦，需要比较多的器件来控制；第二种是采用软件来实现一些特定功能，硬件电路只需要一些显示部件和控制部件，其他的都是由软件来实现。

第一种一切都由硬件实现，几乎没有软件编程，但电路复杂、芯片多、后续制板及硬件调试麻烦而且成本高；第二种虽电路简单、芯片少、成本低，但编写程序相当复杂。

经过一番利弊的权衡及对今后电子业发展趋势的考量，最后敲定用单片机方案实现。

另外用单片机实现本设计也有两种可选的子方案：

第一种，用软件编程实现

计中的钟控功能；另一种则选用单片机加时钟芯片实现钟控功能。

在本次主要的是时间的设计，因此对时间的精度要求是比较高的，竟量是误差减少到最小值，但是为了更好的练习复习自己在以前所学习的编程能力，所以不采用单片机加时钟芯片的方案，直接用软件编程实现钟控功能。

总的来看，单片机已成为工控领域、尖端武器、日常生活中最广泛使用的计算机，且将进一步向着CMOS化、低功耗、小体积、大容量、高性能、低价格方向发展，因此敲定用单片机加软编程方案符合今后电子业发展趋势；另外运用此方案既能将自己以前学过的模拟电路、数字电路、单片机、汇编语言、Protel99等知识结合实践进行一次全面的检测，又能为将来实际制作电路积累宝贵的经验。

第3节系统原理设计

3.1设计思想

单片机控制系统是整个控制系统的核心，它完成整个系统的信息处理及协调功能。

本次我们选用ATMEL公司的AT89C52芯片；其功能强大，兼容性好。

AT89C52是与8052兼容的CHMOS微控制器。

与CHMOS工艺的8052一样，支持软件选择的空闲和掉电两种节电方式。

在AT89C52的P0.0—P0.7是数码管的段选；P2.0—P2.5是数码管的位选。

P1.0和P1.1是发光二极管。

是显示制式切换后的工作制式.P1.0—P1.7是按键的判断输入口，是对时间调整时间设置,和其他功能的区分。

3.2数字钟硬件框图：

图1数字钟系统框图

第4节硬件设计

4.1元器件清单

元器件分析表

序号

器件名

型号规格

实测值

封装

功能

碳膜电阻R1

100

99.5

AXIAL0.3

限流作用

碳膜电阻R4

100

99.9

AXIAL0.3

限流作用

碳膜电阻R7

100

101.2

AXIAL0.3

限流作用

碳膜电阻R10

100

98.7

AXIAL0.3

限流作用

碳膜电阻R14

100

99.5

AXIAL0.3

限流作用

碳膜电阻R17

100

100.2

AXIAL0.3

限流作用

碳膜电阻R13

200

199.8

AXIAL0.3

分压偏置

碳膜电阻R20

998.92

AXIAL0.3

保护单片机

碳膜电阻R2

1.97K

AXIAL0.3

分压偏置

碳膜电阻R5

1.97K

AXIAL0.3

分压偏置

碳膜电阻R8

1.97K

AXIAL0.3

分压偏置

碳膜电阻R11

1.97K

AXIAL0.3

分压偏置

碳膜电阻R15

1.97K

AXIAL0.3

分压偏置

碳膜电阻R18

1.97K

AXIAL0.3

分压偏置

碳膜电阻R3

5.1K

5.06K

AXIAL0.3

分压偏置

碳膜电阻R6

5.1K

5.06K

AXIAL0.3

分压偏置

碳膜电阻R9

5.1K

5.06K

AXIAL0.3

分压偏置

碳膜电阻R12

5.1K

5.06K

AXIAL0.3

分压偏置

碳膜电阻R16

5.1K

5.06K

AXIAL0.3

分压偏置

碳膜电阻R19

5.1K

5.06K

AXIAL0.3

分压偏置

电容C9

30pF

27pF

RAD0.1

保证温漂

电容C11

30pF

27pF

RAD0.1

保证温漂

电容C7

0.1uF

0.095uF

RAD0.1

独石电容

电容C10

0.1uF

0.095uF

RAD0.1

独石电容

电解电容C6

100UF/25V

83.5uF

RB.1/.2

复位

电解电容C8

100UF/25V

83.5uF

RB.1/.2

复位

排阻RN1

10K*8

9.9K*8

SIP-9

稳压作用

二极管

4148

0.597V

DIODE0.4

整流

稳压管

5.1V/1W

0.718V

DIODE0.4

稳压

三极管Q1-Q6

PNP8550

296

TO92B

放大

数码块U1

共阳LG5641BH

正常

DIP12

显示时分值

数码块U3

共阳LG5621DH

正常

DIP10

显示秒值

晶振X1

11.0592M

正常

XTAL1

提供脉冲信号

小方键S1-S2

无

正常

BNC-5

复位和调整时间

IC插座

无

正常

无

连接IC与电路板

直插JP3

无

正常

SIP-3

提供电源

直插JP2

无

正常

VR-4

提供电源

通讯口JP1

无

正常

DB-9/F

通讯处理接口

ICU4

SN74LS244N

正常

DIP20

数据缓冲

ICU5

AT89S52

正常

DIP40

控制数码管的输出

ICU2

MAX202CPE

正常

DIP16

提供通讯数据

4.2电路设计及其工作原理

4.2.1控制部分:

AT89C2052单片机

AT89C52单片机概述：

AT89C52单片机是国Atmel公司生产的采用高性能的静态89C2052设计，是一个低电压，高性能CHMOS8位单片机，片内含4kbytes的可反复擦写的只读Flash程序存储器和128bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-52指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元。

AT89C52是一个功能强大的单片机，但它只有40个引脚，32个双向输入/输出（I/O）端口，其中P1是一个完整的8位双向I/O口，两个外中断口，两个16位可编程定时计数器，两个全双向串行通信口，一个模拟比较放大器。

图4-1AT89C52时钟电路连接

在本设计中AT89C52时钟电路采用内部时钟方式，此方式是在XTAL1和XTAL2两端跨接晶体或陶瓷谐振器。

在本设计中XTAL1和XTAL2两端跨接12MHz晶体振荡器，其发出的脉冲直接送入内部时钟电路。

本设计采用按键手动复位的按键电平复位。

图4-289C52外部复位电路设计

AT89C52在本设计中的I/O口应用：

AT89C52的P0.0~P0.7控制74LS244译码实现数码管段选；AT89C52的P2.0~P2.5控制数码管位选.

4.2.2数码管显示部分

本设计中所涉及数码管皆采用共阴数码管。

图4-3数码管及显示电路选择

数码管显示位选：

AT89C52的P2.0~P2.5输出控制数码管位选，在本次设计

的电路中，因为是使用的是共阴数码管，因此由AT89C52的P2.0~P2.5的输出控制，使之输出相应的端口为低电平，控制数码管点亮。

74ls244芯片简介：

图4-474LS244芯片

图4-5数码管位选原理

数码管段选AT89C52的P0.0~P0.7控制74LS244译码实现数码管段选，在本次设计的电路中，由于二级管使用的是共阴数码管，在输出的是要高电平。

在设计的时候，怕在芯片输出的电流信号过大，因此在输出的时候加了限流电阻，为保护数码管，防止烧坏。

图4-6数码管段选原理

4.2.3按钮与开关部分

模块通电后，6位数码管显示12：

59：

50秒，正常运行，长按“S2”键（约3秒）松开，第一第二位数码管闪烁，此时轻按“S2”键，可设置“时”（0~23），再长按“S2”键（约3秒）松开，第三第四位数码管闪烁，此时轻按“S2”键，可设置“分”（0~59），再长按“S2”键（约3秒）松开，第五第六位数码管闪烁，此时轻按“S2”键，可设置“秒”（0~59），如此循环。

设置完成后再长按“S2”键（约3秒）松开即进入正常运行状态。

图4-7按键电路原理

图4-8电路图

图4-9PCB图

第5节软件设计

5.1程序原理概述

在程序设计这一环节，本次将其分为时钟中断程序、时钟显示程序。

在以下几节中将根据实际各个部分的编程及调试顺序，依次介绍各程序的设计思想和流程。

5.2总的设计思想

在本次主要是数字钟的实现,因此要实现这样的功能必须要在硬件的电路上实现数字钟的实现,然后在此基础上逐步实现其他的功能,

数字电子钟的程序大概可以分为三个部分：

时钟主程序、时钟显示程序、时钟中断程序。

时钟主程就是对时钟的各个模块的实现。

时钟显示程序是将秒显示用发光二极管显示,每一秒点亮一次；将分个位、分十位、时个位、时十位数据存储单元的计时数据通过设置段选和位选、由74LS244段选译码，最后显示在相应的数码管上。

时钟中断程序则通过重设计时、1秒计时与时钟程序相结合实现秒个位、秒十位、分个位、分十位、时个位、时十位数据存储单元的数据按计时规则加1进位和清零，以配合时钟显示程序实现数字电子钟。

在实现数字电子钟的基础上，逐一添加调试键盘程序、闹钟定时程序,闹钟音乐程序，最后实现设计目标。

键盘程序就是通过软件扫描各按键状态来实现各按钮的功能。

5.2程序代码

k0bitp0.0

k1bitp0.1

k2bitp0.2

k3bitp0.3

k4bitp0.4

k5bitp0.5

k6bitp0.6

k7bitp0.7

xiaoshidata2ah

fengzhongdata2bh

miaodata2ch

org0000h

jmpstart

org000bh

jmptim0

start:

movsp,#70h;设置堆栈在70H

mov28h,#00;显示寄存器初值为12H

mov2ah,#12h

mov2bh,#00

mov2ch,#00

movtmod,#00000001b

movth0,#high（65536-4000）

movtl0,#low（65536-4000）

movie,#10000010b

movr4,#250

setbtr0

loop:

jbp0.0,n2

calldelay

mova,2ch

adda,#01h

daa

mov2ch,a

cjnea,#60h,n1

mov2ch,#00

n1:

jnbp0.0,$

calldelay

n2:

jbp0.1,n4

calldelay

mova,2bh

adda,#01h

daa

mov2bh,a

cjnea,#60h,n3

mov2bh,#00

n3:

jnbp0.1,$

calldelay

n4:

jbp0.2,loop

calldelay

mova,2ah

adda,#01

daa

mov2ah,a

cjnea,#24h,n5

mov2ah,#00

n5:

jnbp0.2,$

calldelay

jmploop

tim0:

movth0,#high（65536-4000）

movtl0,#low（65536-4000）

pushacc

pushpsw

djnzr4,x2

movr4,#250

callclock

calldisp

x2:

callsaomiao

poppsw

popacc

reti

saomiao:

movr0,#28h

inc@r0

cjne@r0,#6,x3

mov@r0,#0

x3:

mova,@r0

adda,#20h

movr1,a

mova,@r0

swapa

orla,@r1

movp2,a

ret

clock:

mova,2ch

adda,#1

daa

mov2ch,a

cjnea,#60h,x4

mov2ch,#00

mova,2bh

adda,#1

daa

mov2bh,a

cjnea,#60h,x4

mov2bh,#00

mova,2ah

adda,#1

daa

mov2ah,a

cjnea,#24h,x4

mov2ah,#00

x4:

ret

disp:

movr1,#20h

mova,2ch

movb,#10h

divab

mov@r1,b

incr1

mov@r1,a

incr1

mova,2bh

movb,#10h

divab

mov@r1,b

incr1

mov@r1,a

incr1

mova,2ah

movb,#10h

divab

mov@r1,b

incr1

mov@r1,a

ret

delay:

movr6,#60

d1:

movr7,#248

djnzr7,$

djnzr6,d1

ret

end

第6节调试

在绘制好PCB以后,就用腐蚀液将不需要的铜泊进行腐蚀和打孔,然后用万用表检查线路的好坏,在进行腐蚀的时候,由于在腐蚀的时候是人工的,而且在用镊子摇PCB板的时候,将需要的线路给划伤,所以就被腐蚀液给腐蚀了,将无法复原,因此就必须在腐蚀完后用电烙铁将线路补好,再使用万用表检查以消除电路的短路与断路.

USB下载STC89C52RC单片机的使用说明

将USB串口线的驱动安装请看“关于USB转串口线和编程器连接的问题.pdf”文件。

会显示USB-SERIALCH340（COM7），记住COM？

的端口号，要在STC-ISP软件中进行设置。

将USB转串口线与编程器连接好，将单片机放入编程器ZIP1锁紧座上（芯片缺口朝上），打开STC-ISP软件（STC_ISP_V480.exe），选择STC单片机型号，打开要下载的程序文件，设置COM号，点击下载按钮，当出现给MCU上电提示时，插上USB取电线，进行正常下载。

实物图

第8节结束语

时光在指尖滑过，一个星期的实训在我们不舍的眼神中结束。

老师第一节课讲得一句话很有含义---自主学习，一切靠自己去发现，去探讨，去总结。

第一节课，老师把我们分成好几组，每个组都设定一个组长，有问题一起讨论，讨论不出来再去和其他的小组交流或上网查查相关的资料。

老师让我们认真的看电路图，罗列出电路图中每个元器件的作用，在元器件清单中写出，并注明其功能，我们组讨论了好长的时间，又上网搜了相关的资料，并和邻近的小组稍微讨论了一下，才完成任务，没有去问老师，都是我们自己去学习，去讨论。

在画原理图中，发现很多问题，比如有的元器件没有见过，不知道他的封装，在库里也没有找到相似的封装，大家都自己去创建，去网上根据相关资料，搜索相应的封装，并查看此原件在电路图中的作用，并看看还有没有其他的功能，让我们的拓展了知识面。

在画PCB时，不知道尺寸，随便画的，等我们完成整个画图时，老师讲了一个怎么摆放位置，怎么画边框，这时我才发现自己做错了，原来画边框不是随便画的，要用尺子量好其尺寸，再在PCB中做出来，原件的位置和发给我们的小板子上面的要放的一样，注意因为线布置太近产生的分布电容，注意发热原件，因留一定的散热空间等等。

在整理好画图等等工作之后，接着是细心的焊接板子，这就要挑战我们的焊接技术了，由于我们我们以前练过，所以都很效率，都掌握其焊接的时间，很快焊接好了，不过电容一定注意，千万不能焊接反，不然会发生意外，我们组都相互检查好了，才放心的调试

俗话说“好的开始是成功的一半”。

说起课程设计，我认为最重要的就是做好设计的预习，选一个自己有兴趣的题目。

其次，对老师的要求要一丝不苟的去想，因为只有都明白了，做起设计就会事半功倍，如果没弄明白，就迷迷糊糊的去选题目做设计，到头来一点收获也没有。

最后，要重视程序的模块化，修改的方便，也要注重程序的调试，掌握其方法。

在学习态度方面，自从进入大学以后在这一方面我从不认为自己是懒惰的，但这次课程设计使我对学习态度有了重新的认识——勤奋不等于好结果，只有科学的方法加上汗水才能出成品啊！

对于这次单片机综合课程实习，我的第一大心得体会就是作为一名工科专业的大学生，要求具备的首要素质绝对应该是严谨。

我们这次实习所遇到的多半问题多数都是由于我们不够严谨。

其次在做人上，我认识到，无论做什么事情，只要你足够坚强，有足够的毅力与决心，有足够的挑战困难的勇气，就没有什么办不到的　

　在这次难得的课程设计过程中我锻炼了自己的思考能力和动手能力。

通过题目选择和设计电路的过程中，加强了我思考问题的完整性。

在方案设计选择和芯片的选择上，培养了我们综合应用单片机的能力，对单片机的各个管脚的功能也有了进一步的认识。

还锻炼我们个人的查阅技术资料的能力，动手能力，发现问题，解决问题的能力。

并且我们熟练掌握了有关器件的性能及测试方法。

再次感谢老师的严格要求而给了我这样一个机会,让专业的理论知识和相关的技能相结合，锻炼了我们的动手能力，培养了我们自主学习的习惯，知道了团队合作的重要性，希望学校多安排这样有意义的培训，非常感谢2位指导老师，你们辛苦了！

7.1注意点：

1、购置元件时要慎重选择，充分考虑到其材料、特性、型号、适用范围等方面。

不要等实验时出故障后在到处找原因，既浪费时间又耗费精力。

而且购买材料之前要做好计划，必要元件多准备几份，避免来回购买带来的不便。

2、实验最关键是要有耐心，有时实验电路和程

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