毕业设计论文基于PROTEUS的多功能数字电子钟的设计.docx
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毕业设计论文基于PROTEUS的多功能数字电子钟的设计
毕业设计（论文）-基于PROTEUS的多功能数字电子钟的设计
自动化专业综合设计报告
设计题目：
基于PROTEUS的多功能数字电子钟的设计
所在实验室：
指导教师：
学生姓名
班级学号
撰写时间：
成绩评定：
1、设计目的
利用单片机STC89C52,液晶显示器等实现时间的显示以及闹钟等功能的数字电子钟,数字电子钟是一种用数字电路技术实现时、分、秒计时的装置，与机械式时钟相比具有更高的准确性和直观性，且无机械装置，具有更更长的使用寿命，节省了电能。
因此得到了广泛的使用。
数字钟是一种典型的数字电路，包括了组合逻辑电路和时序电路。
通过设计加深对学习了的单片机和PROTEUS的认识。
2、设计内容
（1）用PROTEUS画出原理图，并完成下列任务：
（2）用6只LED数码管输出显示时、分和秒。
（3）可通过按键设置闹钟功能，且停闹无须手工操作。
（4）可通过按键设置分校时。
（5）写出详细的设计报告。
（6）给出电路的原理图、源程序，仿真实现。
3、设计步骤
1系统主要功能
电子钟的主要功能有：
整点报时；四只LED数码管显示当前时分；并且具有闹钟功能。
2系统的硬件构成及功能
电脑钟的原理框图如图1所示。
它由以下几个部件组成：
单片机89C2051、电源、时分显示部件。
时分显示采用动态扫描，以降低对单片机端口数的要求，同时也降低系统的功耗。
时分显示模块以及显示驱动都通过89C2051的I/O口控制。
电源部分：
电源部分有二部分组成。
一部分是由220V的市电通过变压、整流稳压来得到+5V电压，维持系统的正常工作。
图1电子钟系统原理框图
2．1AT89C2051单片机及其引脚说明
AT89C2051单片机是51系列单片机的一个成员，是8051单片机的简化版。
内部自带2K字节可编程FLASH存储器的低电压、高性能COMS八位微处理器，与IntelMCS-51系列单片机的指令和输出管脚相兼容。
由于将多功能八位CPU和闪速存储器结合在单个芯片中，因此，AT89C2051构成的单片机系统是具有结构最简单、造价最低廉、效率最高的微控制系统，省去了外部的RAM、ROM和接口器件，减少了硬件开销，节省了成本，提高了系统的性价比。
AT89C2051是一个有20个引脚的芯片，引脚配置如图3所示。
与8051相比，AT89C2051减少了两个对外端口（即P0、P2口），使它最大可能地减少了对外引脚下，因而芯片尺寸有所减小。
图2AT89C2051引脚配置
AT89C2051芯片的20个引脚功能为：
VCC电源电压。
GND接地。
RST复位输入。
当RST变为高电平并保持2个机器周期时，所有I/O引脚复位至“1”。
XTAL1反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。
XTAL2来自反向振荡放大器的输出。
P1口8位双向I/O口。
引脚P1.2～P1.7提供内部上拉，当作为输入并被外部下拉为低电平时，它们将输出电流，这是因内部上拉的缘故。
P1.0和P1.1需要外部上拉，可用作片内精确模拟比较器的正向输入（AIN0）和反向输入（AIN1），P1口输出缓冲器能接收20mA电流，并能直接驱动LED显示器；P1口引脚写入“1”后，可用作输入。
在闪速编程与编程校验期间，P1口也可接收编码数据。
P3口引脚P3.0～P3.5与P3.7为7个带内部上拉的双向I/0引脚。
P3.6在内部已与片内比较器输出相连，不能作为通用I/O引脚访问。
P3口的输出缓冲器能接收20mA的灌电流；P3口写入“1”后，内部上拉，可用输入。
P3口也可用作特殊功能口，其功能见表1。
P3口同时也可为闪速存储器编程和编程校验接收控制信号。
2．2时分显示部件
由于系统要显示的内容较简单，显示量不多，所以选用数码管既方便又经济。
LED有共阴极和共阳极两种。
如图7所示。
二极管的阴极连接在一起，通常此公共阴极接地，而共阳极则将发光二极管的阳极连接在一起，接入+5V的电压。
一位显示器由8个发光二极管组成，其中7个发光二极管构成字型“8”的各个笔划（段）a～g，另一个小数点为dp发光二极管。
当在某段发光二极管施加一定的正向电压时，该段笔划即亮；不加电压则暗。
为了保护各段LED不被损坏，需外加限流电阻。
图3LED数码管结构原理图
众所周知，LED显示数码管通常由硬件7段译码集成电路，完成从数字到显示码的译码驱动。
本系统采用软件译码，以减小体积，降低成本和功耗，软件译码的另一优势还在于比硬件译码有更大的灵活性。
所谓软件译码，即由单片机软件完成从数字到显示码的转换。
从LED数码管结构原理可知，为了显示字符，要为LED显示数码管提供显示段码，组成一个“8”字形字符的7段，再加上1个小数点位，共计8段，因此提供给LED数码管的显示段码为1个字节。
各段码位与显示段的对应关系如表1。
表1各段码位的对应关系
段码位
D7
D6
D5
D4
D3
D2
D1
D0
显示段
dp
g
f
e
d
c
b
a
需说明的是当用数据口连接LED数码管a～dp引脚时，不同的连接方法，各段码位与显示段有不同的对应关系。
通常数据口的D0位与a段连接，D1位与b段连接，……D7位与dp段连接,如表1所示，表2为用于LED数码管显示的十六进制数和空白字符与P的显示段码。
表2LED显示段码
字型
共阳极段码
共阴极段码
字型
共阳极段码
共阴极段码
0
C0H
3FH
9
90H
6FH
1
F9H
06H
A
88H
77H
2
A4H
5BH
B
83H
7CH
3
BOH
4FH
C
C6H
39H
4
99H
66H
D
A1H
5EH
5
92H
6DH
E
86H
79H
6
82H
7DH
F
84H
71H
7
F8H
07H
空白
FFH
00H
8
80H
7FH
P
8CH
73H
注：
（1）本表所列各字符的显示段码均为小数点不亮的情况。
（2）“空白”字符即没有任何显示。
根据AT89C2051单片机灌电流能力强，拉电流能力弱的特点，我们选用共阳数码管。
将AT89C2051的P1.0～P1.7分别与共阳数码管的a～g及dp相连，高电平的位对应的LED数码管的段暗，低电平的位对应的LED数码管的段亮，这样，当P0口输出不同的段码，就可以控制数码管显示不同的字符。
例如：
当P0口输出的段码为11000000，数码管显示的字符为0。
数码管显示器有二种工作方式，即静态显示方式和动态扫描显示方式。
为节省端口及降低功耗，本系统采用动态扫描显示方式。
动态扫描显示方式需解决多位LED数码管的“段控”和“位控”问题，本电路的“段控”（即要显示的段码的控制）通过P1口实现；而每一位的公共端，即LED数码管的“位控”，则由P3口控制。
这种连接方式由于多位字段线连在一起，因此，要想显示不同的内容，必然要采取轮流显示的方式，即在某一瞬间，只让其中的某一位的字位线处于选通状态，其它各位的字位线处于断开状态，同时字段线上输出这一位相应要显示字符的字段码。
在这一瞬时，只有这一位在显示，其他几位则暗。
在本系统中,字位线的选通与否是通过PNP三极管的导通与截止来控制,即三极管处于“开关”状态。
系统的时分显示部件由4只7段共阳LED数码管构成，前两只用于时的显示，后两只用于分的显示。
值得一提的是，在设计中需要实现时与分之间的两个闪烁点，为此，将第三只LED数码管倒置摆放，这样就形成了两个很自然的闪烁点。
与此同时，为了能使两点显示能够形象的表示时钟“秒”的变化，设计时，将两个点由P1.7单独控制，每隔一秒使P1.7发送一个正脉冲，从而实现了两个点的闪烁显示，闪烁周期为一秒。
3系统的软件构成及功能
本系统的软件系统主要可分为主程序和定时器中断程序两大模块。
在程序过程中，加入了抗干扰措施。
下面对部分模块作介绍。
3．1系统主程序设计
主程序的功能是完成系统的初始化，程序流程如图4所示。
3．2中断程序设计
中断程序（如图5所示）完成时间计数，时间调整，误差消除等功能。
中断采用AT89C2051内部T0中断实现，当时间到达125ms×8,即1分钟时，分种数增加1，到达1小时，则小时数增加1，并将分、时的个位、十位放入显示缓冲器。
当分别到达60min、24h时，则对它们清零，以便重新计数。
图4系统主程序流程图
图5定时中断程序
4、硬件图
1、硬件图
2、程序运行时显示
5、软件程序
#include
#defineuintunsignedint
#defineucharunsignedchar
sbitF=P3^6;
sbitkey1=P3^2;//定时调时按钮
sbitkey2=P3^3;//加1按钮
sbitkey0=P3^0;//复位按钮
uintb,i=0,a,m=18,f=18,s=8,xs[6],jia,wei=0,z,ding[6],ds=9,df=0,dm=20;
unsignedcharcodeSelect[]={0x01,0x02,0x04,0x08,0x10,0x20};
ucharcodetable[]={0xc0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,//0-4
0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90,//5-9
0x88,0x83,0xC6,0xA1,0x86,//A,b,C,d,E
0x8E,0xFF,0x0C,0x89,0x7F,0xBF};//F,空格,P,H,.,-
voiddelay（uintt）;
voidchange（）;
voidfuwei（）;
voidmain（）
{
TMOD=0x01;//设定初值
TH0=（65536-50000）/256;
TL0=（65536-50000）%256;
IT0=1;
IT1=1;
EA=1;
ET0=1;
EX0=1;
EX1=1;
TR0=1;
F=1;
while
（1）
{
if（key0==0）
fuwei（）;
i++;
if（i==6）
{
i=0;
P2=0x00;
}
P2=Select[5-i];//选择哪个显示
if（wei>3）
P1=table[ding[5-i]];
else
P1=table[xs[5-i]];
delay（12）;
if（wei!
=0）
change（）;
if（s==ds&&f==df）//闹钟
{
if（（m-dm）<=30）
F=!
F;
}
if（f==0&&m==0）//整点报时
{
F=!
F;
delay（100）;
F=1;
}
}
}
voidyan（）interrupt1
{
TH0=（65536-50000）/256;
TL0=（65536-50000）%256;
b++;
z++;
if（z==10）
z=0;
if（b==20）
{
if（m<59）
{
m++;
}
elseif（f<59）
{
f++;
m=0;
}
elseif（s<12）
{
s++;
f=0;
m=0;
}
else
{
s=0;
f=0;
m=0;
}
b=0;
}
if（wei<4）
{
if（z<=6）
{
if（wei==1）
{
xs[5]=16;
xs[4]=16;
}
if（wei==2）
{
xs[3]=16;
xs[2]=16;
}
if（wei==3）
{
xs[1]=16;
xs[0]=16;
}
}
else
{
xs[5]=m%10;
xs[4]=m/10;
xs[3]=f%10;
xs[2]=f/10;
xs[1]=s%10;
xs[0]=s/10;
}
}
if（wei>3）
{
if（z<=6）
{
if（wei==4）
{
ding[5]=16;
ding[4]=16;
}
if（wei==5）
{
ding[3]=16;
ding[2]=16;
}
if（wei==6）
{
ding[1]=16;
ding[0]=16;
}
}
else
{
ding[5]=dm%10;
ding[4]=dm/10;
ding[3]=df%10;
ding[2]=df/10;
ding[1]=ds%10;
ding[0]=ds/10;
}
}
}
voidjiaa（）interrupt0
{
delay（100）;
if（key1==0）
jia=1;
}
voidweii（）interrupt2
{
delay（10）;
if（key2==0）
{
if（wei==6）
wei=0;
else
wei++;
}
}
voidchange（）
{
if（wei==3）
{
if（jia==1）
{
if（s==12）
s=0;
else
s++;
jia=0;
}
}
if（wei==2）
{
if（jia==1）
{
if（f==60）
f=0;
else
f++;
jia=0;
}
}
if（wei==1）
{
if（jia==1）
{
m=0;
jia=0;
}
}
if（wei==6）
{
if（jia==1）
{
if（ds==12）
ds=0;
else
ds++;
jia=0;
}
}
if（wei==5）
{
if（jia==1）
{
if（df==60）
df=0;
else
df++;
jia=0;
}
}
if（wei==4）
{
if（jia==1）
{
if（dm==60）
dm=0;
else
dm++;
jia=0;
}
}
}
voidfuwei（）//复位程序
{
s=0;
f=0;
m=0;
}
voiddelay（uintt）
{
uinti;
for（i=0;i<100;i++）
for（;t>0;t--）;
}
6、仿真结果
1、软件调试是在仿真图上进行,这样会比较方便,可以及时发现错误,分析错误,以便于修改,直至结果正确,然后再下载程序,看是否符合要求,程序的调试,是需要极大的耐心和毅力的,同时,要有心细严谨的态度去调试,直至程序无误,可以生成可下载.hex文件。
2、当仿真实验正在运行时，按下“调时”按钮时，会发生外部中断，可以进行时间的调整和定时的设定。
按两下调时按钮，可进行“分”的的调整，按三下，可进行“时”的调整；按四下可进行定时的“秒”的调整，按五下可进行定时的“分”的调整，按六下可进行定“时”的时调整；再按一下正常显示时间。
3、当仿真实验正在运行时，当时间到整点时，可以进行整点报时。
4、当仿真实验正在运行时，按下“复位”按钮，电子钟的所有LED数码管会复位清零。
数字钟从00：
00：
00开始重新运行。
7、心得体会
通过本次单片机综合设计实验，让我对AT89C51单片机有了进一步的认识。
了解并能够使用Keil2,和Proteus软件进行C语言程序的编写和绘制电子原理图，同时进行实验仿真。
此次设计数字钟是为了了解数字钟的原理，加深对我们所学知识的了解和认识、以及知识迁移的能力。
巩固、加深和扩大单片机应用的知识面，提高综合及灵活运用所学知识解决工业控制的能力。
在学习的过程中，及时认识到自己与他人的差距，积极学习相关知识，把所学的知识与实践结合起来。
我们要把自己所学的知识用到实践中去，从而实现我们大学生的个人能力。
8、如何扩展、深入
本次的单片机综合设计，主要是实现了用C51控制数字时钟，还可以利用8279键盘显示接口电路。
使用8279可实现对键盘/显示器的自动扫描，以减轻CPU负担，其具有显示稳定、程序简单、不会出现误动作等特点。
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