单片机电子时钟课程设计报告.docx
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单片机电子时钟课程设计报告
目录
一、设计要求……………………………………………………………………4
二、设计方案和论证……………………………………………………………4
1.总设计原理图…………………………………………………………………………4
2.元器件清单……………………………………………………………………………5
3、各部分功能实现………………………………………………………………………5
4、STC89C52单片机介绍…………………………………………………………………5
5、上电按钮复位电路………………………………………………………………………8
6、晶振电路………………………………………………………………………………8
7.下载端口…………………………………………………………………………………8
8、1602A液晶显示器………………………………………………………………………10
9、时钟显示校正电路………………………………………………………………………12
10、蜂鸣器电路……………………………………………………………………………12
11、外接电源电路…………………………………………………………………………13
12、总电路原理图…………………………………………………………………………14
13、程序流程图……………………………………………………………………………15
三、设计总结………………………………………………………………………15
1实验中遇到的问题及解决方法……………………………………………………………15
2设计体会……………………………………………………………………………………16
四、参考文献………………………………………………………………………16
一、设计要求
1、准确计时，以数字形式显示时、分、秒的时间。
2、小时以24小时计时形式，分秒计时为60进位。
3、校正时间功能（即调整时间）
4、闹钟功能。
5、整点报时。
6、总结检验电路设计结果
二、设计方案和论证
本次设计时钟电路，使用了ATC89C52单片机芯片控制电路，单片机控制电路简单且省去了很多复杂的线路，使得电路简明易懂，使用键盘键上的按键来调整时钟的时、分、秒，用一扬声器来进行定时提醒，同时使用C语言程序来控制整个时钟显示，使得编程变得更容易，这样通过四个模块：
键盘、芯片、扬声器、显示屏即可满足设计要求。
1、总设计原理框图如下图所示：
2、元器件清单
名称
数量
STC89C52单片机
1
12M晶振
1
PNP9015三极管
2
10k排阻
1
10k微调电阻
1
10k电阻
2
4.7k电阻
2
Led发光二极管
1
四角按键
4
蜂鸣器
1
10uF电容
1
30pF电容
2
1602液晶显示器
1
40脚插座
1
铜板15cm*15cm
1
排针和排插
若干
3、各部分功能实现
（1）单片机发送的信号通过程序控制最终在数码管上显示出来。
（2）单片机通过输出各种电脉冲信号来驱动控制各部分正常工作。
（3）为使时钟走时与标准时间一致，校时电路是必不可少的，键盘用来校正液晶显示器上显示的时间。
（5）单片机通过控制闹铃电路来完成定时闹钟的功能。
4、STC89C52单片机介绍
STC89C52单片机是由深圳宏晶公司代理销售的一款MCU，是由美国设计生产的一种低电压、高性能CMOS8位单片机，片内含8kbytes的可反复写的FlashROM和128bytes的RAM，2个16位定时计数器[5]。
STC89C52单片机内部主要包括累加器ACC（有时也简称为A）、程序状态字PSW、地址指示器DPTR、只读存储器ROM、随机存取存储器RAM、寄存器、并行I/O接口P0~P3、定时器/计数器、串行I/O接口以及定时控制逻辑电路等。
这些部件通过内部总线联接起来，构成一个完整的微型计算机。
其管脚图如图所示。
STC89C52单片机管脚结构图
VCC：
电源。
GND：
接地。
P0口：
P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。
当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。
P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。
在FIASH编程时，P0口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。
P1口：
P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。
P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。
在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。
P2口：
P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。
并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。
这是由于内部上拉的缘故。
P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。
在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。
P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。
P3口：
P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。
当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。
作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。
P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：
口管脚备选功能
P3.0RXD（串行输入口）
P3.1TXD（串行输出口）
P3.2/INT0（外部中断0）
P3.3/INT1（外部中断1）
P3.4T0（记时器0外部输入）
P3.5T1（记时器1外部输入）
P3.6/WR（外部数据存储器写选通）
P3.7/RD（外部数据存储器读选通）
P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。
RST：
复位输入。
当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。
ALE/PROG：
当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。
在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。
在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。
因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。
然而要注意的是：
每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。
如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。
此时，ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。
另外，该引脚被略微拉高。
如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。
PSEN：
外部程序存储器的选通信号。
在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。
但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。
EA/VPP：
当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。
注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。
在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。
5、上电按钮复位电路
本设计采用上电按钮复位电路：
首先经过上电复位，当按下按键时，RST直接与VCC相连，为高电平形成复位，同时电解电容被电路放电；按键松开时，VCC对电容充电，充电电流在电阻上，RST依然为高电平，仍然是复位，充电完成后，电容相当于开路，RST为低电平，单片机芯片正常工作。
其中电阻R2决定了电容充电的时间，R2越大则充电时间长，复位信号从VCC回落到0V的时间也长。
6、晶振电路
本设计晶振电路采用12M的晶振。
晶振的作用是给单片机正常工作提供稳定的时钟信号。
单片机的晶振并不是只能用12M，只要不超过20M就行，在准许的范围内，晶振越大，单片机运行越快，还有用12M的就是好算时间，因为一个机器周期为1/12时钟周期，所以这样用12M的话，一个时钟周期为12us，那么定时器计一次数就是1us了，电容范围在20-40pF之间，这里连接的是30pF的电容。
机器周期=10*晶振周期=12*系统时钟周期
7.下载端口
设计用到的STC89C52单片机芯片的ISP下载线是通过单片机的TXD，RXD引脚把程序烧进去的。
管脚TXD和RXD用于异步串行通信。
其实STC89C52单片机的ISP下载线就是一个max232芯片连接STC和计算机的串行通信口。
计算机把程序从九针串口送到max232芯片，电平转换后送进单片机的串行口，也就是TXD和RXD。
然后单片机的串行模块把数据送到程序区。
8、1602A液晶显示器
8.1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，各引脚接口说明如表8-1所示:
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
表8-1：
引脚接口说明表
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。
10．8．2．31602LCD的指令说明及时序
1602液晶模块内部的控制器共有11条控制指令，如表10-14所示：
序号
指令
RS
R/W
D7
D6
D5
D4
D3
D2
D1
D0
1
清显示
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
2
光标返回
0
0
0
0
0
0
0
0
1
*
3
置输入模式
0
0
0
0
0
0
0
1
I/D
S
4
显示开/关控制
0
0
0
0
0
0
1
D
C
B
5
光标或字符移位
0
0
0
0
0
1
S/C
R/L
*
*
6
置功能
0
0
0
0
1
DL
N
F
*
*
7
置字符发生存贮器地址
0
0
0
1
字符发生存贮器地址
8
置数据存贮器地址
0
0
1
显示数据存贮器地址
9
读忙标志或地址
0
1
BF
计数器地址
10
写数到CGRAM或DDRAM）
1
0
要写的数据内容
11
从CGRAM或DDRAM读数
1
1
读出的数据内容
表10-14：
控制命令表
1602液晶模块的读写操作、屏幕和光标的操作都是通过指令编程来实现的。
（说明：
1为高电平、0为低电平）
指令1：
清显示，指令码01H,光标复位到地址00H位置。
指令2：
光标复位，光标返回到地址00H。
指令3：
光标和显示模式设置I/D：
光标移动方向，高电平右移，低电平左移S:
屏幕上所有文字是否左移或者右移。
高电平表示有效，低电平则无效。
指令4：
显示开关控制。
D：
控制整体显示的开与关，高电平表示开显示，低电平表示关显示C：
控制光标的开与关，高电平表示有光标，低电平表示无光标B：
控制光标是否闪烁，高电平闪烁，低电平不闪烁。
指令5：
光标或显示移位S/C：
高电平时移动显示的文字，低电平时移动光标。
指令6：
功能设置命令DL：
高电平时为4位总线，低电平时为8位总线N：
低电平时为单行显示，高电平时双行显示F:
低电平时显示5x7的点阵字符，高电平时显示5x10的点阵字符。
指令7：
字符发生器RAM地址设置。
指令8：
DDRAM地址设置。
指令9：
读忙信号和光标地址BF：
为忙标志位，高电平表示忙，此时模块不能接收命令或者数据，如果为低电平表示不忙。
指令10：
写数据。
指令11：
读数据。
与HD44780相兼容的芯片时序表如下：
读状态
输入
RS=L，R/W=H，E=H
输出
D0—D7=状态字
写指令
输入
RS=L，R/W=L，D0—D7=指令码，E=高脉冲
输出
无
读数据
输入
RS=H，R/W=H，E=H
输出
D0—D7=数据
写数据
输入
RS=H，R/W=L，D0—D7=数据，E=高脉冲
输出
无
9、时钟显示校正电路
本设计利用按键开关来校正时钟显示的数字。
当按钮按下时，将在相应的端口输入一个低电平，通过相应的程序来改变时钟显示。
其中S1按键开关用来选择要修改的数字；S2按键用来增加所选数字的数值；S3按键用来减少所选数字的数值。
10、蜂鸣器电路
电路接法：
三极管选定PNP型，基极B连接5V电压，发射极E连接一个1K左右的电阻后接I/O口，集电极C连接蜂鸣器后接地。
单片机在复位后的个I/O口是高电平，此时三极管是截止的，编写程序使选定的I/O为低电平，此时三极管导通，导通后蜂鸣器与电源正极连通，构成一个工作回路，从而发出滴滴的响声。
其中电阻R1在电路里起分压限流的作用，PNP三极管起到模拟开关的作用。
11、外接电源电路
外接电源电路用于连接外部5V电源与电子时钟电路，通过自锁开关控制电路的导通与断开，当开关闭合时，电路导通，外部电源给电路正常供电，电子时钟正常工作。
当开关断开时，电路停止工作。
12、总电路原理图
13、程序流程图
软件程序从开始执行，先通过初始化各个寄存器，经过扫描按键来决定是否设定参数来执行相应功能的程序，进而在数码管上显示
三、设计总结
辛辛苦苦努力了一个月，终于有了成果，把理论变成了现实，出了欣喜外，还充满了成就感。
1实验中遇到的问题及解决方法
实验中遇到了很多意想不到的问题，从一开始的设计原理图，程序的编写到最后的电路板制作，一直都是在发现问题和解决问题中度过。
还好自己一路坚持了下来，把问题一一解决。
设计的时候，程序的编写是比较难的，还要都熬过来了
制作电路板的时候，打孔时要很小心，刚开始打的孔都有点歪，多打的几个孔，才慢慢找到感觉。
在PCB板布线的时候，绕了好多弯，刚开始的时候，元件的位置没摆好，布线的时候，总是会有很多的跳线，布了好几天，元件的位置换了又换，最后才终于找到最佳的布线位置。
如果刚开始的时候，就把元件的位置摆放好，跟原理图的相对位置一致，就不会有这么多的麻烦了。
其实这些都不是问题，只要我们有耐心，够细心，都可以把它们解决。
2设计体会
以前看别人的一个电子表卖十几块钱，心里面有点愤愤不平，现在，自己做过一个电子钟，才发现，其中的不容易，还有艰辛。
其实做其他的事情也是一样，都会经过很多的困难，才能成功。
突然想起一句话“不经历风雨，怎么见彩虹”。
其实想想，这一个月，也留下了很多美好的回忆。
还记得那个晚上通宵达旦仿真，不成功，誓不睡觉，很困了，都还在弄着。
却当仿真成功时，没有一丝睡意，有的只是心中的喜悦
还记得那天废寝忘食打孔和焊板，还记得当数码管终于亮起来那一刻……
通过这次设计让我真正体会到了，有付出，才会有收获。
四、参考文献
[1]谢自美．电子线路设计·实验·测试[M]．武汉：
华中理工大学出版社，1992.
[2]何立民．单片机应用系统设计[M]．北京：
北京航空航天大学出版社，1993.
[3]楼然笛．单片机开发[M]．北京：
人民邮电出版社，1994.
[4]付家才．单片机控制工程实践技术[M]．北京：
化学工业出版社2004.3.
[5]李光才．单片机课程设计实例指导[M]．北京：
北京航空航天大学出版社2004.
[6]朱定华．单片机原理及接口技术实验[M]．北京：
北方交通大学出版社2002.11.
[7]刘湘涛．江世明．单片机原理与应用[M].北京:
电子工业出版社,2006.
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