电子04班胡朝阳14号.docx

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电子04班胡朝阳14号

项目名称：

电子闹钟设计

班级：

电子201004班

姓名：

胡朝阳

学号：

201003041414

指导教师：

温锦辉

日期：

2012年6月4日

摘要

随着社会发展，信息数字化走进了每个家庭，数字化电子产品功能强大，美观，得到人们喜爱，电子产品数字化已成为一种趋势，研究电子产品数字化也成为当今生产电子的任务。

本课题以单片机为基础，以C语言为编程语言，以AT89C51单片机芯片为核心设计一个音乐闹钟，实现时间显示、定时和闹钟功能。

本文首先在绪论中介绍了单片机和时钟的概念，然后在对单片机系统和显示电路做了深入的研究之后，提出了系统总体设计方案，并设计了各部分硬件模块和软件流程，在用C语言设计了具体软件程序后，用Protous软件进行了仿真和调试,结果证明了该设计系统的可行性。

由于AT89C51系列单片机的控制器运算能力强，处理速度快，可以精确计时，很好地解决了实际生产生活中对计时高精确度的要求，因此该设计在现代社会中具有广泛的适用性。

【关键字】：

AT89C51,定时,LED显示,仿真，调试，按键

目录

第一章设计要求及任务4

第一节设计本电子定时闹钟的目的和意义4

第二节实现的功能4

第二章单片机及其内部结构介绍5

第一节单片机和数字钟介绍5

1、单片机介绍5

2、数字钟介绍6

第二节51单片机硬件结构设计6

1、51单片机内部总体结构6

2、51单片机时钟电路与时序.7

第三章模块电路设计7

1、显示部分7

2、调时部分8

3、闹铃部分8

第四章程序调试与测试结果分析9

一、硬件调试（proteus）9

二软件设计10

总结11

参考文献12

第一章设计要求及任务

第一节设计本电子定时闹钟的目的和意义

一、复习和巩固所学过的知识，利用此设计正好可以对所学过的知识进行系统的回顾和总结。

二、拓展知识面，课堂的知识是远远满足不了设计的要求的，这就需要我们主动去找寻更多的资料，了解更多的知识。

三、培养了设计能力和解决实际问题的能力，同时增强了自学能力，通过设计完整的单片机系统也初步掌握了组成系统、编程、调试等能力。

四、通过本LED电子钟的设计初步了解了单片机应用系统开发研制过程，软件和硬件设计的方法。

第二节实现的功能

1项目要求

1.1功能需求

（1）实现数字时钟准确实时的计时与显示功能；

（2）实现闹钟功能，即系统时间到达闹钟时间时闹铃响；

（3）实现时间和闹钟时间的调时功能；

1.2设计要求

（1）应用51单片机设计实现数字时钟电路；

（2）使用定时器/计数器中断实现计时；

（3）选用8位数码管显示时间；

（4）用按钮实现调时间和闹钟时间的功能。

1：

更换模式（模式0：

正常显示时间；模式1：

调当前显示的时间；模式2；调闹钟时间）；

（5）使用发光二极管实现闹钟功能；

（6）采用C语言编写程序并调试。

2硬件设计及描述

（1）单片机采用AT89C51型；

（2）时间显示电路：

采用8位共阴极数码管，P1口驱动显示数字，P2口作为扫描信号；

（3）时间设置：

实现调时模式，调整显示时间和闹铃时间；

（4）闹钟：

P3.7口接发光二极管模拟闹钟。

（5）总体设计方框图

图1设计方框图

第二章单片机及其内部结构介绍

第一节单片机和数字钟介绍

1、单片机介绍

（1）.单片机定义

“单片机”就是将计算机的基本部件集成到一块芯片上，包括CPU、并行口、串行口、定时器／计数器、中断系统、系统时钟及系统总线等。

（2）.单片机分类

单片机按照其用途可分为通用型和专用型两大类。

通用型单片机具有比较丰富的内部资源，性能全面且适应性强，能覆盖多种应用需求。

专用单片机是专门针对某个特定产品的，例如，专用于电机控制的单片机、车载电子设备、语音信号处理和家用电器中的单片机等。

2、数字钟介绍

时钟是将小时、分钟、秒钟显示于人的肉眼的计时装置。

而单片机模块中最常见的正是数字钟，数字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，具有更长的使用寿命，因此得到了广泛的使用。

而LED电子定时闹钟是以单片机为基础的数字电路实现对时、分、秒的数字显示的数字计时装置,它的计时周期为24小时，另外应有校时功能和一些显示日期、闹钟等附加功能。

一个基本的数字钟电路主要由译码显示器、“时”，“分”，“秒”计数器、校时电路、报时电路和振荡器组成。

目前电子钟广泛用于各种私人和公众场合,成为我们生活、工作和学习中不可缺少的好帮手。

由于时钟的实用性和在人们生活中的重要性，所以尝试设计以单片机为核心的数字时钟是很有意义的。

钟表原先的报时功能已经原不能满足人们日益增长的要求，现代的电子时钟多带有类似自动报警、按时自动打铃、时间程序自动控制、定时广播、自动起闭路灯、通断动力设备、甚至各种定时电气的自动启用等功能，本设计中LED电子时钟采用LED显示时间和日期年月，直观实用，而且可以方便的校调，附带的万年历和定时功能也是很方便和实用的.

第二节51单片机硬件结构设计

1、51单片机内部总体结构

51系列单片机是在一块芯片中集成了CPU、RAM、ROM、输入/输出接口、系统总线等基本部件构成微型计算机基本部件的8位单片机。

如图2所示：

图2单片机内部总体结构图

2、51单片机时钟电路与时序.

时钟电路用于产生MCS-51单片机工作所必需的时钟信号。

在执行指令时，CPU首先要到程序存储器中取出需要执行的指令操作码，然后译码，并由时序电路产生一系列控制信号去完成指令所规定的操作。

（1）.时钟电路

a.内部时钟方式

单片机内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，引脚XTAL1和XTAL2分别是此放大器的输入端和输出端。

这个放大器与作为反馈元件的片外石英晶体或陶瓷谐振器一起构成一个自激振荡器。

b.外部时钟方式

外部时钟方式是使用外部振荡脉冲信号，常用于多片单片机同时工作，以便于同步。

对外部脉冲信号只要求高电平持续时间大于20，一般为低于12MHz的方波。

这时，外部振荡器的信号接至XTAL2，即内部时钟发生器的输入端，而内部反相放大器的输入端XTAL1应接地，由于XTAL2端的逻辑电平不是TTL的，故建议外接一个上拉电阻。

第三章模块电路设计

1、显示部分

利用动态扫描的方式显示出各个数码管的值，数码管任何时刻都只有一个点亮，每个点亮并延时一定时间利用数码管的余晖特性和人眼有视觉暂留现象只要数码管的亮灭时间极短，给人眼的视觉印象就会是连续稳定的显示。

图38位一体7段数码管显示

2、调时部分

4×4矩阵键盘利用了程序对键盘电平的扫描行当列电平变化时，由程序判断该变化所的含义，并去执行，达到调整时间的功能。

具体分两步：

1.判断是否有按键被按下

方法是：

D0~D3全部置低电平，检测列的状态，只要有一列的电平为低，则表示键盘上面有按键被按下去。

若所有列都为高，则键盘没有按键按下。

2.确定那个按键按下

在确认有按键按下时，依次将行线值低电平，当一条行线为低电平时，再逐行检测各列的电平，若某列为低，则该列线与置为低电平的行交叉处的按钮就是闭合的按键。

图44×4矩阵键盘

3、闹铃部分

当定时时间到到达时，发光二极管点亮，延时6秒钟自动熄灭。

图5发光二极管模拟闹铃

第四章程序调试与测试结果分析

一、硬件调试（proteus）

启动proteus软件，根据硬件连接图的连接，在仿真软件的元件库中找出相应的元件并连接起来。

如图6所示：

图6proteus软件整体电路连接图

此次仿真需要的元器件有AT89C51芯片,4009反相器，8位一体的7段数码管7SEG-MPX8。

在此次仿真中与实际的电路有一些简化处理，比如，在实际的电路中从P0口引出去的8脚先通过74HC245芯片，然后在接到数码管的a,b,c,d,e,f,g,h引脚，什维利要考虑电流的驱动能力。

而仿真目的为了验证程序的正确信，因此在仿真图里面可以不用考虑这些细节，直接把P0口与数码管的8只段脚连接，减少仿真难度。

还比如，在实际的电路中数码管的8只引脚也是数码管工作时电流提供脚，因此提供8只PNP三级管作开关既可以起选通作用，又可以提供较强的电流驱动能力。

而在仿真图中用4009反相器代替三极管，模拟选通作用。

二软件设计

单片机控制流程设计

图7软件设计流程图

总结

单片机是计算机技术发展的产物，是经济实用开发简便的高科技产品，在当今工业控制、家电等领域占据广泛的市场。

通过此次单片机课程设计来设计个简单的数字闹钟，我巩固了自己学习的单片机知识，来初步了解了小型单片机系统的设计和运用，并提高自己实际动手能力。

，

课程设计过程也使我了解了自己能力的不足，不过通过资料收集的方法，找出了设计过程中的一些问题以及解决问题的方法，从而比较顺利的完成了这个设计任务。

这次自己所做的设计取得了一些宝贵的经验，提高了自己的动手能力，为将来的学习和工作很有好处。

通过这次课程设计我学到了很多全新的在课堂上没法学到的知识，同时也加深了以前所学知识的理解，也增强了理论联系实际的操作能力。

但是，在实际的编程以及调试程序过程中，我发现自己应该学的还有太多太多。

光靠书本上是远远行不通的！

因为能力与精力，还有时间的关系，我对系统的设计中的每一个细节不能做到完全的完美。

该系统还需要进行完善，功能的扩展等等，而我所做的也仅供以后设计该系统时作为参考。

总之，理论必须和实际结合才有威力，知识必须通过应用才能实现其价值！

所学的东西最终是要面向社会，是在以后的工作能够更好的应用，此时的知识积累是为以后的工作做好坚实的基础。

这个设计总体上不算完美，但是在这个课程设计的经历的好处是不可估量的。

参考文献

【1】张志良.单片机原理与控制技术.北京：

机械工业出版社，2005.3

【2】林伸茂.8051单片机彻底研究实习篇.北京：

人民邮电出版社，2004.5

【3】赵润林，赵迎辉.单片机原理与应用教程.北京：

北京大学出版社，2005.9

【4】朱定华，戴汝平.单片微机原理与应用.北京：

北方交通大学出版社，2003.8

【5】何立民.单片机应用技术选编[M].北京:

北京航空航天大学出版社,1998.