数字钟课程设计报告书.docx
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数字钟课程设计报告书
目录
一、设计任务与要求3
1设计目的3
2设计要求3
2.1任务及要求............................................................................3
2.2系统功能说明........................................................................3
2.3软件研制方面........................................................................4
2.4硬件研制方面........................................................................4
二、总体方案设计4
1电路的总体原理框图4
2实现时钟计时的基本方法5
3总体方案介绍5
3.1计时方案................................................................................5
3.2控制方案................................................................................5
三、数字钟的硬件设计6
1.1最小系统..................................................................................6
1.2时钟电路..................................................................................8
1.3单片机复位电路.......................................................................9
2、数码显示模块设计....................................................................10
3、仿真实现（电路连接图）.........................................................11
4、实验板运行结果.......................................................................12
四、系统软件设计.13
1、源程序流程图...........................................................................13
2、时间显示流程图........................................................................13
3、源程序清单............................................................................13
五、设计总结20
1、设计过程中遇到的问题及解决方法20
2、设计体会21
参考文献22
一、设计任务与要求
1、设计目的
（1）通过对课题设计方案的分析、选择、比较、熟悉单片机用系统开发、研制的过程，软硬件设计的方法、内容及步骤。
（2）培养针对课题需要，选择和查阅有关手册、图表及文献资料的自学能力，提高组成系统、编程、调试的动手能力；
（3）提高综合及灵活运用所学知识解决工业控制的能力，培养动手能力和实际应用能力。
2、设计内容
2.1任务及要求
①通过单片机内定时器控制走时，准确持续走时。
②在六个LED七段数码管上显示时、分、秒。
③具有通过键盘调整时、分、秒的功能。
2.2系统功能说明
数字钟的格式为：
HH:
MM:
SS，由左向右分别为：
时、分、秒。
完成显示由秒01一直加1至59，再恢复为00；分加1，由00至01，一直加1至59，再恢复00；时加1，时由00加至23之后秒、分、时全部清清零。
该数字钟使用T0作50ms的定时中断。
走时调整：
走时过程中，按下“暂停/继续”键可暂停、继续计时，按下“调时按键”键对“时”显示进行调整（每按一次加1）；按下“调分按键”键对“分”显示进行调整（每按一次加1）；按下“调秒按键”键“秒”显示进行调整（每按一次加1）。
2.3软件研制方面
1.采用模块化程序结构设计软件，首先将整个软件分成若干功能模块；
2.根据流程图，编写源程序；
3.上机调试各模块程序；
4.与硬件一起联调，最后完成全部调试工作。
2.4硬件研制方面
1.将整个硬件系统划分为若干功能单元电路，绘出整个系统原理电路图，注明各交单元电路间接口信号；
2.搭建硬件电路，完成各单元电路设计，包括选择合适的各类元器件和电路板设计（元件布局和走线）。
二、总体方案设计
1.电路的总体原理框图
根据以上的电子时钟的设计要求可以分为以下的几个硬件电路模块：
单片机模块、数码显示模块与按键模块，模块之间的关系图如下面得方框电路
时钟电路
复位电路单
片数码管显示
机
调整键盘
2.实现时钟计时的基本方法
利用STC系列单片机的可编程定时/计数器、中断系统来实现时钟定时。
（1）计数初值计算:
把定时器设为工作方式1，定时时间为50ms，则计数溢出20次即得时钟计时最小单位秒。
假设使用T/C0，方式1，50ms定时，fosc=11.0592MHz。
则初值N满足N×1/11.0592MHz×12μs=50000μs=50ms
N=46080。
（2）采用中断方式进行溢出次数累计,计满20次为秒计时（1秒）；
（3）从秒到分和从分到时的计时是通过累加和数值比较实现。
3、总体方案介绍
3.1计时方案
利用STC89C52单片机内部的定时/计数器进行中断时，配合软件延时实现时、分、秒的计时。
该方案节省硬件成本，且能使读者在定时/计数器的使用、中断及程序设计方面得到锻炼与提高，对单片机的指令系统能有更深入的了解，从而对学好单片机技术这门课程起到一定的作用。
3.2控制方案
STC89C52的P0口外接2个74HC573锁存器，其中一个锁存器接由六个LED数码管（LED6～LED1）构成的显示器，作LED的段码输出线，另一个锁存器作六个LED数码管的位控输出线，P2.6接段选锁存器，P2.7接位选锁存器，P3.4~P3.7口外接四个按键，构成键盘电路。
STC89C52是一种低功耗，高性能的CMOS8位微型计算机。
它带有8KFlash可编程和擦除的只读存储器（EPROM），该器件采用ATMEL的高密度非易失性存储器技术制造，与工业上标准的80C51和80C52的指令系统及引脚兼容，片内Flash集成在一个芯片上，可用与解决复杂的问题，且成本较低。
简易电子钟的功能不复杂，采用其现有的I/O便可完成，所以本设计中采用此的设计方案。
3、数字钟的硬件设计
1.1最小系统
STC89C52单片机引脚图如下：
MCS-51单片机是标准的40引脚双列直插式集成电路芯片，其各引脚功能如下：
XTAL1（19脚）和XTAL2（18脚）：
为振荡器输入输出端口。
当使用芯片内部时钟时，此二引线端用于外接石英晶体和微调电容；当使用外部时钟时，用于接外部时钟脉冲信号。
RST（9脚）：
为复位输入端口，外接电阻电容组成的复位电路。
VCC（40脚）和GND（20脚）：
为供电端口，分别接+5V电源的正负端。
P0口
P0口是一组8位漏极开路型双向I/O口，也即地址/数据总线复用口。
作为输出口用时，每位能吸收电流的方式驱动8个TTL逻辑门电路，对端口P0写“1”时，可作为高阻抗输入端用。
在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址（低8位）和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。
在Flash编程时，P0口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻。
P1口
P1是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口，P1的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。
对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。
作输入口使用时，因为内部存在上拉 电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流（IIL）。
与AT89C51不同之处是，P1.0和P1.1还可分别作为定时/计数器2的外部计数输入（P1.0/T2）和输入（P1.1/T2EX）。
Flash编程和程序校验期间，P1接收低8位地址。
P2口
P2是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。
对端口P2写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口，作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流（IIL）。
在访问外部程序存储器或16位地址的外部数据存储器（例如执行MOVX@DPTR指令）时，P2口送出高8位地址数据。
在访问8位地址的外部数据存储器（如执行MOVX@RI指令）时，P2口输出P2锁存器的内容。
Flash编程或校验时，P2亦接收高位地址和一些控制信号。
P3口
P3口是一组带有内部上拉电阻的8位双向I/O口。
P3口输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻 辑门电路。
对P3口写入“1”时，它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。
此时，被外部拉低的P3口将用上拉电阻输出电流（IIL）。
P3口除了作为一般的I/O口线外，更重要的用途是它的第二功能，P3口还接收一些用于Flash闪速存储编程和程序校验的控制信号。
具体第二功能如表所示
P3引脚
兼用功能
P3.0
串行通讯输入（RXD）
P3.1
串行通讯输出（TXD）
P3.2
外部中断0（INT0）
P3.3
外部中断1（INT1）
P3.4
定时器0输入（T0）
P3.5
定时器1输入（T1）
P3.6
外部数据存储器写选通WR
P3.7
外部数据存储器写选通RD
RST
复位输入。
当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平将使单片机复位。
ALE/PROG
当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。
一般情况下，ALE仍以时钟振荡频率的1/6输出固定的脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。
要注意的是：
每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。
PSEN
程序储存允许（PSEN）输出是外部程序存储器的读选通信号，当AT89C52由外部程序存储器取指令（或数 据）时，每个机器周期两次PSEN有效，即输出两个脉冲。
在此期间，当访问外部数据存储器，将跳过两次PSEN信号。
EA/VPP
外部访问允许。
欲使CPU仅访问外部程序存储器（地址为0000H—FFFFH），EA端必须保持低电平（接 地）。
需注意的是：
如果加密位LB1被编程，复位时内部会锁存EA端状态。
如EA端为高电平（接Vcc端），CPU则执行内部程序存储器中的指令。
Flash存储器编程时，该引脚加上+12V的编程允许电源Vpp，当然这必须是该器件是使用12V编程电压Vpp。
1.2时钟电路
下图所示为时钟电路原理图，在AT89C52芯片内部有一个高增益反相放大器，其输入端为芯片引脚XTAL1，输出端为引脚XTAL2。
而在芯片内部，XTAL1和XTAL2之间跨接晶体振荡器和微调电容，从而构成一个稳定的自激振荡器。
时钟电路产生的振荡脉冲经过触发器进行二分频之后，才成为单片机的时钟脉冲信号。
1.3单片机复位电路
复位电路由两部分组成，电容和电阻。
此复位电路称上电复位。
上电瞬间，电容充电电流最大，电容相当于短路，RST端为高电平，自动复位；电容两端的电压达到电源电压时，电容充电电流为零，电容相当于开路，RST端为低电平，程序正常运行。
通常，我们还会在电容器两端并接一个按钮开关，如下图所示，此按钮开关就是一个手动的Reset开关。
2、数码显示模块设计
显示器普遍地用于直观地显示数字系统的运行状态和工作数据，按照材料及产品工艺，单片机应用系统中常用的显示器有：
发光二极管LED显示器、液晶LCD显示器、CRT显示器等。
LED显示器是现在最常用的显示器之一，如下图所示。
共阴极共阳极
发光二极管（LED）由特殊的半导体材料砷化镓、磷砷化镓等制成，可以单独使用，也可以组装成分段式或点阵式LED显示器件（半导体显示器）。
分段式显示器（LED数码管）由7条线段围成8字型，每一段包含一个发光二极管。
外加正向电压时二极管导通，发出清晰的光。
只要按规律控制各发光段亮、灭，就可以显示各种字形或符号。
LED数码管有共阳、共阴之分。
系统采用动态显示方式，用P0口来控制LED数码管的段控线和位控线。
动态显示通常都是采用动态扫描的方法进行显示，即循环点亮每一个数码管，这样虽然在任何时刻都只有一位数码管被点亮，但由于人眼存在视觉残留效应，只要每位数码管间隔时间足够短，就可以给人以同时显示的感觉。
3、仿真实现（电路连接图）
4、实验板运行结果
四、系统软件设计
1、源程序流程图
初始化
清数码管显示
定时器赋初值
否
是否有键按下？
是
键盘调整时间
显示时间并计时
2、时间显示流程图
3、源程序清单
//==声明区=====================================================//
#include
#defineuintunsignedint//宏定义
#defineucharunsignedchar
uchartt,ff,ee,dd,cc,bb,aa;//分别定义定时器变量和时、分、秒的六位变量
sbitdula=P2^6;//定义段选位
sbitwela=P2^7;//定义位选位
sbitkey1=P3^4;//定义调时按键
sbitkey2=P3^5;//定义调分按键
sbitkey3=P3^6;//定义调秒按键
sbitkey4=P3^7;//定义暂停/继续计时按键
ucharcodetable[]={
0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,//0~9的七段LED共阴极数码表
0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f};
voidkey01（）;//声明调时按键子程序
voidkey02（）;//声明调分按键子程序
voidkey03（）;//声明调秒按键子程序
voidkey04（）;//声明暂停/继续计时按键子程序
voiddisplay（ucharff,ucharee,uchardd,ucharcc,ucharbb,ucharaa）;//声明显示子程序
voiddelay（uintz）;//声明延时子程序
voidinit（）;//声明初始化子程序
//==主程序=====================================================//
voidmain（）
{
init（）;//初始化子程序
while
（1）
{
if（key1==0）//键盘扫描
key01（）;
if（key2==0）
key02（）;
if（key3==0）
key03（）;
if（key4==0）
key04（）;
if（tt==20）
{
tt=0;
aa++;
if（aa==10）
{
aa=0;
bb++;
}
if（bb==6）
{
bb=0;
cc++;
}
if（cc==10）
{
cc=0;
dd++;
}
if（dd==6）
{
dd=0;
ee++;
}
if（ee==10）
{
ee=0;
ff++;
}
if（ff==2&&ee==4）
{
ee=0;
ff=0;
}
}
display（ff,ee,dd,cc,bb,aa）;//以24小时方式显示时间
}
}
//==延时子程序=====================================================//
voiddelay（uintz）//延时子程序（约zms）
{
uintx,y;
for（x=z;x>0;x--）
for（y=110;y>0;y--）;
}
//==初始化子程序===================================================//
voidinit（）//
{
ff=0;//数码管显示清零
ee=0;
dd=0;
cc=0;
bb=0;
aa=0;
tt=0;//定时变量清零
wela=0;//位选清零
dula=0;//段选清零
TMOD=0x01;//定时器0工作于方式1
TH0=（65536-46080）/256;//定时器赋初值
TL0=（65536-46080）%256;
EA=1;//开总中断
ET0=1;//开定时器0中断
TR0=1;//开定时器0
}
//==定时器0=====================================================//
voidtimer0（）interrupt1//定时50ms
{
TH0=（65536-46080）/256;
TL0=（65536-46080）%256;
tt++;
}
//==显示子程序===================================================//
voiddisplay（ucharff,ucharee,uchardd,ucharcc,ucharbb,ucharaa）//显示子程序
{
dula=1;
P0=table[bb];
dula=0;
P0=0xff;
wela=1;
P0=0xef;
wela=0;
delay
（1）;
dula=1;
P0=table[aa];
dula=0;
P0=0xff;
wela=1;
P0=0xdf;
wela=0;
delay
（1）;
dula=1;
P0=table[dd];
dula=0;
P0=0xff;
wela=1;
P0=0xfb;
wela=0;
delay
（1）;
dula=1;
P0=table[cc];
dula=0;
P0=0xff;
wela=1;
P0=0xf7;
wela=0;
delay
（1）;
dula=1;
P0=table[ff];
dula=0;
P0=0xff;
wela=1;
P0=0xfe;
wela=0;
delay
（1）;
dula=1;
P0=table[ee];
dula=0;
P0=0xff;
wela=1;
P0=0xfd;
wela=0;
delay
（1）;
}
//==调时按键=======================================================//
voidkey01（）//调时按键
{
if（key1==0）
{
delay（5）;//消抖
if（key1==0）;
while（!
key1）;
delay（5）;//松手检测
while（!
key1）;
TR0=0;
ee++;
if（ee==10）
{
ee=0;
ff++;
}
if（ff==2&&ee==4）
{
ee=0;
ff=0;
}
display（ff,ee,dd,cc,bb,aa）;
}
}
//==调分按键=======================================================//
voidkey02（）//调分按键
{
if（key2==0）
{
delay（5）;//消抖
if（key2==0）;
while（!
key2）;
delay（5）;//松手检测
while（!
key2）;
TR0=0;
cc++;
if（cc==10）
{
cc=0;
dd++;
}
if（dd==6）
dd=0;
display（ff,ee,dd,cc,bb,aa）;
}
}
//==调秒按键======================================================//
voidkey03（）//调秒按键
{
if（key3==0）
{
delay（5）;//消抖
if（key3==0）
while（!
key3）;
delay（5）;//松手检测
while（!
key3）;
TR0=0;
aa++;
if（aa==10）
{
aa=0;
bb++;
}
if（bb==6）
bb=0;
display（ff,ee,dd,cc,bb,aa）;
}
}
//==暂停/继续计时按键=============================================//
voidkey04（）//暂停/继续计时按键
{
if（key4==0）
{
delay（5）;//消抖
if（key4==0）;
while（!
key4）;
del
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