基于STC89C52的电子时钟设计.docx

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基于STC89C52的电子时钟设计

1.前言

20世纪末，电子技术获得了飞速地发展，在其推动下，现代电子产品几乎渗透了社会地各个领域，有力地推动了社会生产力地发展和社会信息化程度地提高，同时也使现代电子产品性能进一步提高，产品更新换代地节奏也越来越快.时间对人们来说总是那么宝贵，工作地忙碌性和繁杂性容易使人忘记当前地时间.忘记了要做地事情，当事情不是很重要地时候，这种遗忘无伤大雅.但是，一旦重要事情，一时地耽误可能酿成大祸.

目前，单片机正朝着高性能和多品种方向发展趋势将是进一步向着CMOS化、低功耗、小体积、大容量、高性能、低价格和外围电路内装化等几个方面发展.下面是单片机地主要发展趋势.单片机应用地重要意义还在于，它从根本上改变了传统地控制系统设计思想和设计方法.从前必须由模拟电路或数字电路实现地大部分功能，现在已能用单片机通过软件方法来实现了.这种软件代替硬件地控制技术也称为微控制技术，是传统控制技术地一次革命.

单片机模块中最常见地是数字钟，数字钟是一种用数字电路技术实现时、分、秒计时地装置，与机械式时钟相比具有更高地准确性和直观性，且无机械装置，具有更更长地使用寿命，因此得到了广泛地使用.

数字钟是采用数字电路实现对.时,分,秒.数字显示地计时装置,广泛用于个人家庭,车站,码头办公室等公共场所,成为人们日常生活中不可少地必需品,由于数字集成电路地发展和石英晶体振荡器地广泛应用,使得数字钟地精度,远远超过老式钟表,钟表地数字化给人们生产生活带来了极大地方便，而且大大地扩展了钟表原先地报时功能.诸如定时自动报警、按时自动打铃、时间程序自动控制、定时广播、自动起闭路灯、定时开关烘箱、通断动力设备、甚至各种定时电气地自动启用等，所有这些，都是以钟表数字化为基础地.因此，研究数字钟及扩大其应用，有着非常现实地意义.

数字钟已成为人们日常生活中：

必不可少地必需品，广泛用于个人家庭以及车站、码头、剧场、办公室等公共场所，给人们地生活、学习、工作、娱乐带来极大地方便.由于数字集成电路技术地发展和采用了先进地石英技术，使数字钟具有走时准确、性能稳定、携带方便等优点，它还用于计时、自动报时及自动控制等各个领域.

2.整体设计方案

多功能电子时钟地功能地电路具有实现显示时、分、秒，以（24小时）计时方式地功能；具有快速校准时、分、秒地其本功能；秒表/时钟功能地转换；具有整点报时地功能；还可以实现对时间地调整.由单片机、复位、时钟电路、晶振、LED数码管、按键、蜂鸣器组成.

图1时钟电路框图

3.硬件设计方案

3.1复位电路

单片机复位电路就好比电脑地重启部分，当电脑在使用中出现死机，按下重启按钮电脑内部地程序从头开始执行.单片机也一样，当单片机系统在运行中，受到环境干扰出现程序跑飞地时候，按下复位按钮内部地程序自动从头开始执行.

单片机在启动时都需要复位，以使CPU及系统各部件处于确定地初始状态，并从初态开始工作.89系列单片机地复位信号是从RST引脚输入到芯片内地施密特触发器中地.当系统处于正常工作状态时，且振荡器稳定后，如果RST引脚上有一个高电平并维持2个机器周期（24个振荡周期）以上，则CPU就可以响应并将系统复位.

单片机系统地复位方式有：

手动按钮复位和上电复位.本课程设计采用手动按键复位.

手动按钮复位需要人为在复位输入端RST上加入高电平（图（3））.一般采用地办法是在RST端和正电源Vcc之间接一个按钮.当人为按下按钮时，则Vcc地+5V电平就会直接加到RST端.手动按钮复位地电路如图所示.由于人地动作再快也会使按钮保持接通达数十毫秒，所以，完全能够满足复位地时间要求.

图2复位电路

3.2晶振电路

51单片机最小系统晶振Y1也可以采用6MHz或者11.0592MHz，在正常工作地情况下可以采用更高频率地晶振，51单片机最小系统晶振地振荡频率直接影响单片机地处理速度，频率越大处理速度越快.

单片机系统里都有晶振，在单片机系统里晶振作用非常大，全程叫晶体振荡器，他结合单片机内部电路产生单片机所需地时钟频率，单片机晶振提供地时钟频率越高，那么单片机运行速度就越快，单片接地一切指令地执行都是建立在单片机晶振提供地时钟频率. 

单片机晶振地作用是为系统提供基本地时钟信号.通常一个系统共用一个晶振，便于各部分保持同步.有些通讯系统地基频和射频使用不同地晶振，而通过电子调整频率地方法保持同步.

图3晶振电路

3.3LED显示电路

LED显示器工作方式有两种：

静态显示方式和动态显示方式.静态显示地特点是每个数码管地段选必须接一个8位数据线来保持显示地字形码.当送入一次字形码后，显示字形可一直保持，直到送入新字形码为止.这种方法地优点是占用CPU时间少，显示便于监测和控制.缺点是硬件电路比较复杂，成本较高.动态显示地特点是将所有位数码管地段选线并联在一起，由位选线控制是哪一位数码管有效.选亮数码管采用动态扫描显示.所谓动态扫描显示即轮流向各位数码管送出字形码和相应地位选，利用发光管地余辉和人眼视觉暂留作用，使人地感觉好像各位数码管同时都在显示.动态显示地亮度比静态显示要差一些，所以在选择限流电阻时应略小于静态显示电路中地.

一个八段数码管称为一位，多个数码管并列在一起可构成多位数码管，它们地段选线连在一起，而各自地公共端称为位选线.显示时，都从段选线送入字符编码，而选中哪个位选线，那个数码管便会被点亮.

图4LED显示电路

3.4按键输入电路

独立式按键采用每个按键单独占有一个I/O口地结构，这是最简单地键盘输入设计.当按下和释放按键时，输入到I/O口端地电平是不一样地，单片机程序根据不同端口地电平变化判断是否有键按下以及是哪一个键被按下.独立式键盘地原理简单，每个按键地电路是独立地，占用一条数据线.这种接法占用硬盘资源大，适合该课程设计地电子时钟电路.

图5独立按键

3.5蜂鸣器电路

蜂鸣器是一种一体化结构地电子讯响器，采用直流电压供电，广泛应用于计算机、打印机、复印机、报警器、电子玩具、汽车电子设备、电话机、定时器等电子产品中作发声器件.蜂鸣器主要分为压电式蜂鸣器和电磁式蜂鸣器两种类型.

压电式蜂鸣器压电式蜂鸣器主要由多谐振荡器、压电蜂鸣片、阻抗匹配器及共鸣箱、外壳等组成.有地压电式蜂鸣器外壳上还装有发光二极管.多谐振荡器由晶体管或集成电路构成.当接通电源后（1.5~15V直流工作电压）,多谐振荡器起振,输出1.5~2.5kHZ地音频信号，阻抗匹配器推动压电蜂鸣片发声.

压电蜂鸣片由锆钛酸铅或铌镁酸铅压电陶瓷材料制成.在陶瓷片地两面镀上银电极，经极化和老化处理后，再与黄铜片或不锈钢片粘在一起.电磁式蜂鸣器由振荡器、电磁线圈、磁铁、振动膜片及外壳等组成.接通电源后，振荡器产生地音频信号电流通过电磁线圈，使电磁线圈产生磁场.振动膜片在电磁线圈和磁铁地相互作用下，周期性地振动发声.

图6蜂鸣器电路

4.软件设计方案

4.1软件设计方法

系统地软件设计也是工具系统功能地设计.单片机软件地设计主要包括执行软件地设计和监控软件地设计.单片机地软件设计通常要考虑以下几个方面地问题：

●根据软件功能要求，将系统软件划分为若干个相对独立地部分，设计出合理地总体结构，使软件开发清晰、简洁和流程合理；

●培养良好地编程风格，如考虑结构化程序设计、实行模块化、子程序化.既便于调试、链接，又便于移植和修改；

●建立正确地数学模型，通过仿真提高系统地性能，并选取合适地参数；

●绘制程序流程图；

●合理分配系统资源；

●为程序加入注释，提高可读性，实施软件工程；

●注意软件地抗干扰设计，提高系统地可靠性.

4.2系统软件设计思想

本系软件设计中，利用单片机定时器设计时间计时处理，采用单片机内部地T0定时器溢出中断来实现，工作在T0方式下，定时250微妙，则连续中断4000次即为一秒，得到了我们所需时间地最小单位

该设计用C51编写程序，由于汇编语言地移植性比较差，而C语言则比较灵活.许多子函数都可以直接移植过去.在程序中除了有主函数外还包含许多子函数，如延时函数、按键扫描函数、初始化函数、时间显示函数、设定闹钟显示函数、调时、分、秒函数、功能切换函数、秒表功能函数.

4.3系统主程序

在主控程序循环中主要工作为扫描是否有按键，若有按健则做相应地功能处理，同时也扫描显示器显示时间数据，并检查所设置地时间是否到了.时间计时处理程序是等过了1s后，则更新时间数据，将最新地时、分、秒地数据转换为数字数据并显示在八段数码管上.

图7系统主程序流程图

4.4中断子程序

中断子程序地主要功能：

提供时间基准和快速按键调时功能.

4.4.1定时器T0地中断程序设计

定时器T0中断提供时间基准.当T0连续中断4000次时，即为一秒，此时秒加一；当秒值为60时，分钟加一，同时秒清零。

当分钟值为60时，小时加一，同时分钟值清零；当小时为24时，小时清零.

图8T0中断程序流程图

4.4.2定时器T1地中断程序设计

当T1中断500次时，检测一次选择按键S3，如果按键按下，检测时间加减按键，对应按键按下则执行对应地操作，选择按键可选择调时、调分、调秒以及让时间加减按键失效这四种功能，这样可以达到迅速校准时间地作用.

图9T1中断程序流程图

4.5按键扫描子程序

按键扫描子程序是程序计中相当重要地一部分.按键扫描子程序地功能是：

扫描S4键是否按下，若S4键按下，则执行相应功能.标志变量flag地初值设为1，当按下S4键时，标志变量flag值加1，对应切换至所设置地功能.具体切换任务：

flag值为1时可以显示时钟并对时间进行校准，当flag值为2时，切换至秒表功能；当flag值为3时，切换至闹钟设置功能；当flag值为4时，flag值返回1，回到时钟显示并可以调时.

图10按键扫描程序流程图

4.6调时、分、秒子程序

当选择按键状态选择到调秒时，相应地按下S2即对秒进行加1运算，当秒到加到60时，秒清零；按下S1即对秒进行减1运算，当减到零时，秒等于59.选择按键切换时，对应地键可以调分和小时.调分和调时子程序和调秒子程序类似.

图11调秒程序流程图

4.7调节闹钟子程序

当标志变量flag值为3时，切换至调节闹钟功能.检测调节选择按键S3是否按下，如果按下则状态变量n加1，然后根据状态变量地值调用相应地调时、分、秒子程序来实现对闹钟地调节.

图12调节闹钟程序流程图

5.调试与功能说明

单片机应用系统地调试包括硬件和软件两部分，但是他们并不能完全分开.一般地方法是排除明显地硬件故障，再进行综合调试，排除可能地软/硬件故障.

5.1硬盘调试

拿到电路板后，首先要检查加工质量，并确保没有任何方面地错误，如短路和断路，尤其要避免电源短路；元器件在安装前要逐一检查，用万用表测其数值，看是否与所用相同；完成焊接后，应先空载上电（芯片座上不插芯片），并检查各引脚地电位是否正确.若一切正常，方可在断电地情况下将芯片插入，再次检查各引脚地电位及其逻辑关系.将万用表地探针放到单片机接电源地引脚上检测一下，看是否符合要求.

5.2系统性能测试与功能说明

走时：

默认为走时状态，按24小时制分别显示“时时-分分-秒秒”，有2个“-”动态显示，时间会按实际时间以秒为最少单位变化.

走时调整：

检测一次选择按键S3，如果按键按下，检测时间加减按键，对应按键按下则执行对应地操作，选择按键可选择调时、调分、调秒以及让时间加减按键失效这四种功能，这样可以达到迅速校准时间地作用.

5.3系统时钟误差分析

时间是一个基本物理量，具有连续、自动流逝、不重复等特性.我国时间基准来自国家授时中心，人们日常使用地时钟就是以一定地精度与该基准保持同步地.结合时间概念和误差理论，可以定义电子钟地走时误差S=S1-S2,S1表示程序实际运行计算所得地秒；S2表示客观时间地标准秒.S>0时表示电子钟秒单元数值刷新滞后，即走时误差为“慢”；反之，S<0表示秒单元数值地刷新超前，即走时误差为“快”.

本次设计地单片机电子钟系统中，其误差主要来源包括晶体频率误差，定时器溢出误差，延迟误差.晶体频率产生震荡，容易产生走时误差；定时器溢出地时间误差，本应这一秒溢出，但却在下一秒溢出，造成走时误差；延迟时间过长或过短，都会造成与基准时间产生偏差，造成走时误差.

5.4软件调试问题及解决

软件程序地调试一般可以将重点放在分模块调试上，统调是最后一环.软件调试可以采取离线调试和在线调试两种方式.本次课题，Keil软件来调试程序，通过各个模块程序地单步或跟踪调试，使程序逐渐趋于正确，最后统调程序.

6.设计总结

我在这一次单片机最小系统地设计过程中，很是受益匪浅.通过对自己在大学二年时间里所学地知识地回顾，并充分发挥对所学知识地理解和对课程设计地思考及书面表达能力.这为自己今后进一步深化学习，积累了一定宝贵地经验.撰写报告地过程也是专业知识地学习过程，它使我运用已有地专业基础知识，对其进行设计，分析和解决一个理论问题或实际问题，把知识转化为能力地实际训练.培养了我运用所学知识解决实际问题地能力.

通过这次课程设计我发现，只有理论水平提高了；才能够将课本知识与实践相整合，理论知识服务于教案实践，以增强自己地动手能力.这个实验十分有意义我获得很深刻地经验.通过这次课程设计，我们知道了理论和实际地距离，也知道了理论和实际想结合地重要性，，也从中得知了很多书本上无法得知地知识.

我们地学习不但要立足于书本，以解决理论和实际教案中地实际问题为目地，还要以实践相结合，理论问题即实践课题，解决问题即课程研究，学生自己就是一个专家，通过自己地手来解决问题比用脑子解决问题更加深刻.学习就应该采取理论与实践结合地方式，理论地问题，也就是实践性地课题.这种做法既有助于完成理论知识地巩固，又有助于带动实践，解决实际问题，加强我们地动手能力和解决问题地能力.

参考文献

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[9]李广弟．单片机基础．北京航空航天大学出版社，1998.95-123

附录1：

多功能电子时钟原理图

附录2：

C语言源程序

#include

#defineucharunsignedchar

#defineuintunsignedint

#definekeyP3

ucharcodewei[]={0x7f,0xbf,0xdf,0xef,0xf7,0xfb,0xfd,0xfe}。

ucharcodeduan[]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,0xbf}。

ucharnum1[]={0,0,10,0,0,10,0,0}。

ucharnum2[]={0,0,0,0,0,0,0,0}。

ucharsec=55,min=59,hou=23。

ucharsec_1=0,min_1=1,hou_1=0。

uintsec1=0,sec2=0。

intcount1=0,count2=0,cnt=0,cnt2=0。

ucharflag=1,flag2=0。

ucharm。

voiddelay（uintx）

{uinta,b。

for（a=0。

a

a++）

for（b=0。

b<113。

b++）。

}

voiddisplay1（char_hou,char_min,char_sec）

{num1[0]=_sec%10。

num1[1]=_sec/10。

num1[3]=_min%10。

num1[4]=_min/10。

num1[6]=_hou%10。

num1[7]=_hou/10。

}

voiddisplay2（uintx,uinty）

{num2[0]=（（x%1000）%100）%10。

num2[1]=（（x%1000）%100）/10。

num2[2]=（x%1000）/100。

num2[3]=x/1000。

num2[4]=（（y%1000）%100）%10。

num2[5]=（（y%1000）%100）/10。

num2[6]=（y%1000）/100。

num2[7]=y/1000。

}

voidswitch_（void）

{switch（flag）

{case1:

display1（hou,min,sec）。

break。

case2:

display2（sec1,sec2）。

break。

case3:

display1（hou_1,min_1,sec_1）。

break。

case4:

flag=1。

break。

default:

break。

}}

voidkey_scan1（）

{if（（key==0xfb）&&（flag==1））{m++。

}

if（m==1）

{if（key==0xfd）

{sec++。

if（sec>=60）

{sec=0。

}}

if（key==0xfe）

{if（sec==0）

{sec=60。

}sec--。

}}

if（m==2）

{if（key==0xfd）

{min++。

if（min>=60）

{min=0。

hou++。

if（hou>=24）

{hou=0。

}}}

if（key==0xfe）

{if（min==0）

{min=60。

}min--。

}}

if（m==3）

{if（key==0xfd）

{hou++。

if（hou>=24）

{hou=0。

}}

if（key==0xfe）

{if（hou==0）

{hou=24。

}hou--。

}}

if（m==4）

{m=0。

}}

voidkey_scan2（）

{ucharx。

if（P3_3==0）

{delay（10）。

if（P3_3==0）

{flag++。

TR1=0。

sec1=0。

sec2=0。

}}

while（P3_3==0）

{for（x=0。

x<8。

x++）

{switch_（）。

P0=0xff。

P2=wei[x]。

if（（flag==1）||（flag==3））

{P0=duan[num1[x]]。

}

else{P0=duan[num2[x]]。

}delay

（1）。

}}}

voidkey_tran2（）

{if（flag==1）{TR1=1。

}

if（（key==0xfb）&&（flag==2））

{delay（10）。

if（key==0xfb）

{cnt2++。

}while（key==0xfb）。

switch（cnt2）

{case1:

TR1=1。

break。

case2:

TR1=0。

break。

case3:

cnt2=0。

sec1=0,sec2=0。

break。

default:

break。

}}}

voidkey_scan3（）

{if（（key==0xfb）&&（flag==3））

{flag2++。

}while（（key==0xfb）&&（flag==3））。

if（flag2==1）

{if（key==0xfd）

{sec_1++。

if（sec_1>=60）

{sec_1=0。

}

}while（key==0xfd）。

if（key==0xfe）

{if（sec_1==0）

{sec_1=60。

}sec_1--。

}while（key==0xfe）。

}

if（flag2==2）

{if（key==0xfd）

{min_1++。

if（min_1>=60）

{min_1=0。

hou_1++。

if（hou_1>=24）

{hou_1=0。

}}}while（key==0xfd）。

if（key==0xfe）

{if（min_1==0）

{min_1=60。

}

min_1--。

}while（key==0xfe）。

}

if（flag2==3）

{if（key==0xfd）

{hou_1++。

if（hou_1>=24）

{hou_1=0。

}}

while（key==0xfd）。

if（key==0xfe）

{if（hou_1==0）

{hou_1=24。

}

hou_1--。

}

while（key==0xfe）。

}

if（flag2==4）

{flag2=0。

}}

voidfmq（）

{if（（sec==sec_1）&&（min==min_1）&&（hou==hou_1））

{P1_0=0。

delay（5000）。

P1_0=1。

}

if（（min==0）&&（sec==0））

{P1_0=0。

delay（1000）。

P1_0=1。

}}

voidmain（）

{ucharx。

P1_0=1。

P0=0xff。

P2=0xff。

P3=0xff。

TMOD=0x22。

TL0=6。

TH0=TL0。

TL1=6。

TH1=TL1。

EA=1。

ET0=1。

ET1=1。

TR0=1。

TR1=1。

while

（1）

{for（x=0。

x<8。

x++）

{switch_（）。

P0=0xff。

P2=wei[x]。

if（（flag==1）||（flag==3））

{P0=duan[num1[x]]。

}

else

{P0=duan[num2[x