基于单片机控制的时钟控制器课程设计报告论文.docx
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基于单片机控制的时钟控制器课程设计报告论文
基于单片机控制的时钟控制器
一.设计目的与要求
（一）基本功能
1.显示：
可以显示时、分和秒
2.调时功能：
时（0-24）、分和秒（0-60）可以连续可调
（二）性能时间日误差<2秒
（三）扩展功能
1．增加整点报时功能
2．增加闹钟任意设定功能
二．计划完成时间三周
1．第一周完成软件和硬件的整体设计，同时按要求上交设计报告一份。
2．第二周完成软件的具体设计和硬件的制作。
3．第三周完成软件和硬件的联合调试。
三．设计内容
1.画出电路原理图，正确使用逻辑关系；
2.确定元器件及元件参数；
3.进行电路模拟仿真；
4.SCH文件生成与打印输出；
四．编写设计报告
写出设计的全过程，附上有关资料和图纸，有心得体会。
五．答辩
在规定时间内，完成叙述并回答问题。
目录
1引言1
2总体设计方案1
2.1设计思路1
2.2设计方框图1
3设计原理分析2
3.1单片机最小系统的设计2
3.2定时及整点报时电路的设计2
3.3显示电路设计3
3.4时间调整电路设计4
3.5复位电路设计4
3.6晶振电路设计4
3.7系统软件设计4
3.8误差分析6
4结束语6
参考文献6
附录1原理图7
附录2仿真图8
附录3源程序9
基于单片机控制的时钟控制器
电气093石文龙
摘要：
本设计是以AT89S51单片机为核心控制器构成的电子时钟控制器，采用数字电路实现对“时”、“分”、“秒”数字显示的计时。
主要由单片机最小系统、显示电路、复位电路、调时定时电路、整点报时电路等几部分构成，其中显示电路采用LED作为显示器件，晶振作计时器件。
这种电路装置体积小，安装使用方便。
关键词：
AT89S5174LS245数码管时钟
1引言
数字时钟是采用以单片机为核心的控制电路实现对时、分、秒数字显示的计时装置。
由于数字集成电路的发展和石英晶体振荡器的广泛应用,使得数字钟的精度,远远超过老式钟表，显示直观。
而且所采用的材料价格廉价，因而成本较低，因此广泛用于个人、家庭以及车站、码头、办公室等公共场所,成为人们日常生活中不可或缺的东西。
钟表的数字化给人们生产生活带来了极大的方便，而且大大地扩展了钟表原先的报时功能。
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、甚至各种定时电气的自动启用等，所有这些，都是以钟表数字化为基础的得益于单片机技术的发展，这样加大了软件的投入，硬件因而变得简单，制作较为方便。
因此，研究数字钟及扩大其应用，有着非常现实的意义。
2总体设计方案
电路总体上分为控制电路部分和显示电路部分。
以单片机最小系统作为核心控制电路，由时钟的调时定时功能需要一个调时电路和基本的复位电路，这三部分构成时钟电路的控制电路部分；显示电路部分主要采用数码管和74LS245、三极管完成显示功能。
2.1设计思路
由单片机作为核心控制器件来控制数码管的显示，使得电路的可靠性比较高，功能也比较强大，而且可以随时的更新系统，进行不同状态的组合。
具体显示内容及方式由软件来完成；复位电路采用按键复位，分别调节时、分、秒及定时的功能由四个按键完成，即共需五个按键；计时功能由固定频率的晶振完成。
本系统采用单片机AT89S51作为本设计的核心元件，利用7段共阳LED作为显示器件。
接入共阳LED显示器，可显示时，分，秒，单片机外围接有定时及整点报时系统，定时时间到或整点时刻到，蜂鸣器会发出声音，提示预先设定时间或整点时刻到。
采用AT89S51为核心的时钟控制电路其设计思路有多种，其输出可以采用动态显示和静态显示两种方式，采用动态方式的电路比较复杂，采用静态方式输出可采用单片机串行口输出，电路相对较简单。
该电路应该具有任意时间可调的功能，所以外围采用开关按键来实现。
在软件设计方面，应完成时钟控制电路的各项要求整个系统工作时，秒信号产生器是整个系统的时基信号，它直接决定计时系统的精度，将标准秒信号送入“秒计数器”，“秒计数器”采用60进制计数器，每累计60秒发出一个“分脉冲”信号，该信号将作为“分计数器”的时钟脉冲。
“分计数器”也采用60进制计数器，每累计60分钟，发出一个“时脉冲”信号，该信号将被送到“时计数器”。
“时计数器”采用24进制计时器，可实现对一天24小时的累计。
显示电路将“时”、“分”、“秒”计数器的输出，通过六个七段LED显示器显示出来。
校时电路是直接加一个脉冲信号到时计数器或者分计数器或者秒计数器来对“时”、“分”、“秒”显示数字进行校对调整。
2.2设计方框图
时钟控制电路应该由六部分组成，单片机是其核心部件，单片机有其最小系统，即要有最小系统的电路；一定有复位电路，这是任何一个电子产品都必需的；要完成整点或报时需要报警电路；作为计时功能的部件选用晶振节省成本；对当前的时间修改需要对键盘的操作，所以还需要键盘电路，本设计需一个复位按键和一个定时控制按键及三个调时按键来完成复位和调时定时功能；单片机将其信号输出应该反映在显示电路部分，才能够被人所接受，显示器件采用六位数码管，并用74LS245驱动和PNP三极管片选。
整体设计方框图如图1所示。
复位电路
显示接口电路
单片机
定时及整点
报时电路
按键电路
晶振计时电路
图1整体设计方框图
3设计原理分析
3.1单片机最小系统的设计
以AT89S51为核心组成的单片机的最小系统，主要包括时钟震荡电路，复位电路等。
+5V电源直接接到AT89S51的40脚（VCC）20脚（GND）。
时钟震荡电路：
AT89S51的18脚（XTAL1）和19脚（XTAL2）外接12MHZ的晶振和两个30PF的电容，震荡频率就是晶振的固有频率，经过一定的电路连接实现计时的功能。
复位电路采用按键手动复位相结合的方式接到AT89S51的9端（RST）。
单片机最小系统原理图如图2所示。
图2单片机最小系统
3.2定时及整点报时电路的设计
该电路采用蜂鸣器的响声来实现报时功能，其中蜂鸣器的方式必须有三极管来放大信号。
采用蜂鸣器报警的方式。
该电路可以根据在整点时刻发出声音警报，即蜂鸣器发出响声，计时到整点时刻向蜂鸣器发出信号，信号电流经过三极管将信号放大后送给蜂鸣器发出声音。
特别的是这部分电路必须接地，以防外界或电路本身产生的干扰信号引起蜂鸣器发出响声影响正常工作。
当单片机P1.7口置0时，在图3中，P1.7接的信号输出端经电阻限流后送给三极管的基极，放大后输送给蜂鸣器，5秒后自动停止发出声音。
采用蜂鸣器报警方式的原理图，如图3.2所示：
图3定时及整点报时电路图474LS245引脚图
3.3显示电路设计
采用静态显示，利用74LS245驱动数码管显示。
74LS245是我们常用的芯片，用来驱动LED或者其他的设备，它是8路同相三态双向总线收发器，可双向传输数据。
当单片机的P0口总线负载达到或超过最大负载能力时，必须接入74LS245等总线驱动器。
当片选端/CE低电平有效时，DIR=“0”，信号由B向A传输；（接收）
DIR=“1”，信号由A向B传输；（发送）当/CE为高电平时，A、B均为高阻态。
由于P2口始终输出地址的高8位，接口时74LS245的三态控制端/1G和/2G接地，P2口与驱动器输入线对应相连。
P0口与74LS245输入端相连,/E端接地，保证数据现畅通。
8051的/RD和/PSEN相与后接DIR，使得/RD或/PSEN有效时，74LS245输入（P0.i←Di），其它时间处于输出（P0.i→Di）。
74LS245引脚图如图4所示。
显示电路如图5所示。
图5显示电路
3.4时间调整电路设计
该电路可以实现连续的调时，调分和调秒的功能，误差可以控制在2秒以内，可以在任何时候达到准确调时，调分和调秒的功能具体实现过程是：
开机后在00:
00:
00起开始计时，长按P1.0进入调分状态，分单元闪烁，按P1.0加1，按P1.1减1。
再长按P1.0进入时调整状态，时单元闪烁，加减调整同调分。
长按退出调整状态。
按P1.3进入设定闹时状态：
00:
00:
-，可进行分设定，按P1.2分加1，再按P1.3为时调整,00:
00:
-，按P1.2时加1，按P1.1闹铃有效，显示为00:
00:
-0，再按P1.1闹铃无效（显示00:
00:
-），按P1.3调闹钟结束。
在闹铃时可按P1.3停闹，不按闹铃1分钟。
时间调整电路如图6所示。
图6时间调整电路
3.5复位电路设计
该电路采用上电复位和按钮复位，有一个22uF的电容、一个按键、一个1K的电阻构成。
通断电瞬间完成复位，没有记忆功能；在产品工作期间出现错误或死机现象可采用手动复位，即按下按键K1，此时无论电路处于何种状态，电路都会恢复到初始状态的显示。
复位电路如图7所示。
图7复位电路图8晶振电路
3.6晶振电路设计
晶振电路可以给单片机提供所需要的时钟频率，主要由晶振这个元件固定的精确的频率来实现。
晶振电路图8所示。
3.7系统软件设计
主程序首先是初始化部分,主要是计时单元清零，中断初始化，启动定时器工作，然后是调用显示子程序，接着是判断有无按键。
无按键则回到调用显示子程序处；有按键，则执行按键处理子程序，执行完后回到调用显示子程序处，重复循环。
由于晶振的原因程序当中必须加入去抖动部分，以防止显示的模糊。
因为这部分功能如果让硬件来完成电路会比较复杂，手工制作也达不到应有的精度，反而制作的成本会增加很多,又因为始终仅是实现普通功能的产品且是要能够普及的，所以成本不能太高，这样就要求硬件不能太复杂，采用的元器件也不能造价太高，一般都应该是很廉价的。
接下来的程序是时钟中断程序，也是程序的核心部分，时钟如何工作运行就由这部分程序控制。
其中该时钟采用的是二十四小时制，即时计数是二十四次，二十四次后就重新为零；分和秒当然是计数六十然后重新为零，并向前进位。
但是在调解时间的时候采用的是分别对时、分、秒调节的方式，因而在调解时间的情况下，“时”位还是到二十四时归为零，“分”和“秒”位归零后不再向前进位。
接下来是控制显示电路的程序，即将单片机发出的显示命令输送给显示电路编译部分，经过编译为数码管能够显示的信号送给数码管来显示出人所能明白的形式，这部分程序显示电路的关键中枢。
在单片机与数码管之间主要由74LS245和PNP来作连接编译功能，将程序要求的内容送给数码管显示。
主程序流程图如图9所示。
为保证系统可靠运行,在主程序之外还增加了定时中断程序。
本电子钟的计时程序是用单片机内部的定时计数器T0，定时10ms，即，0.001s,100次中断即为1s，60s为1min,60min为1h,24h为1天，如此循环，从而实现计时功能，外部是采用晶振来完成。
中断程序流程图如图10所示。
T0中断保护现场
开始
N
到1s了吗？
Y
秒单元加1
到60s了吗？
N
Y
秒单元清零，分单元加1
N
到60分了吗？
N
N
Y
分单元清零，时单元加1
Y
到24时了吗？
按键处理
N
Y
时单元清零
恢复现场中断返回
图10主程序流程图
图9中断程序流程图
3.8误差分析
该电子钟在运行中存在一定的误差，误差产生有三种可能，首先是采用的计时方案是软件计时的，计时优势利用中断来实现。
而当电子钟运行时间1秒时，又得去执行中断程序，这个过程是需要时间的，所以就产生了一定的误差，当然这个误差是避免不了的，
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