基于单片机控制的时钟控制器.docx

1、基于单片机控制的时钟控制器现代电子技术综合实训 实训报告专业： 年级/班级：姓名： 实训时间：实训地点：指导教师：基于单片机控制的时钟控制器一、 前言：近些年，人们对数字钟的要求越来越高，传统的时钟已不能满足人们的需求。多功能数字钟不管在性能还是在样式上都发生了质的变化，如电子闹钟、数字闹钟等。单片机在多功能数字钟中的应用已是非常普遍，人们对数字钟的功能及工作顺序都非常熟悉，但是却很少知道它的内部结构及工作原理。由单片机作为数字钟的核心控制器，可以通过它的时钟信号进行计时，实现数字钟的各种功能，将其时间数据经单片机输出，利用显示器显示出来。通过键盘可以进行定时、校时。输出设备显示器可以为液晶显

2、示器或数码管。 本次设计以AT89S52芯片为核心，辅以必要的外围电路，设计了一个简易的电子时钟，它由5V直流电源供电。在硬件方面，除了CPU外，使用CD4511驱动六个7段LED数码管来进行显示，LED采用的是动态扫描显示，使用三极管9015进行驱动。通过LED能够比较准确地显示时间。四个简单的按键实现对时间的调整。软件方面采用C语言编程。整个电子时钟系统计时比较准确并且方便实用。二、 需求分析单片机自20世纪70年代问世以来，以其极高的性能价格比，受到人们的重视和关注应用很广、发展很快、单片机体积小、重量轻、抗干扰能力强、环境要求不高、价格低廉、可靠性高、灵活性好、开发较为容易。由于具有上

3、述优点，在我国，单片机已广泛的应用在工业自动化控制、自动检测、智能仪器仪表、家用电器、电力电子、机电一体化设备等各个方面，而51单片机是各单片机中最为典型的和最有代表性的一种。这次设计通过对它的学习、应用，以AT89S52芯片为核心，加以辅助电路，设计了一个简易的电子时钟，它由直流电源供电，通过数码管能够准确显示时间。2.1设计要求：1. 以AT89S52单片机为核心设计一个时钟控制器。2. 时钟控制器由+5V直流电源供电。3. 通过六只7段数码管准确地显示时间。4. 通过CD4511驱动数码管显示。5. 通过按键能够方便的调节时间。2.2方案比较2.2.1定时方案一：硬件方法，定时采用专用的

4、时钟芯片如DS12887，定时较准，但增加了设计成本。方案二：软件方法，利用单片机自身的定时计数功能，设计简单，容易实现并且比较稳定。本设计采用方案二。2.2.2显示方案一：采用7段LED数码管。LED数码管使用LED模组作为背光源，具有耗电低、配置灵活、线路简单、安装方便、耐转动、价格低廉且寿命长等优点。方案二：采用LCD数码管。LCD数码管使用“CCFL（冷阴极荧光管）”作为背光源，CCFL灯管的发热量大，耗电高，老化较快，LCD发光不稳定均匀、功耗大，含有害化学物质等但价格相对便宜。LED在亮度、功耗、可视角度和刷新速率等方面，都更具优势。LED与LCD的功耗比大约为1:10，而且更高的

5、刷新速率使得LED在视频方面有更好的性能表现，可提供宽达160的视角，故采用方案一。2.2.3数码管驱动方案一：选用CD4511译码驱动芯片。CD4511能够提供较大的上拉电流，可直接驱动数码管。方案二：利用单片机本身的上拉电阻，虽然外围电路简单，但灌电流和数码管驱动电流不可兼得，即流过数码管电流满足要求，则灌电流会超出单片机的承受极限；灌电流在单片机允许范围内，则流过数码管电流过小。故该方案驱动能力较弱。为使数码管足够亮，选方案一。三、 器件工作原理3.1 AT89S52主要的性能参数 8K字节可擦写1000次的在线可编程ISP 闪存 4.0V到5.5V的工作电源范围 全静态工作：0Hz 2

6、4MHz 3级程序存储器加密 256字节内部RAM 32条可编程I/O线 3个16位定时器/计数器 8个中断源 UART串行通道 低功耗空闲方式和掉电方式 通过中断终止掉电方式 看门狗定时器 双数据指针 灵活的在线编程（字节和页模式）3.2 AT89S52引脚说明51系列单片机89s52采用40Pin封装的双列直接DIP结构。上图是它的引脚配置:40个引脚中，正电源和地线两根，外置石英振荡器的时钟线两根，4组8位共32个I/O口，中断口线与P3口线复用。3.3引脚的功能：电源引脚：Vcc40脚正电源脚，工作电压为5V。GND20脚接地端。外接晶体引脚:XTAL2 18脚,XTAL1 19脚。复

7、位:RST9脚。 输入输出(I/O)引脚:39脚-32脚为P0.0-P0.7输入输出脚，称为P0口，是一个8位漏极开路型双向I/O口。内部不带上拉电阻，当外接上拉电阻时，P0口能以吸收电流的方式驱动八个LSTTL负载电路。通常在使用时外接上拉电阻，用来驱动多个数码管。 在访问外部程序和外部数据存储器时，P0口是分时转换的地址(低8位)/数据总线，不需要外接上拉电阻。1脚-8脚为P1.0-P1.7输入输出脚，称为P1口，是一个带内部上拉电阻的8位双向I/0口。P1口能驱动4个LSTTL负载。 通常在使用时外不需要外接上拉电阻，就可以直接驱动发光二极管。端口置1时，内部上拉电阻将端口拉到高电平，作

8、输入用。21脚-28脚为P2.0-P2.7输入输出脚，称为P2口，是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口能驱动4个LSTTL负载。端口置1时，内部上拉电阻将端口拉到高电平，作输入用。对内部Flash程序存储器编程时，接收高8位地址和控制信息。在访问外部程序和16位外部数据存储器时，P2口送出高8位地址。而在访问8位地址的外部数据存储器时其引脚上的内容在此期间不会改变。 10脚-17脚为P3.0-P3.7输入输出脚，称为P3口，是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口，P3口能驱动4个LSTTL负载，这8个引脚还用于专门的第二功能。端口置1时，内部上拉电阻将端口拉到高电平，作输入用。对内部

9、Flash程序存储器编程时，接控制信息。P13端口在做输入使用时，因内部有上接电阻，被外部拉低的引脚会输出一定的电流。除此之外P3端口还用于一些专门功能，具体请看下表。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WRP3.7外部数据存储器写选通RD其它的控制或复用引脚:ALE/PROG:30脚 访问外部存储器时，ALE（地址锁存允许）的输出用于锁存地址的低位字节。即使不访问外部存储器，ALE端仍以不变的频率输出脉冲信号

10、(此频率是振荡器频率的1/6)。在访问外部数据存储器时，出现一个ALE脉冲。对Flash存储器编程时，这个引脚用于输入编程脉冲PROG PSEN: 29脚 该引是外部程序存储器的选通信号输出端。当AT89C51由外部程序存储器取指令或常数时，每个机器周期输出2个脉冲即两次有效。但访问外部数据存储器时，将不会有脉冲输出。EA/Vpp: 31脚 外部访问允许端。当该引脚访问外部程序存储器时，应输入低电平。要使AT89S51只访问外部程序存储器（地址为0000H-FFFFH）,这时该引脚必须保持低电平。对Flash存储器编程时，用于施加Vpp编程电压。四、 硬件设计时钟控制电路由四部分:复位电路、显

11、示电路、晶振电路和控制电路组成如下图所示。4.1总电路图：正5V电源直接接到AT89S52的40脚（VCC），20脚（GND）接地。电路图如下所示。4.2复位电路该电路采用上电自动复位与手动复位结合接到89S52的9脚（RST）。由一个30uF的电容、一个按键、一个10K的电阻和一个220欧电阻构成。手动按K5，无论电路处于何种状态，电路都会恢复到初始状态的显示。4.3显示电路 显示电路部分通过CD4511驱动七段数码管。CD4511译码驱动芯片能够提供较高的上拉电流，可以直接驱动七段数码管。三极管可以较为方便的控制七段数码管。电路图如下图所示。 4.3.1 CD4511（引脚图如下所示）BI

12、：4脚是消隐输入控制端，当BI=0 时，不管其它输入端状态如何，七段数码管均处于熄灭（消隐）状态，不显示数字。LT：3脚是测试输入端，当BI=1，LT=0 时，译码输出全为1，不管输入 DCBA 状态如何，七段均发亮，显示“8”。它主要用来检测数码管是否损坏。LE：锁定控制端，当LE=0时，允许译码输出。 LE=1时译码器是锁定保持状态，译码器输出被保持在LE=0时的数值。 D、C、B、A为8421BCD码输入端。 a、b、c、d、e、f、g：为译码输出端，输出为高电平1有效。8421 BCD 码对应的显示见下图：4.3.2数码管1）.数码管引脚图 2）.数码管使用方法LED数码管分共阳型和共

13、阴型两种，这里我们选择七段共阴型数码管。数码管的a、b、c、d、e、f引脚分别接到CD4511译码驱动芯片对应的引脚。公共端com分别与连接在P2口的NPN的集电极相连接。NPN的发射极并联接地。CD4511对应的引脚ABCD分别连在AT89S52的P0.0、P0.1、P0.2、P0.3引脚。当数码管选通时，通过控制P0口来实现七段数码管动态显示数据。4.3.3三极管1）.三极管引脚图2）.三极管使用方法单片机灌电流不易过大。对于数码管每个位选的灌电流约为10mA左右，六个位选为60mA，达到了单片机端口极限。可采用三极管，作为开关管，基极接单片机P2口，集电极接数码管，发射极并联接地，三极管

14、高电平时导通。导通后集电极电压为0.3v。满足数码管共阴极接地的要求。4.4晶振电路18脚（XTAL1）和19脚（XTAL2）外接12MHZ的晶振和两个30PF的电容，震荡频率就是晶体的固有频率。4.5控制电路本电子钟设计有四个轻触式按键，分别命名为：K1（设置按钮），K2（分钟加1），K3（小时加1），K4（确定按钮）。按键电路五、 软件设计1.软件设计总框图1）总框图（如图5.1）2）程序代码详见附录1。 5.1 主程序流程图2.数码管控制：1）流程图（如图5.2）。2）程序代码详见附录1。 5.2数码管控制流程图3.定时器中断的使用：1）流程图（如图5.3）。2）程序代码详见附录1。5.

15、3 定时器中断流程图六、 实习心得（设计实物照片）经过几周的努力，感触颇深。从开始的搜索整理资料到程序在电路板上边良好的运行，期间并非是一帆风顺的。但我们克服了重重障碍。终于完成了时钟控制器的制作，看着数码管上的时间一分一秒的跳动，那一刻激动地心情无法用语言来表达，只是感觉身上的每一个细胞都充满了活力。对于电子信息工程专业即将毕业的我们，本次实训是我们走入职场之前比较有意义的一次实训。实训开始时候漫无目的，不知道从何着手，但是随着资料的整理，之间不断地学习，渐渐地完成了电路板的焊接。本来以为将写好的程序烧到芯片里边，时钟就可以正常的运行了，但是当我在写程序的时候，才发现这部分对于电路的调试却是

16、整个设计环节的重中之重。这里边不但涉及到硬件的调试，还有软件的调试。下面有我的调试记录：1.硬件电路按键部分不起作用由于按键一端接地，另一端接AT89S52。按键电路接上拉电阻，接+5V。但是用万用表检查后发现按键的引脚接错了。当更改了按键的引脚连接后，问题解决。2.第四个数码管始终选通因为六只数码管中只有一只时钟选通，所以怀疑是位选环节的错误，经过检验，是三极管的问题。更换了一个三极管，问题得到解决。3.放在定时器T1中的按键程序没有运行。放在定时器T1中的中断程序没有运行，通过检查，发现没有对定时器T1重新赋初值。对定时器T1赋初值2ms之后，按键程序得以运行。随着这次实训的结束，我们真正

17、理解了理论联系实践的重要性。如果空有理论而没有实践，就像一件物品，知道了它的功能，但是不知道如何运用，这样便失去了它实用的价值。如果空有实践没有理论的支持，就像一辆汽车一直在行驶，却没有前进的方向，继续这样前进，那么前方将会是万丈深渊。21世纪，是一个飞速发展的年代，需要的是复合型人才。这就要求我们既要掌握丰富的理论基础，还要懂得如何将它们灵活的运用。实训虽然结束了，但是要想在本专业有更高更远的发展，那么对于我们的考验才刚刚开始。我们会不断扩展自己的知识面，努力的进取，踏踏实实的走好今后的每一步。设计实物照片正面背面时钟运行图片参考文献：1 刘建清.51单片机C语言非常入门与视频演练.北京:电

18、子工业出版社,2010(5).2 李朝青.单片机原理及接口技术.北京:北京航空航天大学出版社,2010(5).3张瑾,张伟,张立宝.Protel 99SE入门与提高.北京:人民邮电出版社,2008(2).4孙江宏,李良玉.Protel 99电路设计与应用.北京:机械工业出版社,2001(2).附件：附件1：程序代码/*/File name ：基于单片机控制的时钟电路/main department：数码管显示模块，按键模块，定时器中断模块/Descriptions ：定时器T0每10ms刷新一次 用于产生系统的时基信号 外部中断0，外部中断1和定时器1用于控制按键K1，K2，K3，K4。 K1

19、键按下，时钟走停。当时钟走停时，按K2键一次分加1，按K3键一次秒加1，按K4键时钟恢复走时 复位按键对时钟进行初始化/Created By : /Created date : 2011-10-30*/#includereg52.h#includeintrins.h#define uchar unsigned char /uchar为无符号字符型数据uchar hour=0,minute=0,second=0; /时钟初始化uchar second_h=0,second_l=0; /秒的十位、个位uchar minute_h=0,minute_l=0; /分的十位、个位uchar hour_h

20、=0,hour_l=0; /时的十位、个位uchar code led7=0x00,0x08,0x01,0x09,0x02,0x0a,0x03,0x0b,0x04,0x0c; / 19的字形码uchar th= 0; /对定时器0计数uchar key=0;sbit K1=P32; /定义K1按键sbit K2=P33; /定义K2按键sbit K3=P34; /定义K3按键sbit K4=P35; /定义K4按键bit flag = 0; /当时间为1秒时 flag置1bit K_flag = 1; /按键标志位void delay(); /声明延时函数 /*外部中断0如果K1键按下 时钟走

21、停*/void int_w0() interrupt 0 EX0=0; if(K_flag=1)TR0=0; K_flag=0; else TR0=1;K_flag=1; EX0=1;/*外部中断1当时钟走停时 有K2键按下 分钟加1*/void int_w1() interrupt 2 /外部中断1 EX1=0; if(K_flag=0&K2=0) delay(); delay(); if(K_flag=0&K2=0) while(!K2); minute+; if(minute=60) minute=0; EX1=1;/*定时器1 定时2ms当时钟走停时 有K3键按下 小时加1当时钟走停时

22、 有K4键按下 时钟恢复走时*/void int1() interrupt 3 TR1=0; /关闭定时器1 TH1=0xf8; / 对定时器1重新赋值 定时2ms TL1=0x30; if(K_flag=0&K3=0) /当时钟走停时 若K3按下 delay(); delay(); /去除按键抖动 if(K_flag=0&K3=0) /确定K3已经按下 while(!K3); /等待K3键释放 if(hour以下是显示部分*/ while(1) while(flag=1) /当时间为1秒时 if(second59) /判断时间是否为1秒 second = second+1; /如果到了1秒

23、则秒加1 else if(minute59) /判断时间是否为1分 second = 0; /如果到了1分 则秒归0 minute = minute+1; /分钟加1 else if(hour定时器0 用于产生整个时钟系统的时基信号 定时10ms 计数100次 即为1s*/ void int0() interrupt 1 TR0 = 0; /关闭定时器0 TH0 = 0xd8; /定时10ms TL0 = 0xf0; if(th以下是延时函数*/void delay() int i; for(i=10;i0;i-) _nop_(); 附2：产品使用说明1接通电源后 ，时钟控制器开始工作。2本电子钟设有四个轻触式按键，分别为K1，K2，K3，K4。 K1为设置键，按下后可以停止时钟计时，从而进行时间设置。 时钟只有按下K1键后才可以调节时间，否则按其他键不起作用。 K2