电子时钟设计.docx

1、电子时钟设计目 录前言2一、概述31.1课程设计项目名称31.2项目设计目的及技术要求31.3实验使用的仪器设备3二、整体制作思路3三、系统设计43.1硬件框图43.2 电路原理与原理图83.2程序框图9四、仿真及结果124.1 Protues仿真图124.2仿真结果134.3实物图片13五、结束语14六、参考文献15附录（源程序）前言 时钟，自从它发明的那天起，就成为人类的朋友，但随着时间的推移，科学技术的不断发展，人们对时间计量的精度要求越来越高，应用越来越广。怎样让时钟更好的为人民服务，怎样让我们的老朋友焕发青春呢？这就要求人们不断设计出新型时钟。 现今，高精度的计时工具大多数都使用了石

2、英晶体振荡器，由于电子钟，石英表，石英钟都采用了石英技术，因此走时精度高，稳定性好，使用方便，不需要经常调校，数字式电子钟用集成电路计时时，译码代替机械式传动，用LED显示器代替显示器代替指针显示进而显示时间，减小了计时误差，这种表具有时，分，秒显示时间的功能，还可以进行时和分的校对，片选的灵活性好。 时钟电路在计算机系统中起着非常重要的作用，是保证系统正常工作的基础。在一个单片机应用系统中，时钟有两方面的含义：一是指为保障系统正常工作的基准振荡定时信号，主要由晶振和外围电路组成，晶振频率的大小决定了单片机系统工作的快慢；二是指系统的标准定时时钟，即定时时间，它通常有两种实现方法：一是用软件实

3、现，即用单片机内部的可编程定时/计数器来实现，但误差很大，主要用在对时间精度要求不高的场合；二是用专门的时钟芯片实现，在对时间精度要求很高的情况下，通常采用这种方法，典型的时钟芯片有：DS1302，DS12887，X1203等都可以满足高精度的要求。 本文主要介绍用单片机内部的定时/计数器来实现电子时钟的方法，本设计由单片机STC12C5A06S2芯片和LED数码管为核心，辅以必要的电路，构成了一个单片机电子时钟。一、概述1.1课程设计项目名称电子时钟设计1.2项目设计目的及技术要求基于51单片机，通过设计外围硬件设计和编写软件程序，完成LED七段数码管数字钟电路，数字钟显示格式为：HH：MM

4、：SS。具有通过键盘能够调整时、分、秒的功能。要求设计者拥有对51单片机的基本运用能力。拥有使用计算机语言进行简单程序开发的能力。以及对新接触电子模块的学习使用能力。1.3实验使用的仪器设备一块单片机STC12C5A60S2、一块74LS04芯片、3个2位数码管、4个按键、一个石英晶振、两个30pf的电容、5个发光二极管。二、整体制作思路 首先，我们明确本设计需要解决的问题有： (1)芯片的选择 (2)硬件的连接 (3)电子时钟的实现然后围绕这些问题进行总体考虑并逐项解决。通过查阅大量资料，特别是论文，我们选择了单片机STC12C5A60S2，然后搭建了最小系统，通过proteus仿真，证实我

5、们的方案是切实可行的，能够完成电子时钟功能。最后通过把程序烧到单片机中，实现了设计要求。在这过程中，其实并不是一帆风顺的，首先对最小系统的搭建就经过我们的大量讨论，然后才确定了器件的选择。由于proteus中没有STC12C5A60S2，我们用AT89C51进行仿真实验。接着就是程序了，这也是我们头痛的地方。通过看书并到图书馆借阅单片机编程相关资料，我们编出了程序，但仿真时却发现有错误，通过反复修改并仿真，才最终完成设计要求。最后我们将程序烧到焊好的单片机中，完成了本次课程设计。3、系统设计3.1硬件框图本设计使用单片机STC12C5A60S2作为主控芯片，通过外接按钮进行时间调整，完成时间调

6、整，并在数码管上显示出来相应的结果。根据本次设计的要求，在尽量要求准确精简的条件下设计了以下电路框图。本次设计包含有四个主要的部分：单片机的最小系统，即由单片机，时钟电路，复位电路组成；数码管显示电路和按键控制电路。其整体设计框图如下图3.1所示：图3.1 电路框图STC12C5A60S2单片机功能介绍：STC12C5A60S2/AD/PWM系列单片机是宏晶科技生产的单时钟/机器周期(1T)的单片机，是高速/低功耗/超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051,但速度快8-12倍。内部集成MAX810专用复位电路,2路PWM,8路高速10位A/D转换(250K/S),针对电机

7、控制，强干扰场合。1.增强型8051CPU，1T，单时钟/机器周期，指令代码完全兼容传统8051；2.工作电压：STC12C5A60S2系列工作电压：5.5V-3.3V（5V单片机）STC12LE5A60S2系列工作电压：3.6V-2.2V（3V单片机）；3.工作频率范围：0-35MHz，相当于普通8051的0420MHz；4.用户应用程序空间8K /16K / 20K / 32K / 40K / 48K / 52K / 60K / 62K字节；5.片上集成1280字节RAM；6.通用I/O口（36/40/44个），复位后为：准双向口/弱上拉（普通8051传统I/O口），可设置成四种模式：准双

8、向口/弱上拉，推挽/强上拉，仅为输入/高阻，开漏，每个I/O口驱动能力均可达到20mA，但整个芯片最大不要超过55Ma；7.ISP（在系统可编程）/IAP（在应用可编程），无需专用编程器，无需专用仿真器可通过串口（P3.0/P3.1）直接下载用户程序，数秒即可完成一片；8.有EEPROM功能(STC12C5A62S2/AD/PWM无内部EEPROM)；9.看门狗；10.内部集成MAX810专用复位电路（外部晶体12M以下时，复位脚可直接1K电阻到地）；11.外部掉电检测电路:在P4.6口有一个低压门槛比较器，5V单片机为1.32V，误差为+/-5%,3.3V单片机为1.30V，误差为+/-3%

9、；12.时钟源：外部高精度晶体/时钟，内部R/C振荡器(温漂为+/-5%到+/-10%以内) 1用户在下载用户程序时，可选择是使用内部R/C振荡器还是外部晶体/时钟，常温下内部R/C振荡器频率为：5.0V单片机为：11MHz15.5MHz， 3.3V单片机为：8MHz12MHz，精度要求不高时，可选择使用内部时钟，但因为有制造误差和温漂，以实际测试为准；13.共4个16位定时器两个与传统8051兼容的定时器/计数器,16位定时器T0和T1，没有定时器2，但有独立波特率发生器做串行通讯的波特率发生器再加上2路PCA模块可再实现2个16位定时器；14.2个时钟输出口，可由T0的溢出在P3.4/T0

10、输出时钟，可由T1的溢出在P3.5/T1输出时钟；15外部中断I/O口7路传统的下降沿中断或低电平触发中断并新增支持上升沿中断的PCA模块，PowerDown模式可由外部中断唤醒，INT0/P3.2,INT1/P3.3,T0/P3.4,T1/P3.5,RxD/P3.0,CCP0/P1.3(也可通过寄存器设置到P4.2 ),CCP1/P1.4(也可通过寄存器设置到P4.3)；16.PWM(2路）/PCA（可编程计数器阵列,2路）：也可用来当2路D/A使用也可用来再实现2个定时器也可用来再实现2个外部中断(上升沿中断/下降沿中断均可分别或同时支持)；17. A/D转换,10位精度ADC共8路，转换

11、速度可达250K/S(每秒钟25万次）18.通用全双工异步串行口(UART)，由于STC12系列是高速的8051，可再用定时器或PCA软件实现多串口；19. STC12C5A60S2系列有双串口，后缀有S2标志的才有双串口，RxD2/P1.2(可通过寄存器设置到P4.2)，TxD2/P1.3(可通过寄存器设置到P4.3)；20.工作温度范围：-40-+85(工业级)/0-75(商业级)21.封装：PDIP-40,LQFP-44,LQFP-48I/O口不够时，可用2到3根普通I/O口线外接74HC164/165/595（均可级联）来扩展I/O口,还可用A/D做按键扫描来节省I/O口，或用双CPU

12、,三线通信，还多了串口。时钟电路模块： 单片机时钟内部有一个高增益反向放大器，用于构成时钟震荡电路，XTAL1为该放大器的输入端，XTAL2为放大器的输出端，但要形成时钟还需附加其他的电路。（1）内部时钟方式 利用单片机内部的高增益反相放大器，在XTAL1和XTAL2引脚上外接定时元件，内部振荡电路便产生自激振荡。定时元件一般采用石英晶体和电容组成的并联谐振回路。晶体可在1.212MHz之间任选，电容可在530pF之间选择，电容C1和C2的大小可起频率微调的作用，电容大小要和晶体的容性负载阻抗相匹配，否则不易起振。 （2）外部时钟方式 外部时钟方式常用于多机系统，以便各个单片机能够同步工作。对

13、外部振荡信号无特殊要求，但需保证脉冲宽度不小于20ns，且频率应低于单片机所支持的最高频率。 本设计采用12Mhz的晶振，30pF的电容，内部时钟电路。如图3.2所示：图3.2 时钟电路 复位电路模块：计算机在启动运行时都需要复位，使CPU和系统中的其他部件都处于一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作。 MCS-51单片机有一个复位引脚RST，采用施密特触发输入，对于CHMOS单片机，RST引脚的内部有一个低拉电路。当振荡器起振后，只要该引脚上出现2个机器周期以上的高电平时即可确保使器件复位。复位完成后，如果RST端继续保持高电平，单片机就一直处于复位状态，只有RST端恢复低电平后，单片机才

14、能进入其他工作状态。 RST端的外部复位电路有两种复位操作形式：上电自动复位和按键手动复位。 （1）上电自动复位电路 对于HMOS型单片机，只要在RST复位端接一个电容至VCC和一个电阻至VSS（地）,就能实现上电自动复位。在加电瞬间，电容通过电阻充电，就在RST端出现一定宽度的高电平，只要高电平时间足够长，就可以使单片机有效复位。RST端在加电时应保持的高电平时间包括VCC的上升时间和振荡器起振的时间。VCC上升时间约为10ms,振荡器起振时间和频率有关。10MHz时约为1ms.1MHz时约为10ms，所以一般为了可靠的复位，RST在上电时应保持20ms以上的高电平。当振荡频率为12MHz时

15、，典型值为C=10Uf,R=8.2K。 （2）按键手动复位 按键手动复位有电平方式和脉冲方式两种。按键电平复位是通过使复位端经电阻与VCC接通而实现的；按键脉冲复位则是利用RC微分电路产生正脉冲来实现的。 复位电路采用手动复位和上电自动复位组合。如图3.3所示：图3.3 复位电路 外部中断和内部中断并存，单片机硬件复位端，只要持续4个机器周期的高电平即可实现复位，硬件复位后的各状态可知寄存器以及存储器的值都恢复到了初始值，因为本设计中功能中有倒计时时间的记忆功能，所以不能对单片机进行硬件复位，只能用软件复位，软件复位实际上就是当程序执行完之后，将程序通过一条跳转指令让它完成复位。键盘控制模块：

16、 根据题目要求及另加的一些功能要求，总共只需要4个按键(如图3.4)，故选用独立按键模式。 这4个键分别为，调时选择键k0、加值键k1、减值键k2、单片机复位键k3。下面具体介绍一下每个键的功能。 K0：时、分、秒的调时选择键。 K1：加值键，每按一次所选的时间值加1； K2：减值键，每按一次所选的时间值减1； K3：单片机手动复位键。图3.4 控制按键3.2电路原理与电路图3.2.1 电路原理 一个AT89C51单片机做为控制电路，用P0、P2口来控制数码管的段码和位码，利用动态扫描来实现数码管的显示。开通定时器T0中断来对数码管的查表和1秒的准确计时，然后利用P3口的低三位作为判断程序，判

17、断是否分时秒是否溢出，若无溢出则显示当前值，若溢出则清零实现时分秒的加一。3.2.2 电路原理图 图3.1电路原理图3.3程序框图3.3.1 系统软件设计主程序流程图 主程序先对显示单元和定时器/计数器初始化，然后重复调用数码管显示模块和案件处理模块，当有键按下时，则转入相应功能程序。图3.2 主程序流程图3.3.2 定时器/计数器T0中断服务程序 计数选择定时器/计数器T0.具体处理如下：定时器/计数器T0选择方式1，重复定时，定时时间设为50ms，定时时间到则中断，在中断服务程序中用一个计数器对50ms计数，计20次则对秒单元加1，秒单元加到60则对分单元加1，同时秒单元清零；分单元加到6

18、0则对时单元加1，同时分单元清零；时单元加到24则对时单元清零，标志一天时间计满，这样就行成了时钟关系。在对各单元计数的同时，把它们的值放到存储单元的指定位置。定时器/计数器T0中断服务的流程图如下：图3.3 定时器/计数器T0中断服务程序的流程3.3.3 按键处理模块 按键处理设置为:如没有按键，则时钟正常走时。当按K0键一次，时钟暂停走动，进入调分状态，再按K0键一次，进入调小时状态，再按K0键一次，回到正常走时；对于K1和K2按键，如果是正常走时，按K1和K2不起作用，如果进入调时或调分状态，按K1可对时或分进行加1操作，小时加到24则回到0，分加到60则回到0；按K2可对时或分进行减1

19、操作，小时减到负责回到23，分减到负则回到59。按键处理模块的流程如图所示：图3.4 按键处理模块的流程四、仿真及结果4.1 Protues仿真图 通过protues建立基于AT80C51单片机仿真原理图，按键从左到右，第一个键为模式选择键，按第一次暂停设分钟，按第二次暂停，设小时，按第三次从新走动。第二个键为加1键，第二个键为减一键。4.2仿真结果 通过Proteus进行仿真，通过按键调整让其显示时间为12时07分。4.3实物图片 上图是由STC12C5A06S2单片机做出的实物，可以通过按钮调整时间。五、结束语 我在这一次数字电子钟的设计过程中，很是受益匪浅。通过对自己在大学三年时间里所学

20、的知识的回顾，并充分发挥对所学知识的理解和对毕业设计的思考及书面表达能力，最终完成了。这为自己今后进一步深化学习，积累了一定宝贵的经验。撰写论文的过程也是专业知识的学习过程，它使我运用已有的专业基础知识，对其进行设计，分析和解决一个理论问题或实际问题，把知识转化为能力的实际训练。培养了我运用所学知识解决实际问题的能力。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，理论知识服务于教学实践，以增强自己的动手能力。这个实验十分有意义 我获得很深刻的经验。通过这次课程设计，我们知道了理论和实际的距离，也知道了理论和实际想结合的重要性，也从中得知了很多书本上无法得知的知识。我

21、们的学习不但要立足于书本，以解决理论和实际教学中的实际问题为目的，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，通过自己的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的方式，理论的问题，也就是实践性的课题。这种做法既有助于完成理论知识的巩固，又有助于带动实践，解决实际问题，加强我们的动手能力和解决问题的能力。 六、参考文献1曹巧媛，单片机原理及应用M，北京：电子工业出版社，1997.7 2赵秀珍，单永磊，单片微型计算机原理及其应用M，北京：中国水利水电出版社，2001.8 3张毅刚，修林成，胡振江，MCS-51单片机应用设计M，哈尔滨：哈

22、尔滨工业大学出版社，1990.8 4张洪润，兰清华，单片机应用技术教程M，北京：清华大学出版社，1997.11 5李华，MCS-51系列单片机实用接口技术M，北京：北京航空航天大学出版社，1993.8 6陈景初，单片机应用系统设计与实践M，北京：北京航空航天大学出版社7马忠梅，单片机的C语言Windows环境编程宝典M, 北京：北京航空航天大学出版社，2003.6 8李光飞,单片机C程序设计指导M,北京:北京航空航天大学出版社，2003.01 附录源程序如下:#include#define uchar unsigned char#define uint unsigned intuchar se

23、c,min,hour;/定义时、分、秒变量uchar counter10ms0,counter10ms1; /定义T0和T1的10ms计数变量uchar counter05s0;/定义0.5秒变量uchar KeyCounter; /定义保存功能按键计数值变量uchar OldKey; /定义保存按键状态变量bit AddFlag,SubbFlag;/定义加、减按键标志bit FlashFlag; /定义闪烁标志sbit LED1=P10;sbit LED2=P11;sbit LED3=P12;sbit LED4=P13;uchar Disbuff8=1,2,10,3,4,10,5,6;/定义

24、数码管显示缓冲区单元uchar code DisCode12=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,0xbf,0xff; /共阳数码管段码，09及“-”“熄灭”字符的字型码/uchar code DisCode12=0X3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x40,0x00; /共阴数码管段码，09及“-”“熄灭”字符的字型码sbit LED=P34; /工作指示灯/* 延时函数Delaynms（uint dly） * 延时时间 dly x 1ms 12MHz */void

25、 Delaynms(uint dly) uchar i; while(dly-) for(i=0;i123;i+);/*/* 显示函数Display() * 功能：根据将8个数码管显示一遍 */void Display(void) uchar i,n=0x01; for(i=0;i8;i+) P0=DisCodeDisbuffi; /送段码 P2=n; /开位选 Delaynms(1); /延时 n=n1; /位选移位 P0=0xff; /段码低电平全灭 P2=0xff; /经过非门后变成高电平，使得位选关闭 /*/* BIN码变换成BCD码函数TimeDataBin2Bcd() * 功能：将

26、时、分、秒分离出十位和个位 */void TimeDataBin2Bcd() Disbuff0=hour/10;/分离小时十位 Disbuff1=hour%10;/分离小时个位 Disbuff3=min/10;/分离分钟十位 Disbuff4=min%10;/分离分钟个位 Disbuff6=sec/10;/分离秒十位 Disbuff7=sec%10;/分离秒个位/*/* 读入按键函数ReadKey() * 功能：若有按键按下，返回按键值 * 若没有按键按下，返回255 */uchar ReadKey() uchar Key; Key=P3&0xe0; /读入按键值 P3&1110 0000 i

27、f(Key!=0xe0) /若有键按下 Delaynms(10); Key=P3&0xe0; /重新读入按键值 if(Key!=0xe0) /若有键按下 if(Key!=0xe0)&(OldKey=0xe0) /判断是否下降沿 ? OldKey=Key; /保存本次按键值 return(Key); /返回按键值 OldKey=Key; /无键按下，保存本次按键值，返回255 return(255); /不能够删，否则出错 ？/*/* 按键分析函数KeyAnalysis(uchar Key) * 功能：对功能键计数 * 对加、减键设标志 */void KeyAnalysis(uchar Key) if(Key!=255) /有键按下 switch(Key) case 0x60: KeyCounter+; /功能键按下 0110 0000 因为85行Key=P3&0xe0; /重新读入按键值 if(KeyCounter=3)KeyCounter=0; break; case 0xa0: if(KeyCounter!=0)AddFlag=1;break;