电子设计竞赛预赛时钟论文.docx

1、电子设计竞赛预赛时钟论文1 设计要求 1.1 功能需求（1） 实现数字时钟准确实时的计时与显示功能；（2） 实现闹钟功能，即系统时间到达闹钟时间时闹铃响；（3） 实现时间和闹钟时间的调时功能；1.2 方案设计方案一：要求显示小时和分钟，因此可以用门电路组合构成时钟发生器，但此方案硬件复杂，稳定性低，且不易控制。方案二：采用带 RAM的时钟芯片DS12887。该芯片可以进行分秒的计数，具有100年日历，可编程接口，还具有报警功能和掉电保存功能，并且可以对其方便的进行程序控制，但不易找到。方案三：采用单片机内部定时器/计数器中断实现计时，这样很方便，但精度差。考虑到成本及资源限度，故采用方案三。1

2、.3 设计说明（1） 采用MCS-51单片机设计实现数字时钟电路；（2） 使用定时器/计数器中断实现计时；（3） 选用8个数码管显示时间；（4） 使用3个按钮实现调时间和闹钟时间的功能。按钮1：更换模式（模式0：正常显示时间；模式1：调当前时间的小时；模式2；调当前时间的分钟；模式3：调闹钟时间的小时；模式4：调闹钟时间的分钟）；按钮2：在非模式0下给需要调节的时间数加一，但不溢出；按钮3：在非模式0下给需要调节的时间数减一，但不小于零；（5） 在非0模式下，给正在调节的时间闪烁提示；（6） 使用扬声器实现闹钟功能；（7） 用发光二级管表示上午和下午；（8） 采用C语言编写程序并调试。2 单片

3、机概述 2.1 单片机简介目前世界上单片机生产厂商很多, 如: Intel、 Motorola、 Philips、 Siemens、 NEC、 ADM、 Zilog等公司, 其主流产品有几十个系列, 几百个品种。 尽管其各具特色, 名称各异, 但作为集CPU、 RAM、 ROM（或EPROM）、 I/O接口、 定时器/计数器、 中断系统为一体的单片机, 其原理大同小异。由于单片机具有体积小、 重量轻、 价格便宜、 功耗低, 控制功能强及运算速度快等特点, 因而在国民经济建设、 军事及家用电器等各个领域均得到了广泛的应用。 按照单片机的特点, 其应用可分为单机应用与多机应用。 在一个应用系统中,

4、 只使用1片单片机称为单机应用, 这是目前应用最多的一种方式。 单片机应用的主要领域有: 测控系统，智能仪表，机电一体化产品，智能接口，智能民用产品2.2 MCS51示意图及引脚功能MCS51系列单片机芯片均为40个引脚, HMOS工艺制造的芯片采用双列直插（DIP）方式封装, 其引脚示意及功能分类如图23所 图23 MCS51系列单片机引脚及总线结构（a） 管脚图； (b) 引脚功能分类 1. 主电源引脚Vcc和Vss VCC（40脚）: 接+5 V电源正端; VSS（20脚）: 接+5 V电源地端。 2. 外接晶体引脚XTAL1和XTAL2 XTAL1（19脚）: 接外部石英晶体的一端。

5、在单片机内部, 它是一个反相放大器的输入端, 这个放大器构成了片内振荡器。 当采用外部时钟时, 对于HMOS单片机, 该引脚接地; 对于CHMOS单片机, 该引脚作为外部振荡信号的输入端。 XTAL2（18脚）: 接外部晶体的另一端。 在单片机内部, 接至片内振荡器的反相放大器的输出端。 当采用外部时钟时, 对于HMOS单片机, 该引脚作为外部振荡信号的输入端; 对于CHMOS芯片, 该引脚悬空不接3. 控制信号或与其它电源复用引脚控制信号或与其它电源复用引脚有RST/VPD、 和 等4种形式。（1） RST/VPD（9脚）: RST即为RESET, VPD为备用电源, 所以该引脚为单片机的上

6、电复位或掉电保护端。 （2） (30脚): 当访问外部存储器时, ALE（允许地址锁存信号）以每机器周期两次的信号输出, 用于锁存出现在P0口的低8位地址。 （3） （29脚）: 片外程序存储器读选通信号输出端, 低电平有效。 （4）（31脚）: 为访问外部程序存储器控制信号, 低电平有效。4. 输入/输出（I/O）引脚P0口、 P1口、 P2口及P3口（1） P0口（39脚32脚）: P0.0P0.7统称为P0口。（2） P1口（1脚8脚）: P1.0P1.7统称为P1口, 可作为准双向I/O接口使用。 （3） P2口（21脚28脚）: P2.0P2.7统称为P2口, 一般可作为准双向I/O

7、接口。 （4） P3口（10脚17脚）: P3.0P3.7统称为P3口。 2.3 晶振电路 单片机的定时控制功能是由片内的时钟电路和定时电路来完成的, 而片内的时钟产生有两种方式: 一种是内部时钟方式; 一种是外部时钟方式, 如图24（a）、 （b）所示。 图24 HMOS型MCS51单片机时钟产生方式 （a） 内部振荡器方式; （b） 外部振荡器方式 采用内部时钟方式时, 如图24（a）所示。 片内的高增益反相放大器通过XTAL1、 XTAL2外接作为反馈元件的片外晶体振荡器（呈感性）与电容组成的并联谐振回路构成一个自激振荡器, 向内部时钟电路提供振荡时钟。 振荡器的频率主要取决于晶体的振荡

8、频率, 一般晶体可在1.212 MHz之间任选, 电容C1、 C2可在530 pF之间选择, 电容的大小对振荡频率有微小的影响, 可起频率微调作用。 2.4 复位电路 通过某种方式, 使单片机内各寄存器的值变为初始状态的操作称为复位。MCS-51单片机的复位是由外部的复位电路来实现的。复位引脚RST通过一个斯密特触发器与复位电路相连，斯密特触发器用来抑制噪声，在每个机器周期的S5P2，斯密特触发器的输出电平由复位电路采样一次，然后才能得到内部复位操作所需要的信号MCS51单片机在时钟电路工作以后, 在RST/VPD端持续给出2个机器周期的高电平就可以完成复位操作（一般复位正脉冲宽度大于10 m

9、s）。 复位分为上电复位和外部复位两种方式。 图212 MCS51单片机复位参考电路（a） 上电复位电路; （b） 上电/外部复位电路 。上电复位：上电复位电路是种简单的复位电路，只要在RST复位引脚接一个电容到VCC，接一个电阻到地就可以了。上电复位是指在给系统上电时，复位电路通过电容加到RST复位引脚一个短暂的高电平信号，这个复位信号随着VCC对电容的充电过程而回落，所以RST引脚复位的高电平维持时间取决于电容的充电时间。为了保证系统安全可靠的复位，RST引脚的高电平信号必须维持足够长的时间。3 硬件设计及描述3.1 总体设计电子闹钟应包括秒信号发生器、时间显示电路、按键电路、供电电源以及

10、闹铃指示电路等几部分。单片机采用STC89C52型。电子闹钟的系统框图如下所示：图 1电子闹钟的主电路指的是图中虚线框内部分，主要涉及到CPU电路和按键按钮电路。主机的设计具体地说有：1）系统时钟电路设计；2）系统复位电路设计；3）按键与按钮电路设计；4）闹铃声指示电路设计。3.2 系统时钟电路设计对于时间要求不是很高的系统，只要按图进行设计就能使系统可靠起振并稳定运行。但由于原理图中的C1、C2电容起着系统时钟频率微调和稳定的作用，因此，在本闹钟系统的实际应用中一定要注意正确选择参数（3010 PF），并保证对称性（尽可能匹配），选用正牌厂家生产的瓷片或云母电容，如果可能的话，温度系数要尽可

11、能低。实验表明，这2个电容元件对闹钟的走时误差有较大关系。3.3系统复位电路的设计智能系统一般应有手动或上电复位电路。复位电路的实现通常有两种方式：）RC复位电路；）专用监控电路。前者实现简单，成本低，但复位可靠性相对较低；后者成本较高，但复位可靠性高，尤其是高可靠重复复位。对于复位要求高、并对电源电压进行监视的场合，大多采用这种方式。本次课程设计采用了上电按钮电平复位电路。3.4 闹钟指示电路设计闹铃指示可以有声或光两种形式。本系统采用声音指示。关键元件是蜂鸣器。蜂鸣器有无源和有源两种，前者需要输入声音频率信号才能正常发声，后者则只需外加适当直流电源电压即可，元件内部已封装了音频振荡电路，在

12、得电状态下即起振发声。市场上的有源蜂鸣器分为3、5、6等系列，以适应不同的应用需要。闹钟电路是用比较器来比较计时系统和定时系统的输出状态，如果计时系统和定时系统的输出状态相同，则发出一个脉冲信号，再和一个高频信号混合，送到放大电路驱动扬声器发声，从而实现定时闹响的功能。其电路设计参见系统原理图。本次采用P3.3口接扬声器3.5 时间显示电路设计本次课程设计采用了8位数码管显示电路。在8位LED显示时,为了简化电路,降低成本,采用动态显示的方式， 8个LED显示器共用一个8位的I/O,8位LED数码管的位选线由P2控制,而将其相应的段选线并联在一起,由一个8位的I/O口控制,即P0口。译码显示电

13、路将“时”、“分”、秒”计数器的输出状态菁七段显示译码器译码，通过LED显示器显示出来。到达定时电路时根据计时系统的输出状态产生一脉冲信号，然后去触发一音频发生器实现闹铃。校时电路时用来对“时”、“分”、“秒”显示数字进行校对调整的。3.6 按键设计：一般采用复位式开关，P3.0、P3.1、P3.2分别连接3个按键，实现调模式，时间加和时间减；3.7 指示设计：分别用红色和绿色来表示上午和下午，P3.4接红色，P3.5接绿色。3.8 电源设计由于单片机是5伏电压供电，故应当设计一个电源，把220V交流电源转换成直流5V电压，需采用稳压管7805。电路图如下：4 软件设计流程及描述4.1 概述软

14、件设计的重点在于秒脉冲信号的产生、显示的实现、以及按键的处理等方面。基于软件的秒脉冲信号通常有延时法和定时中断法。延时法一般采用查询方式，在延时子程序前后必然需要查询和处理的程序，导致误差的产生，因此其秒脉冲的精度不高；中断法的原理是，利用单片机内部的定时器溢出中断来实现。例如，设定某定时器每1000ms中断1次，则1次的周期为1s。本系统中所使用的晶振频率为12MHZ。4.2 程序流程图4.3 函数模块及功能（1） void display()显示时间以及显示调节时间和闹钟时间的闪烁；（2） void key()键盘功能函数，实现3个按键有关的模式转换以及数字加一减一；（3） void in

15、it()初始化设置中断；（4） void time1() interrupt 3定时器1中断函数，实现计时功能。(5) main()主函数5 仿真及运行结果5.1 Proteus仿真电路图5.2 运行结果能正常显示时分秒，设置时间，设置闹钟，上午和下午指示正常。6 心得体会首先在做本次设计的过程中，我感触最深的当属查阅大量的设计资料了。为了让自己的设计更加完善，查阅这方面的设计资料是十分必要的，同时也是必不可少的。我们是在做单片机实习，我们一切都要有据可依，有理可寻，不切实际的构想永远只能是构想，永远无法升级为设计。 其次，在这次设计中，我们运用到了以前所学的专业课知识，如：C语言、模拟和数字

16、电路知识等。虽然过去从未独立应用过它们，但在学习的过程中带着问题去学我发现效率很高，这是我做这次课程设计的又一收获。 最后，在设计之前，我们要对所用单片机的内部结构有一个系统的了解，知道该单片机内有哪些资源；要有一个清晰的思路和一个完整的的软件流程图；在设计程序时，不能妄想一次就将整个程序设计好，反复修改、不断改进是程序设计的必经之路；要养成注释程序的好习惯，一个程序的完美与否不仅仅是实现功能，而应该让人一看就能明白你的思路，这样也为资料的保存和交流提供了方便；在实习过程中遇到问题是很正常的，但我们应该将每次遇到的问题记录下来，并分析清楚，以免下次再碰到同样的问题。但是从中学到的知识会让我受益

17、终身。发现、提出、分析、解决问题和实践能力提高都会受益于我在以后的学习、工作和生活中。附：源程序#include unsigned char led12=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,0xbf,0xff; /用一维数组定义-9、横杠、全灭 共阳unsigned char a8; unsigned char second=0,minute=0,hour=0;unsigned char minute1=0,hour1=0;unsigned char b8=0x01,0x02,0x04,0x08,0x10,0x20,0x40,0x

18、80; /扫描 共阳unsigned char k=0;unsigned int temp; / 记录毫秒为秒的变量unsigned char M,S_flag; /M是模式，更新时间的种模式加上正常模式 S_flag闪烁标志sbit K1=P30;sbit K2=P31;sbit K3=P32;sbit BEEP=P33;sbit led1=P34;sbit led2=P35;void delay(unsigned n) /0.2毫秒 int x,y; for(x=0;xn;x+) for(y=0;y24;y+); void init() M=0; S_flag=0; /闪烁标志位 TMOD

19、=0x10; /定时器以方式定时 TH1=0xfc; TL1=0x18; EA=1; /打开总中断 ET1=1; /允许定时器中断 TR1=1; /开启定时器(开始定时计数)void time1() interrupt 3 /定时器中断函数 TH1=0xfc; /定时ms TL1=0x18; temp+; if(temp=1000) /配合定时器定时s temp=0; second+; if(second=60) second=0; if(minute=0&hour12) led2=1; led1=0; else if(hour=24) led1=1; led2=0 ; if(hour1=ho

20、ur&minute1=minute&second10) /闹钟时间到 BEEP=!BEEP; if(temp%250=0) /每ms S_flag=!S_flag; /闪烁标志位取反 if(k=8) k=0; P1=ak; P2=bk+; delay(1); P2=0x00; void display() switch(M) case 0: a0=ledhour/10; a1=ledhour%10; a2=led10; a3=ledminute/10; a4=ledminute%10; a5=led10; a6=ledsecond/10; a7=ledsecond%10; break; cas

21、e 1: if(S_flag=1) a0=ledhour/10; a1=ledhour%10; else a0=led11; a1=led11; a2=led10; a3=ledminute/10; a4=ledminute%10; a5=led10; a6=ledsecond/10; a7=ledsecond%10; break; case 2: a0=ledhour/10; a1=ledhour%10; a2=led10; if(S_flag=1) a3=ledminute/10; a4=ledminute%10; else a3=led11; a4=led11; a5=led10; a6

22、=ledsecond/10; a7=ledsecond%10; break; case 3: if(S_flag=1) a0=ledhour1/10; a1=ledhour1%10; else a0=led11; a1=led11; a2=led10; a3=ledminute1/10; a4=ledminute1%10; a5=led10; a6=led11; a7=led11; break; case 4: a0=ledhour1/10; a1=ledhour1%10; a2=led10; if(S_flag=1) a3=ledminute1/10; a4=ledminute1%10; e

23、lse a3=led11; a4=led11; a5=led10; a6=led11; a7=led11; void key() if(K1=0) delay(10); /延时去抖 if(K1=0) /按K1进行模式切换 M+; if(M=5) M=0; while(!K1);/等待按键释放 if(M!=0) switch(M) case 1: /模式-调时 if(K2=0) delay(10); /延时去抖 if(K2=0) /加键按下 if(hour 0) hour-; else hour=23; while(!K3); break; case 2: /模式-调分 if(K2=0) del

24、ay(10); if(K2=0) if(minute0) minute-; else minute=59; while(!K3); break; case 3: /模式-闹钟调时 if(K2=0) delay(10); if(K2=0) if(hour10) hour1-; else hour1=23; while(!K3); break; case 4: /模式-闹钟调分 if(K2=0) delay(10); if(K2=0) if(minute10) minute1-; else minute1=59; while(!K3); break; void main() init(); while(1) key(); display();