單片機(jī)課程設(shè)計(jì)電子鐘

1、1 設(shè)計(jì)課題任務(wù)、功能要求說明及總體方案介紹1.1 設(shè)計(jì)課題任務(wù) 通過理論設(shè)計(jì)和實(shí)物制作解決相應(yīng)的實(shí)際問題，鞏固和運(yùn)用在單片機(jī)技術(shù)中所學(xué)的理論知識和實(shí)驗(yàn)技能，掌握單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的一般設(shè)計(jì)方法，提高設(shè)計(jì)能力和實(shí)踐動手能力，為以后從事電子電路設(shè)計(jì)、研發(fā)電子產(chǎn)品打下良好的基礎(chǔ)。1.2 功能要求說明設(shè)計(jì)一個具有特定功能的電子鐘。該電子鐘上電或按鍵復(fù)位后能自動顯示系統(tǒng)提示符“p.”， 進(jìn)入時鐘準(zhǔn)備狀態(tài)；第一次按電子鐘啟動/調(diào)整鍵，電子鐘從0時0分0秒開始運(yùn)行，進(jìn)入時鐘運(yùn)行狀態(tài)；再次按電子鐘啟動/調(diào)整鍵，則電子鐘進(jìn)入時鐘調(diào)整狀態(tài)，此時可利用各調(diào)整鍵調(diào)整時間，調(diào)整結(jié)束后可按啟動/調(diào)整鍵再次進(jìn)入時鐘運(yùn)行狀態(tài)。

2、1.3 設(shè)計(jì)課題總體方案介紹及工作原理說明方案一：采用時鐘芯片ds1302,該芯片可以進(jìn)行時分秒的計(jì)數(shù)，ds1302通過串行方式與單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，向單片機(jī)提供包括秒、分、時、日、月、年等在內(nèi)的實(shí)時時間信息，并可對月末日期、閏年天數(shù)自動進(jìn)行調(diào)整，但是需在單片機(jī)外部擴(kuò)展，電路較復(fù)雜，成本較高。方案二：采用單片機(jī)內(nèi)部定時器，用軟件對其進(jìn)行秒、分、時的計(jì)數(shù)，單片機(jī)無法產(chǎn)生1s的定時時間，但是可以用硬件定時和軟件計(jì)數(shù)相結(jié)合的方法實(shí)現(xiàn)，采用中斷方式，即通過中斷服務(wù)程序進(jìn)行計(jì)數(shù)器溢出次數(shù)的累計(jì)，把定時器/計(jì)數(shù)器設(shè)定為10ms，計(jì)數(shù)溢出100次就可以得到1s，計(jì)60次為1分，60分計(jì)60次則為1小時，然后

3、通過數(shù)碼管動態(tài)刷新顯示出來，再設(shè)四個按鍵進(jìn)行時間的調(diào)整，一個鍵用作啟動/調(diào)整鍵，其余三個分別用于時、分、秒的調(diào)整。方案二不需要外部擴(kuò)展芯片，電路較簡單，成本較低，這里選用方案二。2 數(shù)字電子鐘硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)2.1 硬件總體設(shè)計(jì) 硬件系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)如圖2.1所示。usb接口電源 數(shù)碼管顯示電路 復(fù)位電路 a t 8 9 c 5 2 時鐘電路數(shù)碼管驅(qū)動電路 獨(dú)立鍵盤圖2.1 硬件系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)2.2 數(shù)字電子鐘硬件系統(tǒng)主要模塊功能簡要介紹（1） 功能芯片：本次設(shè)計(jì)采用atmel公司生產(chǎn)的at89c52芯片，at89c52是一個低電壓，高性能cmos 8位單片機(jī)，片內(nèi)含8k bytes的可反復(fù)擦寫的fl

4、ash只讀程序存儲器和256 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器（ram），器件采用atmel公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)mcs-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和flash存儲單元，功能強(qiáng)大的at89c52單片機(jī)可提供許多較復(fù)雜系統(tǒng)控制應(yīng)用場合。（2） 電源和復(fù)位模塊：at89c52需5v電壓，所以可以采用usb接口的5v電源對其供電，復(fù)位電路可采用上電復(fù)位、按鍵電平復(fù)位、按鍵脈沖復(fù)位3種，本次采用按鍵電平復(fù)位。復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作，其主要功能是把pc初始化為0000h,使單片機(jī)從0000h單元開始執(zhí)行程序，并使其它功能單元處于一個確定的初始狀態(tài)。本復(fù)位電路采用的是按鍵

5、復(fù)位，它是通過復(fù)位端經(jīng)電阻與vcc電源接通而實(shí)現(xiàn)的，它兼具上電復(fù)位功能。因本系統(tǒng)的晶振的頻率為12mhz，所以，復(fù)位信號持續(xù)時間應(yīng)當(dāng)超過2s才能完成復(fù)位操作。如電路原理圖中的電源和復(fù)位模塊。（3） 顯示模塊：系統(tǒng)采用動態(tài)顯示方式，用p0口來控制led數(shù)碼管的段控線，而用p2口來控制其位控線。動態(tài)顯示通常都是采用動態(tài)掃描的方法進(jìn)行顯示，即循環(huán)點(diǎn)亮每一個數(shù)碼管，這樣雖然在任何時刻都只有一位數(shù)碼管被點(diǎn)亮，但由于人眼存在視覺殘留效應(yīng)，只要每位數(shù)碼管間隔時間足夠短，就可以給人以同時顯示的感覺。8個歐姆電阻則起限流作用。電路結(jié)構(gòu)采用動態(tài)掃描的方式，所有數(shù)碼管的段控端公用單片機(jī)p0口的8根輸出口線，數(shù)碼管的

6、段控端a、b、c、d、e、f、g、dp分別接到p0口的p0.0、p0.1、p0.2、p0.3、p0.4、p0.5、p0.6、p0.7口線上，每個數(shù)碼管的位控線單獨(dú)占用單片機(jī)p2口一根輸出口線，8位數(shù)碼管從高位到低位分別接p2.0p2.7引腳。段控碼（低電平有效）由p0口輸出經(jīng)上拉電阻上拉電壓后送到數(shù)碼管的段控端，位控碼由p2口輸出經(jīng)三極管s9050驅(qū)動后送到數(shù)碼管的位控端。（4） 鍵盤模塊：本系統(tǒng)采用的是獨(dú)立式鍵盤結(jié)構(gòu)，每個按鍵單獨(dú)占用一根i/o口線，每個按鍵的工作不會影響其它i/o口線的狀態(tài)。它軟件是采用查詢式結(jié)構(gòu)，首先逐位查詢每根i/o口線的輸入狀態(tài)，如某一根i/o口線輸入為低電平，則可確

7、認(rèn)該i/o口線所對應(yīng)的按鍵已按下，然后，再轉(zhuǎn)向該鍵的功能處理程序。（5） 時鐘模塊：在at89c52芯片內(nèi)部有一個高增益反相放大器，其輸入端為芯片引腳xtal1，輸出端為引腳xtal2。而在芯片內(nèi)部，xtal1和xtal2之間跨接晶體振蕩器和微調(diào)電容，從而構(gòu)成一個穩(wěn)定的自激振蕩器。時鐘電路產(chǎn)生的振蕩脈沖經(jīng)過觸發(fā)器進(jìn)行二分頻之后，才成為單片機(jī)的時鐘脈沖信號。如電路原理圖中的晶振電路。2.3 數(shù)字電子鐘電路原理圖、pcb圖、元器件布局圖數(shù)字電子鐘電路原理圖見附錄a。數(shù)字電子鐘pcb圖見附錄b。數(shù)字電子鐘元件布局圖見附錄c。2.4 數(shù)字電子鐘元器件清單 數(shù)字電子鐘元器件清單見附錄d。3 數(shù)字電子鐘軟

8、件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)3.1 數(shù)字電子鐘使用單片機(jī)資源的情況（1） 在at89c52的p0口和p2口外接八個數(shù)碼管，用p0口作數(shù)碼管的段控碼輸出口（p0.0-p0.7對應(yīng)于數(shù)碼管的a-dp）,p2.7-p2.0作數(shù)碼管的位控碼輸出（p2.7-p2.0對應(yīng)于led7-led0）。（2） 定時器0以中斷方式工作，工作方式1。（3） 定時器控制寄存器tcon，通過設(shè)置該寄存器中tr0位的狀態(tài)來控制定時/計(jì)數(shù)器0的啟動/停止；中斷允許寄存器ie，通過設(shè)置該寄存器ea/et0位的狀態(tài)來設(shè)置定時/計(jì)數(shù)器0中斷允許/禁止；定時/計(jì)數(shù)器工作方式寄存器tmod，設(shè)置定時/計(jì)數(shù)器0的工作方式。3.2 數(shù)字電子鐘軟件系統(tǒng)主要

9、模塊功能簡要介紹（1） 主程序：主程序的主要功能是進(jìn)行定時器/計(jì)數(shù)器，顯示緩沖區(qū)的初始化，顯示，以及判斷是否有功能鍵按下，判斷按下的鍵并調(diào)相應(yīng)的鍵功能程序。（2） 鍵功能程序：鍵功能程序的主要功能是執(zhí)行對應(yīng)的功能，menu鍵為啟動/調(diào)整鍵，第一次按下則由待機(jī)狀態(tài)進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)啟動時鐘，從00-00-00開始顯示，然后按下為奇數(shù)則暫停，進(jìn)入調(diào)時狀態(tài)，按下sec鍵則秒加1，按下min鍵則分加1，按下hour鍵則時加1；若按下為偶數(shù)則進(jìn)入時鐘運(yùn)行狀態(tài)。（3） 中斷服務(wù)程序：中斷服務(wù)程序的主要功能是進(jìn)行計(jì)時操作，程序開始先判斷計(jì)數(shù)溢出是否滿了100次，若不滿100次則表明沒有達(dá)到最小計(jì)時單位秒，則中斷返

10、回；若滿100次表明已達(dá)到最小計(jì)時單位秒，則程序斷續(xù)向下執(zhí)行，進(jìn)行分和時的計(jì)時。（4） 顯示子程序：顯示程序的主要功能是將顯示緩沖區(qū)的段控碼正確的顯示在數(shù)碼管上，采用動態(tài)顯示，從右向左循環(huán)點(diǎn)亮每一位數(shù)碼管。（5） 鍵掃子程序：鍵掃子程序的主要功能是判斷是否有鍵按下，是哪個鍵按下。3.3 數(shù)字電子鐘軟件系統(tǒng)程序流程框圖（1） 主程序流程框圖如圖3.1所示。（2） 計(jì)時1秒子程序流程框圖如圖3.2所示。（3） 鍵掃子程序流程框圖如圖3.3所示。（4） 顯示子程序流程框圖如圖3.4所示。（5） 鍵監(jiān)控子程序流程框圖如圖3.5所示。 圖3.1 主程序流程框圖 圖3.2 計(jì)時1秒子程序流程框圖 開始返回

11、圖3.3 鍵掃子程序流程框圖 圖3.4 顯示子程序流程框圖圖3.5 鍵監(jiān)控子程序流程框圖3.4 數(shù)字電子鐘軟件系統(tǒng)程序清單程序清單見附錄e4 設(shè)計(jì)結(jié)論、仿真結(jié)果、誤差分析4.1 數(shù)字電子鐘的設(shè)計(jì)結(jié)論及使用說明該電子鐘上電或按鍵復(fù)位后能自動顯示系統(tǒng)提示符“p.”， 進(jìn)入時鐘準(zhǔn)備狀態(tài)；第一次按電子鐘啟動/調(diào)整鍵，電子鐘從0時0分0秒開始運(yùn)行，進(jìn)入時鐘運(yùn)行狀態(tài)；再次按電子鐘啟動/調(diào)整鍵，則電子鐘進(jìn)入時鐘調(diào)整狀態(tài)，此時可利用各調(diào)整鍵調(diào)整時間，調(diào)整結(jié)束后可按啟動/調(diào)整鍵再次進(jìn)入時鐘運(yùn)行狀態(tài)。s2鍵為啟動/調(diào)整鍵，s3鍵為加一鍵，s4鍵為減一鍵，s5鍵轉(zhuǎn)換調(diào)節(jié)內(nèi)容。操作步驟如下：（1） 將+5v電源接到電

12、子鐘電源插口上，接通電源開關(guān)。（2） 把電子鐘電路板上的isp程序下載線連接到計(jì)算機(jī)usb接口，在計(jì)算機(jī)上通過avr_fighter軟件把電子鐘程序下載到單片機(jī)內(nèi)。（3） 電子鐘程序下載到單片機(jī)以后，電子鐘進(jìn)入命令狀態(tài)，顯示“p.”。（4） 按下s2鍵，電子鐘從0開始運(yùn)行，此時led7、led6、led4、led3、led1、led0分別顯示時、分、秒。（5） 再次按下s2鍵，電子鐘進(jìn)入調(diào)時狀態(tài)，此時通過s3鍵、s4鍵、s5鍵分別調(diào)整電子鐘的時、分、秒。按一下對應(yīng)的值加一。調(diào)整到想要的時間后，再次按下s2鍵，電子鐘將以用戶調(diào)整時間為起點(diǎn)進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)。4.2 數(shù)字電子鐘的仿真結(jié)果本次設(shè)計(jì)的數(shù)字電

13、子鐘有三種狀態(tài)：待機(jī)顯示“p.”狀態(tài)，顯示學(xué)號效果，時鐘運(yùn)行狀態(tài)，時鐘調(diào)整狀態(tài)。它們分別如圖4.1、圖4.2、圖4.3、圖4.4所示。圖4.1 待機(jī)顯示“p.”狀態(tài)仿真結(jié)果圖4.2 學(xué)號顯示效果圖4.3時鐘運(yùn)行狀態(tài)仿真結(jié)果圖4.4 時鐘調(diào)整狀態(tài)仿真結(jié)果4.3 數(shù)字電子鐘的誤差分析雖說采用軟件方式來產(chǎn)生1s的基本時間，然而定時器/計(jì)數(shù)器本身不能產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)的1s定時，產(chǎn)生一個標(biāo)準(zhǔn)時間之后進(jìn)行循環(huán)計(jì)數(shù)得到1s，但cpu執(zhí)行代碼需要1-2s的時間，因此產(chǎn)生的1s，1分，1小時，都會略大于標(biāo)準(zhǔn)的時間。此外，單片機(jī)也易受外界環(huán)境的影響，比如溫度、濕度等干擾。故應(yīng)該讓單片機(jī)工作在適宜的環(huán)境下，同時采用實(shí)時時鐘

14、芯片，這樣能將誤差降低到最小。4.4 設(shè)計(jì)重點(diǎn)、難點(diǎn)，體會及不足之處重點(diǎn)：單片課程設(shè)計(jì)考察的是一個人理論與實(shí)踐相結(jié)合的能力，要求設(shè)計(jì)者具有一定的理論知識及動手操作能力。比如用proteus軟件進(jìn)行單片機(jī)系統(tǒng)電路的仿真設(shè)計(jì)、protel軟件的使用、pcb板的硬件制作，keil軟件編寫和調(diào)試匯編程序。難點(diǎn)：硬件電路的故障檢測和修復(fù)，原理電路圖的仿真設(shè)計(jì)，匯編程序的編寫和調(diào)試。體會：現(xiàn)在來回想單片機(jī)的課程設(shè)計(jì)，有許多感觸，從最開始接觸單片機(jī)和匯編語言，到現(xiàn)在能獨(dú)立完成一個課程設(shè)計(jì)。在本學(xué)期初期做pcb板時因布局的不科學(xué)導(dǎo)致最后的制作使用出現(xiàn)了許多麻煩，還有焊接的經(jīng)驗(yàn)不足導(dǎo)致了虛焊；在c語言編程時，書

15、本上的很多知識又學(xué)的很不扎實(shí)，程序基本語句理解不夠透徹，導(dǎo)致編一個簡單程序都需要大量時間且過于復(fù)雜，真是耗時耗力耗單片機(jī)內(nèi)存。 不足之處：數(shù)字電子鐘的設(shè)計(jì)由于采用的是用硬件定時和軟件計(jì)數(shù)的方式產(chǎn)生的1s，而忽略了cpu執(zhí)行指令所需的時間，故時鐘顯示不是很精確。每盡管經(jīng)過修改，每小時仍然有1到2 秒的誤差參考文獻(xiàn)1 李廣弟.單片機(jī)基礎(chǔ)m,北京:北京航空航天大學(xué)出版社，2007.06 2 閻石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)（第四版）.北京：高等教育出版社，1998.073 邱光源.電路（第五版）.北京：高等教育出版社，2006.054 李朝青.單片機(jī)原理及接口技術(shù)m.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1998.5

16、 李勛等.單片機(jī)實(shí)用教程m.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2000.6 何為民.低功耗單片微機(jī) 系統(tǒng)設(shè)計(jì)m.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，19997 李華.mcs-51單片機(jī)原理及實(shí)用接口技術(shù)m.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1993.8 何立民.單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)選編m.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1997.9 張友德.飛利浦80c51系列單片機(jī)原理與應(yīng)用技術(shù)手冊m.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1992.10 李杏春等.8098單片機(jī)原理及應(yīng)用接口技術(shù)m.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1996. 教學(xué)建議如果老師經(jīng)常強(qiáng)調(diào)給學(xué)生評分的主要依據(jù)是實(shí)驗(yàn)和課程設(shè)計(jì)，我認(rèn)為這措施會很有成效。還有，老師

17、若是在課堂上常叫人起來回答問題，這將會更好的集中同學(xué)們的精神去一步一步的跟上老師的思路，希望老師可以加以考慮。再有，我覺得老師在課堂上應(yīng)該再多舉一些例題，這樣可以讓同學(xué)們對剛學(xué)到的新知識有更為清晰得認(rèn)識。 而且，老師的課堂讓人比較輕松，讓人在輕松之余又能學(xué)到知識，這點(diǎn)希望老師繼續(xù)保持。附錄a 電路原理圖附錄 bpcb頂層圖pcb底層圖附錄 c元器件布局圖附錄 d 數(shù)字電子鐘元器件清單元器件名稱規(guī)格數(shù)量at89c52 1底座 3晶振12mhz 1發(fā)光二極管 9單排插40腳1三極管 90129蜂鳴器1小按鍵9下載口座子十芯1六腳開關(guān)1usb電源線加接口1電阻 2001電阻4.7k1電阻10k3電阻

18、 47024電容22f1電容33pf排阻10k2短路帽2pcb板子1附錄e程序清單/* p.顯示程序 */* crystal=12mhz */* p2口位控口，p0口段控口 */#includereg52.h#include/*共陽數(shù)碼管字型碼*/*0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,p.,滅*/ char code dis_code=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,0x0c,0xff,0x8c,0xbf,0xa1 ;/*p.顯示代碼序號*/ char find_code=11,11,11,11,11,11,11,11,1

19、1;int s=0;min=0;hour=0;int ms=0,i;sbit s1=p10; /用于開啟使用/*/函數(shù)名： void delayx1ms(uint count)/功能： 延時時間為1ms/調(diào)用函數(shù)：/輸入?yún)?shù)：count,1ms計(jì)數(shù)/輸出參數(shù)：/說明：總共延時時間為1ms乘以count,crystal=12mhz/*/#define uchar unsigned char#define uint unsigned intvoid delayx1ms(uint count) uint j; while(count-!=0) for(j=0;j80;j+); /*顯示函數(shù)*/voi

20、d disp() char i ,j=0xfe; char k; for(i=0;i=100) /定時1秒到 ms=0; s+; if(s=60)/*秒位*/ /秒位到60進(jìn)位 s=0; min+; if(min=60)/*分位*/ min=0; hour+; if(hour=24)/*小時位*/ hour=0; find_code0=s%10; /更新顯示 find_code1=s/10; find_code2=13; /數(shù)碼管的第三、五個位控顯示- find_code5=13; find_code3=min%10; find_code4=min/10; find_code6=hour%10

21、; find_code7=hour/10; /*主函數(shù)*/void main() int a,b,k,j,l,s0,x,y,z,m,min0,hour0,biaozhi; while(1) find_code7=10;/起始顯示p. while(s1!=0) disp(); /掃描開啟鍵 ea=1;/定時器初始化 et0=1; tr0=1; tmod=0x01; th0=(65536-10000)/256; tl0=(65536-10000)%256; while(1) if(b=1) /調(diào)秒的時侯，秒個位亮k+;if(k=1) /1k50，秒個位滅x=1; /x用來阻止秒個位滅的時候進(jìn)入顯示

22、更新區(qū)find_code0=11;if(k=50) /50k100秒個位亮find_code0=s0;if(k=100)k=0; if(b=2)j+;if(j=1)y=1;find_code3=11;if(j=50)find_code3=min0;if(j=100)j=0; if(b=3)l+;if(l=1)z=1;find_code6=11;if(l=50)find_code6=hour0;if(l=100)l=0; switch(key() /按鍵/鍵掃 case 0x00:disp();break; /沒鍵按下，顯示當(dāng)前內(nèi)容 case 0x01:a+;tr0=1;biaozhi=0;b=0;break; /a為基數(shù)啟動,暫停再繼續(xù)后，將一些標(biāo)志及時清零 case 0x08:if(a%2=0)/調(diào)時間移位鍵，只能在暫停時候才用 b+; /每按一下移位鍵，b值改變，移到相應(yīng)位調(diào)時間 if(b=4) /移到調(diào)時位，再移回調(diào)秒鍵 b=1; if(b=1&m=1) /m用來阻止第一次按移位鍵進(jìn)入下面一條語句 find_code6=hour0; if(b=2) find_code0=s0; /再次移位后，秒個位還回原值 if(b=3) find_code3=min0; m=1; break; case 0x02:if(a%2=0) if(b=1)/加1鍵 s+;x=0; /有調(diào)節(jié)