2023年電子時鐘實驗報告

單片機原理及應用設計報告

題目電子時鐘的設計

專業(yè)______月勿理學_______________________

院部物理與電子工程學院

學號----------------------------

姓名-------------------------------

指導教師-------------------------------

答辯時間五月________________

工作時間：2023年5月

基于單片機的電子時鐘系統(tǒng)的設計

指導教師:-——

學生：—

關鍵詞：單片機；電子時鐘；鍵盤控制器；

目錄

第一章總體設計................................................錯誤!未定義書簽。

第二章系統(tǒng)硬件設計............................................錯誤!未定義書簽。

2.1硬件電路................................................錯誤!未定義書簽。

2.1.1單片機最小系統(tǒng).................................錯誤!未定義書簽。

2.1.2鍵盤電路。錯誤!未定義書簽。

2.1.3顯示電路............................................錯誤!未定義書簽。

第三章系統(tǒng)軟件設計.............................................錯誤!未定義書簽。

3.1主程序流程圖。錯誤!未定義書簽。

3.2重要子程序的流程圖。錯誤!未定義書簽。

第四章系統(tǒng)仿真................................................錯誤!未定義書簽。

第五章綜合調試與問題的解決....................................錯誤!未定義書簽。

5.1硬件調試。錯誤!未定義書簽。

5.2軟件調試問題及解決。錯誤!未定義書簽。

結論.........................................................錯誤!未定義書簽。

參考文獻。錯誤!未定義書簽。

附錄。錯誤!未定義書簽。

第一章總體設計

1.1設計規(guī)定

電子時鐘的計時范圍00時00分00秒至23時59分59秒，由按鍵來調節(jié)時鐘

時間，時分秒都可以調整。

1.2設計思緒

根據(jù)設計的規(guī)定可擬定如下的設計思緒:運用AT89C52系統(tǒng)單片機，LCD液晶

顯示器，鍵盤等一些輔助元件來生成時鐘電路己達成設計規(guī)定，然后通過編寫相應的程序來

實現(xiàn)對時鐘的調試和控制。

1.3電路的設計方案

隨著單片機技術的飛速發(fā)展，通過單片機對控制對象的控制日益成為此后自動控制

領域的一個發(fā)展方向。采用MCS——52單片機來對時間進行控制，不僅具有控時方便，組

太簡樸和靈和性大等優(yōu)點，并且可以大幅度的提高控制時間的技術指標。從而可以大大提高

產品的質量和數(shù)量,因此單片機對時間的控制問題是一個工業(yè)生產上經常會碰到的問題。

通過設計和元器件的功能,設計規(guī)定和設計思緒,擬定相應的設計方案，該電路有多

部分組成，如控制鍵盤的輸入電路，單片機的時鐘電路,LCD液晶顯示時間電路等。所以根

據(jù)上述條件作出相應的實時時鐘電路總的框圖，然后開始設計內部驅動程序，是各種芯片按

照相應的程序實現(xiàn)特定的功能，之后按照程序的設計，將相應的管腳連接調試，看是夠能實

現(xiàn)特定的功能。

硬件框圖如下:

時鐘顯示口

圖1T硬件框圖

主程序設計的流程圖如下:

圖1-2主程序設計流程圖

第二章系統(tǒng)硬件設計

系統(tǒng)硬件是整個系統(tǒng)的基礎,需要考慮多個方面，除了實現(xiàn)顯示和鬧鐘的基本功能外，

還要注意系統(tǒng)的穩(wěn)定度、器件的通用性、軟件編程的以實現(xiàn)性、系統(tǒng)其它功能及性能指標。

2.1硬件電路

本設計以單片機為控制核心,采用模塊化設計,共分以下幾個功能模塊：單片機控制系統(tǒng)、

鍵盤及時間顯示、及調時模塊等。其硬件圖如下:

,SPEAKER

LCD1

lAintfti

R6SPACK-8

T

UI

XTW.1PO.O/fiOO

PO.V/Ot

PO.2/XXJ2

1jXTM3P03/AO3

F0.WM4

P0.5ZAD5

P0.6/AD6

R$TP0.〃M>7

P2.0/A6

P3.W?

P22/A10

P2WA11

PJ.4/A12

P2.5/A13

P2Q/A14

P2.7/A15

P1.0/F2P3.(VRX0

P1.1/T2EXP3.1/TXD

PtiP32/IRTO

P3.3/iNH

P3.4/TD

P3.6/T1

P3?/S5R

A懶C52

圖2-1數(shù)字電子時鐘硬件設計圖

液晶電路圖:

編號符號引腳說明編號行/TtV不O引腳說明

1VSS電源地9D2DataI/0

2VDD電源正極10D3DataI/O

3VL液晶顯示偏壓信號11D4DataI/O

4RS數(shù)據(jù)/命令選擇端（H/L）12D5Data1/0

5R/W讀/寫選擇端（H/L）13D6Data1/0

6E使能信號14D7Data1/0

7D0DataI/O15BLA背光源正極

8D1DataI/O16BLK背光源負極

圖2——2

單片機作為整個硬件系統(tǒng)的核心,它既是協(xié)調整機工作的控制器,又是數(shù)據(jù)解決器。

時鐘的00時00分00秒顯示設為程序的默認值,當時鐘的時間走到10點時,蜂鳴器就

打開并開始發(fā)出生音。

可以通過手動調節(jié)si和s2以及s3調節(jié)時鐘時間。

2.1.1單片機最小系統(tǒng)

單片機最小系統(tǒng),或者稱為最小應用系統(tǒng),是指用最少的元件組成的單片機可以工作的

系統(tǒng)。對52系列單片機來說,最小系統(tǒng)一般應當涉及:單片機、時鐘電路、復位電路。

其中時鐘電路電路圖如下：

XTAL1是片內振蕩器的反相放大器輸入端,XTAL2則是輸出端，使用外部振蕩器時,

外部振蕩信號應直接加到XTAL1,而XTAL2懸空。內部方式時，時鐘發(fā)生器對振蕩脈沖二

分頻，如晶振為12MHz，時鐘頻率就為6MHz。晶振的頻率可以在1MHz-24MHz內選擇。

電容取3OPF左右。系統(tǒng)的時鐘電路設計是采用的內部方式，即運用芯片內部的振蕩電路。

AT89單片機內部有一個用于構成振蕩器的高增益反相放大器。引腳XTAL1和XTAL2分別

是此放大器的輸入端和輸出端。這個放大器與作為反饋元件的片外晶體諧振器一起構成一個

自激振蕩器。外接晶體諧振器以及電容C1和C2構成并聯(lián)諧振電路，接在放大器的反饋回

路中。對外接電容的值雖然沒有嚴格的規(guī)定,但電容的大小會影響震蕩器頻率的高低、震蕩

器的穩(wěn)定性、起振的快速性和溫度的穩(wěn)定性。因此，此系統(tǒng)電路的晶體振蕩器的值為12MH

z,電容應盡也許的選擇陶瓷電容，電容值約為22uF。在焊接刷電路板時，晶體振蕩器和

電容應盡也許安裝得與單片機芯片靠近，以減少寄生電容，更好地保證震蕩器穩(wěn)定和可靠地

[1-3]

復位電路電路圖如下:

圖2-4復位電路圖

在振蕩器運營時，有兩個機器周期（24個振蕩周期）以上的高電平出現(xiàn)在此引腿時，

將使單片機復位，只要這個腳保持高電平，51芯片便循環(huán)復位。復位后P0—P3口均置1引

腳表現(xiàn)為高電平，程序計數(shù)器和特殊功能寄存器SFR所有清零。當復位腳由高電平變?yōu)榈?/p>

電平時，芯片為ROM的00H處開始運營程序。復位是由外部的復位電路來實現(xiàn)的。片內復

位電路是復位引腳RST通過一個斯密特觸發(fā)器與復位電路相連,斯密特觸發(fā)器用來克制噪

聲,它的輸出在每個機器周期的S5P2,由復位電路采樣一次。復位電路通常采用上電自

動復位和按鈕復位兩種方式，此電路系統(tǒng)采用的是上電與按鈕復位電路。當時鐘頻率選用6M

Hz時，C取22uF,Rs約為2OOQ,Rk約為1K。復位操作不會對內部RAM有所影響。

復位電路：由電容串聯(lián)電阻構成，由圖并結合“電容電壓不能突變”的性質，可以知道，

當系統(tǒng)一上電,RST腳將會出現(xiàn)高電平，并且，這個高電平連續(xù)的時間由電路的RC值來決定.

典型的51單片機當RST腳的高電平連續(xù)兩個機器周期以上就將復位,所以,適當組合RC的

取值就可以保證可靠的復位.一般教科書推薦C取10u,R取8.2K.當然也有其他取法的，

原則就是要讓RC組合可以在RST腳上產生不少于2個機周期的高電平“旬。

2.1.2鍵盤電路

單片機鍵盤有獨立鍵盤和矩陣式鍵盤兩種：獨立鍵盤每一個I/O口上只接一個按

鍵，按鍵的另一端接電源或接地（一般接地），這種接法程序比較簡樸且系統(tǒng)更加穩(wěn)定；而

矩陣式鍵盤式接法程序比較復雜，但是占用的I/O少。根據(jù)本設計的需要這里選用了獨立

式鍵盤接法。

獨立式鍵盤的實現(xiàn)方法是運用單片機I/O□讀取口的電平高低來判斷是否有鍵按下。

將常開按鍵的一端接地,另一端接一個I/0口，程序開始時將此I/O口置于高電平，平時

無鍵按下時I/O口保護高電平。當有鍵按下時，此I/O□與地短路迫使I/O□為低電

平。按鍵釋放后，單片機內部的上拉電阻使I/O口仍然保持高電平。我們所要做的就是

在程序中查尋此I/O口的電平狀態(tài)就可以了解我們是否有按鍵動作了

在用單片機對鍵盤解決的時候涉及到了一個重要的過程，那就是鍵盤的去抖動。這里說

的抖動是機械的抖動，是當鍵盤在未按到按下的臨界區(qū)產生的電平不穩(wěn)定正常現(xiàn)象，并不是

我們在按鍵時通過注意可以避免的。這種抖動一般10?200毫秒之間，這種不穩(wěn)定電平的

抖動時間對于人來說太快了，而對于時鐘是微秒的單片機而言則是慢長的。為了提高系統(tǒng)的

穩(wěn)定,我們必須去除或避開它。目前的技術有硬件去抖動和軟件去抖動,硬件去抖動就是用部

分電路對抖動部分加之解決，但是實現(xiàn)的難度較大又會提高了成本。軟件去抖動不是去掉抖

動,而是避抖動部分的時間,等鍵盤穩(wěn)定了再對其解決。所以這里選擇了軟件去抖動,實現(xiàn)法

是先查尋按鍵當有低電平出現(xiàn)時立即延時10?200毫秒以避開抖動（經典值為20毫秒），

延時結束后再讀一次I/O口的值，這一次的值假如為1表達低電平的時間不到10~200毫

秒，視為干擾信號。當讀出的值是。時則表達有按鍵按下，調用相應的解決程序。

2.1.3顯示電路

顯示器普遍地用于直觀地顯示數(shù)字系統(tǒng)的運營狀態(tài)和工作數(shù)據(jù)，按照材料及產品工藝，

單片機應用系統(tǒng)中常用的顯示器有：發(fā)光二極管LED顯示器、液晶LCD顯示器、CRT顯示器

等。發(fā)光二極管（LED）由特殊的半導體材料碎化錢、磷碑化錢等制成，可以單獨使用，也可

以組裝成分段式或點陣式LED顯示器件。分段式顯示器（LED數(shù)碼管）由7條線段圍成8

字型，每一段包含一個發(fā)光二極管。外加正向電壓時二極管導通，發(fā)出清楚的光。只要按規(guī)

律控制各發(fā)光段亮、滅，就可以顯示各種字形或符號。LED數(shù)碼管有共陽、共陰之分。

本次設計使用LCD液晶顯示來顯示時間，采用動態(tài)顯示的方法,其中P3.0-P3.2為鍵

盤控制端，調節(jié)顯示的時間，P1.0—P1.7為液晶輸出口，控制時間的顯示，P2.0是控制蜂

鳴器的輸出口。

第三章系統(tǒng)軟件設計

軟件在硬件平臺上構筑，完畢各部分硬件的控制和協(xié)調。系統(tǒng)功能是由硬件和軟件共同

實現(xiàn)的，由于軟件的可伸縮性，最終實現(xiàn)的系統(tǒng)功能可強可弱，差別也許很大。因此，軟件

是本系統(tǒng)的靈魂。軟件采用模塊化設計方法，不僅易于編程和調試，也可減小軟件故障率和

提高軟件的可靠性。同時,對軟件進行全面測試也是檢查錯誤排除故障的重要手段。

3.1主程序流程圖

系統(tǒng)一開始,一方面程序初始化,時間顯示00時00分00秒，時間一秒一秒地繼

續(xù)往前走，通過按鍵Sl,s2,S3調節(jié)時間的時分秒調節(jié)，當時間顯示的時分秒等于10點

時，蜂鳴器就打開，發(fā)出聲音,一段時間后自動關閉聲音。程序不斷掃描鍵盤看是否有si鍵

按下,假如沒有繼續(xù)走時，假如掃描鍵盤時有按鍵按下，則執(zhí)行中斷程序，可以通過s2,s3

調時。主程序流程圖如下：

圖3~1主程序流程圖

3.2重要子程序的流程圖

中斷子程序：當按下S1和S4按下時,運營中斷程序,通過S2,S3調節(jié)時間，其流程圖

如下：

主程序

中斷服務

返回

圖3-2中斷子程序流程圖

按鍵子程序流程圖:按下S1時即可實現(xiàn)時間的調節(jié),通過按S2時間加，S3時間減，再

按S1回到走時。按鍵子程序流程圖如下:

開始

通過S2,S3,

返回

圖3-3按鍵子程序流程圖

第四章系統(tǒng)仿真

Proteus軟件是LabcenterElectronics公司的?一款電路設計與仿真軟件，它

涉及ISIS、ARES等軟件模塊，ARES模塊重要用來完畢PCB的設計，而ISIS模塊用來

完畢電路原理圖的布圖與仿真。Pr。teus的軟件仿真基于VSM技術,它與其他軟件最大的

不同也是最大的優(yōu)勢就在于它能仿真大量的單片機芯片，比如MCS-51系列、PIC系列等等,

以及單片機外圍電路，比如鍵盤、LED、LCD等等。通過Proteus軟件的使用我們可以容

易地獲得一個功能齊全、實用方便的單片機實驗室。

下圖是截取的是時鐘仿真圖:

圖4-1時鐘的仿真圖

第五章綜合調試與問題的解決

單片機應用系統(tǒng)的調試涉及硬件和軟件兩部分,但是他們并不能完全分開。一般的方法

是排除明顯的硬件故障，再進行綜合調試，排除也許的軟/硬件故障。這次由于時間緊迫的

關系沒有做實物，但是對硬件調試還是有一定的了解。

5.1硬件調試

拿到電路板后，一方面要檢查加工質量，并保證沒有任何方面的錯誤，如短路和斷路，

特別要避免電源短路;元器件在安裝前要逐個檢查，用萬用表測其數(shù)值,看是否與所用相同；

完畢焊接后，應先空載上電（芯片座上不插芯片），并檢查各引腳的電位是否對的。若一切

正常，方可在斷電的情況下將芯片插入，再次檢查各引腳的電位及其邏輯關系。將萬用表的

探針放到單片機接電源的引腳上檢測一下，看是否符合規(guī)定。

5.2軟件調試問題及解決

軟件程序的調試一般可以將重點放在分模塊調試上,統(tǒng)調是最后一環(huán)。軟件調試可以采

用離線調試和在線調試兩種方式。前者不需要硬件仿真器,可借助于軟件仿真器即可；后者

一般需要仿真系統(tǒng)的支持。本次設計，用Keil軟件來調試程序,通過各個模塊程序的單步或

跟蹤調試，使程序逐漸趨于對的，最后統(tǒng)調程序。

仿真部分采用Proteus6professional軟件,此軟件功能強大且操作較為簡樸,

可以很容易的實現(xiàn)各種系統(tǒng)的仿真。

一方面打開proteus6professiona1軟件，在元件庫中找到要選用的所有元件，

然后進行原理圖的繪制；繪制好后再選擇wave6000已經編譯好的*.hex文獻,選擇運營,觀

測顯示結果，根據(jù)顯示的結果和課題的規(guī)定再修改程序，再運營查，直到滿足規(guī)定為止.

結論

本設計以單片機為核心，以LCD液晶作為顯示，該設計很好地完畢了設計的各項規(guī)定，

重要體現(xiàn)如下：

手動鍵盤的控制時間和鬧鐘，以及準確地走時穩(wěn)定性好等特點。

在畢業(yè)設計的整個過程中，我深切地體會到:實踐是理論運用的最佳檢查。畢業(yè)設計是

對我們4年所學知識的一次綜合性測試和考驗,無論是在動手能力方面還是理論知識的運用

能力方面，都使得我有了很大的提高。通過這次畢業(yè)設計，使我得到了一次用專業(yè)知識、

專業(yè)技能分析和解決問題全面的系統(tǒng)的鍛煉。使我在單片機的基本原理、單片機應用系統(tǒng)

開發(fā)過程，以及在常用編程設計思緒技巧，特別是對C語言的掌握方面都能向前邁了一大步,

為日后成為合格的應用型人才打下良好的基礎。

通過總結和分析，我意識到在設計程序之前，一定要有一個清楚的思緒和一個完整的

的軟件流程圖；在設計程序時，不能妄想一次就將整個程序設計好，反復修改、不斷改善

是程序設計的必經之路；要養(yǎng)成注釋程序的好習慣，一個程序的完美與否不僅僅是實現(xiàn)功

能，而應當讓人一看就能明白你的思緒，這樣也為資料的保存和交流提供了方便;在設計課

程過程中碰到問題是很正常，但我們應當將每次碰到的問題記錄下來,并分析清楚，以免下次

再碰到同樣的問題。本次畢業(yè)設計為我的大學生活畫上了圓滿的句號，為我即將的工作和

生活奠定了堅實的基礎。

參考文獻

[1]王靜霞.單片機應用技術[M].北京：電子工業(yè)出版社，2023:20—150.

[2]何立民.單片機高等教程[M].北京：北京航空航天大學出版社,2023：150

—210

[3]何立民.單片機應用系統(tǒng)設計系統(tǒng)配置與接口技術[M].北京：北京航空航天大學

出版社，2023：1—494.

[4]雄建云.Protel99seEDA技術及應用[M].北京:北京機械工業(yè)出版社，2

023:141—176.

[5]林春方.電子線路學習指導與實訓[M].北京:北京電子工業(yè)出版社，2023：118—

164.

[6]楊寶清，宋文貴.實用電路手冊[M].北京:機械工業(yè)出版社，2023：1—300.

[7]曾屹.單片機原理與應用[M].湖南：中南大學出版社,2023:18—154.

[8]楊立.微型計算機原理與接口技術[M].中國水利水電出版社,2023：165—1

80.

[9]李楊幫.實用電源電路集錦[M].北京：電子工業(yè)出版社，1998：26—59.

[10]朱運利.單片機技術應用[M].北京：械工業(yè)出版社,2023：80—127.

[11]胡健.單片機原理及接口技術實踐教程[M].北京:機械工業(yè)出版社，2023:

12—116.

[12]李華.MCS-51單片機接口技術與運用[MJ.北京：北京航天航空大學出版社，2

023：44—191.

[13]胡漢才.單片機接口技術與運用[M].北京:機械工業(yè)出版社,2023：104—225.

[14]唐俊翟，許雷.單片機原理與應用[M].北京：北京冶金工業(yè)出版社，2023：

69—143.

致謝

在學院各位領導以及指導教師彭老師的大力支持下,我基本完畢了這次設計任務。我在

這一次畢業(yè)設計過程中，很是受益匪淺。通過對自己在大學四年時間里所學的知識的回

顧，并充足發(fā)揮對所學知識的理解和對畢業(yè)設計的思考及書面表達能力,最終完畢了。這為

自己此后進一步深化學習，積累了一定寶貴的經驗。撰寫論文的過程也是專業(yè)知識的學習過

程,它使我運用已有的專業(yè)基礎知識，對其進行設計，分析和解決一個理論問題或實際問

題，把知識轉化為能力的實際訓練。在同學及指導教師彭老師的一些指點和引導下，真正

培養(yǎng)了我運用所學知識解決實際問題的能力。

通過這次設計我發(fā)現(xiàn)，只有理論水平提高了才可以將課本知識與實踐相整合,理論知識

服務于教學實踐，以增強自己的動手能力。這個設計在現(xiàn)實社會中也存在著一定的價值和

意義，從中我獲得很深刻的經驗。通過這次設計，我知道了理論和實際的距離，也知道了

理論和實際想結合的重要性，也從中得知了很多書本上無法得知的知識。

我們的學習不僅要立足于書本，以解決理論和實際教學中的實際問題為目的，還要以實

踐相結合,理論問題即實踐課題,解決問題即課程研究,學生自己就是一個專家,通過自己的

手來解決問題比用腦子解決問題更加深刻。學習就應當采用理論與實踐結合的方式，理論

的問題，也就是實踐性的課題。這種做法既有助于完畢理論知識的鞏固，又有助于帶動實

踐，解決實際問題,加強我們的動手能力和解決問題的關鍵。

附錄

系統(tǒng)軟件設計程序代碼

#inc1ude<reg52.h>#defineuintunsignedint

#defineucharunsignedcharsbitrs=P3d5;

sbitrw=P36；}

sbitIcden=P3c4；

voidwrite_date(uchardate)

sbitsl=P3人0;

(

sbits2=P3l;

?rs=l;

sbits3=P32;

?lcden=0;

sbitbuzzer=P2人0;

Pl=date;

ucharn,sInum；

?delay(5);

charmiao,shi,fen;

Acden=1;

ucharcodetabie[]=

delay(5)；

00:00:00〃；

leden=0；

voiddelay(uintz)

)

(

intx,y;

voidinit()

ofor(x=z;x>0;x—)

(

3for(y=110；y>0;y-);

ucharnum;

)

1cden=0;

0rw=0;

voidwrite_com(ucharcom)

?writecom(0x38);

(

write_com(Ox0c)；

ors=0;

write_com(Ox06);

1cden=0；

owrite_com(0xOl);

?P1=com;

write_com(0x80);

delay(5);

ofor(num=0;num<l5;num++)

1cden=1；

?delay(5)；

write_date(table[num]);

o1cden=0;

delay(5)；

a}abuzzer=l;

odeIay(100)；

oTMOD=0x01；abuzzer=0;

THO=(65536-50000)/256;odelay(100);

TL0=(65536-500Q0)%256；}

EA=1;)

ET0=1;voidkeyscanO

oTR0=1；(

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adelay⑸；

voidwriteshifenmiao(ucharad

oif(sl==0)

d,uchardate)

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owhi1e(!s1);

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shi=date/10;

oo{

ge=date%10;

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ewrite_com(0x80+add)；

必write_com(0x80+10);

?write_date(0x30+shi);

writecom(OxOf)；

owrite_date(0x30+ge);

6}

)

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?buzzer=0；write_com(0x80+

?if(shi==10&fen==00&miao==00)7);

000}

if(sinum==3)bo2write_com(0x80+10);

g6

必write_com(0x80+4);0

dOO)

)00◎if(slnum==2)

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f(sinum==4)b(

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6write_com(0x0c);MOfen=O；

bTRO=1;。writ

8_shifenmiao(7,fen);

)0writecom(0x80+7)

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if(s2==0)0

o°{0??shi++；

必delay(5);。if(shi==24)

00if(s2==0)got>0shi=0；