數(shù)字電子鐘課程設計報告樣本

目錄摘要………………3核心詞………………3一、設計任務與規(guī)定………………4二、方案設計與論證………………4方案一…………4方案二…………5三、硬件單元電路設計與參數(shù)計算………………51.電源電路………………52.按鍵電路………………53.時鐘電路…………………54.驅動電路…………………55.LED顯示電路………………56.單片機電路………………6四、軟件設計與流程圖……………10五、總原電路及元器件清單………101．總原理圖……………………102．PCB制板圖…………………113．整體電路仿真圖……………124．元件清單……………………12六、安裝與調試……………………131.電路安裝……………………132.電路調試……………………133.軟件調試……………………13七、性能測試與分析………………14八、結論與心得……………………14九、參照文獻………………………15十、道謝……………15十一、程序清單……………………15摘要:本論文基于單片機原理技術簡介了一款于AT89C52芯片作為核心控制器單片機數(shù)字電子鐘設計與制作，涉及硬件電路原理實現(xiàn)方案設計、軟件程序編輯實現(xiàn)、數(shù)字電子鐘正常工作流程、原理圖仿真實現(xiàn)、硬件實物安裝制作與硬件實物調試過程。該單片機數(shù)字電子鐘采用LED數(shù)碼管可以精確顯示時間（顯示格式為：時時，分分，秒秒），可隨時進行時間調節(jié)，時間可采用12小時制顯示或24小時制顯示，采用12小時顯示時可在標志位數(shù)碼管上顯示A（表達上午）或B（表達下午），可暫停時間變動,暫停時一位數(shù)碼管上顯示字母H，核心詞：單片機

；數(shù)字電子鐘

；數(shù)碼管

；AT89C52

設計任務與規(guī)定1、設計任務用單片機設計一種數(shù)字電子鐘，采用LED數(shù)碼管來顯示時間。2、設計規(guī)定（1）顯示格式為：XX：XX：XX，即：時：分：秒。（2）時間可采用12小時制顯示或24小時制顯示，采用12小時顯示時必要在此外一種數(shù)碼管上顯示A（表達上午）或B（表達下午）。（3）設立一種按鍵用于時間顯示方式切換。（4）系統(tǒng)上電后從上電時初始化顯示：12-00-00開始計時。（5）能進行時間調節(jié)，可暫停時間變動,暫停時一位數(shù)碼管上顯示字母H可按自己規(guī)定設立擴展小鍵盤個數(shù)。方案設計與論證單片機模塊單片機模塊驅動模塊按鍵模塊LED顯示模塊時鐘模塊電源模塊圖1系統(tǒng)整體框圖整個系統(tǒng)用單片機作為中央控制器，由單片機執(zhí)行采集芯片內部時鐘信號，時鐘信號通過單片機I/O口傳給單片機，單片機模塊控制驅動模塊驅動顯示模塊，通過顯示模塊來實現(xiàn)信號輸出、LED顯示及有關控制功能。系統(tǒng)設有按鍵模塊用于對時間進行調節(jié)及擴展各種小鍵盤，系統(tǒng)整體框圖如圖1所示。單片機芯片選取方案方案一：AT89S52是一種低功耗，高性能CMOS8位單片機，片內含4kBytesISP(In-systemprogrammable)可重復擦寫1000次Flash只讀程序存儲器。重要性能有：與MCS-51單片機產品兼容、全靜態(tài)操作：0Hz～33Hz、三級加密程序存儲器、32個可編程I/O口線、三個16位定期器/計數(shù)器、八個中斷源、全雙工UART串行通道、掉電后中斷可喚醒、看門狗定期器、雙數(shù)據(jù)指針、掉電標記符、易編程。方案二：AT89C52是一種低電壓，高性能CMOS8位單片機，片內含8kbytes可重復擦寫Flash只讀程序存儲器和256bytes隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM）。重要性能有：兼容MCS51指令系統(tǒng)、32個雙向I/O口、256x8bit內部RAM、3個16位可編程定期/計數(shù)器中斷、時鐘頻率0-24MHz、2個串行中斷、可編程UART串行通道、2個外部中斷源、6個中斷源、2個讀寫中斷口線、3級加密位、低功耗空閑和掉電模式、軟件設立睡眠和喚醒功能。從單片機芯片重要性能角度出發(fā)，本數(shù)字電子鐘單片機芯片選取設計采用方案一。2、數(shù)碼管顯示選取方案方案一：靜態(tài)顯示。靜態(tài)顯示，即當顯示屏顯示某一字符時，相應發(fā)光二極管恒定導通或截止。該方式每一位都需要一種8位輸出口控制。靜態(tài)顯示時較小電流能獲得較高亮度，且字符不閃爍。但因當所需顯示位數(shù)較多時，靜態(tài)顯示所需I/O口數(shù)較大，導致資源揮霍。方案二：動態(tài)顯示。動態(tài)顯示，即各位數(shù)碼管輪流點亮，對于顯示屏各位數(shù)碼管，每隔一段延時時間循環(huán)點亮一次。運用人視覺暫留功能可以看到整個顯示，但須保證掃描速度足夠快，人視覺暫留功能才可察覺不到字符閃爍。顯示屏亮度與導通電流、點亮時間及間隔時間比例關于。調節(jié)參數(shù)可以實現(xiàn)較高穩(wěn)定度顯示。動態(tài)顯示節(jié)約了I/O口，減少了能耗。從節(jié)約單片機芯片I/O口和減少能耗角度出發(fā)，本數(shù)字電子鐘數(shù)碼管顯示選取設計采用方案二。數(shù)碼管驅動選取方案方案一：上拉電阻驅動方式。數(shù)碼管段碼與接有上拉電阻單片機芯片I/O口相連，通過編程，單片機芯片即控制段碼電平高低。該方式經費低，但實物制作較復雜。方案二：74LS245芯片驅動方式。數(shù)碼管段碼與74LS245芯片B口相連，74LS245芯片A口與單片機芯片I/O口，通過編程，單片機芯片即可控制段碼電平高低。該方式實物制作簡樸，增強驅動數(shù)碼管段碼能力。從實物制作簡易限度與驅動數(shù)碼管段碼能力角度出發(fā)，本數(shù)字電子鐘數(shù)碼管驅動選取設計采用方案二。硬件單元電路設計與參數(shù)計算1、電源電路本數(shù)字電子鐘設計所需電源電壓為直流、電壓值大小5V電壓源。從硬件實物設計簡易限度與經費方面考慮，用兩節(jié)電壓值大小2.5V干電池與電路電壓源引腳相連接即可達到硬件設計規(guī)定。即本數(shù)字電子鐘設計用兩節(jié)電壓值大小2.5V干電池做硬件電路電壓源。2、按鍵電路本數(shù)字電子鐘設計所需按鍵用于進行顯示時間調節(jié)與設立擴展小鍵盤。單片機芯片4個I/O口可與按鍵直接相連，通過編程，單片機芯片即可控制按鍵接口電平高低，即按鍵開與關，以達到用按鍵進行顯示時間調節(jié)與設立擴展小鍵盤設計規(guī)定。3、時鐘電路單片機芯片可使用內部時鐘電路和外部時鐘電路兩種方式產生電路所需時鐘脈沖，內部時鐘電路實現(xiàn)可用石英晶體和微調電容外接即可達到，外部時鐘電路實現(xiàn)需要一種外部脈沖源引入脈沖信號以保證個單片機之間時鐘信號同步。從硬件實現(xiàn)難易角度考慮，內部時鐘電路實現(xiàn)比外部時鐘電路實現(xiàn)更簡易。既本數(shù)字電子鐘設計所需時鐘源采用內部時鐘電路實現(xiàn)。所用定期方式為工作方式1，石英晶振為12M，即最小定期時間為1us，最大定期時間約為65.5ms，其電路圖如下圖2所示。圖2時鐘電路圖驅動電路從實物制作簡易限度與驅動數(shù)碼管段碼能力角度出發(fā)，本數(shù)字電子鐘設計采用數(shù)碼管段碼與74LS245芯片B口相連，74LS245芯片A口與單片機芯片I/O口，通過編程，單片機芯片即可控制段碼電平高低方式實現(xiàn)數(shù)碼管段碼控制，74LS245芯片圖如下圖3所示。圖374LS245芯片圖LED顯示電路數(shù)字電子鐘設計顯示模塊用8個一位數(shù)碼管實現(xiàn)，也可用兩個四位一體數(shù)碼管實現(xiàn)。兩種實現(xiàn)方式實現(xiàn)效果同樣。從實物制作難易限度出，本數(shù)字電子鐘設計采用兩個四位一體數(shù)碼管實現(xiàn)。即數(shù)碼管引腳與單片機芯片和74LS245相應引腳相連接。單片機電路本數(shù)字電子鐘設計采用AT89S52單片機芯片作為中央控制器，實現(xiàn)信號輸出、LED顯示及有關控制功能。軟件設計與流程圖1、數(shù)字電子時鐘主程序流程圖主程序流程圖如下圖圖4所示。MAINMAIN定義堆棧區(qū)顯示緩沖單元清0調用顯示子程序定期器0工作方式1裝載計數(shù)初值定期開始開中斷設立循環(huán)次數(shù)等待定期中斷祈求開始圖4數(shù)字電子時鐘主程序流程圖2、中斷服務程序流程圖中斷服務程序流程圖如下圖圖5所示。YY與否滿24h?顯示緩沖單元清0返回NY與否滿60m?小時加1分值加1N計數(shù)器重新加載循環(huán)次數(shù)加1與否滿1s?與否滿60s?秒值加1N開始圖5中斷服務程序流程圖3、顯示子程序流程圖顯示子程序流程圖如下圖圖6所示。DISPLAYDISPLAY秒數(shù)加1秒值按鍵按下？分值按鍵按下？小時按鍵按下？切換鍵是否按下？YN小時>=12?NY標志位顯示B標志位顯示A分離秒值個位、十位顯示分十位、個位分離小時個位、十位顯示秒十位、個位分離分值個位、十位顯示小時十位、個位分數(shù)加1時數(shù)加1暫停鍵按下？顯示HYYYY開始圖6顯示子程序流程圖五、總原電路及元器件清單1．總原理圖最小系統(tǒng)控制原理圖如下圖圖7所示，數(shù)碼管原理圖如下圖圖8所示。圖7最小系統(tǒng)控制原理圖圖8數(shù)碼管原理圖2．PCB制板圖數(shù)碼管PCB圖如下圖圖9所示，最小系統(tǒng)控制PCB圖如下圖圖10所示。圖9數(shù)碼管PCB圖圖10最小系統(tǒng)PCB圖3．整體電路仿真圖整體電路仿真圖如下圖圖11所示。圖11整體電路仿真圖4．元件清單名稱數(shù)量型號芯片1片AT89S52四位一體數(shù)碼管2個共陰極按鍵 5個晶振1個12M電容2個30p74LS2451片電阻2個220歐電阻1個1.5k發(fā)光二極管1個LED六、安裝與調試1.電路安裝安照電路原理圖把元器件安裝到已打好銅板相應位置，把個元器件固定在銅板后，用導線把相應元器件引腳相連接，再用焊錫焊接好即可。注意事項：（1）元器件布局應盡量集中，且各個元器件間引腳連線應盡量短、不彎曲，跳線盡量少。（2）各個元器件引腳焊接不要虛焊。2.電路調試把相應編譯好目的程序代碼加載到單片機芯片AT89S52，可接上5V電壓源即開始進行硬件電路調試工作。如果顯示成果不符合設計規(guī)定，即檢查電路各連接點與否對的連接，再次進行硬件電路調試工作，或是檢查代碼程序與否符合硬件電路設計，若有錯即進行相應修改，編譯后，再進行硬件電路調試工作。如此重復操作，直到調試出對的成果。3.軟件調試（1）在計算機上運營程序調試軟件Keil，進行程序調試，若顯示0錯誤（S）,0警告（S）即證明程序代碼對的。（2）在Proteus軟件畫好電路原理圖中加載程序代碼到單片機芯片AT89S52中，進行模仿仿真。若浮現(xiàn)錯誤，查看錯誤后進行相應修改再進行調試與模仿仿真，直到調試出對的成果。七、性能測試與分析1、系統(tǒng)上電后進行功能測試，通過測試觀測到，系統(tǒng)上電后數(shù)碼管上顯示時間：12-00-00，圖12實物圖一接著按下K1按鍵調節(jié)時間小時數(shù)顯示，即小時加1，按下K2按鍵調節(jié)時間分鐘數(shù)顯示，即分鐘加1，按下K3按鍵調節(jié)時間秒數(shù)顯示，即秒數(shù)加1，實物圖二如下圖圖13所示。圖13實物圖二然后按下K5按鍵調節(jié)時間12小時制顯示或24小時制顯示。在24小時制顯示狀況下，顯示時間制數(shù)碼管上不顯示，只顯示時，分，秒；在12小時制顯示狀況下，如果小時數(shù)不不大于12小時狀況，一種數(shù)碼管上顯示B（表達下午）；反之如果小時數(shù)不大于12小時狀況，一種數(shù)碼管上顯示A（表達上午）；，實物圖三如圖14所示。圖13實物圖三通過測試，本作品設計實現(xiàn)了數(shù)字電子鐘基本功能，還增長了時間制轉換功能，且系統(tǒng)工作穩(wěn)定。八、結論與心得1、結論本單片機數(shù)字電子鐘系統(tǒng)功能基本符合顯示格式為：XX：XX：XX，即時：分：秒。時間可采用12小時制顯示或24小時制顯示，采用12小時顯示時必要在此外一種數(shù)碼管上顯示A（表達上午）或B（表達下午）。設立一種按鍵用于時間顯示方式切換。系統(tǒng)上電后從上電時初始化顯示：12-00-00開始計時，能進行時間調節(jié)，可暫停時間變動,暫停時一位數(shù)碼管上顯示字母H，可按自己規(guī)定設立擴展小鍵盤個數(shù)設計任務規(guī)定，通過測試數(shù)據(jù)顯示，系統(tǒng)可靠性已經基本可以達到實際電子鐘設計規(guī)定，同步本單片機數(shù)字電子鐘系統(tǒng)具備擴展性。課程設計是培養(yǎng)學生綜合運用所學知識,發(fā)現(xiàn)實際問題、提出實際問題、分析和解決實際問題,鍛煉實踐能力重要環(huán)節(jié),是對學生實際學習能力、動手能力詳細訓練和考察過程。在本次數(shù)字鐘設計過程中，在學習新知識同步，把在課程中學到理論知識運用到實際作品設計、操作中，更進一步地熟悉了單片機芯片構造及掌握了其工作原理和詳細用法與有關元器件參數(shù)計算辦法、用法，理解了電路開發(fā)和制作及課程設計報告編寫。加深了對有關理論知識及專業(yè)知識掌握度，增強自身動手能力，鍛煉及提高了理解問題、分析問題、解決問題能力，更深刻體會到了理論聯(lián)系實際重要性，進一步掌握畫圖軟件使用和提高相應畫圖操作水平及技巧。九、參照文獻[1]沈精虎.Protel99SE基本教程[J].[2]李廣弟，朱月秀，冷祖祁.單片機硬件構造[J].頁碼148。[3]譚丙煜.如何撰寫科學論文[M].2版.沈陽：遼寧人民出版社，1982：5-6.（本條為中文圖書著錄格式）[3]陳正義.單片機控制實習[D].頁碼148。十、道謝從課題開始到最后完畢，本課程設計及報告論文是在指引教師精心指引和同窗熱心協(xié)助下順利完畢。本課程設計能順利地完畢，與父母近年來一如既往支持和關懷是分不開，在此，向任勞任怨、含辛茹苦父母致以衷心感謝！此外衷心感謝在本次課程設計中指點和協(xié)助我指引教師與同窗！感謝學院為咱們提供了良好課程設計儀器設備及學習環(huán)境。十一、程序清單/*********************************************************************描述**電子時鐘，LED數(shù)碼管顯示,晶振使用12MHz **K1---時調節(jié)*K2---分調節(jié) *K3---秒調節(jié) K4---時間暫停 K5---12小時制和24小時制切換*上電時初始化顯示:12-00-00**********************************************************************#include<reg51.h>#include<intrins.h>unsignedchardatadis_digit;unsignedcharkey_s，key_v;unsignedcharcodedis_code[11]={0x3F，0x06,0x5B,0x4F,0x66,0x6D,0x7D,0x07,0x7F,0x6F,0x00 };//0,1,2,34，5，6，7，8，9，off //共陰數(shù)碼管unsignedchardatadis_buf[8];unsignedchardatadis_index;unsignedcharhour,min,sec;unsignedcharsec100；unsignedcharflag,flag1,flag2； //falg用于時間停止和啟動標志，falg1為12小時和24小時切換標志，falg2為12小時上午和下午切換標志sbitK1=P1^0; //用于時調節(jié)sbitK2=P1^1; //用于分調節(jié)sbitK3=P1^2; //用于秒調節(jié)sbitK4=P1^3; //用于時間調節(jié)開關,按下一次暫停時間,再按一次時則開始計時sbitK5=P1^4; //用于24小時制和12小時制切換bitscan_key();voidproc_key();voidinc_sec();voidinc_min();voidinc_hour();voidinc_hour1();voiddelayms(unsignedcharms);voidmain(void){P0=0xff;P2=0xff;TMOD=0x11；//定期器0，1工作模式1，16位定期方式TH1=0xd8; //使用12MHz晶振，定期時間為：10msTL1=0xf0;TH0=0xf8; //定期時間為2ms,用于數(shù)碼管動態(tài)掃描TL0=0x30;hour=12;min=00;sec=00;sec100=0;flag=0;flag1=0;dis_buf[0]=dis_code[hour/10]；//時十位dis_buf[1]=dis_code[hour%10]；//時個位dis_buf[2]=dis_code[min/10]；//分十位dis_buf[3]=dis_code[min%10]；//分個位dis_buf[4]=dis_code[sec/10]；//秒十位dis_buf[5]=dis_code[sec%10]；//秒個位 dis_buf[6]=0x00; //關閉該位數(shù)碼管dis_buf[7]=0x7f; //顯示B表達下午dis_digit=0xfe;dis_index=0;TCON=0x01; //T1:TF1TR1T0:TF0TR0定期中斷：IE1IT1IE0IT0//外部中斷0觸發(fā)方式為下降沿觸發(fā)IE=0x8a；//使能timer0,1中斷,控制IE寄存器格式：EA--ESET1EX1ET0EX0 // 1000101 0TR0=1; //開定期器0TR1=1; //開定期器1key_v=0x1f; //定義為K1,K2,K3,K4,K5相應按鍵,當沒有按下時則為,K1,K2,K3,K4,K5,都為高電平,0x1fwhile(1){if(scan_key()) //先掃描一次與否有按鍵按下{delayms(10); //延時if(scan_key()) //再次掃描一次與否有按鍵按下{key_v=key_s; //將key_s值傳給key_vproc_key();}}}}bitscan_key(){key_s=0x00; //設立key_s先為0key_s|=K5;key_s<<=1;key_s|=K4;key_s<<=1;key_s|=K3;key_s<<=1;key_s|=K2; //K2->P1.1,若K2按下則為0,當K2按下時key_s與K2或成果會使得key_s為0x00,未按下時K2則為1，key_s與K2或成果會使得key_s為0x01key_s<<=1; //將key_s左移一位，key_s|=K1; //K1->P1.0,若K1按下則為0,當K1按下時key_s與K1或成果會使得key_s為0x00或是0x02，沒有按下時則得到成果為0x01或是0x03return(key_s^key_v)； //進行邏輯異或運算,相似為0,不同為1. 已經定義了變量:key_v=0x1f；如果兩個按鍵都沒有按下則是得到0x03,異或成果是為0}voidproc_key(){ if(K4==0) //K4與否按下 { flag++；//關閉定期器 TR1=0; //關閉定期器1 dis_buf[6]=0x76; //顯示H,用于表達設定期間標志 } if(K5==0) { flag1++; //flag1初始值是0,falg1為12小時和24小時切換標志 if(flag1==1) //24小時制 { if(dis_buf[7]==0x7f) //判斷是不是下午 { hour=hour+12; dis_buf[7]=0x00; } dis_buf[7]=0x00; //關閉顯示 if(hour>23) { hour=0; } if(hour>9) dis_buf[0]=dis_code[hour/10]；//時十位 else dis_buf[0]=0x00；//當小時十位為0時不顯示 dis_buf[1]=dis_code[hour%10]；//時個位 } if(flag1==2) //12小時制 { flag1=0; if(hour>12||hour==0) //判斷是不是下午,并用于解決24小時制不不大于13和等于0解決 { if(hour>12) hour=hour-12; if(hour==0) hour=12; dis_buf[7]=0x7f；//顯示下午B } else dis_buf[7]=0x77; //顯示A表達上午 if(hour>9) dis_buf[0]=dis_code[hour/10]；//時十位 else dis_buf[0]=0x00；//當小時十位為0時不顯示 dis_buf[1]=dis_code[hour%10]；//時個位 } } if((key_v&0x01)==0)//K1,當只有K1按下時，則key_s為0x02,沒有按下時key_s則為0x03 { if(flag1==0) inc_hour(); if(flag1==1) inc_hour1(); } elseif((key_v&0x02)==0)//K2，當只有K2按下時，則key_s為0x01,沒有按下時key_s則為0x03 { min++; if(min>59) { min=0; } dis_buf[2]=dis_code[min/10]；//分十位 dis_buf[3]=dis_code[min%10]；//分個位 } elseif((key_v&0x04)==0)//K3與否按下 { sec++; if(sec>59) { sec=0; } dis_buf[4]=dis_code[sec/10]；//秒十位 dis_buf[5]=dis_code[sec%10]；//秒個位 } if(flag==2) { flag=0; TR1=1; dis_buf[6]=0x00; if(flag1==0) { if(flag2) dis_buf[7]=0x77; //顯示A表達上午 else dis_buf[7]=0x7f; //顯示B表達下午 } }}voidtimer0()interrupt1//定期器0中斷服務程序，用于數(shù)碼管動態(tài)掃描//dis_index---顯示索引，用于標記當前顯示數(shù)碼管和緩沖區(qū)偏移量//dis_digit---位選通值，傳送到P0口用于選通當前數(shù)碼管數(shù)值，如等于0xfe時,//選通P2.0口數(shù)碼管//dis_buf---顯于緩沖區(qū)基地址{TH0=0xf8; //定期時間為2msTL0=0x30;P2=0xff；//先關閉所有數(shù)碼管P0=dis_buf[dis_index]；//顯示代碼傳送到P0口P2=dis_digit；//dis_digit=_crol_(dis_digit,1)；//位選通值左移，下次中斷時選通下一位數(shù)碼管dis_index++；//dis_index&=0x07；//8個數(shù)碼管所有掃描完一遍之后，再回到第一種開始下