毕业设计（论文）-基于单片机系统的数字显示电子时钟设计.doc

河南科技学院 2011 届专科毕业论文（设计）数字显示电子时钟学生姓名：_ _所在学院：_高等职业技术学院_所学专业：_应用电子专业_导师姓名：_ _完成时间：_2011-5-30_河南科技学院专科生毕业论文（设计）任务书题目名称 数字显示电子时钟学生姓名所学专业应用电子学号20081833209指导教师姓名所学专业职称完成期限2011年 3月10日至 2011年5月30日一、论文（设计）主要内容及主要技术指标收集资料，研究单片机工作原理和AT89S51的工作过程，熟悉单片机编程，单片机系统的工作要求，熟悉汇编程序开发环境1、研究单片机的工作原理； 2、研究AT89S51的工作过程； 3、熟悉单片机的编程技术； 4、掌握单片机系统的工作要求； 5、熟悉汇编语言的开发工具及开发环境； 6、对所设计的产品进行测试 二、 毕业论文（设计）的基本要求1、实现单片机工作原理、单片机系统工作要求相关技术资料的收集整理2、利用汇编语言开发软件设计实现单片机系统的控制功能开发平台：VC+6.0，开发语言：C语言，数据用文件进行存储所设计的系统应具有一定的实用性，能够在实际的应用中实现单片机系统的控制功能；系统应具有一定的可扩展性，便于将来新的功能的添加。三、毕业论文（设计）进度安排第一周：收集与课题相关资料，为以后产品论证、设计做准备。第二周：对课题进行论证并进行总体设计。第三周：对产品系统各个部分的功能模块进行论证和设计。第四周：制作产品，整理、总结资料，撰写论文。河南科技学院专科生毕业论文（设计）开题报告题目名称 数字显示电子时钟学生姓名专业应用电子学号20081833209指导教师姓名所学专业职称完成期限 2011年3月10日至 2011年5月30日一、选题的目的意义研究单片机工作原理和AT89S51的工作过程，熟悉单片机编程，单片机系统的工作要求，熟悉汇编程序开发环境 。二、国内外研究现状单片机自20世纪70年代问世以来，以其极高的性能价格比，受到人们的重视和关注，应用很广、发展很快。单片机体积小、重量轻、抗干扰能力强、环境要求不高、价格低廉、可靠性高、灵活性好、开发较为容易。由于具有上述优点，在我国，单片机已广泛地应用在工业自动化控制、自动检测、智能仪器仪表、家用电器、电力电子、机电一体化设备等各个方面，而51单片机是各单片机中最为典型和最有代表性的一种。这次毕业设计通过对它的学习、应用，以AT89S51芯片为核心，辅以必要的电路，设计了一个简易的电子时钟，它由4.5V直流电源供电，通过数码管能够准确显示时间，调整时间，从而到达学习、设计、开发软、硬件的能力。三、主要研究内容1、研究单片机的工作原理； 2、研究AT89S51的工作过程； 3、熟悉单片机的编程技术； 4、掌握单片机系统的工作要求； 5、熟悉汇编语言的开发工具及开发环境； 6、对所设计的产品进行测试 四、毕业论文（设计）的研究方法或技术路线通过该项目的设计和制作，可以掌握单片机的工作过程，掌握数字时钟显示的实现原理，熟练使用C语言的开发环境，利用单片机的工作原理完成产品的设计与制作。培养学生在所学知识的基础上，收集资料，并对其进行分析、综合运用开发的能力。五、 主要参考文献与资料1 张淑清单片微型计算机接口技术及其应用 北京国防工业出版社20012 于海生微型计算机控制技术M 清华大学出版社1999-63 孙涵芳MCS-51系列单片机原理及应用M 北京航空航天大学出版社1996-44 杨欣等电子设计从零开始M 清华大学出版社2005-105 谢嘉奎电子线路M 高等教育出版社2003-26 夏路易.石宗义电路原理图与电路设计教程Protel 99SEM 北京希望电子出版社20027 王毓银数字电路逻辑设计M 高等教育出版社2004-28 邱关源电路M 高等教育出版社2003-2六、 指导教师审批意见签名： 年 月 日科技学院高职学院电子信息系毕业设计(论文)评阅书(1)姓名学 号20081833209专业应用电子毕业设计(论文)题目数字显示电子时钟指导教师评语：得分指导教师签字：年 月 日评阅人评语：得分评阅人签字：年 月 日等级基于单片机系统的数字显示电子时钟设计摘 要单片机自20世纪70年代问世以来，以其极高的性能价格比，受到人们的重视和关注，应用很广、发展很快。单片机体积小、重量轻、抗干扰能力强、环境要求不高、价格低廉、可靠性高、灵活性好、开发较为容易。由于具有上述优点，在我国，单片机已广泛地应用在工业自动化控制、自动检测、智能仪器仪表、家用电器、电力电子、机电一体化设备等各个方面，而51单片机是各单片机中最为典型和最有代表性的一种。这次毕业设计通过对它的学习、应用，以AT89S51芯片为核心，辅以必要的电路，设计了一个简易的电子时钟，它由4.5V直流电源供电，通过数码管能够准确显示时间，调整时间，从而到达学习、设计、开发软、硬件的能力。关键词：单片机，AT89S51，电子时钟，数码管目 录摘 要vi绪论.11方案论证与比较.11.1 数字显示时钟方案11.2 数码管显示方案展22系统设计22.1 总体设计.22.1.1系统说明22.1.2 系统框图.32.2 模块设计 32.2.1 电源部分 32.2.2 复位电路42.2.3 程序下载接口.42.2.4 位选部分52.2.5 数码管的连接电路52.2.6 控制部分.63原理图与PCB图 .74 软件设计. 94.1 程序流程图.94.2 源程序.115总结.155.1 物品清单与元件特性 .155.2 设计总结.15参考文献16致谢1617科技学院高职学院电子信息系毕业设计绪论时钟，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AT89S51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。1 方案论证与比较1.1数字时钟方案数字时钟是本设计的最主要的部分。根据需要，可利用两种方案实现。方案一：本方案采用Dallas公司的专用时钟芯片DS12887A。该芯片内部采用石英晶体振荡器，其芯片精度不大于10ms/年，且具有完备的时钟闹钟功能，因此，可直接对其以用于显示或设置，使得软件编程相对简单。为保证时钟在电网电压不足或突然掉电等突发情况下仍能正常工作，芯片内部包含锂电池。当电网电压不足或突然掉电时，系统自动转换到内部锂电池供电系统。而且即使系统不上电，程序不执行时，锂电池也能保证芯片的正常运行，以备随时提供正确的时间。方案二：本方案完全用软件实现数字时钟。原理为：在单片机内部存储器设三个字节分别存放时钟的时、分、秒信息。利用定时器与软件结合实现1秒定时中断，每产生一次中断，存储器内相应的秒值加1；若秒值达到60，则将其清零，并将相应的分字节值加1；若分值达到60，则清零分字节，并将时字节值加1；若时值达到24，则将十字节清零。该方案具有硬件电路简单的特点。但由于每次执行程序时，定时器都要重新赋初值，所以该时钟精度不高。而且，由于是软件实现，当单片机不上电，程序不执行时，时钟将不工作。基于硬件电路的考虑，本设计采用方案二完成数字时钟的功能。1.2数码管显示方案方案一：静态显示。所谓静态显示，就是当显示器显示某一字符时，相应的发光二极管恒定的导通或截止。该方式每一位都需要一个8 位输出口控制。静态显示时较小的电流能获得较高的亮度，且字符不闪烁。但当所显示的位数较多时，静态显示所需的I/O口太多，造成了资源的浪费。方案二：动态显示。所谓动态显示就是一位一位的轮流点亮各个位，对于显示器的每一位来说，每隔一段时间点亮一次。利用人的视觉暂留功能可以看到整个显示，但必须保证扫描速度足够快，字符才不闪烁。显示器的亮度既与导通电流有关，也于点亮时间与间隔时间的比例有关。调整参数可以实现较高稳定度的显示。动态显示节省了I/O口，降低了能耗。从节省I/O口和降低能耗出发，本设计采用方案二。2系统设计2.1总体设计2.1.1系统说明利用单片机（AT89S51）制作简易电子时钟，由六个LED数码管分别显示小时十位、小时个位、分钟十位、分钟个位、秒钟十位、秒钟个位。2.1.2系统框图显示部分控制部分单片机（AT89S51）按键S2复位电路电源部分直流电源4.5V6个七段共阴极数码管显示秒，分钟及小时位位选部分6个PNP三极管（9012）2.2模块设计2.2.1电源部分 图3-2如图3-2所示，从外部引入4.5V的直流电，为单片机、复位电路提供电源。2.2.2复位电路如图3-3所示，复位电路主要由型号为1N4148的二极管，型号为10UF/16V的电解电容，型号为104的瓷片电容，10K的电阻以及按键S1构成，S1接芯片的相应引脚RST，当开关按下时引脚RST为高电平1，断开时引脚为低电平0。2.2.3程序下载接口如图3-4所示，由AT89S ISP构成的两排十针下载口，板图上有一个小方框，为1号引角；下载线的凸口为正方向，凸口的右侧边的第一个插孔为1号引角。2.2.4位选部分图3-5为位选电路，三极管的集电极接数码管的公共端，当P2口对应的引脚输出高电平时三极管导通，对应的数码管显示数据。这样，在同一时刻，6位LED中只有选通的那1位显示出字符，而其他5位则是熄灭的。同样，在下一时刻，只让下一位的位选线处于选通状态，而其他个位的位选线处于关闭状态，在段码线上输出将要显示字符的段码，则同一时刻，只有选通位显示出相应的字符，而其他各位则是熄灭的。如此循环下去，就可以使各位显示出将要显示的字符。虽然这些字符是在不同时刻出现的，而在同一时刻，只有一位显示，其他各位熄灭，但由于LED的余辉和人眼的视觉暂留作用，只要每位显示间隔足够短，则可以造成多位同时亮的假象，达到同时显示的效果。2.2.5数码管的连接电路图3-6为数码管的引脚图，每位的段码线（a,b,c,d,e,f,g,dp）分别与1个8位的锁存器输出相连，由AT89S51控制组合09十个数据，如令其显示1则b,c引脚（即2，3引脚）送高电平，此时数码管显示1。由于各位的段码线并联，8位I/O口输出段码对各个显示位来说都是相同的。2.2.6控制部分图3-7AT89S51是美国ATMEL公司生产的低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含4K bytes的可系统编程的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度，非易失性存储技术生产，兼容标准8051指令系统及引脚。AT89S51提供以下标准功能：4K字节Flash闪速存储器，128字节内部RAM，32I/O口线，看门狗（WDT），两个数据指针，两个16位定时/计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。如图3-7所示，AT89S51有40引脚，双列直插（DIP）封装，所用引脚功能如下：1. VCC 运行时加4.5V2. GND 接地3. XTAL1 振荡器反相放大器及内部时钟发生器的输入端4. XTAL2 振荡器反相放大器的输出端5. RST 复位输入，高电平有效，在晶振工作时，在RST引脚上作用2个机器周期以上的高电平，将使单片机复位。WDT溢出将使该引脚输出高电平，设置SFT AUXR的DISRTO位（地址8EH）可打开或关闭该功能。DISRTO位缺省为RESET输出高电平打开状态。EA/VPP 片外程序存储器访问允许信号。3 原理图与PCB图4 软件设计4.1程序流程图主程序开始设定定时器常数，开中断显示时间到1秒？T0中断现场保护重装定时器初值满20次否？满24小时否？满60秒否？满60分否？恢复现场时值加1时缓冲单元清零秒值加1分缓冲单元清零秒缓冲单元清零分值加1结束时钟调整程序关闭显示省电电状态分钟闪烁，调时状态分值加1按键S2时间t1时值=24？按键S2时间t0.5按键S2时间t0.5时钟闪烁，调时状态分值=60？分值清零时值加1时值清零返回显示S2是否按下4.2源程序显示数字P1.7P1.6P1.5P1.4P1.3P1.2P1.1P1.016进制代码dpgfedcba0001111113FH10000011006H2010110115BH3010011114FH40110011066H5011011016DH6011111017DH70000011107H8011111117FH9011011116FH表5-1 P1口对应段码及数值：/*- 名称：普通时钟-*/#includereg52.h /包含头文件sbit KEY1=P30; /定义端口参数sbit KEY2=P31;sbit KEY3=P32;sbit KEY4=P33;sbit LED=P12; /定义指示灯参数code unsigned char tab=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f; /共阴数码管 0-9unsigned char StrTab8; /定义缓冲区unsigned char minute=30,hour=12,second; /定义并且初始化值 12:30:00/*/* 延时函数 */*/void delay(unsigned int cnt) while(-cnt);/*/* 显示处理函数 */*/void Displaypro(void) StrTab0=tabhour/10; /显示小时StrTab1=tabhour%10;StrTab2=0x40; /显示-StrTab3=tabminute/10; /显示分钟StrTab4=tabminute%10;StrTab5=0x40; /显示- StrTab6=tabsecond/10; /显示秒StrTab7=tabsecond%10;/*/* 主函数 */*/main()/主函数 TMOD |=0x01;/定时器0 10ms in 12M crystal 用于计时TH0=0xd8; /初值TL0=0xf0;ET0=1;TR0=1; TMOD |=0x10; /定时器1用于动态扫描TH1=0xF8; /初值TL1=0xf0;ET1=1;TR1=1; EA =1; Displaypro(); /调用显示处理while(1)/主循环 if(!KEY1) /按键1去抖以及动作 delay(10000); if(!KEY1) hour+;if(hour=24)hour=0; /正常时间 小时 加1 Displaypro(); if(!KEY2) /按键2去抖以及动作 delay(10000); if(!KEY2) hour-;if(hour=255)hour=23; /正常时间 小时减1 Displaypro(); if(!KEY3) /按键去抖以及动作 delay(10000); if(!KEY3) minute+;if(minute=60)minute=0;/分加1 Displaypro(); if(!KEY4) /按键去抖以及动作 delay(10000); if(!KEY4) minute-;if(minute=255)minute=59; /分减1 Displaypro(); /*/* 定时器1中断 */*/void time1_isr(void) interrupt 3 using 0/定时器1用来动态扫描 static unsigned char num; TH1=0xF8;/重入初值TL1=0xf0;switch (num) case 0:P2=0;P0=StrTabnum;break; /分别调用缓冲区的值进行扫描 case 1:P2=1;P0=StrTabnum;break; case 2:P2=2;P0=StrTabnum;break; case 3:P2=3;P0=StrTabnum;break; case 4:P2=4;P0=StrTabnum;break; case 5:P2=5;P0=StrTabnum;break; case 6:P2=6;P0=StrTabnum;break; case 7:P2=7;P0=StrTabnum;break; default:break;num+; /扫描8次，使用8个数码管if(num=8) num=0;/*/* 定时器0中断 */*/void tim(void) interrupt 1 using 1static unsigned char count;/定义内部静态变量TH0=0xd8; /重新赋值TL0=0xf0;count+; switch (count) case 0: case 20: case 40: case 60: case 80:Displaypro(); /隔一定时间调用显示处理 break; case 50:P1=P1; /半秒 LED闪烁 break; default:break; if (count=100) count=0; second+; /秒加1if(second=60) second=0; minute+; /分加1 if(minute=60) minute=0; hour+; /时加1 if(hour=24) hour=0; 5总结5.1物品清单与元件特性表6-1 物品清单：元件名称规格型号单位数量瓷片电容30P只3电阻10k只9芯片AT89S51片1芯片座DIP40只1无源晶振12M只17段数码管0.5寸/共阴只8按键无自锁只5发光二极管个8SN74LS138N片1电路板18.25*15.36CM21表6-2 AT89S51功能特性：5.2设计总结本设计能够很准确的走时，并能够通过硬件对时钟进行时间调整。u 功能介绍：1. 显示XX：XX：XX时间2. 时间可调：调整键（S2）按下时间小于1秒（t1s），关闭显示（省电）。调整键（S2）按下（t0.5s）分钟位闪亮，此时按下S2键（t0.5s）该个位数值加1，当加到9时，再按下S2键则该个位显示0，分钟十位加1。继续按下调整键（S2）（t0.5s）时钟位闪亮，此时按下S2键（t0.5s）该个位数值加1，当加到9时再按下加S2键则该个位显示0，时钟十位加1。继续按下调整键（S2）（t0.5s），返回到正常显示状态。3. 下载线和电源线插接说明：1.下载线插接说明：两排十针下载口，板图上都有一个小方框，为1号引角；下载线的凸口为正方向，凸口的右侧边的第一个插孔为1号引角，这一点一定要切记，不然的话程序下载不进去。2.电源线插接说明：电池盒的红线为正，黑线为负。板子所留出来的电源插口用VCC（表示电源正）和GND（表示电源负）标明。u 调试要点：首先确保各器件的完好性，其次检测各芯片的电源线和地线是否接触良好，然后焊接器件，接好电源用万用表检测各电源端、地端的状态是否正常。检查无误后插上AT89S51并烧写一简易的程序，观察电路是否能协同工作。最后烧写工作程序，根据显示现象调试程序直至成功。上电运行时，数码管开始显示00：00：00，时钟开始走时。u 制作心得：通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相