电子钟毕业设计数字电子钟的设计

1、 毕业设计说明书（论文）课题名称 数字电子钟的设计电子信息工程 专业 061311 班学生姓名 周明 学号 25指导老师 周延 技术职称 讲师 2008年12月22日江西航空职业技术学院毕业设计（论文）任务书学生姓名：周明 班级：061311 1.设计(论文)题目：数字电子钟的设计 2.毕业设计(论文)使用的原始资料数据及设计技术要求：单片微型计算机原理及接口技术、模拟电子技术基础；用单片机实现时、分、秒六位显示，按键调整功能，使用5v电源。3.毕业设计(论文)工作内容及完成时间:设计一个能直接显示时，分，秒的数字钟，具有按键调整功能，要求二十四小时为计时一周期。要求电路电路以单片机为核心。日

2、期:自 2008 年 12 月 12日至 2008 年 12月 22日指导老师评语: 指导老师: 周延 系主任: 姚卫华 目 录一、 绪论4（一）引言.4（二）论文的研究内容和结构安排 4二、设计内容及设计方案 4（一）设计内容要求.4（二）设计方案及电路框图.5三、硬件单元电路设计、原理及器件选择.5（一）振荡电路.5（二）复位电路.6（三）控制电路.6（四）键盘电路.7（五）驱动电路.8（六）显示电路.9（七）电源电路.10四、软件设计.10（一）程序流程图.10（二）程序详细设计.13（三）程序清单.13五、总结.17（一）物品清单与元件特性.17（二）设计总结.17参考文献.18致谢.

3、18一、 绪论（一）引言 20世纪末，电子技术获得了飞速的发展，在其推动下，现代电子产品几乎渗透了社会的各个领域，有力地推动了社会生产力的发展和社会信息化程度的提高，同时也使现代电子产品性能进一步提高，产品更新换代的节奏也越来越快。 时间对人们来说总是那么宝贵，工作的忙碌性和繁杂性容易使人忘记当前的时间。忘记了要做的事情，当事情不是很重要的时候，这种遗忘无伤大雅。但是，一旦重要事情，一时的耽误可能酿成大祸。 钟表的数字化给人们生产生活带来了极大的方便，而且大大地扩展了钟表原先的报时功能。诸如定时自动报警、按时自动打铃、时间程序自动控制、定时广播、定时启闭电路、定时开关烘箱、通断动力设备，甚至各

4、种定时电气的自动启用等，所有这些，都是以钟表数字化为基础的。因此，研究数字钟及扩大其应用，有着非常现实的意义。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at89s52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5v直

5、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。（二）论文的研究内容和结构安排 本系统采用石英晶振、单片机、键盘、数码管和稳压集成电路组成。由led数码管来显示单片机所输出的信号。采用了9012三极管来驱动数码管。总体方案设计由控制电路和驱动显示电路两大部分组成。其中控制电路完成数字钟的基本功能, 驱动显示电路完成数字钟的显示功能。论文安排如下：1、绪论阐述单片机的发展，研究电子钟所具有的现实意义。2、设计内容及设计方案论述电子钟的具体设计方案及设计要求。 3、单元电路设计、原理及器件选择，说明电子钟的设计原理以及器件的选择，主要从振荡电路、复位电路、

6、控制电路、键盘电路、驱动电路、显示电路和电源电路五个方面进行说明。 4、绘制整机原理图，该系统的设计、安装、调试工作全部完成。二、设计内容及设计方案 （一）设计内容要求 1、设计一个有“时”、“分”、“秒”显示的电子钟；以24小时记时。2、用单片机为控制核心，数码管显示组成电子钟。 3、画出电路框图，程序流程图。 4、列出物品清单，列出程序清单。5、论文总字数5000字以上。（二）设计方案及电路框图该系统主要由电源部分、控制部分、键盘部分、驱动部分和显示部分组成。三、硬件单元电路设计、原理及器件选择（一）振荡电路 1、石英晶体振荡器的工作原理 石英晶体振荡器的特点是振荡频率准确、电路结构简单、

7、频率易调整。它被广泛应用于彩电、计算机、遥控器等各类振荡电路中。它还具有压电效应：在晶体某一方向加一电场，晶体就会产生机械变形；反之，若在晶片的两侧施加机械压力，则在晶片相应的方向上将产生电场，这种物理现象称为压电效应。在这里，我们在晶体某一方向加一电场，从而在与此垂直的方向产生机械振动，有了机械振动，就会在相应的垂直面上产生电场，从而使机械振动和电场互为因果，这种循环过程一直持续到晶体的机械强度限制时，才达到最后稳定，这种压电谐振的频率即为晶体振荡器的固有频率。2、振荡电路图y1为12m晶振，产生单片机工作所需要的时钟信号，从而保证单片机正常工作。c6、c7为30p的瓷片电容，作用是启振速度

8、快，稳定振荡频率。 （二）复位电路1、复位电路工作原理当mcs-5l系列单片机的复位引脚rst(全称reset)出现2个机器周期以上的高电平时，单片机就执行复位操作。如果rst持续为高电平，单片机就处于循环复位状态。上电复位要求接通电源后，自动实现复位操作。单片机的复位操作使单片机进入初始化状态，其中包括使程序计数器pc0000h，这表明程序从0000h地址单元开始执行。单片机冷启动后，片内ram为随机值，运行中的复位操作不改变片内rom区中的内容，21个特殊功能寄存器复位后的状态为确定值。2、复位电路图为上电自动复位。（三）控制电路1、单片机at89s52芯片：at89s52是一种低功耗、高

9、性能cmos8位微控制器，具有8k在系统可编程flash 存储器。使用atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80c51 产品指令和引脚完全兼容。片上flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位cpu 和在系统可编程flash，使at89s52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。at89s52具有以下标准功能：8k字节flash，256字节ram，32 位i/o 口线，看门狗定时器，2 个数据指针，三个16 位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，at89s52 可降至0hz 静态逻

10、辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，cpu停止工作，允许ram、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，ram内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。2、控制电路图p1口为段口，p3.0 p3.5为位口。因使用内rom，ea/vp接高电平。 （四）键盘电路1、独立式按键指用i0口线构成的单个按键电路，每个独立式按键单独占有一根i0口线，每根i0口线上按键的工作状态不会影响其他io口线的工作状态，即一个按键对应着个端口输入，每一个按键都有一个按键电路来判断其是否按下。上拉电阻确保按键松开时，io口线有确定的高电平。当io口线内部有上接电

11、阻时，外电路可以不配置上拉电阻，可以采用查询方式或中断方式读取按键。 2、键盘电路图在此使用的是独立式按键，因io口线内部有上接电阻，在此就没有配置上拉电阻。s1：时加1；s2：分加1；s3：分减1。（五）驱动电路1、驱动电路原理数码管要正常显示，就要用驱动电路来驱动数码管的各个段码，从而显示出我们要的数字，因此根据数码管的驱动方式的不同，可以分为静态式和动态式两类。 静态显示驱动：静态驱动也称直流驱动。静态驱动是指每个数码管的每一个段码都由一个单片机的i/o端口进行驱动，或者使用如bcd码二-十进制译码器译码进行驱动。静态驱动的优点是编程简单，显示亮度高，缺点是占用i/o端口多，如驱动5个数

12、码管静态显示则需要5×840根i/o端口来驱动，要知道一个89s52单片机可用的i/o端口才32个，实际应用时必须增加译码驱动器进行驱动，增加了硬件电路的复杂性。 动态显示驱动：数码管动态显示接口是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一，动态驱动是将所有数码管的8个显示笔划"a,b,c,d,e,f,g,dp"的同名端连在一起，另外为每个数码管的公共极com增加位选通控制电路，位选通由各自独立的i/o线控制，当单片机输出字形码时，所有数码管都接收到相同的字形码，但究竟是那个数码管会显示出字形，取决于单片机对位选通com端电路的控制，所以我们只要将需要显示的数码管的选

13、通控制打开，该位就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮。通过分时轮流控制各个数码管的的com端，就使各个数码管轮流受控显示，这就是动态驱动。在轮流显示过程中，每位数码管的点亮时间为12ms，由于人的视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应，尽管实际上各位数码管并非同时点亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显示数据，不会有闪烁感，动态显示的效果和静态显示是一样的，能够节省大量的i/o端口，而且功耗更低。2、驱动电路图在这里有的是pnp的9012的三极管做驱动，r8、r9为限流电阻。（六）显示电路1、数码管的分类按段数分为七段数码管和八段数码管，八段数码管比七段数码管多一个发光二极管单元

14、（多一个小数点显示）；按能显示多少个“8”可分为1位、2位、4位等等数码管；按发光二极管单元连接方式分为共阳极数码管和共阴极数码管。共阳数码管是指将所有发光二极管的阳极接到一起形成公共阳极(com)的数码管。共阳数码管在应用时应将公共极com接到+5v，当某一字段发光二极管的阴极为低电平时，相应字段就点亮。当某一字段的阴极为高电平时，相应字段就不亮。共阴数码管是指将所有发光二极管的阴极接到一起形成公共阴极(com)的数码管。共阴数码管在应用时应将公共极com接到地线gnd上，当某一字段发光二极管的阳极为高电平时，相应字段就点亮。当某一字段的阳极为低电平时，相应字段就不亮。2、电路图本设计使用的

15、是共阳数码管。（七）电源电路1、选择7805的理由用 78系列三端稳压ic 来组成稳压电源所需的外围元件极少，电路内部还有过流、过热及调整管的保护电路，使用起来可靠 、方便，而且价格便宜。该系列集成稳压ic型号中的78后面的数字代表该三端集成稳压电路的输出电压，如7805表示输出电压为正5v。因为三端固定集成稳压电路的使用方便，所以在此使用。2、电源电路图系统使用5v共电，所以选择7805稳压集成电路。四个电容都为滤波电容。四、软件设计（一）程序流程图计数单元清零th0，tl0 装入初值开中断，并允许t0 中断数据处理时加1按键按下？hour 加1hour=24 吗？分加1按键按下？分加1按键

16、按下？分加1按键按下？分加1按键按下？分加1按键按下？minite 加1minite=60 吗？分减1按键按下？minite=00 吗？数据显示hour=0minite=00键盘扫描开 始minite=60通过查表方式显示数据位选数值6吗？50毫秒秒计数加150毫秒计数20 吗？50毫秒计数0second 加1second=60吗？second=0，并minite 加1minite=60吗？minite=0，并hour 加1hour=24吗？hour=0中断返回t0 中断入口minite 减1位选数值+1返回返回（二）程序详细设计1、实现时钟计时的基本原理 利用mcs-51系列单片机的可编程定

17、时/计数器、中断系统来实现时钟计数。(1)计数初值计算； 把定时器设为工作方式1，定时时间为50ms，则计数溢出20次即得时钟计时最小单位秒，而20次计数可用软件方法实现。使用to，方式1，50ms定时，fosc=12mhz。计算可得：th0=3ch，tl0=0b0h。(2)从秒到分和从分到时的计时是通过累加和数值比较实现。2、电子钟的时间显示 电子钟的时钟时间在六位数码管上进行显示，因此，在内部ram中设置显示缓冲区共6个单元。  ds1   ds2   ds3  ds4  ds5   ds6 

18、;  30h    31h  32h    33h   34h   35h显示缓冲区从左至右依次存校时，分、秒的数值。3、电子钟的时间调整 电子钟设置3个按键通过程序控制来完成电子钟的时间调整。 s1键调整加时 接p2.0； s2键调整加分接 p2.1；        s3键调整减分 接p2.2；  （三）程序清单 s1 equ p2.0 ;调时键 s2 equ p2.1 ;调分键 s3

19、 equ p2.2 disp equ 30h ;显示缓冲首地址 hour equ 41h ;小时记数单元 min equ 42h ;分记数单元 sec equ 43h ;秒记数单元 ms equ 44h ;50毫秒记数单元 org 0000h ljmp start ;跳转主程序 org 000bh ljmp t0int ;跳转中断程序 org 0100hstart: mov hour,#12 mov min,#00h mov sec,#00h mov ms,#00h mov sp,#60h ;堆栈指针 mov tmod,#01h ;t0方式1初始化 mov th0,#3ch ;t0赋初值 mo

20、v tl0,#0b0h setb ea setb et0 setb tr0 mov a,#0ffh ;关闭显示 mov p3,a loop: lcall conv ;调用bcd转七段码子程序 lcall sdisp ;调用动态显示子程序 lcall loop1 sjmp looploop1: jb s1,l2 ;调时加 lcall delay jb s1,l2 mov p3,#0ffh jnb s1,$ inc hour mov a,hour cjne a,#24,l3 mov hour,#00h l3: lcall sdisp l2: jb s2,l6 ;调分加 lcall delay jb

21、 s2,l6 mov p3,#0ffh jnb s2,$ clr tr0 mov sec,#00h inc min mov a,min cjne a,#60,l7 mov min,#00h l7: setb tr0 lcall sdisp l6: jb s3,l5 ;调分减 lcall delay jb s3,l5 mov p3,#0ffh jnb s3,$ clr tr0 mov sec,#00h mov a,min cjne a,#00,l4 mov min,#60 l4: dec min setb tr0 l5: lcall sdisp ret conv: mov a,hour ;时bc

22、d码转换 mov b,#10 div ab mov dptr,#table movc a,a+dptr mov disp,a mov a,b movc a,a+dptr mov disp+1,a mov a,min ;分bcd码转换 mov b,#10 div ab mov dptr,#table movc a,a+dptr mov disp+2,a mov a,b movc a,a+dptr mov disp+3,a mov a,sec ;秒bcd码转换 mov b,#10 div ab mov dptr,#table movc a,a+dptr mov disp+4,a mov a,b m

23、ovc a,a+dptr mov disp+5,a retsdisp: mov r0,#disp ;动态显示子程序 mov r2,#06h mov a,#0feh dp: push acc mov a,r0 mov p1,a pop acc mov p3, a lcall delay1 rl a inc r0 djnz r2,dp rett0int: push acc ;t0中断子程序 mov th0,#3ch mov tl0,#0b0h inc ms ;50毫秒记数 mov a,ms cjne a,#20,tt1 mov ms,#00h inc sec ;秒记数 mov a,sec cjne

24、 a,#60,tt1 mov sec,#00h inc min ;分记数 mov a,min cjne a,#60,tt1 mov min,#00h inc hour ;时记数 mov a,hour cjne a,#24,tt1 mov hour,#00h lcall sdisp tt1: pop acc reti delay: mov r6,#50 ;10ms延时子程序 d1: mov r7,#100 djnz r7,$ djnz r6,d1 retdelay1: mov r6,#5 ;1ms延时子程序 d2: mov r7,#100 djnz r7,$ djnz r6,d2 rettable: db 0c0h,0f9h,0a4h,0b0h,99h,92h,82h,0f8h,80h,90h ;七段码表 end五、总结（一）物品清单与元件特性元 件 名 称规 格 型 号数