日历时钟的设计

1、单片机课程设计报告书课题名称日历时钟的设计姓 名学 号院、系、部物理与电子科学系专 业应用电子技术指导教师 2013年11月20日12一、设计任务及要求：设计任务：1、利用MCS-51内部定时器定时T0/T1，编程实现时、分、秒的显示，显示格式为： 时分秒： 09 12 35 （24小时制）2、能按键调整时间的数值（按键数量自定）。要 求： 首先进行预设计，根据设计的任务要求，先确定设计的硬件电路方案，然后进行硬件电路的初步设计，在计算机上画出硬件电路图，在老师的指导下进行修正硬件电路图，并对所涉及的参数进行计算。在确定硬件的基础上，要进行软件的总体设计，包括软件主流程的设计以及各子程序的设计

2、，同时，要写出详细的操作说明，如时间的调整方法，显示窗口的时间切换等，以配合软件的设计。然后进入硬件的调试及编程工作，设计组内的同学可根据任务分工，有调试硬件各功能模块的，如键盘子程序、显示子程序等，有进行整体程序的编制的，各模块的编制过程中要注意资源的衔接。最后进入联机调试，联机调试的原则也要采用分步走的原则，各个功能模块要逐步套入，通过一个再增加一项功能，从而达到设计的总体要求，不要上来编制个最大的程序，最后无法查找错误，最后写出设计报告。指导教师签名： 年 月 日 二、指导教师评语：指导教师签名： 年 月 日 三、成绩 指导教师签名： 年 月 日 目录绪言3二、方案比较与论证32.1 系

3、统整体流程图32.2单片机芯片的选择方案和论证：42.3时钟方案选择52.4显示模块的选择52.5键盘模块的选择52.6具体设计分析5三、硬件电路设计63.1整个电路原理图63.2数码显示模块设计73.3按键模块73.4复位电路8四.程序流程图8五、系统仿真95.1Proteus软件应用95.2实验测试10六 主要元器件选择11七、参考文献11八.结束语11附录2 部分源程序12绪言数字电子钟具有走时准确，一钟多用等特点，在生活中已经得到广泛的应用。虽然现在市场上已有现成的电子钟集成电路芯片，价格便宜、使用也方便，但是人们对电子产品的应用要求越来越高，数字钟不但可以显示当前的时间，而且可以显示

4、期、农历 、以及星期等，给人们的生活带来了方便。另外数字钟还具备秒表和闹钟的功能，且闹钟铃声可自选，使一款电子钟具备了多媒体的色彩。单片机具有体积小、功能强可靠性高、价格低廉等一系列优点，不仅已成为工业测控领域普遍采用的智能化控制工具，而且已渗入到人们工作和和生活的各个角落，有力地推动了各行业的技术改造和产品的更新换代，应用前景广阔。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

5、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。二、方案比较与论证2.1 系统整体流程图LED数码管动态扫描显示模块AT89S52主控制模 块键盘模块 DS1302时钟模块开始 初始化子程序 While（1）串口有数据 否 是调用子程序，获取串口数据调用子程序，设置日历时钟芯片调用子程序，获取芯片的时间信息调用显示字程序2.2单片机芯片的选择方案和论证：方案一:纯

6、硬件电路系统，各功能采用分离的硬件电路模块实现。用时序逻辑电路实现时钟功能，用555定时器实现闹钟的设定。但这种实现方法可靠性差、控制精度低，灵活性小、线路复杂、安装调试不方便，而且不方便实现对系统的扩展。   方案二:用可编程逻辑器件（PLD）实现。这种方案与前一种相比，可靠性增加，同时可以很好的完成时钟的功能。同时这种方案只能选用数码管显示，显示的效果不够理想，无法很好的完成扩展功能的要求，系统的灵活性不够。方案三:采用AT89S52单片机作为系统的控制核心。时钟功能采用单片集成的时钟芯片DS1307来实现，可以使用液晶显示时间、日历及闹铃，有着智能化的人机界

7、面。由于使用了单片机，整个系统可编程，系统的灵活性大大增加了。另外，本方案可以方便的实现其他功能的扩展。   经过以上的比较论证，选用方案三来完成项目设计的要求。2.3时钟方案选择 方案一：基本门电路搭建。用基本门电路来实现时钟发生器，电路结构复杂，故障系数大，不易调试。 方案二：专用时钟芯片。目前市场上已有很多实时时钟芯片。如DS12887、DS1302、DS1307、PCF8563、X1227等，芯片内都集成了时钟/日历功能，给时钟系统设计带来很多方便。根据设计要求，在本设计中我采用了DS1302时钟芯片。   

8、;2.4显示模块的选择  方案一：使用多个数码管显示。LED数码管是利用二极管发光显示数字和字母，具有亮度大、接口设计比较容易，价格相对较便宜等优点。但是由于它工作电流较大、不能显示汉字，显示的信息量有限，若在此题目中应用就会受到很大的限制。   方案二：采用液晶显示。液晶特别是具有汉字显示功能的液晶显示器，来实现显示功能，不仅可以实现基本的显示信息，而且可以显示丰富的符号指示信息以及文字指示信息，信息量丰富且直观易懂。而且液晶显示有功耗低，体积小，重量轻，寿命长，不产生电磁辐射污染等优点。系统采用方案二，设计选用LCD1602液晶显示模块。&

9、#160;2.5键盘模块的选择 方案一：采用独立式按键电路。每个键单独占有一根I/O接口线，每个I/O口的工作状态互不影响，此类键盘采用端口直接扫描方式。但是当按键较多时占用单片机的I/O数目较多。方案二：采用阵列式键盘。此类键盘是采用行列扫描方式，当按键较多时可以降低占用单片机的I/O口数目。根据设计要求我采用了方案二。2.6具体设计分析利用单片机（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。结合本设计实验来说，要求显示的时间为时，分，秒，并且都用两位数码管来实现显示。因此，具体设计程序时，应尽可能多用一些

10、子程序与数据暂寄存器单元。本程序设计中，在主程序之外，可以设置时间值处理子程序，时间值显示前的处理子程序，按键情况扫描子程序，1S定时中断子程序以及5ms延时消除按键抖动子程序等多个小型的子程序。另外，可以设置一些数据单元作为数据寄存器。用28H，2AH,2BH和2CH地址单元分别作为显示位数的扫描指针值寄存器，时寄存器，分寄存器和秒寄存器，再用20H地址单元作为显示寄存器 三、硬件电路设计3.1整个电路原理图 3.2数码显示模块设计共阴数码管数码管的引脚图数码管是一种把多个LED显示段集成在一起的显示设备。有两种类型，一种是共阳型，一种是共阴型。共阳型就是把多个LED显示段的阳极接在一起，又

11、称为公共端。共阴型就是把多个LED显示段的阴极接在一起，即为公共商。阳极即为二极管的正极，又称为正极，阴极即为二极管的负极，又称为负极。通常的数码管又分为8段，即8个LED显示段，这是为工程应用方便如设计的，分别为A、B、C、D、E、F、G、DP，其中DP 是小数点位段。而多位数码管，除某一位的公共端会连接在一起，不同位的数码管的相同端也会连接在一起。即，所有的A段都会连在一起，其它的段也是如此，这是实际最常用的用法。数码管显示方法可分为静态显示和动态显示两种。静态显示就是数码管的8段输入及其公共端电平一直有效。动态显示的原理是，各个数码管的相同段连接在一起，共同占用8 位段引管线；每位数码管

12、的阳极连在一起组成公共端。利用人眼的视觉暂留性，依次给出各个数码管公共端加有效信号，在此同时给出该数码管加有效的数据信号，当全段扫描速度大于视觉暂留速度时，显示就会清晰显示出来。系统采用动态显示方式，用P0口来控制LED数码管的段控线，而用P2口来控制其位控线。动态显示通常都是采用动态扫描的方法进行显示，即循环点亮每一个数码管，这样虽然在任何时刻都只有一位数码管被点亮，但由于人眼存在视觉残留效应，只要每位数码管间隔时间足够短，就可以给人以同时显示的感觉。3.3按键模块时间计数电路由秒个位和秒十位计数器、分个位和分十位计数器、时个位和时十位计数器及星期计数器电路构成，其中秒个位和秒十位计数器、分

13、个位和分十位计数器为60进制计数器，时个位和时十位计数器为24进制计数器。下图为按键模块电路原理图。3.4复位电路单片机复位的条件是：必须使RST/VPD 或RST引（9）加上持续两个机器周期（即24个振荡周期）的高电平。例如，若时钟频率为12 MHz，每机器周期为1s，则只需2s以上时间的高电平，在RST引脚出现高电平后的第二个机器周期执行复位。单片机常见的复位如图所示。电路为上电复位电路，它是利用电容充电来实现的。在接电瞬间，RESET端的电位与VCC相同，随着充电电流的减少，RESET的电位逐渐下降。只要保证RESET为高电平的时间大于两个机器周期，便能正常复位。该电路除具有上电复位功能

14、外，若要复位，只需按图中的RESET键，此时电源VCC经电阻R1、R2分压，在RESET端产生一个复位高电平。分寄存器值加1分按键了？开始四.程序流程图秒寄存器=60定时器T0初始化设置显示初值为12:00：00 N使分寄存器清0设置定时4m初值分按键松开？设置中断允许 N设中断250次时按键了？启动T0中断秒按键了？时寄存器值加1 秒寄存器值加1时寄存器值20 N秒寄存器值加1使寄存器清0 Y N 使秒寄存器清0秒按松开了？秒按键松开了？N Y N 五、系统仿真运用proteus软件进行仿真现在proteus软件中建立一个新的文件，再根据自己的要求选择所需的器件，把器件进行适当的排位后进行连

15、接，连接后运行软件进行仿真。5.1Proteus软件应用1原理图编辑窗口（The Editing Window）：顾名思义，它是用来绘制原理图的。蓝色方框内为可编辑区，元件要放到它里面。注意，这个窗口是没有滚动条的，你可用预览窗口来改变原理图的可视范围。2预览窗口（The Overview Window）：它可显示两个内容，一个是：当你在元件列表中选择一个元件时，它会显示该元件的预览图；另一个是，当你的鼠标焦点落在原理图编辑窗口时（即放置元件到原理图编辑窗口后或在原理图编辑窗口中点击鼠标后），它会显示整张原理图的缩略图，并会显示一个绿色的方框，绿色的方框里面的内容就是当前原理图窗口中显示的内容

16、，因此，你可用鼠标在它上面点击来改变绿色的方框的位置，从而改变原理图的可视范围。3模型选择工具栏（Mode Selector Toolbar）： 主要模型（Main Modes）： 1* 选择元件（components）（默认选择的） 2* 放置连接3* 放置标签（用总线时会用到） 4* 放置文本5* 用于绘制总线6* 用于放置子电路7* 用于即时编辑元件参数（先单击该图标再单击要修改的元件） 配件（Gadgets）： 1* 终端接口（terminals）：有VCC、地、输出、输入等接口2* 器件引脚：用于绘制各种引脚3* 仿真图表（graph）：用于各种分析，如Noise Analysis

17、4* 录音机5* 信号发生器（generators） 6* 电压探针：使用仿真图表时要用到7* 电流探针：使用仿真图表时要用到8* 虚拟仪表：有示波器等2D图形（2D Graphics）： 1* 画各种直线 2* 画各种方框 3* 画各种圆 4* 画各种圆弧 5* 画各种多边形 6* 画各种文本 7* 画符号 8* 画原点等4元件列表（The Object Selector）： 用于挑选元件（components）、端接口（terminals）、信号发生器（generators）、仿真图表（graph）等。举例，当你选择“元件（components）”，单击“P”按钮会打开挑选元件对话框，选择

18、了一个元件后（单击了“OK”后），该元件会在元件列表中显示，以后要用到该元件时，只需在元件列表中选择即可。5方向工具栏（Orientation Toolbar）： 旋转：旋转角度只能是90的整数倍。翻转：完成水平翻转和垂直翻转。使用方法：先右键单击元件，再点击（左击）相应的旋转图。6仿真工具栏仿真控制按钮 1* 运行2* 单步运行3* 暂停4* 停止按照自己设计的电路图就可以画出想要的电路图！2.在软件中模拟和实际的效果为什么有如此大的差别？答：软件中模拟受到电脑CPU工作频率的影响，所以效果不是很明显，但是一些基本的现象还是可以看出来的。只要我们知道原理和图是正确的，那么就没有必要考虑太多的

19、未知因素。在实际面包板中一定会看到正确的现象。3.面包板连线注意事项！答：面包板连线时一定要弄清楚它的原理，不然就会一点头绪都找不到。连接芯片是要弄清楚各个引脚对应的端口号，该接地的地方一定要接地，该接高电平的地方一定要接高电平。5.2实验测试 主要的设计要求是能够实现时钟的一般功能，以及包括时间的调整功能，这个基于单片机的电子时钟基本上实现了上述功能，能够通过时间调整电路对时间进行调整以及复位。下述为12：00：00的仿真图： 图8 12:00:00时刻的仿真效果图六 主要元器件选择表6-1 主要元器件清单序号材料名称规格型号数量元件代号1单片机AT89S511U12电阻1k17R1-R16

20、3电容10PF4C1、C2、C3、Y14数码管MPX81DS15集成电路274LS47、74LS138七、参考文献【1】 张迎新.单片机初级教程【M】.北京：北京航空航天大学出版社，2006.【2】 冯志强.Altium Designer8.0中文版电路设计【M】.北京：清华大学出版社，2009.【3】 杨素行.模拟电子技术基础简明教程（第三版）【M】.北京：高等教育出版社，2006.【4】 余孟尝.数字电子技术基础简明教程（第三版）【M】.北京：高等教育出版社，2006.【5】 程鹏.自动控制原理（第二版)【M】.北京：高等教育出版社，2006.【6】 王化祥，张淑英.传感器原理及应用(第三

21、版)【M】.天津：天津大学出版社，2007.【7】 邱关源，罗先觉.电路（第五版）【M】.北京：高等教育出版社，2006.【8】 王明泉.信号与系统【M】.北京：科学出版社，2006.八.结束语 设计，我懂得了学习的重要性，了解到理论知识与实践相结合的重要意义，学会了坚持、耐心和努力，这将为自己今后的学习和工作做出了最好的榜样。另外，要非常感谢我的指导老师，是她指引我克服一个由一个的困难，让我学会对困难无所畏惧，以及对问题的一些很重要的思考方法。附录2 部分源程序ORG 00H；主程序起始地址JMP START；主程序STARTORG 0BH；定时器T0中断起始地址JMP TIM0；定时器T0

22、中断子程序TIM0START: MOV SP；#70H；设置堆栈指针MOV 28H,#00；设置显示位数扫描指针初值为0MOV 2AH,#12H；设置时钟显示寄存器初值为12HMOV 2BH,#00；设置分钟显示寄存器初值为00HMOV 2CH,#00；设置秒钟显示寄存器初值为00HMOV TMOD,#01H；设置定时器T0工作在方式1MOV TH0,#0F0H；定时4ms的初值，即0F060HMOV TL0,#60H；初值的低位MOV IE,#82H；定时器T0中断允许MOV R4,#250；保证后面实现中断250次，即1s的延时SETB TR0；启动定时器T0LOOP: JB P0.0,N

23、2；若秒没有按键，就转去下一步检查分CALL DELAY；延时5ms消除抖动MOV A,2CH；将秒寄存器的值载入累加器A ADD A,#01H；A的内容加1DA A；十进制调整MOV 2CH,A；A 的值存入秒寄存器CJNE A,#60H,N1；看是否已经是60秒，若不是就继续检查MOV 2CH,#00；已经是60秒，就清空秒寄存器的值N1: JNB P0.0,$；秒按键还没有放开就循环等待CALL DELAY；延时5ms，消除抖动N2: JB P0.1,N4；若分没有按键，就转去下一步检查时钟CALL DELAY；延时5ms，消除抖动MOV A,2BH；将分寄存器的值载入累加器AADD A

24、,#01H；A的内容加1DA A；十进制调整MOV 2BH,A；A的值存入分寄存器CJNE A,#60H,N3；看是否已经是60分MOV 2BH,#00；已经是60分，就清空秒寄存器的值N3: JNB P0.1,$；分按键还没有放开就循环等待CALL DELAY；延时5ms，消除抖动N4: JB P0.2,LOOP；若时没有按键，就转回去继续检查看是否秒有按键CALL DELAY；延时5ms，消除抖动MOV A,2AH；将时寄存器的值载入累加器AADD A,#01H；A的内容加1DA A；十进制调整MOV 2AH,A；A的值存入时寄存器CJNE A,#24H,N5；看是否已经是24时，若不是就

25、继续检查MOV 2AH,#00；已经是24时，就清空寄存器的值N5: JNB P0.2,$；时钟按键还没有放开就循环等待CALL DELAY；延时5ms，消除抖动JMP LOOP；返回重新检查看是否有按键;*定时器T0中断子程序*TIM0: MOV TH0,#0F0H；定时初值重设MOV TL0,#60HPUSH ACC；将累加器A的值暂存于堆栈PUSH PSW；将PSW的值暂存于堆栈DJNZ R4,X2；计时中断不满1s就退出继续中断MOV R4,#250；计时1sCALL CLOCK；调用计时子程序CLOCKCALL DISP；调用显示子程序DISPX2: CALL SCAN；调用扫描子程

26、序SCADPOP PSW；到堆栈取回PSW的值POP ACC；到堆栈取回累加器ACC的值RETI；返回主程序；*扫描子程序*SCAN: MOV R0,#28HINC R0;显示位数扫描值加1CJNE R0,#6,X3;扫描位数不为6就准备控制输出MOV R0,#0;扫描位数为6，就另其值为0X3:MOV A,R0;扫描位数载入AADD A,#20H;A加上20H（显示寄存器地址）=各时间显示区地址MOV R1,A;各时间显示区地址存入AMOV A,R0;扫描位数存入ASWAP A;将A的高低4位交换（其高4位为扫描的位数，低4位为显示数据值）ORL A,R1;将扫描值与显示数据组合MOV P1,A;显示输出RET;*计时子程序*CLOCK: