基于51单片机的电子钟设计(共33页)

1、桂林电子科技大学课程设计 课 程 设 计 (论 文)题 目：基于(jy)51单片机的电子钟院 （系）： 信息(xnx)与通信学院 专 业： 电子(dinz)信息工程 学生姓名： 班 级： 学 号： 指导教师： 蔡成林 2014 年 12 月 20 日摘 要随着(su zhe)电子技术的飞跃发展，世界(shji)逐渐(zhjin)步入了信息化时代，人们的生活水平不断提高，对精神文明生活的要求也跟着提高，这对电子领域提出了跟更高的要求。电子学是一门应用很广泛的科学技术，其发展非常迅速。要想学好这门技术，首先是基础理论的系统学习，然后要进行技术训练，进而培养我们对理论联系实际的能力，设计电路的能力，

2、实际操作的能力，以及培养正确处理数据、分析和综合实验结果、检查和排除故障的能力。同时也可以加深我们对电子产品的理解。本文介绍了基于51单片机的电子时钟的设计，从硬件和软件两个方面给出了具体实现过程。该时钟的设计采用功能分块的思想方法，将硬件电路划分为调节电路、复位电路、显示电路等若干独立模块；而软件的实现则由初始化程序、时间显示程序、日期显示程序、时间调整程序、延时程序等组成。文中给出了各个模块的电路图，并用Professional的ISIS软件对电子时钟系统的各个功能进行了仿真，并给出了相应的仿真结果图像。 关键字：单片机，电子时钟，时间调整，复位，时间显示AbstractWith the

3、development of electronic technique, the world is forwarding to an information times. Peoples living standards continue to improve, also follow to the requirement of spiritual civilization life improved, the electronics field with higher requirements are put forward.Electronics is an application of

4、a wide range of science and technology, its development is very rapid. If you want to learnthis technique,first is thebasic theory oflearningsystem,and then to carry outtechnical training,and to cultivateour ability tolink theory with practice,the circuit design ability,practical ability,andcultivat

5、e correctdata processing,analysis andcomprehensive experimental results,check and troubleshootingability.At the same time also can deepen our understanding of electronic products. Thispaperintroducestheelectronicclockdesignbasedon51single-chipmicrocomputer,anditprovidesusspecificimplementationproces

6、sfromaspectsofhardwareandsoftware.Thisclockisdesignedbythemethodoffunctionblocks.Inhardware, itscircuitisdividedintoregulatingcircuit,resetcircuitanddisplaydrivecircuit.However,thesoftwareconsistoftheprogramoftimedisplay,datedisplay,timeadjust,timedelayandsoon.Circuitdiagramsofeachmoduleisalsogivena

7、ndthecorrespondingsimulationimageofthisclockproducedbysoftwareofProteusisalsoshowedinthispaper.Keywords:single chipmicrocomputer, electronicclock, time adjust, reset, time display- 33 -目 录 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc407277151 引 言 PAGEREF _Toc407277151 h - 1 - HYPERLINK l _Toc407277152 1 功能(gngn

8、ng)介绍 PAGEREF _Toc407277152 h - 2 - HYPERLINK l _Toc407277153 2 基本原理 PAGEREF _Toc407277153 h - 3 - HYPERLINK l _Toc407277154 3 主要(zhyo)元器件介绍 PAGEREF _Toc407277154 h - 4 - HYPERLINK l _Toc407277155 3.1 主要(zhyo)元器件芯片图 PAGEREF _Toc407277155 h - 4 - HYPERLINK l _Toc407277156 3.2 STC89C52介绍 PAGEREF _Toc4

9、07277156 h - 4 - HYPERLINK l _Toc407277157 3.3 1602字符液晶介绍 PAGEREF _Toc407277157 h - 5 - HYPERLINK l _Toc407277158 4 设计分析 PAGEREF _Toc407277158 h - 7 - HYPERLINK l _Toc407277159 5 电子钟设计 PAGEREF _Toc407277159 h - 8 - HYPERLINK l _Toc407277160 5.1 整体设计 PAGEREF _Toc407277160 h - 8 - HYPERLINK l _Toc4072

10、77161 5.2 分块设计 PAGEREF _Toc407277161 h - 8 - HYPERLINK l _Toc407277162 5.2.1 按键调节部分 PAGEREF _Toc407277162 h - 8 - HYPERLINK l _Toc407277163 5.2.2 显示电路部分 PAGEREF _Toc407277163 h - 9 - HYPERLINK l _Toc407277164 5.2.3 复位电路部分 PAGEREF _Toc407277164 h - 10 - HYPERLINK l _Toc407277165 5.2.4 晶振电路部分 PAGEREF

11、_Toc407277165 h - 10 - HYPERLINK l _Toc407277166 6 电子钟整体电路图及仿真 PAGEREF _Toc407277166 h - 11 - HYPERLINK l _Toc407277167 7 程序主要模块 PAGEREF _Toc407277167 h - 12 - HYPERLINK l _Toc407277168 7.1 延时程序 PAGEREF _Toc407277168 h - 12 - HYPERLINK l _Toc407277169 7.2 中断服务程序 PAGEREF _Toc407277169 h - 12 - HYPERL

12、INK l _Toc407277170 7.3 1602液晶显示程序 PAGEREF _Toc407277170 h - 12 - HYPERLINK l _Toc407277171 8 PCB图制作 PAGEREF _Toc407277171 h - 13 - HYPERLINK l _Toc407277172 9 电路调试及结果 PAGEREF _Toc407277172 h - 14 - HYPERLINK l _Toc407277173 结 论 PAGEREF _Toc407277173 h - 15 - HYPERLINK l _Toc407277174 参考文献 PAGEREF _

13、Toc407277174 h - 16 - HYPERLINK l _Toc407277175 致 谢 PAGEREF _Toc407277175 h - 17 - HYPERLINK l _Toc407277176 附录(fl) PAGEREF _Toc407277176 h - 18 -引 言1957年,Ventura发明了世界上第一个电子表，从而奠定了电子时钟的基础，电子时钟开始迅速发展起来。现代的电子时钟是基于单片机的一种计时工具，采用延时程序产生一定的时间中断，用于一秒的定义，通过计数方式进行满六十秒分钟进一，满六十分小时(xiosh)进一，满二十四小时小时清零。从而达到计时的功能，

14、是人民日常生活中不可(bk)缺少的工具。现在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、石英钟、石英表都采用(ciyng)了石英技术，因此精度高，稳定性好，使用方便，不需要经常调试。数字式电子钟采用集成电路计时，译码代替机械式传动，用液晶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、分、秒的校对，片选的灵活性极好。1 功能介绍本设计(shj)用1602液晶显示时间，可显示日期、星期(xngq)、以及时分秒，利用(lyng)键盘可实现设定时间和调时功能，以及利用开关切换12小时制与24小时制显示，其中S1为复位按键，S2为功能键，

15、S3为增加键，S4为减小键，S5为确定键，S6为12/24进制切换开关。当S1按下后，无论程序执行到什么地方都会从头开始，即1602从初始值开始按秒行走。当S2第一次按下并弹起后1602光标在秒位置处闪烁，此时可通过S3或S4调节秒加或减，当S2第二次按下并弹起后1602光标在分位置处闪烁，此时可通过S3或S4调节分加或减，当S2第三次按下并弹起后1602光标在小时位置处闪烁，此时可通过S3或S4调节小时加或减，当S2第四次按下并弹起后1602光标消失，此时S2的功能和确定键S5功能一样，电子钟开始正常工作。只有当1602出现光标闪烁时，增加键S3、减小键S4、以及确定键S5才能发挥作用，否则

16、按下后无任何反应。当S6闭合时电子钟为12进制，当S6打开时电子钟为24进制，由于本人水平有限，每当S6闭合或打开都要按一下复位键S1后才能完成12/24进制的转换，并且还要重新设定时间，这是本次设计的一个缺陷。2 基本原理本设计(shj)是利用单片机内部的定时器来完成时间行走功能的，为了实现12/24进制的转换(zhunhun)，以及为了使外部电路最为简单和控制成本，本设计(shj)使用了单片机的两个定时器，其中当定时器0工作时电子钟为24进制，当定时器1工作时电子钟为12进制。工作原理都是每隔50ms产生一次中断，并且执行一次count+,当count等于20时秒加1，秒加到60则分加1并

17、将秒清零，分加到60则小时加1并将分清零。所不同的是，当S6打开时定时器0开始工作，此时电子钟工作在24进制模式下，所以每当时间加到24时就变成0；当S6闭合时定时器1开始工作，此时电子钟工作在12进制模式下，所以每当时间加到12时就变成0。当功能键有效时，无论此时是定时器0还是定时器1在工作，它们都将被关闭，即所有定时器都会停止工作，此时1602上的时间将会停止在当前时间上，直到确定键被按下，定时器才开始正常工作，时间也随之开始正常的变化，时间每改变一次送1602液晶显示一次，从而实现电子钟的正常工作。3 主要元器件介绍3.1 主要(zhyo)元器件芯片图图3.1 STC89C52管脚图图3

18、.2 LCD1602管脚图3.2 STC89C52介绍(jisho)STC89C52是 HYPERLINK /view/238367.htm t _blank STC公司生产的一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系统可编程Flash存储器。STC89C52使用经典的MCS-51内核，但做了很多的改进使得芯片具有传统51单片机不具备的功能。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活(ln hu)、超有效的解决方案。STC89C52具有以下(yxi)标准功能： 8k字节Flash，512字节RAM， 32

19、位I/O 口线， HYPERLINK /view/1313309.htm t _blank 看门狗定时器，内置4KB EEPROM，MAX810复位(f wi)电路，3个16 位 HYPERLINK /view/281961.htm t _blank 定时器/计数器，4个外部中断(zhngdun)，一个7向量4级中断结构（兼容传统51的5向量2级中断结构），全双工 HYPERLINK /view/1060187.htm t _blank 串行口。另外 STC89C52 可降至0Hz 静态逻辑操作，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

20、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。最高运作频率35MHz，6T/12T可选。3.3 1602字符液晶介绍1602字符型LCD通常有14条引脚线或16条引脚线的LCD，多出来的2条线是背光电源线VCC(15脚)和地线GND(16脚)，其控制原理与14脚的LCD完全一样，其中：表3.1 1602字符液晶引脚功能表引脚符号功能说明1VSS一般接地2VDD接电源（+5V）3V0液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高（对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度）。4RSRS为寄

21、存器选择，高电平1时选择数据寄存器、低电平0时选择指令寄存器。5R/WR/W为读写信号线，高电平(1)时进行读操作，低电平(0)时进行写操作。6EE(或EN)端为使能(enable)端，写操作时，下降沿使能。读操作时，E高电平有效7DB0低4位三态、 双向数据总线 0位（最低位）8DB1低4位三态、 双向数据总线 1位9DB2低4位三态、 双向数据总线 2位10DB3低4位三态、 双向数据总线 3位11DB4低4位三态、 双向数据总线 4位12DB5低4位三态、 双向数据总线 5位13DB6低4位三态、 双向数据总线 6位14DB7高4位三态、 双向数据总线 7位（最高位）（也是busy fl

22、ag）15BLA背光电源正极16BLK背光电源负极表3.2 寄存器选择(xunz)控制表RSR/W操作说明00写入指令寄存器（清除屏等）01读busy flag（DB7），以及读取位址计数器（DB0DB6）值10写入数据寄存器（显示各字型等）11从数据寄存器读取数据注：关于(guny)E=H脉冲开始时初始化E为0，然后置E为1，再清0.busy flag（DB7）：在此位为1时，LCD忙，将无法(wf)再处理其他的指令要求。4 设计分析针对(zhndu)要实现的功能，采用STC89C52单片机进行(jnxng)设计, STC89C52单片机是一款低功耗，高性能的单片机，片内含(ni hn)8K

23、B在线可编程（ISP）的可反复擦写的Flash只读程序存储器，器件采用高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构。这样，既能做到经济合理又能实现预期的功能。在程序方面，采用分块设计的方法，这样既减小了编程难度、使程序易于理解，又能便于添加各项功能。程序可分为时间显示程序、日期显示程序，时间调整程序、延时程序等。运用这种方法，关键在于各模块的兼容和配合，若各模块不匹配会出现意想不到的错误。首先，在编程之前必须了解硬件结构尤其是各引脚的用法，以及内部寄存器、存储单元的用法，否则，编程无从下手，电路也无法设计。这是前期准备工作。第二部分是硬件部分，依据想要的功能分

24、块设计设计，比如输入需要开关电路，输出需要1602液晶显示电路等。第三部分是软件部分，先学习理解C语言的编程方法再根据设计的硬件电路进行分块的编程调试，最终完成程序设计。第四部分是软件画图部分，设计好电路后进行画图，包括电路图和仿真图的绘制。第五部分是软件仿真部分，软硬件设计好后将软件载入芯片中进行仿真，仿真无法完成时检查软件程序和硬件电路并进行修改直到仿真成功。第六部分是硬件实现部分，连接电路并导入程序检查电路，若与设计的完全一样一般能实现想要的功能。最后进行功能扩展，在已经正确的设计基础上，添加额外的功能！5 电子钟设计5.1 整体(zhngt)设计此次设计(shj)主要是应用单片机来设计

25、电子时钟，硬件部分主要分以下电路模块：显示电路用1602液晶(yjng)，单片机采用STC89C52系列，这种单片机应用简单，适合电子钟设计。电路的总体设计框架如下图5.1所示：图5.1 电子钟系统框图5.2 分块设计模块电路主要分为：按键调节部分、液晶显示部分、复位和晶振电路。5.2.1 按键调节部分按键调节部分主要有模式的选择和时间的调整。S2为功能键，S3为增加键，S4为减小键，S5为确定键，S6为12/24进制切换开关。按键调节电路如下图5.2：图5.2 按键调节(tioji)电路5.2.2 显示(xinsh)电路部分(b fen)显示电路由1602字符液晶组成，通过与STC89C52

26、单片机的I/O口相连接，再用程序对STC89C52单片机的I/O进行控制，从而控制1602液晶显示时间并可以实现时间的变化和调节。显示电路图如下图5.3：图5.3 显示电路5.2.3 复位(f wi)电路(dinl)部分51单片机要复位(f wi)只要在第9引脚RST接一个高电平并 HYPERLINK /s?wd=%E9%AB%98%E7%94%B5%E5%B9%B3&hl_tag=textlink&tn=SE_hldp01350_v6v6zkg6 t _blank 持续2US就可以实现，本设计采用如下电路，其原理为：在单片机启动0.1S后，电容C两端的电压持续充电为5V，这是时候1K电阻两端

27、的电压接近于0V，RST处于低电平所以系统正常工作。当按键按下的时候，开关导通，这个时候电容两端形成了一个回路，电容被短路，所以在按键按下的这个过程中，电容开始释放之前充的电量。随着时间的推移，电容的电压在0.1S内，从5V释放到变为了1.5V，甚至更小。根据串联电路电压为各处之和，这个时候1K电阻两端的电压为3.5V，甚至更大，所以RST引脚又接收到高电平。单片机系统自动复位。复位电路图如下图5.4：图5.4 复位电路5.2.4 晶振电路部分本实验单片机时钟采用内部时钟，电路图如下图5.5：图5.5 晶振电路6 电子钟整体电路图及仿真图6.1 电子钟整体(zhngt)电路图图6.2 电子钟仿

28、真(fn zhn)图7 程序(chngx)主要模块7.1 延时程序(chngx)本程序中的按键(n jin)去抖，1602液晶的初始化和写入数据命令等都要用到延时程序，这里使用延迟1ms的程序，此程序需反复调用,只是延时的长短不同罢了，在此不再赘述。7.2 中断服务程序本实验中，计数器T0,T1中断都有运用，且都为时钟定时所用，T0中断用于24进制，定时长度为50ms,工作于方式1，计数1次，时长50ms，故计数器计数20次，进入中断，计数初值为65536-50000=15536，装满定时器需要50ms的时间，从而20次中断为一秒，一秒之后，判断是否到60秒，若不到则秒加一，然后返回，若到，则

29、秒赋值为0，分加一，依次类推。计数器T1和计数器T0一样都工作于方式1，只是中断服务子程序略有不同，T1中断用于12进制，其它都一样，在此不再赘述。7.3 1602液晶显示程序主要有液晶初始化程序，液晶写命令程序和液晶写数据程序组成，因需要多次运用，故写成子函数形式，具体做法见附录中的程序代码。8 PCB图制作图8.1 电子钟PCB原理图 图8.2 电子钟PCB工程(gngchng)图9 电路调试(dio sh)及结果经过多方面测试及调试，并根据仿真结果判断错误(cuw)可能的地方，从而修改相应的程序或电路连接等，最终本设计完全(wnqun)可以实现预期要求，可以显示日期、星期(xngq)、以

30、及时分秒，并可以通过按键来调节时分秒，以及通过开关来实现12/24进制的转换，最终达到了设计的要求。然后就是实际电路的制作，因为也不是第一次做板子了，所以对实际电路板的制作还是比较顺利的，制作出实物后把程序烧入单片机后也可正常工作，至此本次课程设计就全部完成了。实物图如下：图9.1 电子钟实物图结 论经过这半个多月的努力，在老师和同学(tng xu)的帮助下终于彻底的做完了本课程设计的所有工作。通过(tnggu)这次课程设计，我能运用已学的知识解决我在设计中遇到的问题，使自己的动手能力和思考问题的能力得到了很大的提高。在做设计的过程中我查阅了很多的资料，并认真的阅读这些与我的设计相关的资料，从

31、而我的专业涵养得到了提高，知识的储备量也有所增加。在这次设计中遇到了很多实际性的问题，在实际设计中才发现，书本上理论性的东西与在实际运用中的还是有一定的出入的，所以有些(yuxi)问题不但要深入地理解，而且要不断地更正以前的错误思维。电路设计是一个很灵活的东西，它反映了你解决问题的逻辑思维和创新能力，这才是一个设计的灵魂所在。因此在整个设计过程中大部分时间是用在单元电路的理解和程序的设计编写上面。这次设计,让我受益匪浅。我对电路设计中的逻辑关系等有了更深的认识，温习了以前学的知识，并学习了很多新知识，但在设计的过程中，也遇到了很多的问题，有一些知识都已经不太清楚了，不过通过查找一些资料所有的问

32、题都解决了。通过这次设计我也发现自己的很多不足之处。在设计过程中我发现自己考虑问题很不全面，以至于经过多次修改才得到最终的结果，所掌握的电路应用软件还不够多，我希望自己的这些不足之处能在今后的学习和实践中得到改善。而且，通过这次设计，我懂得了学习的重要性，学会了坚持和努力，这将为以后的学习做出最好的榜样！参考文献1 马杰，覃匡宇，陈基漓，等.C语言程序设计(chn x sh j)基础M.桂林：广西师范大学出版社，20122 李群芳(qnfng)，肖看，张士军.单片微型计算机与接口技术M. 北京(bi jn)：电子工业出版社，20123 郭天祥.51单片机C语言教程M.北京：电子工业出版社，20

33、094 谭浩强.C程序设计M.北京：清华大学出版社，19915 阎 石.数字电子技术基础M.北京：高等教育出版社，20076 康华光.电子技术基础（数字部分）M.北京：高等教育出版社，20007 韩 焱.数字电子技术M.北京：电子工业出版社，20098 王卫东，李旭琼.模拟电子技术基础M.北京：电子工业出版社，20109 潘松，黄继业，潘明.EDA技术实用教程M.北京：科学出版社，201110 彭介华.电子技术课程设计指导M.北京：高等教育出版社，1997致 谢首先感谢学院为我提供(tgng)了这次课设的机会(j hu)，让我学到了以前在书本上学不到(b do)的知识，让我度过了一段最为充实的

34、时期，而且收获了理论和实践上的第一桶金。在两年的学习时间里，各位老师悉心教导，使我学到了很多知识也学会了独立处理问题的本领。在课程设计过程中，很多老师和同学都给予了我无私的帮助，在学习、工作和思想上都给予了我莫大的帮助和鼓励，在此，对他们表示深深的感谢。最后，衷心的感谢所有关心和帮助过我的老师和同学，并献上我最衷心地祝愿，愿生活中最美好的东西永远和你们相伴！附录(fl)完整(wnzhng)程序及注释(zhsh)：#include#define uchar unsigned char#define uint unsigned int#include24c02.hsbit rs=P10;/定义16

35、02液晶数据命令选择端sbit lcden=P25;/定义1602液晶使能端sbit s1=P13;/定义功能键sbit s2=P14;/定义增加键sbit s3=P15;/定义减小键sbit s4=P16;/定义确认键sbit s5=P17;/定义12和24切换键uchar count,slnum,s2num;char miao,shi,fen;uint n=0,m=0;uchar code table= 2014-12-01 MON;void delay(uint z)/延时函数 uint x,y;for(x=z;x0;x-) for(y=110;y0;y-);void write_com

36、(uchar com)/液晶写命令函数 rs=0; lcden=0;P0=com;delay(5);lcden=1;delay(5);lcden=0;void write_date(uchar date)/液晶(yjng)写数据函数 rs=1; lcden=0;P0=date;delay(5);lcden=1;delay(5);lcden=0;void write_sfm(uchar add,uchar date)/写时分秒函数(hnsh) uchar shi,ge;shi=date/10;ge=date%10;write_com(0 x80+0 x40+add);write_date(0 x

37、30+shi);/送去液晶显示十位(sh wi)write_date(0 x30+ge);/送去液晶显示个位void init()/初始化函数 uchar num;lcden=0;fen=0;/初始化分钟变量值miao=0;shi=0;count=0;slnum=0;init_24c02();write_com(0 x38);/初始化液晶(yjng)write_com(0 x0c);write_com(0 x06);write_com(0 x01);write_com(0 x80);for(num=0;num=12)/若满足12后将清0 shi=0; write_sfm(4,shi);/每调节

38、(tioji)一次送液晶显示一下 write_com(0 x80+0 x40+4);/显示(xinsh)位置重新回到调节处 write_add(3,shi);/数据改变(gibin)立即存入24C02 if(s3=0) delay(5); if(s3=0)/确认减小键被按下 while(!s3);/按键释放 if(slnum=1)/若功能键第一次按下 miao-;/则调整秒减1 if(miao=-1)/若减到负数则将其重新设置为59 miao=59; write_sfm(10,miao);/每调节一次送液晶显示一下 write_com(0 x80+0 x40+10);/显示位置重新回到调节处 write_add(1,miao);/数据改变立即存入24c02 if(slnum=2)/若功能键第二次按下 fen-;/则调整分钟减1 if(fen=-1)/若减到负数则将其重新设置为59 fen=59; write_sfm(7,fen);/每调节一次送液晶显示一下 write_com(0 x80+0 x40+7);/显示位置重新回到调节处 write_add(2,fen);/数据改变立即存入24c02 if(slnum=3)/若功能键第三次按下 shi-;/则调整(tiozhng)小时减1 if(s5=1) if(shi=-1)/若减