电子时钟单片机课程设计报告(WIT)

电气信息学院单片机原理及应用课程设计报告课题名称电子时钟的设计专业班级电气自动化学号学生姓名指导教师评分2014年12月22日至12月28日答辩记录1、例举设计过程中遇到的问题及其解决方法（至少两例）。答：（1）问题说明：解决方法：。（2）问题说明：解决方法：2、教师现场提的问题记录在此（不少于2个问题）。摘要数字时钟在日常生活中很常见，应用也很广泛。采用数字电路实现对“时”、“分”、“秒”数字显示的计时装置。数字钟的精度、稳定度远远超过老式机械钟。在这次设计中，我们采用LED数码管显示时、分、秒，以24小时计时方式，根据数码管动态扫描法进行显示，用12MHz的晶振产生振荡脉冲，定时器计数。在此次设计中，电路具有显示时间的其本功能，还可以实现对时间的调整。本系统设计以AT89C51芯片为核心，辅以必要的外围电路，设计了一个结构简单功能齐全的电子时钟。本系统由单片机的时钟信号实现计时功能，将其时间数据经单片机输出，利用显示器显示出来，同时通过按键可以进行校时、定时等功能。利用单片机实现的数字时钟具有编程灵活，便于功能的扩充等优点以满足人们不同的需要。系统利用汇编语言开发，并在软件设计中分别使用了keilC51、Proteus开发平台。利用单片机实现的数字时钟具有编程灵活，便于功能的扩充等优点以满足人们不同的需要。关键词：单片机；电子时钟；LED数码管显示I目录1设计任务........................................................12设计方案........................................................22.1任务分析.................................................22.2方案设计.................................................23系统硬件设计....................................................43.1时钟电路设计.............................................43.2复位电路设计.............................................43.3按键控制电路设计.........................................53.4按键去抖动设计...........................................53.5LED显示器电路设计.......................................63.5.1LED显示器的选择.....................................63.5.2LED段码驱动芯片的选择...............................63.6掉电保护电路设计.........................................73.7闹钟蜂鸣电路设计.........................................84系统软件设计....................................................84.1主程序设计..............................................84.2数码管LED动态扫描子程序................................94.3时钟计时子程序.........................................104.4按键调整子程序.........................................124.4.1当前时间调整子程序..................................124.4.2当前日期调整子程序..................................134.4.3闹钟时间调整子程序..................................144.4.4闹铃报警子程序......................................155仿真与性能分析..................................................166设计小结.......................................................18参考文献.........................................................19附录1系统原理图.................................................20附录2程序清单...................................................21武汉工程大学电气信息学院单片机课程设计（论文）说明书11设计任务利用单片机完成电子时钟的设计，用8个7段LED数码管作为显示设备，采用动态扫描法显示时钟功能；可以分别设定小时、分钟和秒，复位后时间为00：00：00。即通过单片机主控芯片定期读取时钟芯片中的时间并把年、月、日、小时和分显示在数码管中。而且用按键还可以实现时间的调整和闹铃的设定（创新部分），即对设置的闹铃时间与实时时间进行比较，如果时间相同且闹铃允许，那么蜂鸣器就会以1秒的周期鸣响一分钟，提醒使用者。图1.1电子时钟成品效果图1.基本要求设计任务：（1）用6个7段LED数码管作为显示设备，设计时钟功能；（2）可以分别设定小时、分钟和秒，复位后时间为00：00：00；（3）秒钟复位功能，秒复位键按下后，秒回到00；（4）LED采用动态扫描法显示。2.选做（1）日期、时间切换功能；（2）使用LCD取代LED作为显示设备；（3）如果需要制作电子万年历，可以考虑外部扩展专用时钟芯片（如：DS1302）（4）实现闹钟功能（创新部分）武汉工程大学电气信息学院单片机课程设计（论文）说明书22设计方案2.1任务分析电子时钟的主要功能为显示日期和时间、时间的调整以及闹铃的设定等。用LED显示时间和日期，并且可以调整。即通过单片机主控芯片定期读取时钟芯片中的时间并把年、月、日、小时和分显示在数码管中；而且用按键还可以实现时间的调整和闹铃的设定。即对设置的闹铃时间与实时时间进行比较，如果时间相同且闹铃允许，那么蜂鸣器就会以1秒的周期鸣响一分钟，提醒使用者。2.2方案设计1.硬件方案根据设计的要求可知，系统的硬件原理框图如图2.1所示。图2.1系统的硬件原理框图单片机可选用AT89C51，它与8051系列单片机全兼容，但其内部带有4KB的FLASHROM，设计时无需外接程序存储器，为设计和调试带来极大的方便。AT89C51系列单片机的优势有：第一，片内程序存储器采用闪速存储器，使程序的写入更加方便。第二，提供了更小尺寸的芯片，使整个硬件电路的体积更小。第三，具有程序加密的功能，物美价廉，经济实用。武汉工程大学电气信息学院单片机课程设计（论文）说明书3电子时钟含显示模块和按键模块。显示模块采用8位数码管动态扫描显示，P0口控制段码，驱动芯片采用一块74LS245N芯片，P2口控制位码；按键模块设置SET、ALM、+1、NEXT、REST，DATE六个功能键，分别由P3.0~P3.5控制。2.软件方案图2.2软件设计程序框图根据设计要求，程序框图如图2.2所示。软件可由汇编语言完成，也可由C语言完成。根据模块的划分原则，除主程序外，本设计还可分为以下6个子程序。包括：数码管动态扫描子程序、时钟计时子程序、蜂鸣器报警子程序、当前时间调整子程序、当前日期调整子程序和当前闹钟时间调整子程序。武汉工程大学电气信息学院单片机课程设计（论文）说明书43系统硬件设计3.1时钟电路设计图3.1单片机时钟电路如图3.1所示，采用内部时钟产生方式，在XTAL1和XTAL2两端跨接晶体或陶瓷振荡器，与内部反相器构成稳定的自击震荡。其发出的时钟脉冲直接送入片内定时控制部件。3.2复位电路设计如图3.2所示，采用上电+按钮电平复位方式，当按下按钮时，RST管脚高电平触发。为保证复位可靠，RC时间常数应大于两个机器周期，电容取33uf，电阻取200欧。图3.2单片机复位电路武汉工程大学电气信息学院单片机课程设计（论文）说明书53.3按键控制电路设计本设计采用了独立键盘方式，并进行按键去抖动设计，设置六个功能键进行时间调整与定时时间的输入，通过接入键盘电路实现，如图3.3所示，6个按键分别定义为：+1键：其功能是当该键按下时，被调整位加一，由P3.0控制；NEXT键：其功能是当该键按下时，指向下一个要调整的位。由P3.1控制。SET键（时间调整设置键）：当该键按下时，进入时间调整输入功能，由P3.2控制；ALM键（定时时间设置键）当该键按下时，进入闹钟时间输入功能，由P3.3控制；DATE键（日期时间设置键）：当该键按下时，进入日期时间输入功能，由P3.4控制；REST键（复位键）：当该键按下时，关闭闹铃，由P3.5控制；图3.3按键电路3.4按键去抖动设计当用手按下一个键时，往往按键在闭合位置和断开位置之间跳几下才稳定到闭合状态的情况；在释放一个键时，也回会出现类似的情况。这就是抖动。抖动的持续时间随键盘材料和操作员而异，不过通常总是不大于10ms。很容易想到，抖动问题不解决就会引起对闭合键的识别。用软件方法可以很容易地解决抖动问题，这就是通过延迟10ms来等待抖动消失，这之后，再读入键盘码。武汉工程大学电气信息学院单片机课程设计（论文）说明书63.5LED显示器电路设计LED显示器的显示控制方式按驱动方式可分成静态显示方式和动态显示方式两种。对于多位LED显示器，通常都是采用动态扫描的方法进行显示。本设计使用动态扫描方式，其中段码接p0口，位码接p2口。3.5.1LED显示器的选择图3.5.1八位LED显示器如图3.5.1所示，显示电路显示模块需要实时显示当前的时间,即时、分、秒，以及年月日。因此需要6个数码管，另需两个数码管来显示横。74EG—COM-MAX8系列显示器能满足显示的需要，如图2.6所示。时（年）的十位和个位分别显示在第一个和第二个数码管，分（月）的十位和个位分别显示在第四个和第五个数码管，秒（日）的十位和个位分别显示在第七个和第八个数码管，其余数码管显示横线。3.5.2LED段码驱动芯片的选择LED的段驱动链路有很多种，在本例中，我们选择74LS245作为段驱动芯片。如图3.5.2。74LS245是我们常用的芯片，可用来驱动LED或者其他的设备，它是8路同相三态双向总线收发器，可双向传输数据，并具有锁存，译码，驱动的功能。武汉工程大学电气信息学院单片机课程设计（论文）说明书7图3.5.274LS245引脚图3.6掉电保护电路设计通常，在数字钟、打铃仪、某些定时器和日历钟等类型的单片机系统中，当主电源DC5V失去时，我们称之为掉电。掉电之后，单片机会停止工作，时钟会停止往前走，这种结果在许多场合往往是不希望的，为了保证单片机在主电压失去时仍然能够保持运行，人们就利用干电池对单片机系统继续进行供电。图3.6掉电保护电路本设计采用如图3.6的设计电路，当主电源正常时，单片机由VCC5V电源供电，此时，VCC5V电源通过D1和R1，对保护用电池进行充电，以保证电池电量的充足。适当选择R1的大小，可以保证充电电流和充电时间都比较合理。武汉工程大学电气信息学院单片机课程设计（论文）说明书83.7闹钟蜂鸣电路设计本设计使用P3.7控制蜂鸣电路，蜂鸣电路如图2.9所示。当到定时时间时，P3.7置0，蜂鸣器鸣叫。此时，若手动按下REST键，蜂鸣器停止鸣叫。图3.7闹钟蜂鸣电路4系统软件设计4.1主程序设计