1、中 北 大 学 信 息 商 务 学 院 单 片 机 课 程 设 计 说 明 书第 1 页 共 22 页1 引言11 数字时钟的发展史电子钟有着很长的历史，从民国 19 年的电钟，研制始於 60 年代中期的国内电晶体、半导体管钟，到研制始於 70 年代末的石英电子钟，再到今天我们所用的智能电子钟。以前的电子钟存在着很多缺点，其外观体积庞大，在功能上有死摆、走时时间不长、走时精确度不高等缺点。如今的电子数字时钟无论是外观，还是在功能上，都有了很大的改进。12 设计的目的与意义我们大学生的生活包括：学习、休息以及参与社会的多种实践活动，环环有条理，丰富多彩。时钟的计时功能与我们的各种行为和活动有着密
2、切的联系，于是时钟的作用便体现出来，只有合理安排时间，养成良好的时间观念，才能给我们的生活、学习带来极大的方便，这就需要电子钟时刻提醒我们。 。因此，在这里设计一个较简单的电子钟，它能完成计时的功能。这个时钟系统很简单，但对于我们学生很实用。13 设计的基本思路与主要内容设计一个电子产品，首先了解它能实现的功能，时钟系统最基本的功能就是实现计时，在这里设计的数字数字时钟，它能实现计时的功能，给数字时钟加上电自动计时。设计一个数字时钟，要求：开机时，显示 00:00:00 的时间开始计时， “秒”的调整，每按一次加 1s；“分”的调整，每按一次加 1min；“时”的调整，每按一次加 1h。计时满
3、 23:59:59 时，返回 00:00:00 重新计时。硬件设计很简单，主要包括：单片机、按键电路、驱动显示电路，以及 LED显示器四个部分。单片机选用 AT89C51 芯片，它无须外扩程序存储器，设计电路很简单。显示时、分、秒加两个分隔符，采用 8 位的数码管，用 74LS245 来驱动LED 数码管显示字符。以秒计数并显示时、分、秒。其中秒和分为 60 进制，小时为 24 进制计数。中 北 大 学 信 息 商 务 学 院 单 片 机 课 程 设 计 说 明 书第 2 页 共 22 页2 数字时钟系统的整体设计21 系统的功能要求以单片机技术为核心，充分应用各种外围电路元器件，设计一个通过
4、显示器显示时间（时、分、秒）的数字时钟。要求：1、开始时，时、分、秒显示为00：00：00；2、P0.0/AD0控制“秒”的调整，每按一次加1s；3、P0.1/AD1 控制“分”的调整，每按一次加 1min；4、P0.2/AD2 控制“时”的调整，每按一次加 1h。5、计时满 23:59:59 时，返回 00:00:00 重新计时。22 整体方案电子钟的电路图主要由单片机（AT89C51） 、键盘电路、驱动显示电路和LED 显示器四部分组成，它用于实现时钟的显示，以及对时、分、秒进行调整，即实现调时的功能。其数字钟系统整体结构如图 2-1 所示。七段数码管AT89C51驱动 LED 显示器位选
5、按 键图 2-1 电子钟系统整体结构（1）显示方案采用动态显示方案，一位一位地轮流点亮显示器地各个位。对于显示器的每一位而言，每隔一段时间点亮一次（2）键盘方案采用独立式键盘。独立式键盘的各个按键相互独立，每个按键独立地与一根中 北 大 学 信 息 商 务 学 院 单 片 机 课 程 设 计 说 明 书第 3 页 共 22 页数据输入线（单片机并行接口或其他芯片的并行接口）连接。（3）计时方案采用软件控制，利用单片机内部的定时/计数器进行定时，配合软件定时实现时、分、秒的计时。3 硬件设计与分析31 硬件设计原理时钟电路的核心是 AT89C51 单片机，系统配备 8 位 LED 数码管显示和
6、3 个独立式按键，用 P0 口作为键盘接口电路， P1 口和 P3 口作为段码和位码输出口，并在字段码输出口接 74LS245 芯片，用该芯片来驱动 LED 数码管显示。利用P0.0、P0.1 和 P0.2 作为功能按键输入口。32 各单元电路介绍3.2.1 显示电路LED 显示器由若干个发光二极管组成。七段 LED 通常构成字型“8” ，还有一个发光二极管用来显示小数点。每段 LED 分别引出一个电极，电极的名为a、b、c、d、e 、d、g、dp，其中 dp 是小数点段的引出电极。当发光二极管导通时，相应的一个笔画或一个点就发光。控制相应的二极管导通，就能显示出对应字符。说明：在该设计中，没
7、有用到电极（dp） ，而是用单位的数码管来显示分隔符，其七段 LED 显示器如图 3-4 所示图 3-4 七段 LED 显示器本设计共用了八位 LED 显示器，因此采用动态显示方式。所谓动态显示就是中 北 大 学 信 息 商 务 学 院 单 片 机 课 程 设 计 说 明 书第 4 页 共 22 页一位一位的轮流点亮显示器的各个位。对于显示器的每一位而言，每隔一段时间点亮一次。显示器的位数不大于 8 位，则控制显示器公共极电位只需要一个 I/O 接口，称为扫描口或字位口，控制各位 LED 显示器所显示的字型也需要一个 8 位接口，称为段数据口或字型口。3.2.2 键盘及其接口键盘是由若干个按键
8、组成的，它是单片机最简单的输入设备。通过键盘输入数据或命令，就可实现简单的人机对话。按键电路，独立式键盘的各个按键相互独立，每个按键独立地与一根数据输入线（单片机并行接口或其他芯片的并行接口）连接。这次的设计只用了三个按键，来实现功能控制。在运行状态下，按动控制按扭 S-SET，可对秒进行调整；按动控制按扭 M-SET，可对分进行调整；按动控制按扭 H-SET，可对时进行调整；因此采用独立式键盘方式，设计起来比较简单。33 系统原理图中 北 大 学 信 息 商 务 学 院 单 片 机 课 程 设 计 说 明 书第 5 页 共 22 页当接入电源时，数字电子钟以秒为单位开始计时。运行状态下，按下
9、控制按键 S-SET，对秒进行调整；按下 M-SET 调整分钟；按下 H-SET 对小时进行调整。这样通过三个按键，分别对时、分、秒进行调整，从而实现调时4 软件设计在软件设计中，整个程序的主框架是以定时 1s 计算的方式来实现数字时钟。定时 1s 的程序段，使用动态显示程序实现延时，既完成了延时，也完成了数字的显示。在计算程序中，使对应于时、分、秒的变化量按照 60 进制和 24 进制进行计算，动态显示程序直接引用这些变量，达到显示的数字也随之不断变化，即完成了数字时钟的功能。其软件功能模块主要有键输入程序、中断程序、显示程序，以及延时程序。41 各个程序说明（1）主程序：初始化将时、分、秒
10、各单元的内容清空，置 T0 为计数器方式1，分别给计数器的高 8 位和低 8 位赋计数初值，启动 T0 工作。键入一个按键，如执行此动作，秒值加 1，否则重新键如按键。（2）键输入程序：键输入程序用于调整时间。以秒为例，按下按键 S-SET，判断 S-SET 是否真的被按下，若没有键按下，转到 A1 程序段，再次键入按键，重新判断。若按键按下了秒值加 1，当秒值大于 60 时，秒清零，进行下一次计时，同时分加一。此过程循环执行。中 北 大 学 信 息 商 务 学 院 单 片 机 课 程 设 计 说 明 书第 6 页 共 22 页（3）中断程序：主要用于控制显示的字符。当秒值大于 60 时，秒清
11、零，重新计数，分值加 1，秒、分同时显示；当分值大于 60 时，分清零，重新计数，小时加 1，秒、分、时同时显示，当小时大于 23 时，一天的计时完毕，秒、分、时均清零，进行第二天的计时。此任务循环执行。42 程序流程图设置定时器，定时 5ms开始显示时间M 键按下 S 键按下H 键按下到 60 秒？否按下秒计数加 1到 60 分？否按下分计数加 1到 24 小时？否按下小时数加 1所有计数值请 0否是 是 是否 否是是是否否否程序流程图中 北 大 学 信 息 商 务 学 院 单 片 机 课 程 设 计 说 明 书第 7 页 共 22 页5 源程序代码S_SET BIT P1.0 ；数字时钟秒
12、钟控制位M_SET BIT P1.1 ；数字时钟分钟控制位H_SET BIT P1.2 ；数字时钟小时控制位SECOND EQU 30HMINUTE EQU 31HHOUR EQU 32HTCNT EQU 34HORG 00HSJMP STARTORG 0BHLJMP INT_T0START: MOV DPTR,#TABLEMOV HOUR,#0 ；初始化MOV MINUTE,#0MOV SECOND,#0MOV TCNT,#0MOV TMOD,#01HMOV TH0，#(65536-50000)/256 ；定时 50msMOV TL0，#(65536-50000)/MOD 256MOV IE
13、,#82HSETB TR0中 北 大 学 信 息 商 务 学 院 单 片 机 课 程 设 计 说 明 书第 8 页 共 22 页A1: LCALL DISPLAY JNB S_SET,S1JNB M_SET,S2JNB H_SET,S3LJMP A1S1: LCALL DELAY ；去抖动JB S_SET,A1INC SECOND ；秒值加 1MOV A,SECONDCJNE A,#60,J0 ；判断是否加到 60sMOV SECOND,#0LJMP K1S2: LCALL DELAYJB M_SET,A1K1: INC MINUTE ；分钟值加 1 MOV A,MINUTECJNE A,#6
14、0,J1 ；判断是否加到 60minMOV MINUTE,#0LJMP K2S3: LCALL DELAYJB H_SET,A1K2: INC HOUR ；小时加 1中 北 大 学 信 息 商 务 学 院 单 片 机 课 程 设 计 说 明 书第 9 页 共 22 页MOV A,HOURCJNE A,#24,J2 ；判断是否加到 24hMOV HOUR,#0MOV MINUTE,#0MOV SECOND,#0LJMP A1J0: JB S_SET,A1LCALL DISPLAYSJMP J0J1: JB M_SET,A1LCALL DISPLAYSJMP J1J2: JB H_SET,A1LC
15、ALL DISPLAYSJMP J2INT_T0:MOV TH0，#(65536-50000)/256 MOV TL0，#(65536-50000)/MOD 256INC TCNTMOV A,TCNTCJNE A,#20,RETUNE 计时 1sINC SECONDMOV TCNT,#0中 北 大 学 信 息 商 务 学 院 单 片 机 课 程 设 计 说 明 书第 10 页 共 22 页MOV A,SECONDCJNE A,#60,RETUNEINC HOURMOV MINUTE,#0MOV A,HOURCJNE A,#24,RETUNEMOV HOUR,#0MOV MINUTE,#0MOV
16、 SECOND,#0MOV TCNT,#0RETUNE:RETIDISLAY:MOV A,SECOND ；显示秒MOV B,#10DIV ABCLR P3.6MOVC A,A+DPTRMOV P0,ALCALL DELAYSETB P3.6MOV A,BCLR P3.7MOVC A,A+DPTR中 北 大 学 信 息 商 务 学 院 单 片 机 课 程 设 计 说 明 书第 11 页 共 22 页MOV P0,ALCALL DELAYSETB P3.7CLR P3.5MOV P0,#40H ；显示分隔符LCALL DELAYSETB P3.5MOV A,MINUTE ；显示分钟MOV B,#1
17、0DIV ABCLR P3.3MOVC A,A+DPTRMOV P0，ALCALL DELAYSETB P3.3MOV A,BCLR P3.4MOVC A,A+DPTRMOV P0，ALCALL DELAYSETB P3.4CLR P3.2中 北 大 学 信 息 商 务 学 院 单 片 机 课 程 设 计 说 明 书第 12 页 共 22 页MOV P0，#40H ；显示分隔符LCALL DELAYSETB P3.2MOV A,HOUR ；显示小时MOV B,#10DIV ABCLR P3.0MOVC A,A+DPTRMOV P0，ALCALL DELAYSETB P3.0MOV A,BCLR
18、 P3.1MOVC A,A+DPTRMOV P0,ALCALL DELAYSETB P3.0MOV A,BCLR P3.1MOVC A,A+DPTRMOV P0,ALCALL DELAY中 北 大 学 信 息 商 务 学 院 单 片 机 课 程 设 计 说 明 书第 13 页 共 22 页SETB P3.1RETTABLE: DB 3FH,06H,5BH,4FH,66HDB 6DH,7DH,07H,7FH,6FHDELAY: MOV R6,#10D1: MOV R7,#250DJNZ R7,SDJNZ R6,D1RETEND6 仿真过程及结果（1）仿真过程：将设计设计的电路在单片机仿真软件 P
19、roteus7 中进行仿真，先找仿真电路图需要的元件，过程如下图：“接地 ground”元件中 北 大 学 信 息 商 务 学 院 单 片 机 课 程 设 计 说 明 书第 14 页 共 22 页“Power”元件“AT89C51”元件“CAP”元件中 北 大 学 信 息 商 务 学 院 单 片 机 课 程 设 计 说 明 书第 15 页 共 22 页“CAP-ELEC”元件“CRYSTAL”元件“RES”元件中 北 大 学 信 息 商 务 学 院 单 片 机 课 程 设 计 说 明 书第 16 页 共 22 页“7SEG-MPX6-CC-BLUE”元件“74LS245”元件“BUTTON”元
20、件中 北 大 学 信 息 商 务 学 院 单 片 机 课 程 设 计 说 明 书第 17 页 共 22 页连接好电路图，如下：在 KEIL (单片机汇编) C51 软件中编写好的程序，将程序放入单片机仿真软件中，结合硬件电路进行调试与运行。中 北 大 学 信 息 商 务 学 院 单 片 机 课 程 设 计 说 明 书第 18 页 共 22 页通过按键对时间进行调整。（1）按动 S-SET 键，结果如下图：（2）按动 M-SET 键，结果如下图：中 北 大 学 信 息 商 务 学 院 单 片 机 课 程 设 计 说 明 书第 19 页 共 22 页（3）按动 H-SET 键，结果如下图：通过按键
21、对时间进行调整。如显示时间为 06-10-07，即是 06 点 10 分 07 秒，通过以下调整则可实现。 （1）按动 S-SET 键，将秒调到 07；（2）按动 M-SET 键，将分调到 10；（3）按动 H-SET 键，将时调到 06。 则将时间调到了所要显示的时间 06-10-07，结果如下图：中 北 大 学 信 息 商 务 学 院 单 片 机 课 程 设 计 说 明 书第 20 页 共 22 页可以计时到 23-59-59，结果如下图：7 课程设计体会通过本次的课程设计，我学会了单片机的一般设计过程，对电路设计，单片机的使用等都有了新的认识。通过这次设计学会了 Proteus7 和 K
22、eil3 软件的使用方法，掌握了从系统的需要、方案的设计、功能模块的划分、原理图的设计和电路图的仿真的设计流程，积累了不少经验。通过课程设计，我觉得单片机设计的一般过程，通常都要进行系统扩展与配置，因此，要完成一个单片机的设计工作，必须依次做到下述工作：1、硬件电路的设计、组装与调试；2、应用软件的编写、调试；3、完整应用软件的调试、固化和脱机运行。而在进行硬件系统设计时我们应当尽量做到：1、尽可能的选择典型电路，并符合单片机的常规使用方法；2、在充分满足系统功能要求前提下，留余地以便于二次开发；3、硬件结构设计应与软件设计方案一并考虑；4、整个系统相关器件要力求性能的匹配；5、硬件上要有可靠
23、性与抗干扰设计；6、充分考虑单片机的带载驱动能力。这次电路的设计和仿真，基本上达到了设计要求。在以后的实践中，我将继续努力学习电路设计方面的理论知识，并联系实际，争取在电路设计方面能有所中 北 大 学 信 息 商 务 学 院 单 片 机 课 程 设 计 说 明 书第 21 页 共 22 页提升。参 考 文 献1 李朝青编著单片机原理及接口技术第三版北京：北京航天航空大学出版社，2006 年 12 月2 何立民编著MCS-51 单片机应用系统设计（系统配置与接口技术）北京：北京航空航天大学出版社，19903 周润景,袁伟亭,景晓松编著Proteus 在 MCS-51&ARM7 系统中的应用百例北京：电子工业出版社，2006 年 10 月，618 页中 北 大 学 信 息 商 务 学 院 单 片 机 课 程 设 计 说 明 书第 22 页 共 22 页致 谢本课程设计在选题及进行过程中得到李晓老师的悉心指导。论文行文过程中，老师多次帮助我分析思路，开拓视角，在我遇到困难想放弃的时候给予我最大的支持和鼓励。老师严谨求实的治学态度，踏实坚韧的工作精神，将使我终生受益。再多华丽的言语也显苍白。在此，谨向老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。
