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烟台大学光电学院单片机课程设计实验报告课设名称：电子时钟姓名：学号：指导教师：2目录一、设计任务与要求......................................41.1设计背景............................................41.2课程设计目的......................................41.3设计要求............................................4二、总体方案设计........................................52.1电路的总体原理框图...................................52.2实现时钟计时的基本方法...............................62.3电子钟的时间显示....................................62.4电子钟的时间调整....................................62.5总体方案介绍........................................72.5.1计时方案..................................................72.5.2控制方案..................................................72.6元件清单.............................................7三、数字钟的硬件设计....................................83.1最小系统............................................83.1.1芯片分析..................................................83.1.2晶振电路..................................................93.2数码显示模块设计...................................10四、系统软件设计.......................................124.1软件设计分析.......................................12图4-1系统总体流程图..........................................134.2源程序清单.........................................13五、电路实物图.........................................193见附录.................................................19六、设计总结...........................................191、设计过程中遇到的问题及解决方法.......................192、设计体会............................................203、对设计的建议........................................20参考文献...............................................22附录:实物图234一、设计任务与要求1.1设计背景随着科学技术的发展和电子技术产业结构调整，单片机开始迅速发展，由于家用电器逐渐普及，市场对于智能时钟控制系统的需求也越来越大。单片机以其芯片集成度高、处理功能强、可靠性高等优点，成功应用于工业自动化、智能仪器仪表、家电产品等领域。近些年，人们对数字钟的要求也越来越高，传统的时钟已不能满足人们的需求。多功能数字钟不管在性能还是在样式上都发生了质的变化，有电子闹钟、数字闹钟等等。单片机在多功能数字钟中的应用已是非常普遍的，人们对数字钟的功能及工作顺序都非常熟悉。但是却很少知道它的内部结构以及工作原理。由单片机作为数字钟的核心控制器，可以通过它的时钟信号进行计时实现计时功能，将其时间数据经单片机输出，利用显示器显示出来。通过键盘可以进行定时、校时功能。输出设备显示器可以用液晶显示技术和数码管显示技术。单片机系统作为一种典型的嵌入式系统，其系统设计包括硬件设计和软件编程设计两个方面，其调试过程一般分为软件调试、硬件测试、系统调试。1.2课程设计目的通过《单片机原理与应用》课程设计，使学生掌握单片机及其扩展系统设计的方法和设计原则及相应的硬件调试的方法。进一步加深单片机及其扩展系统设计和应用的理解。51.3设计要求1、主电路系统由秒信号发生器、“时、分、秒”计数器、译码器及显示器、校时电路、整点报时电路组成2、秒信号产生器是整个系统的时基信号，它直接决定计时系统的精度，一般用石英晶体振荡器加分频器来实现。将标准秒信号送入“秒计数器”，“秒计数器”采用60进制计数器，每累计60秒发出一个“分脉冲”信号，该信号将作为“分计数器”的时钟脉冲。“分计数器”也采用60进制计数器，每累计60分钟，发出一个“时脉冲”信号，该信号将被送到“时计数器”。“时计数器”采用24进制计时器，可实现对一天24小时的累计3、译码显示电路将“时”、“分”、“秒”计数器的输出状态菁七段显示译码器译码，通过六位LED七段显示器显示出来4、校时电路时用来对“时”、“分”、“秒”显示数字进行校对调整的二、总体方案设计2.1电路的总体原理框图根据以上的电子时钟的设计要求可以分为以下的几个硬件电路模块：单片机模块、数码显示模块与按键模块，模块之间的关系图如下面得方框电路图1所示图1硬件电路方框图单片机数码管显示晶振时间调整器62.2实现时钟计时的基本方法利用STC系列单片机的可编程定时/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100次计数可用软件方法实现。假设使用T/C0，方式1，50ms定时，fosc=12MHz。则初值X满足（216-X）×1/12MHz×12μs=50000μsX=15536→0011110010110000→3CB0H(2)采用中断方式进行溢出次数累计,计满20次为秒计时（1秒）；(3)从秒到分和从分到时的计时是通过累加和数值比较实现。2.3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8个单元。LED8LED7LED6LED5LED4LED3LED2LED137H36H35H34H33H32H31H30H时十位时个位分隔分十位分个位分隔秒十位秒个位2.4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。A键按一次调整时，按第二次调整分钟，第三次推出时间调整；B键对小时或分钟进行加一；C键对小时或分钟进行减一；72.5总体方案介绍2.5.1计时方案利用STC89C52单片机内部的定时/计数器进行中断时，配合软件延时实现时、分、秒的计时。该方案节省硬件成本，且能使读者在定时/计数器的使用、中断及程序设计方面得到锻炼与提高，对单片机的指令系统能有更深入的了解，从而对学好单片机技术这门课程起到一定的作用。2.5.2控制方案STC89C52的P0口和P1口外接由八个LED数码管(LED8～LED1)构成的显示器，用P0口作LED的段码输出口，P1口作八个LED数码管的位控输出线，P3口外接四个按键A、B、C构成键盘电路。STC89C52是一种低功耗，高性能的CMOS8位微型计算机。它带有8KFlash可编程和擦除的只读存储器（EPROM），该器件采用ATMEL的高密度非易失性存储器技术制造，与工业上标准的80C51和80C52的指令系统及引脚兼容，片内Flash集成在一个芯片上，可用与解决复杂的问题，且成本较低。简易电子钟的功能不复杂，采用其现有的I/O便可完成，所以本设计中采用此的设计方案。2.6元件清单1.STC89C52RC处理器若干2.共阳四位八段数码管若干3.焊接单股导线若干4.STC89C52RC处理器若干5.共阳四位八段数码管若干6.焊接单股导线若干每人必备件1.1K电阻8个2.10K电阻5个3.9012三极管4个84.30pF电容2个5.10uF电容1个6.12M晶振1个7.40脚插座1个8.14脚插座1个三、数字钟的硬件设计3.1最小系统3.1.1芯片分析STC89C52单片机引脚图如下：图3-1STC89C52引脚图MCS-51单片机是标准的40引脚双列直插式集成电路芯片，其各引脚功能如下：VCC：+5V电源。VSS：接地。RST：复位信号。当输入的复位信号延续两个机器周期以上的高电平时即为有效，用完成单片机的复位初始化操作。9XTAL1和XTAL2：外接晶体引线端。当使用芯片内部时钟时，此二引线端用于外接石英晶体和微调电容；当使用外部时钟时，用于接外部时钟脉冲信号。P0口：P0口为一个8位漏极开路双向I/O口，当作输出口使用时，必须接上拉电阻才能有高电平输出；当作输入口使用时，必须先向电路中的锁存器写入“1”，使FET截止，以避免锁存器为“0”状态时对引脚读入的干扰。P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，它不再需要多路转接电路MUX；因此它作为输出口使用时，无需再外接上拉电阻，当作为输入口使用时，同样也需先向其锁存器写“1”，使输出驱动电路的FET截止。P2口：P2口电路比P1口电路多了一个多路转接电路MUX，这又正好与P0口一样。P2口可以作为通用的I/O口使用，这时多路转接电路开关倒向锁丰存器Q端。P3口：P3口特点在于，为适应引脚信号第二功能的需要，增加了第二功能控制逻辑。当作为I/O口使用时，第二功能信号引线应保持高电平，与非门开通，以维持从锁存器到输出端数据输出通路的畅通。当输出第二功能信号时，该位应应置“1”，使与非门对第二功能信号的输出是畅通的，从而实现第二功能信号的输出，具体第二功能如表3-1所示。P3引脚兼用功能P3.0串行通讯输入（RXD）P3.1串行通讯输出（TXD）P3.2外部中断0（INT0）P3.3外部中断1（INT1）P3.4定时器0输入(T0)P3.5定时器1输入(T1)P3.6外部数据存储器写选通WRP3.7外部数据存储器写选通RD表3-1P3端口引脚兼用功能表3.1.2晶振电路10右图所示为时钟电路原理图，在AT89S51芯片内部有一个高增益反相放大器，其输入端为芯片引脚XTAL1，输出端为引脚XTAL2。而在芯片内部，XTAL1和XTAL2之间跨接晶体振荡器和微调电容，从而构成一个稳定的自激振荡器。时钟电路产生的振荡脉冲经过触发器进行二分频之后，才成为单片机的时钟脉冲信号。图3-2晶振电路3.2数码显示模块设计显示器普遍地用于直观地显示数字系统的运行状态和工作数据，按照材料及产品工艺，单片机应用系统中常用的显示器有：发光二极管LED显示器、液晶LCD显示器、CRT显示器等。LED显示器是现在最常用的显示器之一，如下图所示。图3-4LED显示器的符号图发光二极管（LED）由特殊的半导体材料砷化镓、磷砷化镓等制成，可以单独使用，也可以组装成分段式或点阵式LED显示器件（半导体显示器）。分段式显示器（LED数码管）由7条线段围成8字型，每一段包含一个发光二极管。外加正向电压时二极管导通，发出清晰的光。只要按规律控制各发光段亮、灭，就可以显示各种字形或符号。LED数码管有共阳、共阴之分。图是共阳式、共阴式LED数码管的原理图和符号.11图3-5共阳式、共阴式LED数码管的原理图和数码管的符号图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