数字时钟设计

河北工程大学科信学院课程设计说明书（2012/2013学年第2学期）课程名称：单片机应用题目：数字时钟设计专业班级：10级电气2班学生姓名：王骞学号：100062220指导教师：刘伟亮苗敬利杨怡君王巍韩煜王静爽高敬格段广玉王立国设计周数：2周设计成绩：2013年6月28日河北工程大学科信学院1目录摘要------------------------------------------------------------------------------------------------------------------2一、课程设计目的------------------------------------------------------------------------------------------------2二、设计要求------------------------------------------------------------------------------------------------------2三、单片机数字钟的基本原理--------------------------------------------------------------------------------2四、总体方案设计------------------------------------------------------------------------------------------------24.1电路的总体原理框图---------------------------------------------------------------------------------24.2实现时钟计时的基本方法---------------------------------------------------------------------------34.3总体方案介绍-------------------------------------------------------------------------------------------3五、数字钟的硬件设计-----------------------------------------------------------------------------------------45.1硬件电路的设计原则----------------------------------------------------------------------------------45.2最小系统-------------------------------------------------------------------------------------------------45.2.1芯片分析---------------------------------------------------------------------------------------45.2.2晶振电路---------------------------------------------------------------------------------------65.3CD4511译码器-----------------------------------------------------------------------------------------75.4数码显示器---------------------------------------------------------------------------------------------75.4.1共阴极数码管----------------------------------------------------------------------------------85.5时钟显示校正电路-------------------------------------------------------------------------------------8六、系统软件设计----------------------------------------------------------------------------------------------86.1软件设计分析-------------------------------------------------------------------------------------------96.2程序调试-------------------------------------------------------------------------------------------------96.3源程序清单--------------------------------------------------------------------------------------------10七、原理图及仿真图--------------------------------------------------------------------------------------------17八、设计总结-----------------------------------------------------------------------------------------------------18九、参考文献-----------------------------------------------------------------------------------------------------19河北工程大学科信学院2摘要：该数字钟由89C51，BUTTON，数码管等构成，采用晶振电路作为驱动电路，由延时程序和循环程序产生的一分定时，六十分钟为一小时。关键词：单片机；数字时钟；键盘控制一、课程设计目的1、通过《单片机原理与应用》课程设计，进一步熟悉和掌握单片机的结构及工作原理。2、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。3、通过完成一个包括电路设计和程序开发的完整过程，使学生了解开发以单片机应用系统的全过程，为今后从事相关工作打下基础。二、设计要求1、设计一台以MCS-51为核心的简易数字钟。2、四位数码管显示小时和分钟，中间那个点用来区分小时和分钟。3、每秒用一个LED闪烁一下。4、用四个按键，一个是选择按键，一个是加按键，一个是减按键，一个是确认键。5、时间要精确，整点报时，声音间隔1秒，并且可以调整时间调整位闪烁提示。三、单片机数字钟的基本原理它是利用单片机的内部的定时/计数器工作与定时方式，对机器周期计数形成基准时间，然后用另外一个计数器或软件计数的形式对基准时间进行计数形成分，“分”计数60次形成“时”然后通过译码器，数码管把他们的内容在相应的位置显示出来。在具体的设计时定时器采用中断方式工作，对时钟的形成在终中断序中实现，在主程序只是对定时/计数器的定义初始化，调用显示程序和控制程序的初始化。另外为了使用的方便，也设计了按键，可以通过按键对时分进行调整，这样程序就加了按键程序。四、总体方案设计4.1电路的总体原理框图本次设计时钟电路，使用了ATC89C51单片机芯片控制电路，单片机控制电路简单且省去了很多复杂的线路，使得电路简明易懂，使用键盘键上的按键来调整时钟的时、分用一扬河北工程大学科信学院3声器来进行定时提醒，同时使用C语言程序来控制整个时钟显示，使得编程变得更容易，这样通过四个模块：键盘、芯片、扬声器、数码管显示即可满足设计要求。总设计原理框图如下图所示：图1原理框图4.2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:采用单片机的T0定时器，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，到60分时时加1，分消0。数码管采用动态显示，一个扫描周期共循环4次；一次显示分的低位、分的高位，时的低位、时的高位，每次显示延时4ms。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次为分计时（1分）；(3)从分到时计时是通过累加和数值比较实现。4.3总体方案介绍4.3.1计时方案本次课程设计是利用STC89C51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。89S51单片机时钟电路路声光报时校时输入数据显示河北工程大学科信学院44.3.2控制方案STC89C51的P2口外接由4个LED数码管构成的显示器，用P2口作LED的段码输出口，P1口作4个LED数码管的位控输出线，P3口外接四个按键A、B、C、D构成键盘电路。STC89C51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。五、数字钟的硬件设计5.1硬件电路的设计原则在性价比满足应用系统要求的情况下，选择更可靠，更熟悉的单片机缩短研制周期。尽可能选择自己较为熟悉的应用电路，以提高系统的可靠性。单片机内部的资源与外部的扩展资源应在满足系统设计的基础上留有余地，为进一步的升级和扩展提供方便。应充分的结合软件方案考虑硬件的结构，通常硬件功能较完善，其相应的软件程序就简单，但硬件的成本较高，而功能较低，其相应的软件就复杂，其实际常用软件代替硬件来降低成本。整个系统相关的器件尽可能的做到性能相匹配。充分的考虑系统的抗干扰性，如具有抗干扰的单片机并充分的帅选芯片与器件，在电路中采取隔离或屏蔽的措施等。5.2最小系统5.2.1芯片分析STC89C51单片机引脚图如下：河北工程大学科信学院5图2STC89C51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。XTAL1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