電氣工程學院單片機原理及應用課程設計專業自動化設計題目電子時鐘班級學生姓名學號指導教師分院院長教研室主任一、課程設計任務書1課程設計項目電子時鐘（LED顯示）2設計內容1以MCS51系列單片機為核心器件組成電子時鐘控制系統；2利用提供單元模塊構成硬件系統。3）系統程序編制與調試；4）電路系統的綜合調試；5）撰寫課程設計論文；6）完成課程設計論文答辯。3設計要求1以STC10F04E單片機為控制核心，用單片機內部定時器為時鐘源，設計電子時鐘，使用4位數碼管顯示時、分，后兩位數碼管（分）的閃爍顯示秒。2顯示格式為“XXXX3用4個功能鍵操作來進行對時。可自行定義各鍵的功能，也可按下述方式定義K1K4鍵的功能如下。K1功能鍵，每按下一次對應的LED閃爍。K2移位鍵，每按下一次向后移一位。K3加1鍵。K4減1鍵。4參考資料1李廣弟,朱月秀,王秀山編著單片機基礎北京北京航空航天大學出版社,20012何立民編著MCS51系列單片機應用系統設計系統配置與接口技術北京北京航空航天大學出版社,19993蔡美琴等編著MCS51單片機系統及應用北京高等教育出版社19925設計進度（2011年6月13日至2011年6月24日）時間設計內容第12天查閱資料，方案比較、設計與論證，理論分析與計算第35天硬件電路調試第68天系統調試第910天書寫報告、答辯6設計地點新實驗樓323微機實驗室二、評語及成績評分項目評分標準量化分數1獨立分析與解決問題的能力很強較強一般不具有102課程設計的答辯情況有見解回答準確回答正確基本正確有錯誤253課程設計論文及插圖的規范程度規范整潔正確雜亂有錯誤254工具軟件的使用熟練使用會使用需要學習105輔導答疑積極認真應付消極106設計態度積極認真應付消極107出勤全勤缺勤次數10附加評語量化總分成績指導教師單片機原理及應用課程設計班級自動化0942姓名學號指導教師撰寫日期目錄第一章課程設計的內容與要求分析111課程設計內容112課程設計要求分析1第二章電子時鐘的硬件設計221硬件原理圖222硬件介紹3221單片機STC10F04XE介紹322274LS164介紹5223三極管的介紹6224晶振電路7第三章電子時鐘的軟件設計831系統軟件的設計8第四章調試與功能說明941系統性能測試與功能說明942軟件調試問題及解決11總結與體會12參考文獻13附錄14第一章課程設計的內容與要求分析11課程設計內容1以MCS51系列單片機為核心器件組成電子時鐘控制系統；2利用提供單元模塊構成硬件系統。3系統程序編制與調試；4電路系統的綜合調試；5撰寫課程設計論文；6完成課程設計論文答辯。12課程設計要求分析1以STC10F04XE單片機為控制核心，用單片機內部定時器為時鐘源，設計電子時鐘，使用4位數碼管顯示時、分，后兩位數碼管（分）的閃爍顯示秒。2顯示格式為“XXXX3用4個功能鍵操作來進行對時。可自行定義各鍵的功能，也可按下述方式定義K1K4鍵的功能如下。K1功能鍵，每按下一次對應的LED閃爍。K2移位鍵，每按下一次向后移一位。K3加1鍵。K4減1鍵。顯示采用共陽極LED的動態顯示方式，用擴展74LS164的并行輸出做段選，74LS164的CLK接P31TXD，數據輸入端接P30RXD。P14P17做位選。第二章電子時鐘的硬件設計21硬件原理圖采用共陽極LED的動態顯示方式，用擴展74LS164的并行輸出做段選，74LS164的CLK接P31TXD，數據輸入端接P30RXD。P14P17做位選。如圖21所示。鍵盤顯示原理圖如圖22所示21數碼管顯示原理圖22鍵盤顯示原理圖22硬件介紹221單片機STC10F04XE介紹核心單片機硬件系統的設計STC10F04XE單片機實物如圖23所示，STC10F04XE單片機的功能介紹與其引腳圖如圖24所示。23STC10F04XE單片機實物24STC10F04XE單片機引腳圖STC10F04XE主要性能（1）高速1個時鐘周期/機械周期/增強型8051內核、速度比普通8051快812倍。（2）寬電壓55V41V/37V,36V24V/21V（3）低功耗設計空閑模式（可由任意一個中斷喚醒）；（4）低功耗設計掉電模式（可由任意一個外部中斷喚醒，可支持下降沿/低電平和遠程喚醒，STC10F04XE還可以通過內部專用掉電喚醒定時器喚醒）。（5）工作頻率035HZ，相當于普通80510420HZ（6）時鐘外部晶體或內部RC振蕩器可選，在ISP下載編程用戶程序時設置。（7）1/2/3/4/5/6/8/16/32/52/62K字節片內FLASH程序存儲器，擦寫次數10萬次以上；（8）1280/256字節片內RAM數據存儲器。（9）芯片內EEPROM功能，擦寫次數10萬次以上；（10）ISP/IAP，在系統編程/在應用編程，無需編程器/仿真器。（11）2個16為定時器，兼容普通8051的定時器T0/T1（12）1個獨立波特率發生器（故無需T2做波特率發生器）；（13）可編程時鐘輸出功能，T0在P34輸出時鐘，T1在P35輸出時鐘，BRT在P10輸出時鐘；（14）硬件看門狗（WDT）（15）全雙工異步串行口（UART）,兼容普通8051，可作為2個串口（串口可在P3與P1之間自由切換）；（16）先進的指令集結構，兼容普通8051指令集，有硬件乘法/除法指令；22274LS164介紹74LS164為8位移位寄存器（串行輸入，并行輸出），其主要電特性的典型值為54/74164185MW54/74LS16480MW。當清除端（CLEAR）為低電平時，輸出端（QAQH）均為低電平。串行數據輸入端（A，B）可控制數據。當A、B任意一個為低電平，則禁止新數據輸入，在時鐘端（CLOCK）脈沖上升沿作用下Q0為低電平。當A、B有一個為高電平，則另一個就允許輸入數據，并在CLOCK上升沿作用下決定Q0的狀態。223三極管的介紹概述半導體三極管也稱為晶體三極管，可以說它是電子電路中最重要的器件。它最主要的功能是電流放大和開關作用。三極管顧名思義具有三個電極。二極管是由一個PN結構成的，而三極管由兩個PN結構成，共用的一個電極成為三極管的基極用字母B表示。其他的兩個電極成為集電極用字母C表示和發射極用字母E表示。由于不同的組合方式，形成了一種是NPN型的三極管，另一種是PNP型的三極管。三極管的種類很多，并且不同型號各有不同的用途。三極管大都是塑料封裝或金屬封裝，常見三極管的外觀，有一個箭頭的電極是發射極，箭頭朝外的是NPN型三極管，而箭頭朝內的是PNP型。實際上箭頭所指的方向是電流的方向。在本電路里三極管的作用是位選。25三極管224晶振電路晶振電路如下圖所示26晶振電路圖晶振是石英振蕩器的簡稱，英文名為CRYSTAL,它是時鐘電路中最重要的部件，它的主要作用是向顯卡、網卡、主板等配件的各部分提供基準頻率，它就像個標尺，工作頻率不穩定會造成相關設備工作頻率不穩定，自然容易出現問題。晶振晶振還有個作用是在電路產生震蕩電流，發出時鐘信號。本設計晶振電路采用12M的晶振。晶振的作用是給單片機正常工作提供穩定的時鐘信號。單片機的晶振并不是只能用12M，只要不超過20M就行，在準許的范圍內，晶振越大，單片機運行越快，還有用12M的就是好算時間，因為一個機器周期為1/12時鐘周期，所以這樣用12M的話，一個時鐘周期為12US，那么定時器計一次數就是1US了，電容范圍在2040PF之間，這里連接的是30PF的電容。機器周期10晶振周期12第三章電子時鐘的軟件設計31系統軟件的設計系統的軟件設計也是工具系統功能的設計。單片機軟件的設計主要包括執行軟件（完成各種實質性功能）的設計和監控軟件的設計。單片機的軟件設計通常要考慮以下幾個方面的問題（1）根據軟件功能要求，將系統軟件劃分為若干個相對獨立的部分設計出合理的總體結構，使軟件開發清晰、簡潔和流程合理；（2）培養良好的編程風格，如考慮結構化程序設計、實行模塊化、子程序化。既便于調試、鏈接，又便于移植和修改；（3）建立正確的數學模型，通過仿真提高系統的性能，并選取合適的參數；（4）繪制程序流程圖；（5）合理分配系統資源；（6）為程序加入注釋，提高可讀性，實施軟件工程；（7）注意軟件的抗干擾設計，提高系統的可靠性。（8）第四章調試與功能說明單片機應用系統的調試包括硬件和軟件兩個部分，但是他們并不能完全分開。一般的方法是排除沒明顯的硬件故障，再進行綜合調試，排除可能的軟/硬件故障。41系統性能測試與功能說明1啟動KEIL，新建一個工程，然后選擇芯片，設置工作環境，編寫C語言程序，保存并添加至工程中，然后進行編譯。下圖為KEIL程序編譯運行完的截圖2采用共陽極LED的動態顯示方式，用擴展74LS164的并行輸出做段選，74LS164的CLK接P31TXD，數據輸入端接P30RXD。P14P17做位選。插好電源，插好下載線，打開實驗儀器電源開關，啟動STCISP下載軟件，單擊OPENFILE/打開文件和打開數據文件，在彈出的窗口單擊所編程軟件HEX形式的文件，在COM處選擇計算機相對應的COM口。按DOWNLOAD/下載，將程序下載到單片機中。下圖為下載頁面下圖為顯示效果的照片41時鐘顯示42軟件調試問題及解決軟件程序的調試一般可以將重點放在分模塊調試上，統調是最后一環。軟件調試可以采取離線調試和在線調試兩種方式。前者不需要硬件仿真器，可借助于軟件仿真器即可；后者一般需要仿真系統的支持。本次課程設計，KEIL軟件來調試程序，在做課程設計的時候，我們遇到了很多問題，例如不能實現時鐘顯示的加1功能，減1功能。還有不能循環等問題，通過對程序的修改，最后成功完成了本次課程設計的任務。總結與體會很快兩個星期的課程設計就結束了，在本次實踐中我們學到了很多寶貴的知識和經驗。在實驗期間出現了很多問題，但在老師和我們共同探討中一個個問題迎刃而解，在解決之后我學到了很多東西，而且對知識的理解也更加深刻了。因為單片機很久沒復習，剛拿到題目，不知道從哪入手，后來通過對書本的回顧，加深了對單片機的記憶。課堂教學考慮到大多數同學的需求，主要強調“基本”基本知識、基本理論、基本方法、基本技能。而本次設計正是為我們提供了一個深入學習、探索的機會，成為課堂教學的有益補充。單片機理論的學習是為課程的設計作準備的，但有時學習的理論也解決不了實踐中的問題。實踐中獲得的知識能讓我對單片機的知識有更好的認識和理解。雖然這次課程設計中遇到很多問題，可以說是困難重重，遇到了各種各樣的問題，同時在設計的過程中我也發現了自身有很多的不足之處，對以前所學的知識還遠遠不夠，理解的也不夠深刻，掌握的不夠牢固。這次課程設計的最大收獲是只有把理論用到實踐中我們才能真正掌握好所學的知識。在這次課程設計中，我真正體會到了合作的重要性。一起的工作可以讓我們有說有笑，互相幫助，配合默契。從程序的編寫到程序的檢查，從程序的調試到實驗報告得寫作，期間每一個過程都凝聚了我們的力量。在遇到問題時，我們總是一起討論，一起把問題解決。這次課程設計終于順利完成了，當然，課設能順利完成離不開老師的指導和同學們的幫助，在此對給我幫助的老師和同學們表示衷心的感謝20120615參考文獻1李廣弟,朱月秀,王秀山編著單片機基礎北京北京航空航天大學出版社,20012何立民編著MCS51系列單片機應用系統設計系統配置與接口技術北京北京航空航天大學出版社,19993蔡美琴等編著MCS51單片機系統及應用北京高等教育出版社19924付家才單片機控制工程實踐技術M北京化學工業出版社200435李光才單片機課程設計實例指導M北京北京航空航天大學出版社20046朱定華單片機原理及接口技術實驗M北京北方交通大學出版社2002117劉湘濤江世明單片機原理與應用M北京電子工業出版社,2006附錄INCLUDE“STC10F04XEH“DEFINEUCHARUNSIGNEDCHARDEFINEUINTUNSIGNEDINTUCHARKEYFUN_FLAG,FLAG,KEYFUN,M,NSBITKEY_1FP23SBITKEY_2TP22SBITKEY_3IP21SBITKEY_4DP20UCHARCODELED_VAL0XC0,0XF9,0XA4,0XB0,0X99,0X92,0X82,0XF8,0X80,0X98/09UCHARDATANUM4UCHARDATACOD4UCHARDATALED_POINT40XEF,0XDF,0XBF,0X7FUCHARKEY1_FLAG,KEY2_FLAG,KEY3_FLAG,KEY4_FLAG,SUMLONGINTCOUNT,SECOND,MINITE,HOURVOIDDISP1UINTX,UINTYVOIDBCDUINTA,UINTBVOIDDELAY_MSUINTDELAYVOIDSYSTEM_INITVOIDKEY_SCANVOIDKEY_DEAL/顯示函數/VOIDSYSTEM_INITTMOD0X01TH06553650000/256TL06553650000256EA1ET01TR00/VOIDT0_SRVVOIDINTERRUPT1USING1TH06553650000/256TL06553650000256COUNTIFCOUNT20COUNT0SECONDIFSECOND60SECOND0MINITEIFMINITE60MINITE0/VOIDDISP1UINTX,UINTYUCHARIBCDX,YFORI0I0J/鍵盤掃描/VOIDKEY_SCANIFKEY_1F0DELAY_MS10IFKEY_1F0WHILEKEY_1F0KEY1_FLAGIFKEY1_FLAG3KEY1_FLAG1IFKEY_2T0DELAY_MS10IFKEY_2T0WHILEKEY_2T0KEY2_FLAGKEYFUN0IFKEY2_FLAG4KEY2_FLAG0/VOIDKEY_DEALIFKEY2_FLAG0/JIABUFENP1LED_POINT0DELAY_MS500P10XFFIFKEY_3I0DELAY_MS10IFKEY_3I0WHILEKEY_3I0KEYFUNIFKEYFUN10KEYFUN0IFKEY_4D0/JIANBUFENDELAY_MS10IFKEY_4D0WHILEKEY_4D0KEYFUNIFKEYFUN0KEYFUN9COD0KEYFUNSBUFLED_VALCOD0DELAY_MS500IFKEY2_FLAG1/JIABUFENP1LED_POINT1DELAY_MS500P10XFFIFKEY_3I0DELAY_MS10IFKEY_3I0WHILEKEY_3I0KEYFUNIFKEYFUN10KEYFUN0IFKEY_4D0/JIANBUFENDELAY_MS10IFKEY_4D0WHILEKEY_4D0KEYFUNIFKEYFUN0KEYFUN9COD1KEYFUNSBUFLED_V