1、××大學××學院××系××課程設計報告××大學××學院××課程設計多功能時鐘 學生姓名學 號所 在 系專業名稱班 級指導教師成 績 ××大學××學院二一二年六月摘要：多功能時鐘在日常生活中的運用非常廣泛。此次課程設計是以STC89C51為主芯片，結合8位LED數碼管顯示器組成一個簡單的多功能電子時鐘，本電子時鐘具有時、分、秒的顯示及調整功能。采用24小時制，時間顯示格式為時（十位，個位）、分（十位，個位）、秒（十位，

2、個位），并有校準時間、秒表、等多項功能。通過STC89C51的中斷設置時間并用LED數碼管顯示出來。經過按鍵來實現不同的功能。經調試，通過按鍵基本能實現本次課程設計的要求的功能。本設計應用單片機強大的控制功能制作而成的多功能時鐘，該時鐘能顯示時、分、秒及復位功能。關鍵字：STC89C51，電子時鐘，多功能Abstract: Multifunctional clock in daily life is widely used. This course is designed to give priority to with STC89C51chip, combined with 8 LED di

3、gital tube display and a buzzer, consisting of a simple multifunctional electronic clock, electronic clock, minutes and seconds, with sometimes display and adjustment function. By24 hours, the time display format too times( ten,individual ), component( ten,individual ), second ( ten,individual ), an

4、d the calibration time, the whole point timekeeping functions. Through the STC89C51interrupt setting time and with LED digital tube display. The key to achieve different functions. After the debugging, through the buttons can basically realize the requirements of the curriculum design of function. D

5、esign and application of the single chip microcomputer strong control function produced by the clock, the clock can display hours, minutes and seconds and reset function.Key words: STC89C51，Electronic clock, multi function目 錄前言11. 總體設計方案21.1 多功能時鐘總體結構21.2 多功能時鐘系統設計方案22. 單元模塊設計42.1 多功能時鐘電路設計42.1.1 電源

6、電路42.1.2 LED顯示電路 52.1.3 獨立按鍵82.1.4 震蕩電路82.1.5 復位電路92.1.6 多功能時鐘主要元件介紹102.1.7 多功能時鐘主要元器件使用122.2 多功能時鐘實物133. 系統功能144. 設計總結155. 參考文獻16前言近年來，隨著生活節奏不斷加快和知識經濟的迅猛發展，人們對于時間的重視度越來越強了。而數字時鐘較機械式時鐘具有更高的準確性和直觀性，得到了廣泛的使用。我們為適應這種生活的需要，本次所做的課程設計就是一個集實時顯示、校準時間、秒表等多功能時鐘。講述了電路各部分的設計原理及所能實現的功能 ,它要求要對各種編碼器、鎖存器、觸發器、蜂鳴器、定時

7、器以及多諧振蕩器等多種數字電子芯片熟悉，并能加以運用。常規的測試儀器儀表以及人為控制裝置會被智能集成儀器所取代，以數字形式展示出來，使生產效率大為提高，將這些指標量化、具體化，這樣就出現了各種各樣的智能儀器儀表控制系統，從而使人們的科學研究和生產生活自動化、數字化程度不斷提高。1.總體設計方案1.1 多功能時鐘總體結構 P0 P2AT89C51 P1復位電路電源電路時鐘電路8位LED數碼管顯示電路按鍵輸入電路圖1 多功能時鐘總體結構框圖1.2 多功能時鐘系統設計方案開始初始化按鍵子函數LED子函數結束主函數圖2 多功能時鐘主函數流程圖開始按鍵標志位等于1？按鍵標志位等于2？顯示時間顯示秒表時間

8、停止延時子函數結束YYNN按鍵標志位等于3？Y按鍵標志位等于4？校準秒按鍵標志位等于5？按鍵標志位等于6？按鍵標志位等于7？校準分校準時LED停止NNNNYYYY圖3 LED數碼管顯示流程圖本設計實現一個簡單的多功能時鐘，用8位LED數碼管進行顯示時間，7個獨立按鍵控制時間顯示、秒表、復位以及校準時間的功能應用。其工作原理過程如下：初狀態： Key1：時間顯示 Key2：秒表切換中間過程： Key3：時間停止校準： Key4：校準秒 Key5：校準分 Key6：校準時 Key7：LED停止2.單元模塊設計2.1多功能時鐘電路設計2.1.1 電源電路圖4 外接電源供電電路圖此電路為單片機外接電源

9、供電電路，這個電源電路具備兩種電源供電方式：一種是直接采用PC的USB接口5V直流電源供電，然后在電源電路中加入一個500mA電流限制的自恢復保險絲給PC的USB電源提供保護的作用；另一種是采用小型號直流穩壓電源供電，輸出的9V直流電源加入到電源電路中，通過LM7805穩壓芯片的降壓作用，給電路提供工作所需的5V電源。為了顯示外接電源供電，在系統中增加了電源指示燈電路，如圖5。發光二極管工作在正常狀態時，流過LED的電路只需要5mA到10mA左右就行，故連接LED的限流電阻值采用680。圖5 電源指示燈電路圖2.1.2 LED顯示電路圖6 LED顯示電路框圖LED數碼管實際上是由七個發光管組成

10、8字形構成的，加上小數點就是8個。這些段分別由字母a,b,c,d,e,f,g,dp來表示。當數碼管特定的段加上電壓后，這些特定的段就會發亮，以形成我們眼睛看到的字樣了。如：顯示一個“2”字，那么應當是a亮b亮g亮e亮d亮f不亮c不亮dp不亮。LED數碼管有一般亮和超亮等不同之分，也有0.5寸、1寸等不同的尺寸。小尺寸數碼管的顯示筆畫常用一個發光二極管組成，而大尺寸的數碼管由二個或多個發光二極管組成，一般情況下，單個發光二極管的管壓降為1.8V左右，電流不超過30mA。發光二極管的陽極連接到一起連接到電源正極的稱為共陽數碼管，發光二極管的陰極連接到一起連接到電源負極的稱為共陰數碼管。常用LED數

11、碼管顯示的數字和字符是0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F。led數碼管（LED Segment Displays）是由多個發光二極管封裝在一起組成“8”字型的器件，引線已在內部連接完成，只需引出它們的各個筆劃，公共電極。led數碼管常用段數一般為7段有的另加一個小數點，還有一種是類似于3位“+1”型。位數有半位，1，2，3，4，5，6，8，10位等等.，led數碼管根據LED的接法不同分為共陰和共陽兩類，了解LED的這些特性，對編程是很重要的，因為不同類型的數碼管，除了它們的硬件電路有差異外，編程方法也是不同的。圖2是共陰和共陽極數碼管的內部電路，它們的發光原理是一

12、樣的，只是它們的電源極性不同而已。顏色有紅，綠，藍，黃等幾種。led數碼管廣泛用于儀表，時鐘，車站，家電等場合。選用時要注意產品尺寸顏色，功耗，亮度，波長等。LED數碼管要正常顯示，就要用驅動電路來驅動數碼管的各個段碼，從而顯示出我們要的數位，因此根據LED數碼管的驅動方式的不同，可以分為靜態式和動態式兩類。 （1）靜態顯示驅動： 靜態驅動也稱直流驅動。靜態驅動是指每個數碼管的每一個段碼都由一個單片機的I/O埠進行驅動，或者使用如BCD碼二-十進位*器*進行驅動。靜態驅動的優點是編程簡單，顯示亮度高，缺點是占用I/O埠多，如驅動5個數碼管靜態顯示則需要5×8=40根I/O口來驅動，要

13、知道一個89S51單片機可用的I/O口才32個呢。故實際應用時必須增加*驅動器進行驅動，增加了硬體電路的復雜性。 （2）動態顯示驅動： 數碼管動態顯示介面是單片機中應用最為廣泛的一種顯示方式之一，動態驅動是將所有數碼管的8個顯示筆劃"a,b,c,d,e,f,g,dp "的同名端連在一起，另外為每個數碼管的公共極COM增加位元選通控制電路，位元選通由各自獨立的I/O線控制，當單片機輸出字形碼時，所有數碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個數碼管會顯示出字形，取決于單片機對位元選通COM端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數碼管的選通控制打開，該位元就顯示出字形，沒有選通的數

14、碼管就不會亮。 透過分時輪流控制各個LED數碼管的COM端，就使各個數碼管輪流受控顯示，這就是動態驅動。在輪流顯示過程中，每位元數碼管的點亮時間為12ms，由于人的視覺暫留現象及發光二極體的余輝效應，盡管實際上各位數碼管并非同時點亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩定的顯示資料，不會有閃爍感，動態顯示的效果和靜態顯示是一樣的，能夠節省大量的I/O口，而且功耗更低。圖7 LED數碼管引腳定義LED數碼管的字型碼設計八段LED顯示器由8個發光二極管組成。基中7個長條形的發光管排列成"日"字形，另一個賀點形的發光管在顯示器的右下角作為顯示小數點用，它能顯示各種數字及部

15、份英文字母。LED顯示器有兩種不同的形式：一種是8個發光二極管的陽極都連在一起的，稱之為共陽極LED顯示器；另一種是8個發光二極管的陰極都連在一起的，稱之為共陰極LED顯示器。如下圖所示。共陰和共陽結構的LED顯示器各筆劃段名和安排位置是相同的。當二極管導通時，相應的筆劃段發亮，由發亮的筆劃段組合而顯示的各種字符。8個筆劃段HGFEDCBA對應于一個字節（8位）的D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0,于是用8位二進制碼就可以表示欲顯示字符的字形代碼。例如，對于共陰LED顯示器，當公共陰極接地（為零電平），而陽極HGFEDCBA各段為0111011時，顯示器顯示"P"

16、;字符，即對于共陰極LED顯示器，"P"字符的字形碼是73H。如果是共陽LED顯示器，公共陽極接高電平，顯示"P"字符的字形代碼應為10001100（8CH）。這里必須注意的是：很多產品為方便接線，常不按規則的方法去對應字段與位的關系，這時字形碼就必須根據接線來自行設計了。數碼管的管腳對照圖如附圖1(中間兩個長的為選通端com,連接只需要連接一個)設為共陽型，也就是相應的輸出位為0時筆段亮，則字型碼為：位選口 P1.6 P1.5 P1.4 P1.3 P1.2 P1.1 P1.0 字型碼顯示字符 H E D C G F A B 0 1 0 0 0 1 0

17、0 0 88H1 1 1 1 0 1 1 1 0 EEH2 1 0 0 1 0 1 0 0 94H3 1 1 0 0 0 1 0 0 C4H4 1 1 1 0 0 0 1 0 E2H5 1 1 0 0 0 0 0 1 C1H6 1 0 0 0 0 0 0 1 81H7 1 1 1 0 1 1 0 0 ECH8 1 0 0 0 0 0 0 0 80H9 1 1 0 0 0 0 0 0 C0H不亮 1 1 1 1 1 1 1 1 FFH2.1.3 獨立按鍵圖8 獨立按鍵電路圖獨立按鍵是非編碼鍵盤的一種組成結構，無論是硬件結構還是軟件設計都比較簡單。每個按鍵占用一條I/O線，當按鍵數量較多時，I/O

18、口利用率不高，但程序編制簡單。適用于所需按鍵較少的場合。2.1.4 震蕩電路圖9 震蕩電路圖震蕩電路是單片機正常工作不可缺少的最小系統之一，在單片機內部有一個高增益反向放大器，其輸入端引腳為XTL1，輸出端為引腳XTL2。而在其內部，XTL1和XTL2之間跨接晶體振蕩器和微調電容，從而構成一個穩定的自激震蕩器。時鐘電路產生的震蕩脈沖經過觸發器進行二分頻之后，成為單片機的時鐘脈沖信號。2.1.5 復位電路圖10 復位電路圖復位是單片機的初始化操作，其主要功能是把PC初始化為0000H，使單片機從用的0000H單元開始執行程序，并使其他功能單元處于一個確定的初始狀態。本復位電路采用的是按鍵復位，它

19、是通過復位端經電阻與VCC電源接通而實現的，它兼具上電自動復位功能。2.1.6 多功能時鐘主要元件介紹AT89S51是一個低電壓，高性能CMOS 8位單片機，片內含4k bytes的可反復擦寫的只讀程序存儲器（PEROM）和128 bytes的隨機存取數據存儲器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術生產，兼容標準MCS-51指令系統，片內置通用8位中央處理器和Flash存儲單元，內置功能強大的微型計算機的AT89C51提供了高性價比的解決方案。 AT89S51是一個低功耗高性能單片機，40個引腳，32個外部雙向輸入/輸出（I/O）端口，同時內含2個外中斷口，2個16位可編

20、程定時計數器，2個全雙工串行通信口，AT89C51可以按照常規方法進行編程，也可以在線編程。其將通用的微處理器和Flash存儲器結合在一起，特別是可反復擦寫的Flash存儲器可有效地降低開發成本。單片機主控電路的主要元件是AT89S51，其外型如圖11。圖11 單片機AT89S51結構圖單片機AT89S51管腳說明：VCC：供電電壓。GND：接地。 P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門流。當P1口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數據存儲器，它可以被定義為數據/地址的第八位。在FIASH編程時，P0 口作為原碼輸入口，當FIASH進行校驗時

21、，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。 P1口：P1口是一個內部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1口作為第八位地址接收。 P2口：P2口為一個內部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當P2口被寫“1”時，其管腳被內部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內部上拉的緣故。P2口當用于外部程序存儲器或16位地址外部數據存儲器進行存取時，P

22、2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內部上拉優勢，當對外部八位地址數據存儲器進行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。 P3口：P3口管腳是8個帶內部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當P3口寫入“1”后，它們被內部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下所示： P3.0 RXD（串行輸入口） P3.1 TXD（串行輸出口） P3.2 /IN

23、T0（外部中斷0） P3.3 /INT1（外部中斷1） P3.4 T0（記時器0外部輸入） P3.5 T1（記時器1外部輸入） P3.6 /WR（外部數據存儲器寫選通） P3.7 /RD（外部數據存儲器讀選通） RST：復位輸入。當振蕩器復位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間。 ALE/PROG：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當用作外部數據存儲器時，將跳過一個ALE

24、脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時， ALE只有在執行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執行狀態ALE禁止，置位無效。 PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數據存儲器時，這兩次有效的/PSEN信號將不出現。 /EA/VPP：當/EA保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000H-FFFFH），不管是否有內部程序存儲器。注意加密方式1時，/EA將內部鎖定為RESET；當/EA端保持高電平時，此間內部程序存儲器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12

25、V編程電源（VPP）。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內部時鐘工作電路的輸入。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。2.1.7 多功能時鐘元器件使用任何一個電子產品都需要電子元器件，本設計多功能時鐘所需電子元器件如下：元件名稱型號數量（個）備注單片機AT89S511無LED數碼管LED2_28無電解電容10uf1無瓷片電容30pf2無電阻1K1無電阻10K1無電阻10歐1無三極管85508無電位器10K1無晶振12MHz1無排阻1031無表1 多功能時鐘元件清單2.2 多功能時鐘實物圖12 多功能時鐘實物正面圖圖13 多功能時鐘實物背面圖3.系統功能我們本次課程設計使用 ATMEL公司的 A

26、T89S51 實現一基于單片機的多功能時鐘的設計，其主要具有如下功能：（1）可實時顯示時、分、秒，以24（小）時計時方式運行。（2）能夠使用獨立按鍵快速校準時、分、秒。（3）秒表/時鐘功能可快速轉換。多功能時鐘設計主要由三部分組成：獨立按鍵輸入電路、中斷、8位LED顯示電路。多功能時鐘關鍵問題是實現時間的輸出、校準、復位以及秒表切換等功能：初狀態： Key1：時間顯示 Key2：秒表切換中間過程： Key3：時間停止校準： Key4：校準秒 Key5：校準分 Key6：校準時 Key7：LED停止4.設計總結通過本次課程設計的學習，我深深的體會到設計課的重要性和目的性所在。通過這次為期1周的課

27、程設計課不僅僅培養了我們實際操作能力，也培養了我們靈活運用課本知識，理論聯系實際，獨立自主的進行設計的能力。課程設計之初，思緒全無，舉步維艱，對于理論知識學習不夠扎實的我深感力不從心。于是重拾教材與實驗書，對知識進行系統而全面的梳理，遇到難處向同學請教，終于熟練掌握了基本理論知識，找到了設計靈感。對我們電子工程系的本科生來說，實際能力的培養至關重要，而這種實際能力的培養單靠課堂教學是遠遠不夠的，必須從課堂走向實踐。這也是一次預演和準備畢業設計工作。通過課程設計，讓我們找出自身狀況與實際需要的差距，并在以后的學習期間及時補充相關知識，為求職與正式工作做好充分的知識、能力準備，從而縮短從校園走向社會的心理轉型期。作為學習汽車電子技術專業的學生，應該熟練掌握各種電路編輯軟件，作為專業必需的技能，即將踏入社會的時候，更加要求我們有這方面的基礎。隨著電子技術的飛速發展，各種新型電子器件和集成電路應用越來越廣泛，電子系統的功能越來越強大，電路圖也越來越復雜，印刷電路板的走線越來越復雜和精密。計算機的應用使得我們對各種復雜的電路設計工作變得簡單一