1、單片機課程設計報告書課題名稱日歷時鐘的設計姓 名學 號院、系、部物理與電子科學系專 業應用電子技術指導教師 2013年11月20日12一、設計任務及要求：設計任務：1、利用MCS-51內部定時器定時T0/T1，編程實現時、分、秒的顯示，顯示格式為： 時分秒： 09 12 35 （24小時制）2、能按鍵調整時間的數值（按鍵數量自定）。要 求： 首先進行預設計，根據設計的任務要求，先確定設計的硬件電路方案，然后進行硬件電路的初步設計，在計算機上畫出硬件電路圖，在老師的指導下進行修正硬件電路圖，并對所涉及的參數進行計算。在確定硬件的基礎上，要進行軟件的總體設計，包括軟件主流程的設計以及各子程序的設計

2、，同時，要寫出詳細的操作說明，如時間的調整方法，顯示窗口的時間切換等，以配合軟件的設計。然后進入硬件的調試及編程工作，設計組內的同學可根據任務分工，有調試硬件各功能模塊的，如鍵盤子程序、顯示子程序等，有進行整體程序的編制的，各模塊的編制過程中要注意資源的銜接。最后進入聯機調試，聯機調試的原則也要采用分步走的原則，各個功能模塊要逐步套入，通過一個再增加一項功能，從而達到設計的總體要求，不要上來編制個最大的程序，最后無法查找錯誤，最后寫出設計報告。指導教師簽名： 年 月 日 二、指導教師評語：指導教師簽名： 年 月 日 三、成績 指導教師簽名： 年 月 日 目錄緒言3二、方案比較與論證32.1 系

3、統整體流程圖32.2單片機芯片的選擇方案和論證：42.3時鐘方案選擇52.4顯示模塊的選擇52.5鍵盤模塊的選擇52.6具體設計分析5三、硬件電路設計63.1整個電路原理圖63.2數碼顯示模塊設計73.3按鍵模塊73.4復位電路8四.程序流程圖8五、系統仿真95.1Proteus軟件應用95.2實驗測試10六 主要元器件選擇11七、參考文獻11八.結束語11附錄2 部分源程序12緒言數字電子鐘具有走時準確，一鐘多用等特點，在生活中已經得到廣泛的應用。雖然現在市場上已有現成的電子鐘集成電路芯片，價格便宜、使用也方便，但是人們對電子產品的應用要求越來越高，數字鐘不但可以顯示當前的時間，而且可以顯示

4、期、農歷 、以及星期等，給人們的生活帶來了方便。另外數字鐘還具備秒表和鬧鐘的功能，且鬧鐘鈴聲可自選，使一款電子鐘具備了多媒體的色彩。單片機具有體積小、功能強可靠性高、價格低廉等一系列優點，不僅已成為工業測控領域普遍采用的智能化控制工具，而且已滲入到人們工作和和生活的各個角落，有力地推動了各行業的技術改造和產品的更新換代，應用前景廣闊。時鐘電路在計算機系統中起著非常重要的作用，是保證系統正常工作的基礎。在一個單片機應用系統中，時鐘有兩方面的含義：一是指為保障系統正常工作的基準振蕩定時信號，主要由晶振和外圍電路組成，晶振頻率的大小決定了單片機系統工作的快慢；二是指系統的標準定時時鐘，即定時時間，它

5、通常有兩種實現方法：一是用軟件實現，即用單片機內部的可編程定時/計數器來實現，但誤差很大，主要用在對時間精度要求不高的場合；二是用專門的時鐘芯片實現，在對時間精度要求很高的情況下，通常采用這種方法，典型的時鐘芯片有：DS1302，DS12887，X1203等都可以滿足高精度的要求。二、方案比較與論證2.1 系統整體流程圖LED數碼管動態掃描顯示模塊AT89S52主控制模 塊鍵盤模塊 DS1302時鐘模塊開始 初始化子程序 While（1）串口有數據 否 是調用子程序，獲取串口數據調用子程序，設置日歷時鐘芯片調用子程序，獲取芯片的時間信息調用顯示字程序2.2單片機芯片的選擇方案和論證：方案一:純

6、硬件電路系統，各功能采用分離的硬件電路模塊實現。用時序邏輯電路實現時鐘功能，用555定時器實現鬧鐘的設定。但這種實現方法可靠性差、控制精度低，靈活性小、線路復雜、安裝調試不方便，而且不方便實現對系統的擴展。   方案二:用可編程邏輯器件（PLD）實現。這種方案與前一種相比，可靠性增加，同時可以很好的完成時鐘的功能。同時這種方案只能選用數碼管顯示，顯示的效果不夠理想，無法很好的完成擴展功能的要求，系統的靈活性不夠。方案三:采用AT89S52單片機作為系統的控制核心。時鐘功能采用單片集成的時鐘芯片DS1307來實現，可以使用液晶顯示時間、日歷及鬧鈴，有著智能化的人機界

7、面。由于使用了單片機，整個系統可編程，系統的靈活性大大增加了。另外，本方案可以方便的實現其他功能的擴展。   經過以上的比較論證，選用方案三來完成項目設計的要求。2.3時鐘方案選擇 方案一：基本門電路搭建。用基本門電路來實現時鐘發生器，電路結構復雜，故障系數大，不易調試。 方案二：專用時鐘芯片。目前市場上已有很多實時時鐘芯片。如DS12887、DS1302、DS1307、PCF8563、X1227等，芯片內都集成了時鐘/日歷功能，給時鐘系統設計帶來很多方便。根據設計要求，在本設計中我采用了DS1302時鐘芯片。   

8、;2.4顯示模塊的選擇  方案一：使用多個數碼管顯示。LED數碼管是利用二極管發光顯示數字和字母，具有亮度大、接口設計比較容易，價格相對較便宜等優點。但是由于它工作電流較大、不能顯示漢字，顯示的信息量有限，若在此題目中應用就會受到很大的限制。   方案二：采用液晶顯示。液晶特別是具有漢字顯示功能的液晶顯示器，來實現顯示功能，不僅可以實現基本的顯示信息，而且可以顯示豐富的符號指示信息以及文字指示信息，信息量豐富且直觀易懂。而且液晶顯示有功耗低，體積小，重量輕，壽命長，不產生電磁輻射污染等優點。系統采用方案二，設計選用LCD1602液晶顯示模塊。&

9、#160;2.5鍵盤模塊的選擇 方案一：采用獨立式按鍵電路。每個鍵單獨占有一根I/O接口線，每個I/O口的工作狀態互不影響，此類鍵盤采用端口直接掃描方式。但是當按鍵較多時占用單片機的I/O數目較多。方案二：采用陣列式鍵盤。此類鍵盤是采用行列掃描方式，當按鍵較多時可以降低占用單片機的I/O口數目。根據設計要求我采用了方案二。2.6具體設計分析利用單片機（AT89S51）制作簡易電子時鐘，由六個LED數碼管分別顯示小時十位、小時個位、分鐘十位、分鐘個位、秒鐘十位、秒鐘個位。結合本設計實驗來說，要求顯示的時間為時，分，秒，并且都用兩位數碼管來實現顯示。因此，具體設計程序時，應盡可能多用一些

10、子程序與數據暫寄存器單元。本程序設計中，在主程序之外，可以設置時間值處理子程序，時間值顯示前的處理子程序，按鍵情況掃描子程序，1S定時中斷子程序以及5ms延時消除按鍵抖動子程序等多個小型的子程序。另外，可以設置一些數據單元作為數據寄存器。用28H，2AH,2BH和2CH地址單元分別作為顯示位數的掃描指針值寄存器，時寄存器，分寄存器和秒寄存器，再用20H地址單元作為顯示寄存器 三、硬件電路設計3.1整個電路原理圖 3.2數碼顯示模塊設計共陰數碼管數碼管的引腳圖數碼管是一種把多個LED顯示段集成在一起的顯示設備。有兩種類型，一種是共陽型，一種是共陰型。共陽型就是把多個LED顯示段的陽極接在一起，又

11、稱為公共端。共陰型就是把多個LED顯示段的陰極接在一起，即為公共商。陽極即為二極管的正極，又稱為正極，陰極即為二極管的負極，又稱為負極。通常的數碼管又分為8段，即8個LED顯示段，這是為工程應用方便如設計的，分別為A、B、C、D、E、F、G、DP，其中DP 是小數點位段。而多位數碼管，除某一位的公共端會連接在一起，不同位的數碼管的相同端也會連接在一起。即，所有的A段都會連在一起，其它的段也是如此，這是實際最常用的用法。數碼管顯示方法可分為靜態顯示和動態顯示兩種。靜態顯示就是數碼管的8段輸入及其公共端電平一直有效。動態顯示的原理是，各個數碼管的相同段連接在一起，共同占用8 位段引管線；每位數碼管

12、的陽極連在一起組成公共端。利用人眼的視覺暫留性，依次給出各個數碼管公共端加有效信號，在此同時給出該數碼管加有效的數據信號，當全段掃描速度大于視覺暫留速度時，顯示就會清晰顯示出來。系統采用動態顯示方式，用P0口來控制LED數碼管的段控線，而用P2口來控制其位控線。動態顯示通常都是采用動態掃描的方法進行顯示，即循環點亮每一個數碼管，這樣雖然在任何時刻都只有一位數碼管被點亮，但由于人眼存在視覺殘留效應，只要每位數碼管間隔時間足夠短，就可以給人以同時顯示的感覺。3.3按鍵模塊時間計數電路由秒個位和秒十位計數器、分個位和分十位計數器、時個位和時十位計數器及星期計數器電路構成，其中秒個位和秒十位計數器、分

13、個位和分十位計數器為60進制計數器，時個位和時十位計數器為24進制計數器。下圖為按鍵模塊電路原理圖。3.4復位電路單片機復位的條件是：必須使RST/VPD 或RST引（9）加上持續兩個機器周期（即24個振蕩周期）的高電平。例如，若時鐘頻率為12 MHz，每機器周期為1s，則只需2s以上時間的高電平，在RST引腳出現高電平后的第二個機器周期執行復位。單片機常見的復位如圖所示。電路為上電復位電路，它是利用電容充電來實現的。在接電瞬間，RESET端的電位與VCC相同，隨著充電電流的減少，RESET的電位逐漸下降。只要保證RESET為高電平的時間大于兩個機器周期，便能正常復位。該電路除具有上電復位功能

14、外，若要復位，只需按圖中的RESET鍵，此時電源VCC經電阻R1、R2分壓，在RESET端產生一個復位高電平。分寄存器值加1分按鍵了？開始四.程序流程圖秒寄存器=60定時器T0初始化設置顯示初值為12:00：00 N使分寄存器清0設置定時4m初值分按鍵松開？設置中斷允許 N設中斷250次時按鍵了？啟動T0中斷秒按鍵了？時寄存器值加1 秒寄存器值加1時寄存器值20 N秒寄存器值加1使寄存器清0 Y N 使秒寄存器清0秒按松開了？秒按鍵松開了？N Y N 五、系統仿真運用proteus軟件進行仿真現在proteus軟件中建立一個新的文件，再根據自己的要求選擇所需的器件，把器件進行適當的排位后進行連

15、接，連接后運行軟件進行仿真。5.1Proteus軟件應用1原理圖編輯窗口（The Editing Window）：顧名思義，它是用來繪制原理圖的。藍色方框內為可編輯區，元件要放到它里面。注意，這個窗口是沒有滾動條的，你可用預覽窗口來改變原理圖的可視范圍。2預覽窗口（The Overview Window）：它可顯示兩個內容，一個是：當你在元件列表中選擇一個元件時，它會顯示該元件的預覽圖；另一個是，當你的鼠標焦點落在原理圖編輯窗口時（即放置元件到原理圖編輯窗口后或在原理圖編輯窗口中點擊鼠標后），它會顯示整張原理圖的縮略圖，并會顯示一個綠色的方框，綠色的方框里面的內容就是當前原理圖窗口中顯示的內容

16、，因此，你可用鼠標在它上面點擊來改變綠色的方框的位置，從而改變原理圖的可視范圍。3模型選擇工具欄（Mode Selector Toolbar）： 主要模型（Main Modes）： 1* 選擇元件（components）（默認選擇的） 2* 放置連接3* 放置標簽（用總線時會用到） 4* 放置文本5* 用于繪制總線6* 用于放置子電路7* 用于即時編輯元件參數（先單擊該圖標再單擊要修改的元件） 配件（Gadgets）： 1* 終端接口（terminals）：有VCC、地、輸出、輸入等接口2* 器件引腳：用于繪制各種引腳3* 仿真圖表（graph）：用于各種分析，如Noise Analysis

17、4* 錄音機5* 信號發生器（generators） 6* 電壓探針：使用仿真圖表時要用到7* 電流探針：使用仿真圖表時要用到8* 虛擬儀表：有示波器等2D圖形（2D Graphics）： 1* 畫各種直線 2* 畫各種方框 3* 畫各種圓 4* 畫各種圓弧 5* 畫各種多邊形 6* 畫各種文本 7* 畫符號 8* 畫原點等4元件列表（The Object Selector）： 用于挑選元件（components）、端接口（terminals）、信號發生器（generators）、仿真圖表（graph）等。舉例，當你選擇“元件（components）”，單擊“P”按鈕會打開挑選元件對話框，選擇

18、了一個元件后（單擊了“OK”后），該元件會在元件列表中顯示，以后要用到該元件時，只需在元件列表中選擇即可。5方向工具欄（Orientation Toolbar）： 旋轉：旋轉角度只能是90的整數倍。翻轉：完成水平翻轉和垂直翻轉。使用方法：先右鍵單擊元件，再點擊（左擊）相應的旋轉圖。6仿真工具欄仿真控制按鈕 1* 運行2* 單步運行3* 暫停4* 停止按照自己設計的電路圖就可以畫出想要的電路圖！2.在軟件中模擬和實際的效果為什么有如此大的差別？答：軟件中模擬受到電腦CPU工作頻率的影響，所以效果不是很明顯，但是一些基本的現象還是可以看出來的。只要我們知道原理和圖是正確的，那么就沒有必要考慮太多的

19、未知因素。在實際面包板中一定會看到正確的現象。3.面包板連線注意事項！答：面包板連線時一定要弄清楚它的原理，不然就會一點頭緒都找不到。連接芯片是要弄清楚各個引腳對應的端口號，該接地的地方一定要接地，該接高電平的地方一定要接高電平。5.2實驗測試 主要的設計要求是能夠實現時鐘的一般功能，以及包括時間的調整功能，這個基于單片機的電子時鐘基本上實現了上述功能，能夠通過時間調整電路對時間進行調整以及復位。下述為12：00：00的仿真圖： 圖8 12:00:00時刻的仿真效果圖六 主要元器件選擇表6-1 主要元器件清單序號材料名稱規格型號數量元件代號1單片機AT89S511U12電阻1k17R1-R16

20、3電容10PF4C1、C2、C3、Y14數碼管MPX81DS15集成電路274LS47、74LS138七、參考文獻【1】 張迎新.單片機初級教程【M】.北京：北京航空航天大學出版社，2006.【2】 馮志強.Altium Designer8.0中文版電路設計【M】.北京：清華大學出版社，2009.【3】 楊素行.模擬電子技術基礎簡明教程（第三版）【M】.北京：高等教育出版社，2006.【4】 余孟嘗.數字電子技術基礎簡明教程（第三版）【M】.北京：高等教育出版社，2006.【5】 程鵬.自動控制原理（第二版)【M】.北京：高等教育出版社，2006.【6】 王化祥，張淑英.傳感器原理及應用(第三

21、版)【M】.天津：天津大學出版社，2007.【7】 邱關源，羅先覺.電路（第五版）【M】.北京：高等教育出版社，2006.【8】 王明泉.信號與系統【M】.北京：科學出版社，2006.八.結束語 設計，我懂得了學習的重要性，了解到理論知識與實踐相結合的重要意義，學會了堅持、耐心和努力，這將為自己今后的學習和工作做出了最好的榜樣。另外，要非常感謝我的指導老師，是她指引我克服一個由一個的困難，讓我學會對困難無所畏懼，以及對問題的一些很重要的思考方法。附錄2 部分源程序ORG 00H；主程序起始地址JMP START；主程序STARTORG 0BH；定時器T0中斷起始地址JMP TIM0；定時器T0

22、中斷子程序TIM0START: MOV SP；#70H；設置堆棧指針MOV 28H,#00；設置顯示位數掃描指針初值為0MOV 2AH,#12H；設置時鐘顯示寄存器初值為12HMOV 2BH,#00；設置分鐘顯示寄存器初值為00HMOV 2CH,#00；設置秒鐘顯示寄存器初值為00HMOV TMOD,#01H；設置定時器T0工作在方式1MOV TH0,#0F0H；定時4ms的初值，即0F060HMOV TL0,#60H；初值的低位MOV IE,#82H；定時器T0中斷允許MOV R4,#250；保證后面實現中斷250次，即1s的延時SETB TR0；啟動定時器T0LOOP: JB P0.0,N

23、2；若秒沒有按鍵，就轉去下一步檢查分CALL DELAY；延時5ms消除抖動MOV A,2CH；將秒寄存器的值載入累加器A ADD A,#01H；A的內容加1DA A；十進制調整MOV 2CH,A；A 的值存入秒寄存器CJNE A,#60H,N1；看是否已經是60秒，若不是就繼續檢查MOV 2CH,#00；已經是60秒，就清空秒寄存器的值N1: JNB P0.0,$；秒按鍵還沒有放開就循環等待CALL DELAY；延時5ms，消除抖動N2: JB P0.1,N4；若分沒有按鍵，就轉去下一步檢查時鐘CALL DELAY；延時5ms，消除抖動MOV A,2BH；將分寄存器的值載入累加器AADD A

24、,#01H；A的內容加1DA A；十進制調整MOV 2BH,A；A的值存入分寄存器CJNE A,#60H,N3；看是否已經是60分MOV 2BH,#00；已經是60分，就清空秒寄存器的值N3: JNB P0.1,$；分按鍵還沒有放開就循環等待CALL DELAY；延時5ms，消除抖動N4: JB P0.2,LOOP；若時沒有按鍵，就轉回去繼續檢查看是否秒有按鍵CALL DELAY；延時5ms，消除抖動MOV A,2AH；將時寄存器的值載入累加器AADD A,#01H；A的內容加1DA A；十進制調整MOV 2AH,A；A的值存入時寄存器CJNE A,#24H,N5；看是否已經是24時，若不是就

25、繼續檢查MOV 2AH,#00；已經是24時，就清空寄存器的值N5: JNB P0.2,$；時鐘按鍵還沒有放開就循環等待CALL DELAY；延時5ms，消除抖動JMP LOOP；返回重新檢查看是否有按鍵;*定時器T0中斷子程序*TIM0: MOV TH0,#0F0H；定時初值重設MOV TL0,#60HPUSH ACC；將累加器A的值暫存于堆棧PUSH PSW；將PSW的值暫存于堆棧DJNZ R4,X2；計時中斷不滿1s就退出繼續中斷MOV R4,#250；計時1sCALL CLOCK；調用計時子程序CLOCKCALL DISP；調用顯示子程序DISPX2: CALL SCAN；調用掃描子程

26、序SCADPOP PSW；到堆棧取回PSW的值POP ACC；到堆棧取回累加器ACC的值RETI；返回主程序；*掃描子程序*SCAN: MOV R0,#28HINC R0;顯示位數掃描值加1CJNE R0,#6,X3;掃描位數不為6就準備控制輸出MOV R0,#0;掃描位數為6，就另其值為0X3:MOV A,R0;掃描位數載入AADD A,#20H;A加上20H（顯示寄存器地址）=各時間顯示區地址MOV R1,A;各時間顯示區地址存入AMOV A,R0;掃描位數存入ASWAP A;將A的高低4位交換（其高4位為掃描的位數，低4位為顯示數據值）ORL A,R1;將掃描值與顯示數據組合MOV P1,A;顯示輸出RET;*計時子程序*CLOCK: