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单片机时钟课程设计单片机时钟课程设计.doc
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单片机时钟课程设计单片机时钟课程设计
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《单片机原理及接口》
课程设计报告
题 目: 时钟系统设计
专业名称: 电子信息工程专业
班 级:
学 号:
姓 名:
2011 年 12 月
时钟系统设计
摘要:本系统是基于 AT89C51 单片机的具有准点报时、调时、以及可设闹钟功能的简单数
字时钟系统的设计。以 AT89C51 为核心控制器,系统分为时钟模块、显示模块、按键模块及闹钟
模块。系统以单片机内部定时器作为时钟模块的主要控制模块,通过频率计数实现计时功能,采
用了 8 位数码管来显示时间,采用独立按键做为时间调时以及闹钟设置按键,采用蜂鸣器作为报
时闹钟系统。通过 Keil 软件 C 语言程序的编写、编译、调试以及硬件单片机的连接,实现了时
间显示(24 小时制)、闹钟设置、时间调试以及准点报时,可复位的功能,并运行了该电路的程
序,得出了符合实验设计要求的结果。
关键字:数字时钟;AT89C51;数码管;C 语言;闹钟;调时
1 系统设计内容
1.1 前言
随着近年来科技的进步,单片机在近十年也取得了飞速的发展。目前,单片机已经渗透到我
们生活的各个领域,几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。导弹的导航装置,飞机上各种仪
表的控制,计算机的网络通讯与数据传输,工业自动化过程的实时控制和数据处理,广泛使用的
各种智能 IC 卡,民用豪华轿车的安全保障系统,录像机、摄像机、全自动洗衣机的控制,以及
程控玩具、电子宠物等等,这些都离不开单片机。更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、
医疗器械以及各种智能机械了。因此,单片机的学习、开发与应用将造就一批计算机应用与智能
化控制的科学家、工程师。现在虽然单片机的品种繁多,各具特色,但仍以 MCS-51 为核心的单
片机占主流,兼容其结构和指令系统的有 PHILIPS 公司的产品,ATMEL 公司的产品和中国台湾
的 WinBond 系列单片机。以 8031 为核心的单片机占据了半壁江山,在一定的时期内,这种情形
将得以延续,将不存在某个单片机一统天下的垄断局面,走的是依存互补,相辅相成、共同发展
的道路。
数字电子时钟作为单片机基础学习的一个重要的典型,是很多初学的学习单片机的很好的例
子,是对单片机的定时器的一个重要的应用。可以说,学习单片机的两个重点就是中断和定时器,
学会了数字时钟的编程就是对单片机学习的一个很好的综合应用。
1.2 设计要求
应用知识:I/O 口应用、数码显示、定时/计数器、中断。
基本要求:设计一时钟系统,系统具有时钟功能,能准确显示时、分、秒。系统还应具有校
正功能:能够修改当前的时间。
扩展部分:具备设定闹钟和定时闹钟响功能。
1.3 设计思路
3
通过软件程序的编程,硬件电路的调试,实现了简单时钟系统的设定,使得该系统具有正常
走时,能够正确的显示时、分、秒;能够进行调时,修改当前的时间,并且能够设定闹钟,使闹
钟能够定时响。
首先是时间的调试:若要进行正常的时间调试需要有进入时间的调时试状态按键以及调试是
加或者是减的按键,即每个状态要 3 个按键,共有时、分、秒三个状态,这样就一共需要 9 个按
键,这样的编程太过复杂,硬件需要的按键也比较多。考虑到,可通过同一个按键来控制定时器
的走与停,以及通过按键的次数来控制所进入的调试状态是时、分还是秒。当调试进入某一状态
时,需要分别通过两个按键来控制时间的加与减,而此时的加与减的按键相当于是局部变量,可
以在三个状态中分别使用。这样一共就只需要 3 个按键,大大节省了硬件并且简化了软件的编程。
设 3 个按键分别为 key1、key2 和 key3,设计为当按键 key1 被按下时,停止走时,进入调时状态,
当 key1 被按下 1 次,进行秒的调整;当 key1 被按下 2 次,进行分的调整,当 key1 被按下 3 次,
进行时的调整;当 key1 被按下 4 次,停止调时,继续进行走时。在 key1 被按下 4 次以下的情况
下,若按下 key2 键,则进行时间加,若按下 key3,则进行时间减。
其次是闹钟设定:基于时间调试的设置思路,同样将进入闹钟状态以及闹钟设定的按键分开,
考虑到此时闹钟设置时,数码管的显示问题以及定时器的走时问题,故将进入闹钟的设定状态和
时设定、分设定的按键分开,而分和时的设定又都需要时间的加和减,即各需要两个按键,再加
上进入闹钟设定状态的一个按键,共需要 5 个按键来实现闹钟的设定。设这 5 个按键分别为 key0、
key4、key5、key6 和 key7,其中,key0 为进入闹钟状态按键,key4 和 key6 分别为分钟设定的
加和减的按键,key5 和 key7 分别为时设定的加和减设定的按键。依照思路可设定为当 key0 一
直被按住的情况下,此时进入闹钟设定状态,但是定时器仍然在工作。在 key0 一直被按住的情
况下,若 key4 或 key5 被按下,则分别进行分和时的累加状态;若 key6 和 key7 被按下,则分别
进行分和时的减状态,当放开 key0 时,继续进行走时。若想再次进行闹钟的设定,重复上述的
步骤,不过当再次按下按键 key0 时,则显示上次设置的闹钟时间。
2 系统方案设计
2.1 方案论证
(1)、核心控制模块
方案一:采用 FPGA 作为核心控制模块。由于 FPGA 具有强大的资源,使用方便灵活,易于进
行功能扩展,特别是结合了 EDA,可以达到很高的效率。此方案逻辑虽然简单一点,但是一块
FPGA 的价格很高,对于做数字钟来说有一点浪费,而且 FPGA 比较难掌握,本设计中不作过多
研究,也不采用此方案。;
方案二:采用 AT89C51 作为核心控制模块。此方案中 AT89C51 单片机的入门学习相对交容易,易
于理解,外围电路比较简单,成本比较低,此系统控制灵活能很好地满足本课题的基本要求和扩
展要求,因此选用该方案。
4
(2)、显示模块
方案一:采用 LCD1602 液晶显示屏,液晶极其省电,但是使用有温度范围限制,且因是反光式的,
在外界光线很明亮的情况下很容易看不清楚。数码管是 LED 发光的效果,液晶是分子偏转引起
的暗影效果,显示不是很清晰。
方案二:采用 LED 数码管显示,数码管在低电压小电流的驱动下就能够发光,发光响应时间短,
高频性好,单色性好,亮度高,显示相对而言比较清晰。而且体积小,重量轻,抗冲击性能好,
寿命长,成本低。
(3)、按键模块
方案一:采用矩阵按键,矩阵按键需要通过扫描控制和译码,设计时需要有数值移位寄存器对已
有数值进行存储和调用。软件程序设计比较繁琐,硬件连接复杂。
方案二:采用独立按键。单片机仿真板上有专用独立按键,连接方便,使用简单。且易于软件编
程,适合本系统的设计。
2.2 设计原理
本系统数字时钟设计原理主要利用 AT89C51 单片机,由单片机的 P0 口控制数码管的位显示,
P2 口控制数码管的段显示,P3 口与按键相接用于时间的校正以及闹钟的设定。设计的主要方面
有计时原理,中断及定时器原理以及调时方式、按键的消抖。
整个系统工作时,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,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。显示电路将“时”、“分”、“秒”计数器的输出,通过六个七段 LED 显示器显示
出来。校时电路是直接加一个脉冲信号到时计数器或者分计数器或者秒计数器来对“时”、“分”、
“秒”显示数字进行校对调整。在本设计中,24 小时时钟显示、秒表的设计和显示都是依靠单片
机中的定时器完成。使用定时器 T0 产生 1s 的中断,在中断程序中完成每一秒数字的变化,并在
主程序中动态显示该字符。
典型的 8051 单片机有 5 个中断源(外部中断 0、1,内部定时器中断 0、1,串口中断),具
有两个中断优先级。与中断系统有关的特殊功能寄存器有中断允许寄存器 IE、中断优先级控制
寄存器 IP、中断控制寄存器 TCON 和 SCON 中有关位。MCS-51 单片机基本的中断系统结构如下图
所示。
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omyligaga
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