單片機(jī)電子時(shí)鐘課程設(shè)計(jì)

1、河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校課程設(shè)計(jì)報(bào)告書課程名稱：?jiǎn)纹瑱C(jī)原理及系統(tǒng)設(shè)計(jì) 課題名稱： 電子時(shí)鐘 系部名稱： 自動(dòng)控制系 專業(yè)班級(jí)： 自動(dòng)化142班 姓 名： 周 浩 學(xué) 號(hào)： 141415255 2015年12月30日1、 系統(tǒng)工作原理 數(shù)字電子鐘是一個(gè)將“時(shí)”，“分”，“秒”顯示于人的視覺器官的計(jì)時(shí)裝置。它的計(jì)時(shí)周期為24小時(shí)，顯示滿刻度為23時(shí)59分59秒，另外還有校時(shí)功能。因此，一個(gè)基本的數(shù)字鐘電路主要由顯示器“時(shí)”，“分”，“秒”和單片機(jī)，還有校時(shí)電路組成。6個(gè)數(shù)碼管的段選接到單片機(jī)的P0口，位選接到單片機(jī)的P2口。數(shù)碼管按照數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示的工作原理工作，將標(biāo)準(zhǔn)秒信號(hào)送入“秒單元”，“秒單元”

2、采用60進(jìn)制計(jì)數(shù)器，每累計(jì)60秒發(fā)出一個(gè)“分脈沖”信號(hào)，該信號(hào)將作為“分單元”的時(shí)鐘脈沖?！胺謫卧币膊捎?0進(jìn)制計(jì)數(shù)器，每累計(jì)60分鐘，發(fā)出一個(gè)“時(shí)脈沖”信號(hào)，該信號(hào)將被送到“時(shí)單元”?！皶r(shí)單元”采用24進(jìn)制計(jì)時(shí)器，可實(shí)現(xiàn)對(duì)一天24小時(shí)的累計(jì)。顯示電路將“時(shí)”、“分”、“秒”通過6段顯示器顯示出來(lái)。校時(shí)電路時(shí)用來(lái)對(duì)“時(shí)”、“分”、“秒”顯示數(shù)字進(jìn)行校對(duì)調(diào)整，按下“設(shè)置”鍵進(jìn)入時(shí)、分、秒預(yù)調(diào)試狀態(tài)，按下“時(shí)、分秒”鍵可進(jìn)行相應(yīng)的初始值設(shè)置，設(shè)置完成后，按“啟動(dòng)”鍵即可啟動(dòng)時(shí)鐘。2、 系統(tǒng)硬件組成根據(jù)控制要求可知，該系統(tǒng)硬件電路由三大部分構(gòu)成：?jiǎn)纹瑱C(jī)最小系統(tǒng)、鍵盤輸入接口和數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示接口，系

3、統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1 所示。 圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖2.1 單片機(jī)型號(hào)的選擇通過對(duì)多種單片機(jī)性能的分析，最終認(rèn)為STC89C51是最理想的電子時(shí)鐘開發(fā)芯片。STC89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，器件采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的STC89C51是一種高效微控制器，而且它與MCS-51兼容，且具有4K字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器和1000寫/擦循環(huán)，數(shù)據(jù)保留時(shí)間為10年等特點(diǎn)，是最好的選擇。STC89C52 單片機(jī)的最小系統(tǒng)：最

4、小系統(tǒng)是為單片機(jī)工作提供的基本電路環(huán)境，主要由電源、復(fù)位、振蕩電路以及擴(kuò)展部分等部分組成，STC89C51 單片機(jī)的最小系統(tǒng)如圖2所示。 圖2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖2.2 數(shù)碼管顯示工作原理數(shù)碼管是一種把多個(gè)LED顯示段集成在一起的顯示設(shè)備。有兩種類型，一種是共陽(yáng)型，一種是共陰型。共陽(yáng)型就是把多個(gè)LED顯示段的陽(yáng)極接在一起，又稱為公共端。共陰型就是把多個(gè)LED顯示段的陰極接在一起，即為公共商。陽(yáng)極即為二極管的正極，又稱為正極，陰極即為二極管的負(fù)極，又稱為負(fù)極。通常的數(shù)碼管又分為8段，即8個(gè)LED顯示段，這是為工程應(yīng)用方便如設(shè)計(jì)的，分別為A、B、C、D、E、F、G、DP，其中DP 是小數(shù)點(diǎn)位段。而多位數(shù)

5、碼管，除某一位的公共端會(huì)連接在一起，不同位的數(shù)碼管的相同端也會(huì)連接在一起。即，所有的A段都會(huì)連在一起，其它的段也是如此，這是實(shí)際最常用的用法。數(shù)碼管顯示方法可分為靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)顯示兩種。靜態(tài)顯示就是數(shù)碼管的8段輸入及其公共端電平一直有效。動(dòng)態(tài)顯示的原理是，各個(gè)數(shù)碼管的相同段連接在一起，共同占用8 位段引管線；每位數(shù)碼管的陽(yáng)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(gè)數(shù)碼管公共端加有效信號(hào)，在此同時(shí)給出該數(shù)碼管加有效的數(shù)據(jù)信號(hào)，當(dāng)全段掃描速度大于視覺暫留速度時(shí)，顯示就會(huì)清晰顯示出來(lái)。根據(jù)控制要求，為提高STC89C52 單片機(jī)的口線利用率，本系統(tǒng)在數(shù)據(jù)顯示部分采用動(dòng)態(tài)顯示的連接方式，

6、利用STC89C52 單片機(jī)的P0口和P2口，實(shí)現(xiàn)字形碼和位選信號(hào)的輸出控制，并利用8個(gè)PNP進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。圖3 數(shù)碼管顯示和單片機(jī)接口電路圖2.3 鍵盤電路設(shè)計(jì)該設(shè)計(jì)采用4*4 十六個(gè)按鍵的矩陣鍵盤，最少需占用8 根I/O 口線，實(shí)現(xiàn)的功能比較完善。該鍵盤可以實(shí)現(xiàn)小時(shí)、分鐘、秒針的調(diào)節(jié)以及控制是否進(jìn)入運(yùn)行模式。1. 按下“設(shè)置”鍵進(jìn)入時(shí)、分、秒預(yù)調(diào)試狀態(tài)；2. 按下“時(shí)、分、秒”鍵可進(jìn)行相應(yīng)的初始值設(shè)置；3. 設(shè)置完成后，按“啟動(dòng)”鍵即可啟動(dòng)時(shí)鐘；4. 按下“清除”鍵可清除已輸入的初始值，重新進(jìn)行設(shè)置。 圖4 多功能矩陣鍵盤3、 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)3.1 程序主體結(jié)構(gòu)根據(jù)計(jì)時(shí)器的工作過程，將控制程序的

7、功能劃分為6個(gè)功能子程序：鍵盤掃描子程序、數(shù)碼管顯示子程序、數(shù)制轉(zhuǎn)換子程序、毫秒延時(shí)子程序、清除鍵子程序和燈光指示子程序，其程序結(jié)構(gòu)圖如圖5 所示。圖5 程序結(jié)構(gòu)規(guī)劃圖3.2 程序運(yùn)行流程按照計(jì)時(shí)器系統(tǒng)的工作過程可知，主程序的主體功能是：實(shí)時(shí)掃描鍵盤、實(shí)時(shí)顯示數(shù)據(jù)，并為按鍵提供服務(wù)。（1） 鍵盤掃描流程圖：圖6 鍵盤掃描流程圖（2） 秒表、計(jì)時(shí)指示程序秒表、調(diào)時(shí)由時(shí)鐘芯片完成。點(diǎn)擊啟動(dòng)鍵，定時(shí)器開始運(yùn)行，時(shí)鐘秒表開始計(jì)時(shí)，其程序流程圖如圖7所示：圖7 定時(shí)器中斷原理圖4、 實(shí)驗(yàn)過程把程序下載到STC89C51中，點(diǎn)擊啟動(dòng)按鈕，時(shí)鐘正常運(yùn)行。點(diǎn)擊設(shè)置按鈕，時(shí)鐘停止運(yùn)行，程序進(jìn)入時(shí)、分、秒預(yù)設(shè)置模

8、式。按下“時(shí)、分、秒”鍵可進(jìn)行相應(yīng)的初始值設(shè)置，設(shè)置完成后，按“啟動(dòng)”鍵即可啟動(dòng)時(shí)鐘。按下“清除”鍵可清除已輸入的初始值，重新進(jìn)行設(shè)置。五、系統(tǒng)誤差分析時(shí)間是一個(gè)基本物理量，具有連續(xù)、自動(dòng)流逝、不重復(fù)等特性。我國(guó)時(shí)間基準(zhǔn)來(lái)自國(guó)家授時(shí)中心，人們?nèi)粘Ｊ褂玫臅r(shí)鐘就是以一定的精度與該基準(zhǔn)保持同步的。結(jié)合時(shí)間概念和誤差理論，可以定義電子鐘的走時(shí)誤差S=S1-S2,S1表示程序?qū)嶋H運(yùn)行計(jì)算所得的秒；S2表示客觀時(shí)間的標(biāo)準(zhǔn)秒。S0時(shí)表示電子鐘秒單元數(shù)值刷新滯后，即走時(shí)誤差為“慢”；反之，S0表示秒單元數(shù)值的刷新超前，即走時(shí)誤差為“快”。本次設(shè)計(jì)的單片機(jī)電子鐘系統(tǒng)中，其誤差主要來(lái)源包括晶體頻率誤差，定時(shí)器溢出

9、誤差，延遲誤差。晶體頻率產(chǎn)生震蕩，容易產(chǎn)生走時(shí)誤差；定時(shí)器溢出的時(shí)間誤差，本應(yīng)這一秒溢出，但卻在下一秒溢出，造成走時(shí)誤差；延遲時(shí)間過長(zhǎng)或過短，都會(huì)造成與基準(zhǔn)時(shí)間產(chǎn)生偏差，造成走時(shí)誤差。六、 總結(jié)學(xué)習(xí)了一年的單片機(jī)，感觸很多，從迷茫、一無(wú)所知再到一知半解，最后在老師的帶領(lǐng)下學(xué)習(xí)有了長(zhǎng)足的進(jìn)步和莫大的收益，所以首先我要感謝趙老師，沒有您的教誨和啟迪就沒有我今天在單片機(jī)上的收獲。再講一講我在單片機(jī)上的學(xué)習(xí)經(jīng)歷，我們剛開始接觸單片機(jī)是很迷茫的，因?yàn)樗幌褚郧暗目颇磕菢雍?jiǎn)單，單片機(jī)的學(xué)習(xí)其實(shí)是理論和實(shí)際操作結(jié)合的，以前接觸的那些科目大多是只講理論部分，尤其是看到了一行行的程序代碼，以及單片機(jī)試驗(yàn)板上的一個(gè)個(gè)零碎的電子元件。但在老師的指導(dǎo)下我們進(jìn)行了系統(tǒng)的學(xué)習(xí)，從 Keil uVision4 軟件的使用，再到51燒錄器的調(diào)試使用，我們開始真正的接觸了單片機(jī)，學(xué)過流水燈和數(shù)碼管的運(yùn)用后，我們可以真正的接觸到實(shí)驗(yàn)板的內(nèi)部了，比如電平的高低、引腳的分布及其功能、串口寄存器、A/D,D/A轉(zhuǎn)換，.等等一些的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，最后學(xué)習(xí)使用 Protel 99 軟件，來(lái)繪制單片機(jī)。學(xué)習(xí)了單片機(jī)之后，我覺得單片機(jī)的功能是完善而又十分強(qiáng)大的，他能實(shí)現(xiàn)各種我們生活中常需的功能，他的運(yùn)行是由C語(yǔ)言等控制的，便于調(diào)