多功能電子鐘設(shè)計(jì) 單片機(jī)課程設(shè)計(jì)報(bào)告東華理工

1、單片機(jī)原理及應(yīng)用設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)報(bào)告課題名稱： 多功能電子鐘設(shè)計(jì) 姓 名： 學(xué) 號： 班 級： 指導(dǎo)老師： 2017年6月13日 目錄一、設(shè)計(jì)任務(wù)1 1.1 基本任務(wù)11.2 功能增強(qiáng)型任務(wù)1二、任務(wù)分析1 2.1計(jì)時(shí)方案分析1 2.2顯示方案分析22.3預(yù)期功能實(shí)現(xiàn)2三、設(shè)計(jì)思路23.1計(jì)時(shí)部分課程設(shè)計(jì)思路23.2按鍵判斷部分課程設(shè)計(jì)思路33.3數(shù)碼管顯示部分3四、電路圖3五、程序流程圖6六、調(diào)試結(jié)果8 6.1 時(shí)鐘模塊調(diào)試結(jié)果8 6.2 秒表模塊調(diào)試結(jié)果8 6.3 日歷功能調(diào)試模塊9七、總結(jié)9八、程序代碼101、 設(shè)計(jì)任務(wù) 1、基本任務(wù)：利用定時(shí)器/計(jì)數(shù)器中斷和靜態(tài)顯示或動(dòng)態(tài)顯示，實(shí)現(xiàn)電子鐘的

2、時(shí)分秒精確走時(shí)和校準(zhǔn)。時(shí)間顯示用四個(gè)數(shù)碼管分別顯示時(shí)、分，秒用點(diǎn)表示，在時(shí)和分的中間閃動(dòng)，時(shí)間顯示格式： 時(shí)間校準(zhǔn)用 2 個(gè)鍵實(shí)現(xiàn)：一個(gè)鍵 K1做移位選擇鍵（選中要修改的位，選中的位用閃爍指示），一個(gè)鍵 K2做加 1 鍵（對選中的位進(jìn)行加 1 修改）。 2、功能增強(qiáng)型任務(wù)：在基本任務(wù)的基礎(chǔ)上日歷功能、準(zhǔn)點(diǎn)報(bào)時(shí)功能和跑表功能：（1）日歷功能：能實(shí)現(xiàn)時(shí)、分、秒和年、月、日計(jì)時(shí)，增加 1 個(gè)按鍵控制分 3 屏顯示，例如開始的第 1 屏默認(rèn)顯示“時(shí)、分、秒”四位+秒點(diǎn)，按下 K3鍵顯示“月和日”四位，再按下 K3鍵顯示“年份”四位，再按下 K3 鍵顯示“時(shí)、分、秒”，依次類推。程序要能處理閏年、閏月功

3、能。（2）準(zhǔn)點(diǎn)報(bào)時(shí)功能：可以再增加一個(gè)鍵 K（4） 設(shè)計(jì)具有鬧鐘功能，實(shí)現(xiàn)定點(diǎn)報(bào)時(shí)。具體操作是：按下 K4 鍵，進(jìn)入鬧鐘設(shè)置功能，再通過 K1 、K2鍵來完成定點(diǎn)報(bào)警時(shí)間的設(shè)置。（3）跑表功能：再增加一個(gè)鍵 K5 設(shè)計(jì)跑表功能，實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)毫秒計(jì)數(shù)，相當(dāng)與田徑運(yùn)動(dòng)比賽的跑表工作。 2、 任務(wù)分析 本次設(shè)計(jì)時(shí)鐘電路，使用ATC89C51單片機(jī)芯片控制電路，單片機(jī)控制電路簡單且省去了很多復(fù)雜的線路，使得電路簡明易懂，使用鍵盤鍵上的按鍵來調(diào)整時(shí)鐘的時(shí)、分、秒，用一蜂鳴器來進(jìn)行定時(shí)提醒，同時(shí)使用C語言程序來控制整個(gè)時(shí)鐘顯示，使得編程變得更容易，這樣通過四個(gè)模塊：鍵盤、開關(guān)電路、報(bào)警電路、LED數(shù)碼管顯示即

4、可滿足設(shè)計(jì)要求。 1、計(jì)時(shí)方案分析： 使用單片機(jī)內(nèi)部的可編程定時(shí)器。利用單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)計(jì)數(shù)器進(jìn)行中端定時(shí)，配合軟件延時(shí)實(shí)現(xiàn)時(shí)、分、秒的 計(jì)時(shí)。該方案節(jié)省硬件成本，但程序設(shè)計(jì)較為復(fù)雜。 2、顯示方案分析： 對于實(shí)時(shí)時(shí)鐘而言，顯示顯然是另一個(gè)重要的環(huán)節(jié)。通常LED顯示有兩種方式：動(dòng)態(tài)顯示和靜態(tài)顯示。 靜態(tài)顯示的優(yōu)點(diǎn)是程序簡單、顯示亮度有保證、單片機(jī)CPU的開銷小，節(jié)約CPU的工作時(shí)間。但占有I/O口線多，每一個(gè)LED都要占有一個(gè)I/O口，硬件開銷大，電路復(fù)雜。需要幾個(gè)LED就必須占有幾個(gè)并行口，比較適用于LED數(shù)量較少的場合。當(dāng)然當(dāng)LED數(shù)量較多的時(shí)候，可以使用單片機(jī)的串行口通過移位寄存器的方式

5、加以解決，但程序編寫比較麻煩。 LED動(dòng)態(tài)顯示硬件連接簡單，但動(dòng)態(tài)掃描的顯示方式需要占有CPU較多的時(shí)間，在單片機(jī)沒有太多實(shí)時(shí)測控任務(wù)的情況下可以采用。 本系統(tǒng)需要采用4位LED數(shù)碼管來分別顯示時(shí)、分、秒，因數(shù)碼管個(gè)數(shù)較多，故本系統(tǒng)選擇動(dòng)態(tài)顯示方式。 3、預(yù)期功能實(shí)現(xiàn)： 1基本任務(wù)要求： （1）時(shí)間走時(shí)準(zhǔn)確，每天誤差不能超過5秒。 （2）仿照電子表的校時(shí)功能，校時(shí)修改時(shí)，被修改位能閃爍顯示，按鍵要靈敏。 （3）若最高位為0，高位能滅零顯示。 2增強(qiáng)型任務(wù)要求： （1）跑表功能計(jì)數(shù)誤差1ms。 （2）日歷程序要能處理閏年、閏月功能。 （3）準(zhǔn)點(diǎn)報(bào)時(shí)能人工解除和自動(dòng)解除。三、設(shè)計(jì)思路 1、計(jì)時(shí)部分

6、課程設(shè)計(jì)思路 該課程設(shè)計(jì)是利用80C51單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)、以及行列鍵盤，設(shè)計(jì)一個(gè)單片機(jī)電子時(shí)鐘。設(shè)計(jì)的電子時(shí)鐘通過數(shù)碼管顯示，并能通過按鍵實(shí)現(xiàn)設(shè)置時(shí)間、校時(shí)、啟動(dòng)控制等。 用定時(shí)計(jì)數(shù)器T0，工作于定時(shí)，采用方式1，對12MHZ的系統(tǒng)時(shí)鐘進(jìn)行定時(shí)計(jì)數(shù)，初值設(shè)為62500ms（自己計(jì)算）。形成定時(shí)時(shí)間為62500ms。用片內(nèi)RAM的2FH單元對62500ms計(jì)數(shù)，計(jì)16次產(chǎn)生秒計(jì)數(shù)器34H單元加1，秒計(jì)數(shù)器加到60則分計(jì)數(shù)器33H單元加1，分計(jì)數(shù)器加到60則時(shí)計(jì)數(shù)器32H單元加1，時(shí)計(jì)數(shù)器加到24則時(shí)計(jì)數(shù)器清0。然后把分、時(shí)、日、月計(jì)數(shù)器分成分單元和時(shí)單元放到4個(gè)數(shù)碼管的顯示緩沖區(qū)

7、，通過數(shù)碼管顯示出來。顯示格式為小時(shí)高位、小時(shí)低位-分高位、分低位和顯示日期格式為月高位、月低位-日高位、日低位。 2、按鍵判斷部分課程設(shè)計(jì)思路 當(dāng)每十六微秒進(jìn)位一次時(shí)，程序就進(jìn)行一次判斷按鍵是否有按下的（是否有校正鍵按下）,判斷是否與上次按鍵相同。 如果相同直接送入時(shí)間緩沖間送出顯示，如果不相同就保存按下的按鍵再進(jìn)行判斷是不是切換鍵按下，如果是時(shí)間時(shí)期同時(shí)取反，將取反時(shí)間送入時(shí)間緩沖間送出顯示同時(shí)將取反日期送入日期緩沖間送出顯示。 如果不是，判斷是否是校正鍵按下，如果不是重復(fù)將取反時(shí)間送入時(shí)間緩沖間送出顯示同時(shí)將取反日期送入日期緩沖間送出顯示。如果是校正鍵按下就進(jìn)入校正狀態(tài)，將校正指針初值設(shè)

8、成（00，01、10、11、分別代表分、時(shí)日、月）同樣判斷校正指針中的值進(jìn)入下面分、時(shí)、日、月四個(gè)子程序中執(zhí)行，同時(shí)進(jìn)入每個(gè)時(shí)間日期子程序中都要進(jìn)行判斷是否有鍵按下，每次按鍵任何一個(gè)鍵都要送入時(shí)間日期緩沖間顯示。 3、數(shù)碼管顯示部分 把我們設(shè)計(jì)好的程序通過查表在數(shù)碼管上顯示出來,數(shù)碼管上從左到右分別顯示月、日/時(shí)、分,四個(gè)數(shù)碼管分別顯示高位和低位,切換時(shí)間顯示時(shí),要顯示出小數(shù)點(diǎn)閃爍。四、電路圖 實(shí)驗(yàn)電路包括LED數(shù)碼管顯示、鍵盤和報(bào)警喇叭三部分電路，如下所示。 圖4.1 按鍵電路部分 圖4.2 撥鍵開關(guān)連接電路 圖4.3 鬧鐘報(bào)警電路 圖4.4 動(dòng)態(tài)數(shù)碼管顯示電路 圖4.6 晶振電路 本設(shè)計(jì)晶

9、振電路采用12M的晶振。晶振的作用是給單片機(jī)正常工作提供穩(wěn)定的時(shí)鐘信號。單片機(jī)的晶振并不是只能用12M，只要不超過20M就行，在準(zhǔn)許的范圍內(nèi)，晶振越大，單片機(jī)運(yùn)行越快，還有用12M的就是好算時(shí)間，因?yàn)橐粋€(gè)機(jī)器周期為1/12時(shí)鐘周期，所以這樣用12M的話，一個(gè)時(shí)鐘周期為12us，那么定時(shí)器計(jì)一次數(shù)就是1us了，電容范圍在20-40pF之間，這里連接的是30pF的電容。 機(jī)器周期=10*晶振周期=12*系統(tǒng)時(shí)鐘周期 圖4.7 上電按鈕復(fù)位電路本設(shè)計(jì)采用上電按鈕復(fù)位電路：首先經(jīng)過上電復(fù)位，當(dāng)按下按鍵時(shí)，RST直接與VCC相連，為高電平形成復(fù)位，同時(shí)電解電容被電路放電；按鍵松開時(shí)，VCC對電容充電，充

10、電電流在電阻上，RST依然為高電平，仍然是復(fù)位，充電完成后，電容相當(dāng)于開路，RST為低電平，單片機(jī)芯片正常工作。其中電阻R2決定了電容充電的時(shí)間，R2越大則充電時(shí)間長，復(fù)位信號從VCC回落到0V的時(shí)間也長。 圖4.8 總電路圖五、程序流程圖 主函數(shù)程序流程圖 鍵盤掃面程序流程圖 定時(shí)器中斷程序流程圖 外部中斷程序流程圖6、 調(diào)試結(jié)果 圖6.1 時(shí)鐘模塊調(diào)試結(jié)果 圖6.2 秒表模塊調(diào)試結(jié)果 圖6.3 日歷功能調(diào)試模塊7、 總結(jié)通過這幾天的的單片機(jī)課程設(shè)計(jì)，有很多的心得體會(huì)，有關(guān)于單片機(jī)的，也有關(guān)于之前所學(xué)過模電數(shù)電等基礎(chǔ)科目的。下面是我對這幾天課程設(shè)計(jì)的總結(jié)：1.本次課程設(shè)計(jì)我主要通過Prote

11、us軟件仿真得到實(shí)驗(yàn)結(jié)果。本次實(shí)驗(yàn)我完成了實(shí)驗(yàn)的基本設(shè)計(jì)任務(wù)，即電子鐘的設(shè)計(jì)，也達(dá)到了其所有的設(shè)計(jì)要求。在這基礎(chǔ)上，我還完成了功能增強(qiáng)型的幾項(xiàng)任務(wù)，如日歷功能，其中跑秒的誤差控制在了1ms范圍內(nèi)。但美中不足的是，日歷功能不太完善，我設(shè)計(jì)的程序并不能處理閏年和閏月，且并沒有鬧鐘這個(gè)模塊，這正是我有待改善的地方。 2.本次實(shí)驗(yàn)，我又加深了對單片機(jī)的記憶。有些知識會(huì)遷移和聯(lián)系模電數(shù)電。課堂教學(xué)考慮到大多數(shù)同學(xué)的需求，主要強(qiáng)調(diào)“基本”基本知識、基本理論、基本方法、基本技能。而這次設(shè)計(jì)正是為我們提供了一個(gè)深入學(xué)習(xí)、探索的機(jī)會(huì)，成為課堂教學(xué)的有益補(bǔ)充。 3.單片機(jī)理論的學(xué)習(xí)是為課程的設(shè)計(jì)作準(zhǔn)備的，但有時(shí)學(xué)

12、習(xí)的理論也解決不了實(shí)踐中的問題。實(shí)踐中獲得的知識能讓我對單片機(jī)的知識有更好的認(rèn)識和理解。雖然這次的課程設(shè)計(jì)我參考了一些文獻(xiàn)資料，沒有做到創(chuàng)新，但在對程序的讀寫過程中我明白了許多。 4.通過本次課程設(shè)計(jì)讓我更加了解了單片機(jī)各模塊的功能，包括數(shù)碼管顯示，4*4矩陣鍵盤，獨(dú)立按鍵。實(shí)驗(yàn)過程讓我更加了解并進(jìn)一步掌握了中斷，定時(shí)計(jì)數(shù)，4*4鍵盤輸入等程序編寫。以及掌握了通過Proteus構(gòu)造自己所需要的外圍電路，進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)。通過此次課程設(shè)計(jì)，初步掌握了使單片機(jī)多個(gè)模塊進(jìn)行工作的原理和方法。八、程序代碼#include typedef unsigned int unint;unsigned char h

13、_code,l_code,key_code;int i=0; /定義全局變量unsigned char code key=0xee,0xde,0xbe,0x7e,0xed,0xdd,0xbd,0x7d,0xeb,0xdb,0xbb,0x7b,0xe7,0xd7,0xb7,0x77; /按鍵狀態(tài)定義unsigned char code number=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x40; unsigned char code which=0x00,0x01,0x03,0x04,0x06,0x07; unsigned int

14、HH=0;hh=0;MM=0;mm=0;SS=0;ss=0; sbit P32=P32;/延遲函數(shù)void delay(unint k) unint i,j,x; for(x=1;x=k;x+) for(i=0;i10;i+) for(j=0;j9)SS+;ss=0; if(SS5)mm+;SS=0; if(mm9)MM+;mm=0; if(MM5)hh+;MM=0; if(hh9&HH3)HH=0;hh=0; TH0=0x3c; TL0=0xb0; void P3_2() TMOD=0x01;TH0=0x3c;TL0=0xb0;EA=1; /總中斷打開TR0=1; /中斷標(biāo)志位ET0=1; /中斷允許位while (1) int k=0; delay(2);P2=0x00;P0=number5; delay(2);P2=0x01;P0=numberhh; delay(2);P2=0x02;P0=number10; delay(2);P2=0x03;P0=numberMM; delay(2);P2=0x04;P0=numberm