基于单片机设计简易数字钟说明书本科学位论文.docx
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基于单片机设计简易数字钟说明书本科学位论文
信息与电气工程学院
(课程设计说明书
(2015/2016学年第二学期)
课程名称:
单片机应用技术课程设计
题目:
简易数字钟设计
专业班级:
电气工程及其自动化1303班
学生姓名:
学号:
指导教师:
刘增环、岑毅南、李兵等
设计周数:
两周
设计成绩:
2016年6月24日
【摘要】
20世纪末,电子技术获得了飞速的发展,在其推动下,现代电子产品几乎渗透了社会的各个领域,有力地推动了社会生产力的发展和社会信息化程度的提高,同时也使现代电子产品性能进一步提高,产品更新换代的节奏也越来越快。
单片机模块中最常见的是数字钟,数字钟是一种用数字电路技术实现时、分、秒计时的装置,与机械式时钟相比具有更高的准确性和直观性,且无机械装置,具有更长的使用寿命,因此得到了广泛的使用。
单片机数字时钟是以单片机为核心,在它的基础上设计出来的数字时钟,本设计采用了STC公司生产的AT80C51型单片机设计了一个单片机最小系统,外接LED显示电路,按键电路,晶振电路,复位电路模块构成了一个简易的数字钟,具有显示、时、分、秒的功能,且时、分、秒每一个参数都可以自行设置,以实现时间的校正,总体来说实现了一个数字时钟的应有功能。
关键词:
80C51系列单片机、单片机最小系统、时钟定时器、4位一体数码管显示
目录
课程设计正文2
一系统工作原理2
1.1功能说明2
1.2基本原理2
二硬件设计3
2.1单片机3
2.2复位电路4
2.3晶振电路4
2.4键盘调整单元5
2.5数码管与三极管显示6
三软件设计7
3.1系统主程序7
3.2中断程序7
3.3显示函数7
3.4键盘扫描程序8
3.5时钟实现的基本方法8
四心得体会8
n附录源程序9
课程设计的目的
(1)巩固、加深和扩大单片机应用的知识面,提高综合及灵活运用所学知识解决工业控制能力;
(2)培养针对课题需要,选择和查阅有关手册、图表及文献资料的自学能力,提高组成系统、编程、调试的动手能力;
(3)对课题设计方案的分析、选择、比较、熟悉单片机应用系统开发、研制过程,软硬件设计的方法、内容及步骤。
课程设计正文
一系统工作原理
1.1功能说明
全面了解掌握MCS-51的基本知识,由于该系列单片机具有体积小、功耗低、价格便宜、易于产品化等特点,可以更加方便的实现以下特点:
1、准确及时,以数字形式显示一位分、两位秒的时间;
2、分最大计到10,秒的计时要求为60进位;
3、三位数码管,显示分和秒,按键“功能键”依次选择调整“时”、“分”,
按键的“加键”依次加1,按键“减键”依次减1;
4、晶振电路起到减小误差,提高精确度的作用;
5、整分报时。
1.2基本原理
该系统主要由复位电路、晶振电路、按键电路,数码管显示电路和STC80C51单片机组成。
该数字时钟设计采用单片机内部的定时器来定时,,然后通过软件编程来实现时钟的显示,这种设计方案的优点是外围器件少,电路简单清晰,电路焊接容易,出问题的故障几率小。
系统结构图如图1所示。
图1
二硬件设计
2.1单片机
STC90C52系列单片机采用了CMOS技术制造,较之AT89c51系列单片机,集成度高、速度快、功耗低。
主要由9个部件组成,分别是:
1个8位中央处理器;4KBFlash存储器;128B的数据存储器;32条I/O口线;2个定时器/计数器;1个具有5个中断源、2个优先级的中断嵌套结构;全双工UART的串行口;特殊功能寄存器;1个片内振荡器和时钟电路。
如图2所示。
s
图2STC80C51单片机
2.2复位电路
STC90C52的复位端高电平有效。
RST端若由低电平上升到高电平并持续2个周期,系统将实现一次复位操作。
在复位电路中,下拉电阻具有拉低电平作用,按一下复位开关就使在RST端出现一段时间的高电平。
复位电路如图3所示。
图3复位电路
2.3晶振电路
外接12MHZ晶振和两个30pF电容组成系统的内部时钟电路。
将外部已有信号引入单片机内,这种方式适宜用来使单片机的时钟与外部信号保持同步。
晶振电路如图4所示。
图4晶振电路
2.4键盘调整单元
当要对时钟进行调时时,就要用到键盘进行时间修改。
由于调节信息不多,故采用3个独立键盘即可,分别实现功能、增大、减小等作用。
将所有扫描线置成低电平,检查输入线是否为低电平,若无低电平则不是按键操作,延时一段时间,再次将所有扫描线置成低电平,检查输入线是否为低电平,如果有低电平则是按键操作,若无低电平则不是按键操作,返回,即完成按键扫描。
键盘原理图如图5所示
图5键盘原理图
S1:
接P2.0口,开始功能。
S2:
接P2.1口,具有切换功能,可以切换到时、分,从而实现对时、分的调整,再次按下功能键S2则返回,继续计时。
S3:
接P2.2口,实现时和分的增大
S4:
接P2.3口,实现时和分的减小
2.5数码管与三极管显示
显示单元由3个8段共阴数码管组成,数码管位选端分别接P1.0、P1.1、P1.2用于显示一位分和两位秒;按照工作方式,数码管显示可以分为静态显示和动态扫描。
所谓静态显示,就是每一个数码管的段码都要独占具有锁存功能的输出口,CPU把要显示的字码送到输出口上,就可以使数码管显示对应的字符,直到下一次送出另外一个字码之前,显示的内容一直不会消失;动态扫描是把所有显示器的8个段码中的A-dp的各个相同段连接在一起,接到一个公共的输出口上,而数码管的位端分别接在另外的输出口上,通过这两个输出口的两组信号相互作用来产生显示效果。
即让各位数码管按照一定顺序轮流显示,只要扫描频率足够高,由于人眼的“视觉暂留”现象,就能连续稳定的显示动态扫描其特点在于能显著降低显示部分成本,大大减少显示接口的连线结构。
该系统采用动态扫描显示。
三极管放大电路中发射极正向偏置,集电极反向偏置是使三极管工作的必要条件,当PNP管的VC 即,基极电流可以控制集电极电流,这种控制作用就称为管子的放大作用,图中1K电阻为了限流。 如图6所示。 图6数码管显示 三软件设计 3.1系统主程序 中需要对各个模块进行初始化,并且判断定时器是否溢出20次,用以确定是否到达1S,初始化主要包括: 设置定时器0和定时器1的工作方式为方式1,定时器赋初值,开总中断,开定时器0和定时器1中断,启动定时器。 3.2中断程序 定时器0中断: 单片机晶振12MHZ,主要是使用定时器0方式1,定时5ms ,用来控制数码管的位选信号。 且分为三种情况,P0口分别输送分钟和秒。 定时器1中断: 单片机晶振12MHZ,主要是使用定时器0方式1,每50ms溢出一次,计数加一次,计数20次,到时1S;秒加一。 秒钟加到60,分加一,同时秒钟置0,蜂鸣器响。 分加到10,分和秒都置0, 3.3显示函数 本设计采用共阴数码管显示,显示两位秒,为秒钟的个位与十位,second2=second/10;second1=second%10; P1控制数码管的位选,如下: P1=(P1&0xf0)|0x0e; P0=minute; P1=(P1&0xf0)|0x0d; P0=second2; P1=(P1&0xf0)|0x0b; P0=second1; 3.4键盘扫描程序 键盘采用查询的方式,一旦有s1按键按下,数字钟开始工作,定时器1开始计时。 按一次s2键,是对分钟进行调节,按二次s2键是对秒钟进行调节;s3,s4键分别是加减键,只有在s2键被按下的前提下,s3,s4键才有效; 3.5时钟实现的基本方法 时钟的最小计时单位是秒,使用定时器0方式1,把定时器的定时时间定为50ms。 这样,计数溢出20次即可得到时钟的最小计时单位: 秒单元满60,则分单元的内容加1;分单元满10,则将分、秒的内容全部清零。 四心得体会 在基于单片机的数字时钟电路设计过程中,我学到了很多重要的东西,其中最重要的是如何将实践和理论相联系,怎样将我所学到的知识运用到我以后的工作中去。 大学的课堂的学习只是在给我们灌输专业知识,而我们应把所学的用到我们现实的生活中去,此次的时钟设计给我奠定了一个实践基础。 本系统的设计应用到了模拟电子技术、数字电子技术、单片机控制技术、电路焊接工艺等多方面的知识,所设计的时钟电路,达到了题目要求。 这次课程设计使我得到了很大收获: 不仅学到了许多了关于单片机方面的知识,还提高了实验技能;而且也使我的动手能力和电路设计能力得到了极大的提高。 在此次设计中,我的难点是程序的调试,由于以前学业不精,所以编一个完整的程序很是吃力! 但是经过这一段时间的学习,我还是解决了一些问题。 软件调试中也出现了一些问题,就是程序在编译中仿真器的设置出现了错误,从而使系统的编译通不过,给系统的调试带来了极大的不便,所以对软件的使用还须更进一步的熟练掌握。 最后,我要感谢老师在此次课程设计中的悉心指导与帮助,让我的课程设计得以顺利完成。 ⏹附录源程序 #include #defineucharunsignedchar uchards_code=0,second2=0,second1=0,sum=0,F_flag,S_flag; charminute=0; charsecond=0; uchartime_temp=0; sbitDS0=P1^0; sbitDS1=P1^1; sbitDS2=P1^2; sbitkey1=P2^0;//开始键 sbitkey2=P2^1;//功能键 sbitkey3=P2^2;//加键 sbitkey4=P2^3;//减键 sbitSPEAKER=P1^4; //***********延时函数****************** voiddelay(ucharx) { unsignedinta,b; for(a=x;a>0;a--) for(b=110;b>0;b--); } //***********秒显示函数************** voidsecond_div(void) { second2=second/10; second1=second%10; } //***************按键扫描函数*************** voidKey(void) { P2=0xff; if(P2! =0xff) { delay(50); if(P2! =0xff) { if(key1==0) { TR1=1; } if(key2==0) { delay(50);//消抖 if(key2==0) { while(! key2);//松手检测 TR0=1; TR1=0;//关闭定时器 sum++; } } if(sum==1) { F_flag=1; S_flag=0; if(key3==0) { delay(50); if(key3==0) { while(! key3); minute++; if(minute==10) { minute=0; } } } if(key4==0) { delay(50); if(key4==0) { while(! key4); minute--; if(minute==-1) { minute=9; } } } } if(sum==2) { F_flag=0; S_flag=1; if(key3==0) { delay(50); if(key3==0) { while(! key3); second++; if(second==60) { second=0; delay(50); minute++; } } } if(key4==0) { delay(50); if(key4==0) { while(! key4); second--; if(second==-1) { second=59; delay(50); minute--; } } } second_div(); } if(sum==3) { F_flag=1;//打开标志位 S_flag=1; sum=0;//Sum清零 TR0=1;//打开定时器 TR1=1; } } } } //*********************主函数************** voidmain(void) { SPEAKER=1; TMOD=0x11; TH0=(65536-5000)/256; TL0=(65536-5000)%256; TH1=(65536-50000)/256; TL1=(65536-50000)%256; EA=1; ET0=1; TF0=0; TR0=1; ET1=1; TF1=0; while (1) { Key(); } } //**********定时器0*********** voidTimer_0(void)interrupt1 { ET0=0; switch(ds_code) { case0: P1=(P1&0xf0)|0x0e; P0=minute; break; case1: P1=(P1&0xf0)|0x0d; P0=second2; break; case2: P1=(P1&0xf0)|0x0b; P0=second1; break; default: break; } ds_code++; if(ds_code>2) { ds_code=0; } TH0=(65536-5000)/256; TL0=(65536-5000)%256; ET0=1; } //***************定时器1************** voidTimer_1(void)interrupt3 { ET1=0; time_temp++; if(time_temp>=20) { time_temp=0; second++; if(second==60) { minute++; delay(50); second=0; if(minute==10) { minute=0; second=0; SPEAKER=0; } } second_div(); } TH1=(65536-50000)/256; TL1=(65536-50000)%256; ET1=1; } ⏹系统原理图以及仿真图 [1].《电力电子技术基础》(第五版)康光华主编高等教育出版社。 [2].《单片机原理及应用》(C语言编程)魏鸿磊主编同济大学出版社。 [3].《PROTEUS入门实用教程》(第二版)周润景蔡雨恬编著机械工业出版社。 课程设计 评语 课程设计 成绩 指导教师 (签字) 年月日
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