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1、通信电子单片机数字钟毕业论文姓名：田芳芳学号：50605264系：电信工程系专业：计算机通信指导教师：蔡志军完成时间：2010年11月25日石家庄邮电职业技术学院毕业设计（论文）任务书姓 名田芳芳学号50605264专 业计算机通信班 级电0605-52毕业设计（论文）题目通信电子单片机数字钟毕业论文指导教师姓名蔡志军职称或职务工作单位毕业设计（论文）内容：数字电子钟的背景、意义和应用；整体的设计方案单片机的选择和基本结构；最小系统设计、LED显示电路、键盘控制电路；软件设计系统软件设计流程图、数字电子钟的原理图；PROTUES软件介绍、电子钟系统PROTUES仿真；系统性能测试与功能说明、系
2、统时钟误差分析、硬盘调试，软件调试问题及解决。基本要求：1根据数字电子钟课题任务制定合理、可行的工作计划；2进行必要的调研和资料搜集、文献阅读；3软件设计要符合软件工程规范，硬件设计符合原理表示、电路图纸和工艺要求的各种规范；4制定系统（模块）的测试方法，并根据完整的测试数据对系统的性能指标做出分析和评价；5.实现数字电子钟的显示时间和时间校对的功能6对课题成果进行总结，撰写毕业设计说明书。重点研究问题：LED显示电路：LED数码管显示时、分、秒，以24小时计时方式，根据数码管动态显示原理来进行显示，用12MHz的晶振产生振荡脉冲，定时器计数。数字钟：数字钟是一种用数字电路技术实现时、分、秒计
3、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，具有更更长的使用寿命，因此得到了广泛的使用。主要设计方法（或步骤）：首先确定实现数字电子钟的应用程序，确定电子钟的电路图然后进行仿真，对元器件进行焊接，焊接后用用万用表进行测试。测试电路的焊接点下载程序。主要参考文献、资料：MCS51/96系列单片机原理及应用 AT89系列单片机原理与接口技术 单片机原理及应用C程序设计单片机原理与实用技术电子技术基础 电路基础电路与电子技术 电路基本分析计划进度：2010年10月17日2010年10月19日 选择设计所需元器件，列清单购买。2010年10月20日2010年10月25日 确定实现
4、数字电子钟的应用程序。2010年10月26日2010年10月29日 确定实现数字电子钟的电路图。2010年10月30日2010年11月02 日 在Protues软件中仿真2010年11月03日2010年11月06日 焊接元器件，焊最小系统。2010年11月07日2010年11月10日 万用表测试各点观察是否焊接良好。2010年11月11日2010年11月14日 焊接下载电路和显示电路。2010年11月15日2010年11月17日 万用表测试电路的焊接点。2010年11月18日2010年11月21日 下载程序2010年11月21日2010年11月28日 完成毕业论文指导教师签字： 年 月 日摘
5、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。现代生活的人们越来越重视起了时间观念，可以说是时间和金钱划上了等号。对于那些对时间把握非常严格和准确的人或事来说，时间的不准确会带来非常大的麻烦，所以以数码管为显示器的时钟比指针式的时钟表现出了很大的优势。数码管显示的时间简单明了而且读数快、时间准确显示到秒。而机械式的依赖于晶体震荡器，可能会导致误差。数字钟是采用数字电路实现对“时”、“分”、“秒”数字显示的计时装置。数字钟的精度、稳定度
6、远远超过老式机械钟。在这次设计中，我们采用LED数码管显示时、分、秒，以24小时计时方式，根据数码管动态显示原理来进行显示，用12MHz的晶振产生振荡脉冲，定时器计数。在此次设计中，电路具有显示时间的其本功能，还可以实现对时间的调整。数字钟是其小巧，价格低廉，走时精度高，使用方便，功能多，便于集成化而受广大消费的喜爱，因此得到了广泛的使用。目 录第一章绪论 1.1数字电子钟的背景11.2数字电子钟的意义11.3数字电子钟的应用1第二章整体设计方案2.1单片机的选择32.2单片机的基本结构4第三章数字钟的硬件设计3.1最小系统设计53.2LED显示电路 53.3键盘控制电路7第四章数字钟的软件设
7、计4.1系统软件设计流程图94.2数字电子钟的原理图12第五章系统仿真5.1PROTUES软件介绍 145.2电子钟系统PROTUES仿真14第六章调试与功能说明6.1硬盘调试156.2系统性能测试与功能说明156.3系统时钟误差分析156.4软件调试问题及解决15参考文献 171页第一章 绪论 1.1数字电子钟的背景 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。 时间对人们来说总是那么宝贵，工作的忙碌性和繁杂性容易使人忘记当前的时间
8、。忘记了要做的事情，当事情不是很重要的时候，这种遗忘无伤大雅。但是，一旦重要事情，一时的耽误可能酿成大祸。目前，单片机正朝着高性能和多品种方向发展趋势将是进一步向着CMOS化、低功耗、小体积、大容量、高性能、低价格和外围电路内装化等几个方面发展。下面是单片机的主要发展趋势。单片机应用的重要意义还在于，它从根本上改变了传统的控制系统设计思想和设计方法。从前必须由模拟电路或数字电路实现的大部分功能，现在已能用单片机通过软件方法来实现了。这种软件代替硬件的控制技术也称为微控制技术，是传统控制技术的一次革命。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
9、相比具有更高的准确性和直观性，且无机械装置，具有更更长的使用寿命，因此得到了广泛的使用。1.2数字电子钟的意义数字钟是采用数字电路实现对.时,分,秒.数字显示的计时装置,广泛用于个人家庭,车站, 码头办公室等公共场所,成为人们日常生活中不可少的必需品,由于数字集成电路的发展和石英晶体振荡器的广泛应用,使得数字钟的精度,远远超过老式钟表, 钟表的数字化给人们生产生活带来了极大的方便，而且大大地扩展了钟表原先的报时功能。诸如定时自动报警、按时自动打铃、时间程序自动控制、定时广播、自动起闭路灯、定时开关烘箱、通断动力设备、甚至各种定时电气的自动启用等，所有这些，都是以钟表数字化为基础的。因此，研究数
10、字钟及扩大其应用，有着非常现实的意义。1.3数字电子钟的应用 数字钟已成为人们日常生活中：必不可少的必需品，广泛用于个人家庭以及车站、码头、剧场、办公室等公共场所，给人们的生活、学习、工作、娱乐带来极大的方便。1页由于数字集成电路技术的发展和采用了先进的石英技术，使数字钟具有走时准确、性能稳定、携带方便等优点，它还用于计时、自动报时及自动控制等各个领域。2页第二章 整体设计方案2.1 单片机的选择 单片机微型计算机是微型计算机的一个重要分支，也是颇具生命力的机种。单片机微型计算机简称单片机，特别适用于控制领域，故又称为微控制器。通常，单片机由单块集成电路芯片构成，内部包含有计算机的基本功能部件
11、：中央处理器、存储器和I/O接口电路等。因此，单片机只需要和适当的软件及外部设备相结合，便可成为一个单片机控制系统。单片机经过1、2、3、3代的发展，正朝着多功能、高性能、低电压、低功耗、低价格、大存储容量、强I/O功能及较好的结构兼容性方向发展。其发展趋势不外乎以下几个方面：（1）多功能 （2）高效率和高性能（3）低电压和低功耗（4）低价格目前，我国生产很多型号的单片机，在此，我们采用型号为STC89C52的单片机。因为：STC89C52是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含4k bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和128 bytes的随机存取数据存储器（RAM），器
12、件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-52指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，内置功能强大的微型计算机的AT89C52提供了高性价比的解决方案。STC89C52是一个低功耗高性能单片机，40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中断口，2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，STC89C51可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程。其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本。2.2 单片机的基本结构MCS-52单片机内部结构8052单片机包含中央处理器
13、、程序存储器(ROM)、数据存储器(RAM)、定时/计数3页器、并行接口、串行接口和中断系统等几大单元及数据总线、地址总线和控制总线等三大总线。图2-1单片机8052的内部结构4页第三章 数字钟的硬件设计3.1 最小系统设计图3-1单片机最小系统的结构图单片机的最小系统是由电源、复位、晶振、/EA=1组成。3.2 LED显示电路显示器普遍地用于直观地显示数字系统的运行状态和工作数据，按照材料及产品工艺，单片机应用系统中常用的显示器有： 发光二极管LED显示器、液晶LCD显示器、CRT显示器等。LED显示器是现在最常用的显示器之一，如下图所示。5页图图3-2LED显示器的符号图发光二极管（LED
14、）由特殊的半导体材料砷化镓、磷砷化镓等制成，可以单独使用，也可以组装成分段式或点阵式LED显示器件（半导体显示器）。分段式显示器（LED数码管）由7条线段围成8字型，每一段包含一个发光二极管。外加正向电压时二极管导通，发出清晰的光。只要按规律控制各发光段亮、灭，就可以显示各种字形或符号。LED数码管有共阳、共阴之分。图是共阳式、共阴式LED数码管的原理图和符号。图3-3共阳式、共阴式LED数码管的原理图和数码管的符号图显示电路显示模块需要实时显示当前的时间,即时、分、秒，因此需要6个数码管，另需两个数码管来显示横。采用动态显示方式显示时间，硬件连接如下图所示，时的十位和个位分别显示在第一个和第
15、二个数码管，分的十位和个位分别显示在第四个和第五个数码管，秒的十位和个位分别显示在第七个和第八个数码管，其余数码管显示横线。LED显示器的显示控制方式按驱动方式可分成静态显示方式和动态显示方式两种。对于多位LED显示器，通常都是采用动态扫描的方法进行显示，其硬件连接方式如下图所示。6页图3-4数码管的硬件连接示意图数码管使用条件：a、段及小数点上加限流电阻 b、使用电压：段：根据发光颜色决定； 小数点：根据发光颜色决定c、使用电流：静态：总电流 80mA（每段 10mA）；动态：平均电流 4-5mA 峰值电流 100mA数码管使用注意事项说明：（1）数码管表面不要用手触摸，不要用手去弄引角；（
16、2）焊接温度：260度；焊接时间：5S（3）表面有保护膜的产品,可以在使用前撕下来。3.3 键盘控制电路该设计需要校对时间，所以用三个按键来实现。按khour来调节小时的时间，按 kmin来调节分针的时间，按 ksec来调节秒的时间。7页下图是按键硬件连接图。图3-5按键控制电路的硬件连接图当用手按下一个键时，如图3-6所示，往往按键在闭合位置和断开位置之间跳几下才稳定到闭合状态的情况；在释放一个键时，也回会出现类似的情况。这就是抖动。抖动的持续时间随键盘材料和操作员而异，不过通常总是不大于10ms。很容易想到，抖动问题不解决就会引起对闭合键的识别。用软件方法可以很容易地解决抖动问题，这就是通
17、过延迟10ms来等待抖动消失，这之后，在读入键盘码。键按下前沿抖动后沿抖动闭合稳定图3-6按键抖动信号波形8页第四章 数字钟的软件设计系统的软件设计也是工具系统功能的设计。单片机软件的设计主要包括执行软件（完成各种实质性功能）的设计和监控软件的设计。单片机的软件设计通常要考虑以下几个方面的问题：（1）根据软件功能要求，将系统软件划分为若干个相对独立的部分，设计出合理的总体结构，使软件开发清晰、简洁和流程合理；（2）培养良好的编程风格，如考虑结构化程序设计、实行模块化、子程序化。既便于调试、链接，又便于移植和修改；（3）建立正确的数学模型，通过仿真提高系统的性能，并选取合适的参数；（4）绘制程序
18、流程图；（5）合理分配系统资源；（6）为程序加入注释，提高可读性，实施软件工程；（7）注意软件的抗干扰设计，提高系统的可靠性。4.1 系统软件设计流程图这次的数字电子钟设计用到很多子程序，它们的流程图如下所示。主程序是先开始，然后启动定时器，定时器启动后在进行按键检测，检测完后，就可以显示时间。开始启动定时器按键检测时间显示图4-1主程序流程图按键处理是先检测秒按键是否按下，秒按键如果按下，秒就加1；如果没有按下，就检测分按键是否按下，分按键如果按下，分就加1；如果没有按下，就检测时按键9页是否按下，时按键如果按下，时就加1；如果没有按下，就把时间显示出来。 NYNYNY时加1显示时间结束开始
19、秒按键按下？秒加1分按键按下？分加1时按键按下？图4-2按键处理流程图定时器中断时是先检测1秒是否到，1秒如果到，秒单元就加1；如果没到，就检测1分钟是否到，1分钟如果到，分单元就加1；如果没到，就检测1小时是否到，1小时如果到，时单元就加1，如果没到，就显示时间。10页N24小时到？分单元清零，时单元加1NNNYY时单元清零时间显示中断返回开始一秒时间到？60秒时间到？60分钟到？秒单元加1秒单元清零，分单元加1YY图4-3定时器中断流程图11页时间显示是先秒个位计算显示，然后是秒十位计算显示，再是分个位计算显示，再然后是分十位显示，再就是时个位计算显示，最后是时十位显示。时十位计算显示结束
20、开始秒个位计算显示秒十位计算显示分个位计算显示分十位计算显示时个位计算显示 图4-4时间显示流程图4.2 数字钟的原理图用PROTUES软件，根据要求画出数字电子钟的原理图如下所示。12页图4-5数字钟的原理图在此有必要介绍一下数字电子钟的工作原理：数字电子钟是一个将“ 时”，“分”，“秒”显示于人的视觉器官的计时装置。它的计时周期为24小时，显示满刻度为23时59分59秒，另外还有校时功能。因此，一个基本的数字钟电路主要由显示器“时”，“分”，“秒”和单片机，还有校时电路组成。8个数码管的段选接到单片机的P0口，位选接到单片机的P2口。数码管按照数码管动态显示的工作原理工作，将标准秒信号送入
21、“秒单元”，“秒单元”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“分单元”的时钟脉冲。“分单元”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“时单元”。“时单元”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”通过七段显示器显示出来。校时电路时用来对“时”、“分”、“秒”显示数字进行校对调整，按一下ksec,秒单元就加1 ，按一下kmin,分就加1，按一下khour，时就加1。13页第五章 系统仿真5.1 PROTUES软件介绍Proteus软件是Labcenter Electronics公司的一款电路设
22、计与仿真软件，它包括ISIS、ARES等软件模块，ARES模块主要用来完成PCB的设计，而ISIS模块用来完成电路原理图的布图与仿真。Proteus的软件仿真基于VSM技术，它与其他软件最大的不同也是最大的优势就在于它能仿真大量的单片机芯片，比如MCS-51系列、PIC系列等等，以及单片机外围电路，比如键盘、LED、LCD等等。通过Proteus软件的使用我们能够轻易地获得一个功能齐全、实用方便的单片机实验室。5.2 电子钟系统PROTUES仿真用PROTUES软件，根据数字电子钟的原理图，画出仿真图，得到的图如下所示。图5-1数字钟的PROTES仿真14页第六章 调试与功能说明单片机应用系统
23、的调试包括硬件和软件两部分，但是他们并不能完全分开。一般的方法是排除明显的硬件故障，再进行综合调试，排除可能的软/硬件故障。6.1 硬盘调试拿到电路板后，首先要检查加工质量，并确保没有任何方面的错误，如短路和断路，尤其要避免电源短路；元器件在安装前要逐一检查，用万用表测其数值，看是否与所用相同；完成焊接后，应先空载上电（芯片座上不插芯片），并检查各引脚的电位是否正确。若一切正常，方可在断电的情况下将芯片插入，再次检查各引脚的电位及其逻辑关系。将万用表的探针放到单片机接电源的引脚上检测一下，看是否符合要求。6.2 系统性能测试与功能说明走时：默认为走时状态，按24小时制分别显示“时时-分分-秒秒
24、”，有2个“-”动态显示，时间会按实际时间以秒为最少单位变化。走时调整：按ksec对秒进行调整，按一下加一秒；按kmin对分进行调整，按一下加一分；按khour对时进行调整，按一下加一小时，从而达到快速设定时间的目的。 6.3 系统时钟误差分析时间是一个基本物理量，具有连续、自动流逝、不重复等特性。我国时间基准来自国家授时中心，人们日常使用的时钟就是以一定的精度与该基准保持同步的。结合时间概念和误差理论，可以定义电子钟的走时误差S=S1-S2,S1表示程序实际运行计算所得的秒；S2表示客观时间的标准秒。S0时表示电子钟秒单元数值刷新滞后，即走时误差为“慢”；反之，S0表示秒单元数值的刷新超前，
25、即走时误差为“快”。本次设计的单片机电子钟系统中，其误差主要来源包括晶体频率误差，定时器溢出误差，延迟误差。晶体频率产生震荡，容易产生走时误差；定时器溢出的时间误差，本应这一秒溢出，但却在下一秒溢出，造成走时误差；延迟时间过长或过短，都会造成与基准时间产生偏差，造成走时误差。6.4 软件调试问题及解决软件程序的调试一般可以将重点放在分模块调试上，统调是最后一环。软件调试可以采取离线调试和在线调试两种方式。前者不需要硬件仿真器，可借助于软件仿真15页器即可；后者一般需要仿真系统的支持。本次课题，Keil软件来调试程序，通过各个模块程序的单步或跟踪调试，使程序逐渐趋于正确，最后统调程序。仿真部分采
26、用protus 6 professional软件，此软件功能强大且操作较为简单，可以很容易的实现各种系统的仿真。首先打开protus 6 professional软件，在元件库中找到要选用的所有元件，然后进行原理图的绘制；绘制好后再选择wave6000已经编译好的*.hex文件，选择运行，观察显示结果，根据显示的结果和课题的要求再修改程序，再运行查，直到满足要求。16页参考文献1李军，51系列单片机高级实例开发指南，北京航空航天大学出版社2孙涵芳，MCS51/96系列单片机原理及应用，北京航空航天大学出版社3李学海，标准80C51单片机基础教程，北京航空航天大学出版社4石生，电路基本分析，高等教育出版社5许熙文，电路基础，高等教育出版社6卢尔健，电路与电子技术，科学技术出版社7欧阳斌林，单片机原理及应用，中国水利水电出版社8潭浩强，C程序设计，北京航空航天出版社9付晓光，单片机原理与实用技术，清华大学出版社17页
