数字时钟的设计报告课件.ppt

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1、数字时钟设计报告,课程名称：单片机应用技术实训题目：数字时钟专业班级:智能101 小组成员：钱宏 张慧 李瑶 赵登,摘要,时钟，自从它发明的那天起，就成为人类的朋友，但随着时间的推移，科学技术的不断发展，人们对时间计量的精度要求越来越高，应用越来越广。怎样让时钟更好的为人民服务，怎样让我们的老朋友焕发青春呢？这就要求人们不断设计出新型时钟。,现今，高精度的计时工具大多数都使用了石英晶体振荡器，由于电子钟，石英表，石英钟都采用了石英技术，因此走时精度高，稳定性好，使用方便，不需要经常调校，数字式电子钟用集成电路计时时，译码代替机械式传动，用LED显示器代替显示器代替指针显示进而显示时间，减小了计

2、时误差，这种表具有时，分，秒显示时间的功能，还可以进行时和分的校对，片选的灵活性好。,时钟电路在计算机系统中起着非常重要的作用，是保证系统正常工作的基础。在一个单片机应用系统中，时钟有两方面的含义：一是指为保障系统正常工作的基准振荡定时信号，主要由晶振和外围电路组成，晶振频率的大小决定了单片机系统工作的快慢；二是指系统的标准定时时钟，即定时时间，它通常有两种实现方法：一是用软件实现，即用单片机内部的可编程定时/计数器来实现，但误差很大，主要用在对时间精度要求不高的场合；二是用专门的时钟芯片实现，在对时间精度要求很高的情况下，通常采用这种方法，典型的时钟芯片有：DS1302，DS12887，X1

3、203等都可以满足高精度的要求。,本系统利用单片机实现具有计时、校时等功能的数字时钟，是以单片机AT89S51为核心元件同时采用LED数码管显示器动态显示“时”，“分”，“秒”的现代计时装置。与传统机械表相比，它具有走时精确,显示直观等特点。另外具有校时功能，秒表功能，和定时器功能，利用单片机实现的数字时钟具有编程灵活，便于功能的扩充等优点。关键词：数字钟系统；单片机AT89S51；LED液晶显示器,第一章：绪论,本章介绍的是数字时钟的设计目的及意义和未来的发展前景和现状及在各领域的应用,第一章：绪论,1.1设计的目的及意义1.2发展现状1.3设计的任务,1.1设计的目的及意义,1.实现时钟的

4、修正和闹钟报时两项任务。2.通过单片机课程设计，加深对单片机的更深层次的理解，熟悉单片机的内部硬件资源，掌握单片机的编程方法，要学会对单片机的各部硬件资源的控制，特别是掌握单片机中断，定时器的编程方法。3.通过这次设计，要学会怎么利用所学单片机知识独立设计系统的能力，达到学于致用的目的，要学会发创设计编程思想，要学会开发系统的一般过程，并不断创新。,4.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的能力。5.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。6.通过对课题设计方案的分析、选择、比较、熟悉单片机用系统

5、开发、研制的过程，软硬件设计的方法、内容及步骤。,1.2设计的意义,本设计使用单片机作为核心进行控制。单片机具有集成度高，通用性好，功能强，特别是体积小，重量轻，耗能低，可靠性高，抗干扰能力强和使用方便等独特优点，在数字、智能化方面有广泛的用途。,1.2发展现状,1.在智能仪器仪表上的发展应用单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等优点，广泛应用于仪器仪表中，结合不同类型的传感器，可实现诸如电压、功率、频率、湿度、温度、流量、速度、厚度、角度、长度、硬度、元素、压力等物理量的测量。采用单片机控制使得仪器仪表数字化、智能化、微型化，且功能比起采用电子或数字电路更加强大。

6、例如精密的测量设备（功率计，示波器，各种分析仪）。,2.在工业控制中的发展应用 用单片机可以构成形式多样的控制系统、数据采集系统。例如工厂流水线的智能化管 理，电梯智能化控制、各种报警系统，与计算机联网构成二级控制系统等。,3.在家用电器中的发展应用 可以这样说，现在的家用电器基本上都采用了单片机控制，从电饭煲、洗衣机、电冰箱、空调机、彩电、其他音响视频器材、再到电子秤量设备，五花八门，无所不在。,4.在计算机网络和通信领域中的发展应用 现代的单片机普遍具备通信接口，可以很方便地与计算机进行数据通信，为在计算机网络和通信设备间的应用提供了极好的物质条件，现在的通信设备基本上都实现了单片机智能控

7、制，从手机，电话机、小型程控交换机、楼宇自动信呼叫系统、列车无线通信、再到日常工作中随处可见的移动电话，集群移动通信，无线电对讲机等。,5.单片机在医用设备领域中的发展应用 单片机在医用设备中的用途亦相当广泛，例如医用呼吸机，各种分析仪，监护仪，超声诊断设备及病床呼叫系统等等。,1.3设计的任务,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的能力。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.通过对课题设计方案的分析、选择、比较、熟悉单片机用系统开发、研制的过程，软硬件设计的方法、内容及步骤。,第二

8、章：设计要求和方案论证,2.1设计的要求2.2方案论证 2.3数码管显示方案2.4时钟的选择方案和论证,2.1设计的要求,基于AT89S51单片机的设计。当程序执行后，LCD显示即时时间、年月日、星期。了解单片机技术的发展现状，熟悉数字时钟模块的工作原理；2、选择适当的芯片和元器件，确定系统电路，绘制电路原理图，尤其是各接口电路；3、熟悉单片机使用方法和C语言的编程规则，编写出相应模块的应用程序；4、分别在各自的模块中调试出对应的功能，在Proteus软件上进行仿真。,单片机主板电路等组成。并具有以下功能：1具备在液晶上显示年、月、日、星期、时、分、秒的功能；2并且具备年、月、日、星期、时、分

9、、秒校准功能；3具有与实时时间同步的功能；,2.2方案论证,方案一:采用AT89C51芯片作为硬件核心，内部具有4KB ROM 存储空间,能于3V的超低压工作,而且与MCS-51系列单片机完全兼容,但是运用于电路设计中时由于不具备ISP在线编程技术，所以在对电路进行调试时，对芯片的多次拔插会对芯片造成一定的损坏。,方案二:采用AT89S52芯片,AT89S52是一种低功耗、高性能的8位CMOS微控制器，具有4K的可编程Flash存储器。同样兼容AT89C51的功能，且具有ISP在线编程可技术，当对电路进行调试时，因此选择采用AT89S51作为主控制系统核心。,2.3数码管显示方案,方案一：静态

10、显示。所谓静态显示，就是当显示器显示某一字符时，相应的发光二极管恒定的导通或截止。该方式每一位都需要一个8 位输出口控制。静态显示时较小的电流能获得较高的亮度，且字符不闪烁。但当所显示的位数较多时，静态显示所需的I/O口太多，造成了资源的浪费,案二：动态显示。所谓动态显示就是一位一位的轮流点亮各个位，对于显示器的每一位来说，每隔一段时间点亮一次。利用人的视觉暂留功能可以看到整个显示，但必须保证扫描速度足够快，字符才不闪烁。显示器的亮度既与导通电流有关，也于点亮时间与间隔时间的比例有关。调整参数可以实现较高稳定度的显示。动态显示节省了I/O口，降低了能耗。从节省I/O口和降低能耗出发，本设计采用

11、方案二。,2.4时钟的选择方案和论证,方案一：采用74HC244N时钟芯片实现时钟，74HC244N芯片是一种高性能的时钟芯片，可自动对秒、分、时、日、周、月、年进行计数，而且精度高,位的RAM做为数据暂存区，工作电压2.5V5.5V范围内，2.5V时耗电小于300nA。,方案二：直接采用单片机定时计数器提供秒信号，使用程序实现时、分、秒计数。采用此种方案虽然减少芯片的使用，但节约成本，本实验采用方案二,第三章：系统设计,3.1.系统说明3.2.单片机最小系统,3.1.系统说明,利用单片机（AT89S52）制作简易电子时钟，由六个LED数码管分别显示小时十位、小时个位、分钟十位、分钟个位、秒钟

12、十位、秒钟个位。6个PNP管（9012）分别控制六个数码管的亮灭，一个按键用于时间调整,3.1.1系统框图,3.1.2总体电路图,3.2.单片机最小系统,从外部引入5V的直流电，为单片机、复位电路提供电源。,1.电源电路,2.时钟电路,在单片机 XTAL1，XTAL2（18脚，19脚）引脚上接一块石英晶体谐振器和两只30pF电容就搭建好了内部时钟电路，它们配合单片机内部反向放大器形成自激振荡电路，产生时钟序列。,3 复位电路,就是将单片机回到初始状态，重新开始执行程序。复位就是通过给RST引脚一段时间高电平来实现的，当复位后单片机正常工作时又要要求保持低电平。,4 ISP下载电路,如图3-5所

13、示，由AT89S ISP构成的两排十针下载口，板图上有一个小方框，为1号引角；下载线的凸口为正方向，凸口的右侧边的第一个插孔为1号引角。,3.3数字时钟显示部分,3.3.1位选部分,3.3.2段选部分,74HC244N逻辑电路，三态八路缓冲器和线路驱动器，电源电压2V到6V，缓冲类型：缓冲、非反相,3.2.4数码管的连接电路,图为数码管的引脚图，每位的段码线（a,b,c,d,e,f,g,dp），由AT89S52控制组合09十个数据，如令其显示1则b,c引脚（即2，3引脚）送高电平，此时数码管显示1。由于各位的段码线并联，8位I/O口输出段码对各个显示位来说都是相同的。,3.2.5控制部分,RS

14、T 复位输入，高电平有效，在晶振工作时，在RST引脚上作用2个机器周期以上的高电平，将使单片机复位。WDT溢出将使该引脚输出高电平，设置SFT AUXR的DISRTO位（地址8EH）可打开或关闭该功能。DISRTO位缺省为RESET输出高电平打开状态。,EA/VPP 片外程序存储器访问允许信号。欲使CPU仅访问外部程序存储器（地址为0000H-FFFFH），EA端必须保持低电平（接地），如果EA端为高电平（接Vcc端），CPU则执行内部程序存储器中的指令。,ISP,下载接口（p1.5，p1.6,p1.7)p1.5是输入引脚传输程序，p1.6是输出引脚传输数据,p1.7是传输时钟信号。,P1口,

15、P2口P1，P2是一组带内部上拉电阻的8位双向I/O口。运行时通过P1口控制驱动电路的工作，将数据送到数码管，显示相应的段码，为了达到减少功耗或满足端口对最大电流的限制，应加上一限流电阻。P2.0P2.5口控制数码管的位选，使六个数码管轮流显示数据，等于1时位选三极管导通，等于0 时位选三极管截止。,第四章：仿真与调试,4.1软件简介 4.2 Keil软件调试流程 4.3 Proteus软件运行流程 4.4数字时钟的功能仿真,4.1.1 Keil软件简介,Keil C51是美国Keil Software公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统。这款软件提供了丰富的库函数和功能强大的集成开

16、发调试工具，全Windows界面。另外重要的是，Keil C51软件编译后生成的汇编代码，就能展现出生成的目标代码效率非常高，多数语句生成的汇编代码很紧凑，容易理解。在开发大型软件时更能体现高级语言的优势。,Keil软件中uVision与Ishell分别是C51 for Windows和for Dos的集成开发环境(IDE)，可以完成编辑、编译、连接、调试、仿真等整个开发流程。开发人员可用IDE本身或其它编辑器编辑C或汇编源文件。然后分别由C51及A51编译器编译生成目标文件(.OBJ)。目标文件可由LIB51创建生成库文件，也可以与库文件一起经L51连接定位生成绝对目标文件(.ABS)。AB

17、S文件由OH51转换成标准的Hex文件，可载入Proteus仿真软件中的MCU中，进行功能仿真。,Keil使用“工程”（Project）的概念，对工程（而不能对单一的源程序）进行编译/汇编、连接等操作。工程的建立、设置、编译/汇编及连接产生目标文件的方法非常易于掌握。应用Keil进行软件仿真开发的主要步骤为：1.编写源程序并保存；2.建立工程并添加源文件；3.设置工程；4.编译/汇编、连接，产生目标文件；5.程序调试。,4.1.2 Proteus ISIS简介,Proteus ISIS是英国Labcenter Electronics公司开发的电路分析与实物仿真软件。它由ISIS和ARES两个软

18、件构成，其中ISIS是一款便捷的电子系统仿真平台软件，它运行于Windows操作系统上，用户可以对模拟电路、数字电路、模数混合电路，以及基于微控制器的系统连同所有外围接口电子元器件一起仿真。该软件的特点是：（1）全部满足我们提出的单片机软件仿真系统的标准，并在同类产品中具有明显的优势。,2）具有模拟电路仿真、数字电路仿真、单片机及其外围电路组成的系统的仿真、RS232动态仿真、I2 C调试器、SPI调试器、键盘和LCD系统仿真的功能；有各种虚拟仪器，如示波器、逻辑分析仪、信号发生器等。（3）目前支持的单片机类型有：ARM7系列、68000系列、8051系列、AVR系列、PIC12系列、PIC1

19、6系列、PIC18系列、Z80系列、HC11系列以及各种外围芯片。（4）支持大量的存储器和外围芯片。,总之，该软件是一款集单片机和SPICE分析于一身的仿真软件，功能极其强大，可仿真ARM、51、AVR、PIC。Proteus启动画面：此外，ARES软件是一款高级的布线编辑软件，它采用了32位数据库的高性能PCB设计系统，以及高性能的自动布局和自动布线方法。集成了高级原理布线图、混合模式SPICE电路仿真、PCB设计以及自动布线来实现一个完整的电子设计。,4.2 Keil软件调试流程,首先选择菜单File-New，在源程序编辑器中输入汇编语言或C语言源程序（或选择File-Open，直接打开已

20、用其它编辑器编辑好的源程序文档）并保存，注意保存时必须在文件名后加上扩展名.asm（.a51）或.c。然后选择菜单Project-New Project，建立新工程并保存（保存时无需加扩展名，也可加上扩展名.uv2），工程保存后会立即弹出一个设备选择对话框，选择CPU后点确定返回主界面。展开“Source Group1”前面+号，就会看到所加入的文件，双击文件名，即可打开该源程序文件。,紧接着对工程进行设置，选择工程管理窗口的Target1，再选择Project-Option for Target Target1（或点右键弹出快捷菜单再选择该选项），打开工程属性设置对话框，共有8个选项卡，主要

21、设置工作包括在Target选项卡中设置晶振频率、在Debug选项卡中设置实验仿真板等，如果要写片，还必须在Output选项卡中选中“Creat Hex Fi”（如图6.2）；其它选项卡内容一般可取默认值。工程设置后按F7键（或点击编译工具栏上相应图标）进行编译/汇编、连接以及产生目标文件。,成功编译/汇编、连接后，选择菜单Debug-Start/Stop Debug Session（或按Ctrl+F5键）进入程序调试状态（如图6.3），Keil提供对程序的模拟调试功能，内建一个功能强大的仿真CPU以模拟执行程序。Keil能以单步执行（按F11或选择Debug-Step）、过程单步执行（按F10

22、或选择Debug-Step Over）、全速执行等多种运行方式进,如果发现程序有错，可采用在线汇编功能对程序进行在线修改（Debug-Inline Assambly），不必执行先退出调试环境、修改源程序、对工程重新进行编译/汇编和连接、然后再次进入调试状态的步骤。对于一些必须满足一定条件（如按键被按下等）才能被执行的、难以用单步执行方式进行调试的程序行，可采用断点设置的方法处理（Debug-Insert/Remove Breakpoint或Debug-Breakpoints等）。在模拟调试程序后，还须通过编程器将.hex目标文件烧写入单片机中才能观察目标样机真实的运行状况。,4.3 Prote

23、us软件运行流程,Proteus ISIS的工作界面是一种标准的Windows界面，如图所示。包括：标题栏、主菜单、标准工具栏、绘图工具栏、状态栏、对象选择按钮、预览对象方位控制按钮、仿真进程控制按钮、预览窗口、对象选择器窗口、图形编辑窗口。运行Proteus程序后，进入软件的主界面（如图6.4）。通过左侧工具栏中的P(从库中选择元件命令)命令，在Pick Devices 左侧窗口中选择所需元件的关键字，然后放置元件并调整方向和位置以及参数设置，最后进行连线。,4.4数字时钟的功能仿真,第五章：总结,调试要点：首先确保各器件的完好性，其次检测各芯片的电源线和地线是否接触良好，然后焊接器件，接好

24、电源用万用表检测各电源端、地端的状态是否正常。检查无误后插上AT89S51并烧写一简易的程序，观察电路是否能协同工作。最后烧写工作程序，根据显示现象调试程序直至成功。上电运行时，数码管开始显示00：00：00，时钟开始走时。,制作心得：在这次课程设计的调试过程中，我遇到很多问题，如：由于跳转指令出错，导致整个程序在运行时进入死循环，修改时没有根据流程盲目查找原因浪费许多时间，又由于考虑不周，时钟显示29：89。该电路缺少整点报时及闹钟功能，由于能力和时间问题只能到此为止，很是遗憾，但在查找资料的过程中学到了许多，同时在协作过程中增进同学间的友谊。,附录,1.源程序 2.参考文献,1.源程序,采

25、用6位LED动态扫描时钟演示程序/LRM 2004.03.31/*/使用12MHZ晶振，P0口输出段码，P2口作列扫描，用共阳LED数码管/#include reg51.hcode char dis_711=0 xC0,0 xF9,0 xA4,0 xB0,0 x99,0 x92,0 x82,0 xF8,0 x80,0 x90,0 xff;/*共阳LED段码表 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 不亮*/,code char scan_con8=0 xfe,0 xfd,0 xfb,0 xf7,0 xef,0 xdf,0 xbf,0 x7f;/列扫描控制字data char disdata6=

26、0 x00,0 x00,0 x00,0 x00,0 x00,0 x00;/计时单元数据初值,共6个data char dis8=0 x00,0 x00,0 x00,0 x00,0 x00,0 x00,0 x0a,0 x00;/显示单元数据,共6个数据data char con1s=0 x00,con04s=0 x00,con=0X00;/1秒定时用sbit key0=0 x90;sbit key1=0 x91;sbit key2=0 x92;,毫秒延时程序/*/delay1ms(int t)int i,j;for(i=0;it;i+)for(j=0;j120;j+);/*/键扫描子程序/*/k

27、eyscan()EA=0;,if(key0=0)delay1ms(10);while(key0=0);if(discon=10)dis7=discon;discon=dis6;dis6=dis7;con+;TR0=0;ET0=0;TR1=1;ET1=1;if(con=6)con=0;TR1=0;ET1=0;TR0=1;ET0=1;/if(con!=0),if(key2=0)delay1ms(10);while(key2=0);if(disdatacon=0)disdatacon=0 x09;else disdatacon-;discon=disdatacon;dis6=0 x0a;EA=1;/

28、扫描程序/*/scan(),char k;for(k=0;k6;k+)P0=dis_7disk;P2=scan_conk;delay1ms(1);P2=0 xff;/初始化程序/clearmen()int i;for(i=0;i6;i+),disi=disdatai;TH0=0 x3C;TL0=0 xB0;/;50MS定时初值（T0计时用）TH1=0 x3C;TL1=0 xB0;/;50MS定时初值（T1计时用）TMOD=0X11;ET0=1;ET1=1;TR1=0;TR0=1;EA=1;/主程序/main()clearmen();while(1),scan();keyscan();/*/1秒

29、中断处理程序/*/void time_intt0(void)interrupt 1 ET0=0;TR0=0;TH0=0 x3C;TL0=0 xB0;TR0=1;con1s+;if(con1s=20)con1s=0 x00;,disdata0+;if(disdata0=10)disdata0=0;disdata1+;if(disdata1=6)disdata1=0;disdata2+;if(disdata2=10)disdata2=0;disdata3+;if(disdata3=6),disdata3=0;disdata4+;if(disdata4=10)disdata4=0;disdata5+

30、;if(disdata5=2)if(disdata4=4)disdata4=0;disdata5=0;,is0=disdata0;dis1=disdata1;dis2=disdata2;dis3=disdata3;dis4=disdata4;dis5=disdata5;ET0=1;/*/0.4秒闪烁中断程序/*/void time_intt1(void)interrupt 3 EA=0;TR1=0;TH1=0 x3C;TL1=0 xB0;TR1=1;con04s+;if(con04s=8),con04s=0 x00;dis7=discon;discon=dis6;dis6=dis7;EA=1;,2.参考文献,1 康华光，邹寿彬，秦臻.电子技术基础数字部分.北京高等教育出版社，2006.12 张毅刚，彭喜元，董继成.单片机原理及应用.高等教育出版社，2003.123 刘鲲，刘春亮，黄焱.单片机C语言入门.人民邮电出版社，2008年4月第1版.4 http:/,谢谢观赏,WPS官方微博kingsoftwps,