数字电子钟课程设计

数字电子钟课程设计 The Standardization Office was revised on the afternoon of December 13, 2020

单片机技术课程设计说明书

数字电子钟

系、部：电气与信息工程学院

学生姓名：段仁亮

指导教师：王韧职称副教授

专业：电气自动化技术

班级：电气1001班

完成时间： 2012年10月10日

《单片机技术》课程设计任务书

一、设计题目：数字电子钟、数字频率计、数字电压表、交通灯、抢答器、密

码锁、波形发生器、数字温度计、计算器、数字式秒表。

二、适用班级：电气1001～3

三、指导教师：王韧

四、设计目的与任务：

学生通过理论设计和实物制作解决相应的实际问题，巩固和运用在《单片机技术》中所学的理论知识和实验技能，掌握单片机应用系统的一般设计方法，提高设计能力和实践动手能力，为以后从事电子电路设计、研发电子产品打下良好的基础。

五、设计内容与要求

设计内容

1、数字电子钟

设计一个具有特定功能的电子钟。该电子钟上电或按键复位后能自动显示系统提示符“P.”，进入时钟准备状态；第一次按电子钟启动/调整键，电子钟从0时0分0秒开始运行，进入时钟运行状态；再次按电子钟启动/调整键，则电子钟进入时钟调整状态，此时可利用各调整键调整时间，调整结束后可按启动/调整键再次进入时钟运行状态。

2、数字频率计

设计一个能够测量周期性矩形波信号的频率、周期、脉宽、占空比的频率计。该频率计上电或按键复位后能自动显示系统提示符“P.”，进入测量准备状态。按频率测量键则测量频率；按周期测量键则测量周期；按脉宽测量键则测量脉宽；按占空比测量键则测量占空比。

3、数字电压表

设计一个能够测量直流电压的数字电压表。测量电压范围0～5V，测量精度小数点后两位。该电压表上电或按键复位后能自动显示系统提示符“P.”，进入测量准备状态，按测量开始键则开始测量，并将测量值显示在显示器上，按测量结束键则自动返回“P.”状态。

4、交通灯

设计一个具有特定功能的十字路口交通灯。该交通灯上电或按键复位后能自动显示系统提示符“P.”，进入准备工作状态。按开始键则开始工作，按结束键则返回“P.”状态。要求甲车道和乙车道两条交叉道路上的车辆交替运行，甲车道为主车道，每次通车时间为60秒，乙车道为次车道，每次通车时间为30秒，要求黄灯亮3秒，并且1秒闪烁一次。有应急车辆出现时，红灯全亮，应急车辆通车时间10秒，同时禁止其他车辆通过。

5、抢答器

设计一个具有特定功能的抢答器。该抢答器上电或按键复位后能自动显示系统提示符“P.”，进入准备工作状态。主持人按下开始按钮后，抢答开始并限定时间30S；10S内无人抢答，蜂鸣器发出音响；主持人按下开始按钮之前有人按下抢答器，抢答违规，显示器显示违规台号，违规指示灯亮，其它按钮不起作用；正常抢答，显示器显示台号，蜂鸣器发出音响，其它抢答按钮无效；正常抢答下，从按下抢答按钮开始30S内，答完按钮没按下，则作超时处理，超时处理时，违规指示灯亮，显示器显示违规台号。蜂鸣器发出音响；各台数字显示的消除，蜂鸣器音响及违规指示灯的关断，都要通过主持人按复位按钮。

6、密码锁

设计一个具有特定功能的密码锁。该密码锁上电或按键复位后能自动显示系统提示符“P.”，进入准备工作状态。该密码锁具有系统原始密码888888，用户可以设定并存储用户密码，密码输入时应处于保密显示状态，密码输入正确时应显示密码输入正确提示信息，否则，显示密码输入错误提示信息。

7、波形发生器

设计一个具有特定功能的波形发生器。该波形发生器上电或按键复位后能自动显示系统提示符“P.”，进入准备工作状态。该波形发生器可以分别产生幅值0～5V、频率100Hz～100KHz范围内的三角波、锯齿波、方波、梯形波和正弦波。

8、数字温度计

设计一个具有特定功能的数字温度计。该数字温度计上电或按键复位后能自动显示系统提示符“P.”，进入准备工作状态。测量温度范围0℃～99℃，测量精度小数点后两位，可以通过开始和结束键控制数字温度计的工作状态。

9、计算器

设计一个具有特定功能的计算器。该计算器上电或按键复位后能自动显示系统提示符“P.”，进入准备工作状态。能实现（1）基本的加、减、乘、除、平方、开方；（2）三角函数运算；（3）十进制、十六进制转换运算；（4）其他功能。

10、数字式秒表

设计一个具有特定功能的数字式秒表。该数字式秒表上电或按键复位后能自动显示系统提示符“P.”，进入准备工作状态。该数字式秒表应具有开始、暂停、连续、清零和停止功能。

设计要求

1、以上课题可以任选其一或多选，学生也可以自拟课题；

2、编程语言：汇编或C51；

3、计算机打印《单片机技术》课程设计说明书一份；

4、设计时间：两周；

5、实物制作；

6、人员分组：一人一组一实物。

六、《单片机技术》课程设计说明书正文主要内容

参照“《单片机技术》课程设计说明书正文主要内容”文件。

七、《单片机技术》课程设计说明书书写规范格式

参照“《单片机技术》课程设计说明书书写规范格式”文件。

八、参考资料

1、马忠梅，单片机的C语言Windows环境编程宝典[M], 北京：北京航空

航天大学出版社，；

2、李光飞,单片机C程序设计指导[M],北京:北京航空航天大学出版社，；

3、李光飞,单片机课程设计实例指导[M],北京:北京航空航天大学出版社，。

电气自动化教研室

2012年9月10日

摘要

在当今时代我们可以随意看到电子钟，电子钟是一种利用数字电路来显示秒、分、时的计时装置，与传统的机械钟相比，它具有走时准确、显示直观、无机械传动装置等优点，因而得到广泛应用。随着人们生活环境的不断改善和美化，在许多场合可以看到数字电子钟，所以其极具有推广价值。学习了单片机技术以后，利用扩展单片机并行I/O口技术，连接LED数码管显示，接按钮控制，利用单片机芯片编程实现电子钟和秒表功能。

关键词数字电子钟；单片机；硬件电路；软件设计

ABSTRACT

Nowadays we are free to see electric clock，electric clock a timer which is a use of digital circuit to display seconds,,minutes,hours. Compared with the traditional mechanical clock, It has traveltime accurate, show intuitional, no mechanical transmission device etc, thus it is widely used. As people of living environment constantly improving and beautification, We can see digital electric clock on many occasions so that it has the great worthy of publicity. After Learning the single microcontroller technology , taking advantage of technology of extending parallel I/O mouth , connecting LED digital to display, picking button control tube, using single chip computer chip programming realize function of electric clock and stopwatch .

Key word s Digital electric clock；Single Micr0Controller；Hardware circuit；Software design

目录

1 设计方案及工作原理 (1)

设计课题任务 (1)

功能要求说明 (1)

总体方案介绍 (1)

工作原理介绍 (3)

2 硬件系统设计 (4)

硬件功能模块介绍 (3)

原理图、PCB图、元器件布局图 (5)

元器件部分清单 (5)

3 软件系统的设计 (6)

单片机资源使用说明 (6)

软件系统各模块功能介绍 (6)

软件系统程序流程框图 (7)

软件系统的程序 (11)

4 设计总结 (21)

使用说明 (21)

设计结论 (21)

仿真结果 (22)

误差分析 (22)

教学建议 (23)

结束语 (24)

致谢 (25)

参考文献 (26)

附录一：元件清单 (27)

附录二：电路原理图 (29)

附录三：PCB顶层图 (30)

附录四：PCB底层图 (31)

1 设计方案及工作原理

设计课题任务

●数字电子钟

设计一个具有特定功能的电子钟。该电子钟上电或按键复位后能自动显示系统提示符“P.”，进入时钟准备状态；第一次按电子钟启动/调整键，电子钟从0时0分0秒开始运行，进入时钟运行状态；再次按电子钟启动/调整键，则电子钟进入时钟调整状态，此时可利用各调整键调整时间，调整结束后可按启动/调整键再次进入时钟运行状态。

功能要求说明

本设计设计电子钟上电显示P.进入等待状态，按下K0键选择电子钟功能，电子钟开始计时。作为电子钟使用时，首先该电子钟在功能上具有一般电子钟的固有功能，即能比较准确显示时间，当显示至59秒时分显示自动加一;当分、秒显示至59分59秒时，小时显示自动加一；当显示至23小时59分59秒时，电子钟自动变为0时0分0秒显示；还具有调整功能，可以调节时、分、秒。作为电子钟使用时，其最长定时是24h，最小定时是，具有暂停、连续，清零、停止功能。

总体方案介绍

电子钟的总体功能原理是以AT89S52单片机为主要的控制核心，通过外接8个独立式键盘作为控制信号源，两个四位一体数码管作为显示器件，单片机实时的去执行相应的功能。在数码管上显示出来，此时通过不同的按键来观察和调节各种数据

●硬件设计方案

本电子钟主要由单片机、4*1独立键盘、显示接口电路和复位电路构成，设计课题的总体方案如图1所示

图1 硬件设计方案

●软件总设计框图（如图2所示）

开始

程序初始化

关闭定时器T0送“P.”显示代码S1键是否按下

开中断

EA=1

键盘扫描子程序

时、分、秒“—”数值处理，送缓冲区

显示

N

Y

图2 软件总设计框图

工作原理介绍

在本次设计里完成了电子钟功能。电子钟主要是利用单片机定时/计数器的工作和中断服务的作用完成计时功能的，首先用定时计数器采用工作方式1，定时50ms，然后在累加20次实现1秒，单片机的定时时间一到，单片机会自动中断使程序转向中断服务程序执行，中断服务程序执行完就会返回原程序，等待下一次定时时间的到来再次产生中断。在此基础上，单片机按照已设定的程序执行下去，使单片机能计算时间量完成计时功能。在单片机并行I/O口扩展键盘和数码管，实现对时间的调整和显示。

2 硬件系统的设计

硬件功能模块介绍

时钟功能模块

时钟电路用于产生MCS-51单片机工作时所需要的时钟控制信号，MCS-51单片机的内部电路在时钟信号控制下，严格地按照时序执行指令进行工作，而时序所研究的是指令执行中各个信号在时间上的关系。单片机各个功能部件的运行都是以时钟控制信号为基准，有条不紊的一拍一拍地工作。因为，时序频率直接影响单片机的速度。时钟电路通过在芯片的外部XTAL1和XTAL2两个引脚跨接晶体振荡器和微调电容，形成反馈电路，就构成了一个稳定的自激振荡电路。时钟电路为单片机产生时钟脉冲序列，晶振频率为12MHz。

键盘功能模块

为了方便时钟调整与秒表的控制，在单片P1口口线上接了独立键盘，采用低电平有效地方法。在本次电子钟设计中，调整是与键盘脱不了关系的，因为键盘是机械按钮，所以在触点闭合及释放的瞬间将出现电压抖动，所以在键扫描时应该要消除抖动，而且对于一键多功能的按钮必须要判释放，以免某个程序段多次执行。

数码管显示模块

数码管显示器是单片机重要的输出设备，它不仅具有发光响应快，高频特性好，而且机械性能好，工作电压低，随着工艺发展，可以发出不同颜色的光。在本次设计中，采用共阳极数码管，利用三极管驱动器段控口以便LED发出较亮的光。在本次设计中采用了两个四位一体数码管，数码管的段控接在

AT89S52单片机的P0口线上，从a到dp与到对应连接，位控制线接在AT89S52单片机的P2口线上，从LED0到LED7与到对应连接

复位电路模块

复位是单片机的初始操作，除了进入系统的正常初始化之外，当由于程序运行出错或操作错误使系统处于死锁状态时，为摆脱困境，也需安装复位键以重新启动。复位操作有上电自动复位和按键手动复位两种方式。复位电路通过极性电容和1个电阻串联，电容接VCC，电阻接地完成了上电复位，在电容两端并联一个电阻就可以实现按键电平复位。

原理图、PCB图、元器件布局图

电路原理图如图3（附录2所示）

PCB图如图4（附录3所示）

元器件布局图如图5（附录4所示）

元器件部分清单（如表1所示）

3 软件系统的设计

单片机资源使用说明

设计课题使用单片机资源的情况如下：

P0口输出数码管段选信号，P3口输出数码管位选信号；晶振12M；调整选择键SET_KEY：；通过选择键选择调整位，选中位闪烁；增加键ADD_KEY：；按一次使选中位加1；减少键DEC_KEY：；按一次使选中位减1;为蜂鸣器发声报时；50H-5FH；16个寄存器单元作为显示单元；

50H 用于控制秒基准时钟源的产生；51H 清零秒寄存器；

52H 清零分寄存器；53H 清零时寄存器；

5FH 用于秒个位；5EH 用于秒十位；

5DH 用于分个位；5CH 用于分十位；

5BH 用于时个位；5AH 用于时十位；

54H 用于控制调时闪烁；堆栈栈底：70H。

软件系统各模块功能介绍

（1）主程序模块：程序的初始化及复位后显示P.，此时进入功能选择状态，按下K0选择电子钟并同时启动电子钟。

（2）电子钟程序模块：当电子钟选择键按下时，先给缓冲区内清零，在通过查表给缓冲区一次送00-00-00并实现让00-00-00从左向右显示，一旦显示完则开启定时器开始计时，如果没有键按下则不断计时一直从00-00-00到23-59-59,然后重新从00-00-00开始。这里采用定时器中断完成计时功能。如果有键按下则启动2s定时，累计2s内K0按下的次数，按下1次则进入调秒状态，按

下2次则进入调分状态，按下3次则进入调时，按下多次则无效，进入调整状

态时，调整的改两位闪动显示并且蜂鸣器鸣叫以示提醒，次数按下K0键作为确认，按下K1就加1，按下K2就减1。

（3）主要子程序模块：为了方便软件程序编写，编写了许多子程序，有键扫描程序，用来判是否有键按下；有显示子程序，用于数码管的显示；有加1、减1子程序，用于对电子钟时分秒的调整；还有延时程序，用于数码管动态显示、

键扫描消抖动、延时。

软件系统程序流程框图

系统软件采用汇编语言按模块化方式进行设计,然后通过Keil软件开发平台将程

序转变成十六进制程序语言，接着使用Proteous 进行仿真，读出显示数据。

主程序流程框图如图6所示；加1子程序如图7所示；

中断服务程序程序如图8所示；

键盘扫描子程序框图如图9所示；

显示子程序框图如图10所示；

图6 主程序流程框图

图7 加1子程序流程框图

图8 中断子程序

图9 键盘扫描子程序