单片机课程设计数字钟报告

For personal use only in study and research; not for commercial use

单片机课程设计正文

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，研究数字钟及扩大其应用，有着非常现实的意义。

二、For personal use only in study and research; not for commercial

use

三、

四、题目及要求

设计一个多功能数字钟，使其具有以下功能：

1、由晶振电路产生标准秒信号。

2、能够显示时、分、秒：完成显示由秒00一直加1至59，再恢复为00；分加

1，由00至01，一直加1至59，再恢复00；时加1，由00至01，一直加1到23，再恢复00。

3、要有手动快速校时、校分、秒。

4、要有报时电路（蜂鸣器每分钟短叫一声，一小时长叫一声）。

5、自定义电路，设计、调试，并完成实验报告。

要求设计基于单片机的多功能数字钟，即用单片机来实现课程设计。

五、总体思路

数字钟实际上是一个对标准频率（1HZ）进行计数的计数电路。由于计数的起始时间不可能与标准时间一致，故需要在电路上加一个校时电路。对于一般的数字钟多会有报时功能。针对以上叙述，可整体构想：标准频率可由振荡电路产生，更精确时，可由石英晶体产生。计数，可由2个60进制计数器，分别作为秒、分计数单元，一个24进制，作为时计数单元。计数单元同样可采用中断定时方式，这就需要由软件来实现。对于校时部分，一般都是手动进行，通过按键来控制时、分、秒的快速校准。报时电路，可每小时短报时，也可设定每天的几点准时闹铃。至于，显示时间的部分可由数码管也可由液晶显示来完成。

针对以上设计思路，可有多种设计方案。对于具体的，参考方案论证。

六、方案论证

方案一：纯电路设计

此方案电路总方框图如下：

图 1 系统原理框图

（1）振荡电路：振荡电路主要是用来产生一固定频率的方波，可由定时器555与RC

组合具体电路如下：

图 2 555与RC组成的多谐振荡器图

但由于一般情况下，数字钟需要较高的精确度，所以我们可以石英晶体来产生方波信号，电路图如下：

图 3 石英晶体振荡器图

振荡器是数字钟的核心。振荡器的稳定度及频率的精确度决定了数字钟计时的准确程度，通常选用石英晶体构成振荡器电路。石英晶体振荡器的作用是产生时间标准信号。因此，一般采用石英晶体振荡器经过分频得到这一时间脉冲信号。

（2）分频电路：分频电路主要是用来将振荡器产生的固定频率方波，经一次或多次分频得到1Hz的方波即1秒的时间。

（3）计数电路：可用2个60进制计数器分别作为分、秒的计数单元，1个24

进制计数器作为时的计数单元。以1Hz的方波作为秒计数的CLK时钟信号，以秒计数溢满进位位作为分的CLK时钟信号，以分计数溢满进位位作为时的CLK时钟

信号。部分电路如下：

图4 秒、分计数电路

（4）校时电路：可通过手动来断开电路工作，然后快速调节时、分、秒，调整后，系统再继续计数。

（5）报时电路：可设定每小时短时报时，可以分计数溢满进位位控制蜂鸣器。或者每次的固定时间闹铃。

对以上电路分析知，方案一完全由硬件电路实现，不需软件，也就不需编程。这也就注定了其硬件电路的复杂性，需要较高的硬件技术。因此，我们采用软硬件结合的方法，既减少硬件电路，也可保证此数字钟的高准确度。

因此，根据现实情况及课题要求，我们采用方案二。具体过程见具体实现部分。

方案二：采用AT89S52单片机设计

主要以52芯片为核心，可内部或外部产生信号，采用中断的方式定时。系统由AT89S52单片机、锁存器74HC573、LED 数码管、按键、发光二极管等部分构成，能实现比较精确的走时、时间的调整等功能。秒信号是由单片机内部的定时器产生，通过软件计数和软件的译码，以动态扫描的方式将时间显示在数码管上面。通过按键的检测可以控制单片机相应的动作，来达到调时的目的。

七、具体实现

电路如下：

图 5 总体电路图

（一）、硬件设计

1、电源电路：

电源是单片机系统的重要组成部分，它不仅为系统提供多路电压源，还直接影响到系统的技术指标和抗干扰性能。AT89S52单片机和一般的数字芯片一样，都是5V电压供电，所以可以共用一个5V电源。另外，为了提高电源的稳定性，在离电源的最近处做好退耦处理，可用一个电容，以滤去干扰，保证电源的稳定。

2、锁存器74HC573：

74HC573包含八路D 型透明锁存器，每个锁存器具有独立的D 型输入，以及适用于面向总线的应用的三态输出。所有锁存器共用一个锁存使能（LE）端和一个输出使能（OE）端。Dn：第n路输入数据; On：第n路输出数据;

当LE为高时，数据从Dn输入到锁存器，在此条件下，锁存器进入透明模式，

也就是说，锁存器的输出状态将会随着对应的D输入每次的变化而改变。当LE 为低时，锁存器将存储D输入上的信息一段就绪时间，直到LE的下降沿来临。

当OE为低时，8个锁存器的内容可被正常输出；当OE为高时，输出进入高阻态。OE端的操作不会影响锁存器的状态。

操作电压范围：2.0V~6.0V。低输入电流：1.0uA

下图为74HC573的引脚图：

3、数码管显示电路：

要同时使得6个数码管点亮，所需的IO口是很多的。为了节省单片机的IO 口，通常采用动态扫描的显示方法，将每个数码管的同名段连在一起，分6次向数码管写数据，每次对6个数码管写相同的数据，每次选通一个数码管，完成扫描，通过调整、缩短扫描的时间，由于人眼的视觉暂留作用，使得人们看起来就像同时显示一样，以达到动态显示的目的。部分电路如下：

此处数码管采用LG5011AH型号的共阴极接法，其管脚如下：

4、AT89S52单片机：其引脚如下：

电源引脚：40（VCC）接+5V电源，20（GND）接地。

晶振采用内部方式。晶体振荡器与AT89S52的接法为如图所示，XTAL1和XTAL2脚接到12MHz的晶体振荡器上，与两个30pf的电容并联，并接低电平。

19（XTAL1）, 18（XTAL2）

XTAL1是片内振荡器的反相放大器输入端，XTAL2则是输出端，使用外部振荡器时，外部振荡信号应直接加到XTAL1，而XTAL2悬空。内部方式时，时钟发生器对振荡脉冲二分频，如晶振为12MHz，时钟频率就为6MHz。晶振的频率可以在1MHz-24MHz内选择。电容取30PF左右。系统的时钟电路设计是采用的内部方式，即利用芯片内部的振荡电路。AT89单片机内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器。引脚XTAL1和XTAL2分别是此放大器的输入端和输出端。这个放大

器与作为反馈元件的片外晶体谐振器一起构成一个自激振荡器。外接晶体谐振器以及电容C1和C2构成并联谐振电路，接在放大器的反馈回路中。对外接电容的值虽然没有严格的要求，但电容的大小会影响震荡器频率的高低、震荡器的稳定性、起振的快速性和温度的稳定性。因此，此系统电路的晶体振荡器的值为

12MHz，电容应尽可能的选择陶瓷电容，电容值约为30μF。在焊接刷电路板时，晶体振荡器和电容应尽可能安装得与单片机芯片靠近，以减少寄生电容，更好地保证震荡器稳定和可靠地工作。

9（RESET）复位键

在振荡器运行时，有两个机器周期（24个振荡周期）以上的高电平出现在此引腿时，将使单片机复位，只要这个脚保持高电平，52芯片便循环复位。复位后P0－P3口均置1引脚表现为高电平，程序计数器和特殊功能寄存器SFR全部清零。当复位脚由高电平变为低电平时，芯片为ROM的00H处开始运行程序。复位是由外部的复位电路来实现的。本次采用了手动复位，电路如下：

输入输出口的连接

P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。本次设计使用P0口的P0.0~P0.2来分别控制调时中的时、分、秒。电路如下

P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH

编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。本次设计P1口分别接段选74HC573的2~9引脚，锁存控制数码管的点亮。

P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。本次设计使用P2口的P2.0~P2.5分别接位选74HC573的2~7脚，控制数码管轮流点亮。此外，我们同样用P2.7口控制蜂鸣器的报时。

P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4

个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。本次使用了P3的P3.1~P3.2分别控制段选和位选。

蜂鸣器的使用

蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器，采用直流电压供电，广泛应用于计算机、打印机、复印机、报警器、电子玩具、汽车电子设备、电话机、定时器等电子产品中作发声器件。其中蜂鸣器电路中三极管的作用是放大声音信号.三极管是一种控制元件，主要用来控制电流的大小，以共发射极接法为例（信号从基极输入，从集电极输出，发射极接地），当基极电压UB有一个微小的变化时，基极电流IB也会随之有一小的变化，受基极电流IB的控制，集电极电流IC会有一个很大的变化，基极电流IB越大，集电极电流IC也越大，反之，基极电流越小，集电极电流也越小，即基极电流控制集电极电流的变化。但是集电极电流的变化比基极电流的变化大得多，这就是三极管的放大作用。具体电路如下：

（二）、软件实现

利用C语言编程如下（部分说明已注释）：

/*P1口接段选，P2口接位选（P2.0到P2.5），段选letch接P3.1，位选letch 接P3.2*/

#include

#include

#define uchar unsigned char

#define uint unsigned int

void SYSCLK_Init (void);

void Port_Init(void);

void delay();

sbit dula = P3^1;

sbit wela = P3^2;

sbit alarm = P2^7;

sbit key1=P0^0;

sbit key2=P0^1;

sbit key3=P0^2;

uchar code duan[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07, //共阴极数码管的显示译码

0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71};

uchar code wei[]={0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf}; //段选

编码

uchar i,j; //定义循环变量

uchar sec1=0,sec2=0,min1=0,min2=0,hour1=0,hour2=0,sec=0,min=0,hour=0; //定义代表时分秒的变量

uchar con=0;

uint ms10; //定义10ms定时变量

keyscan() //调时按键处理函数

{

EA=0;

if(key1==0)

{

delay();delay();

if(key1==0)

{

while(!key1);

sec++;

if(sec==60)

sec=0;

}

}

if(key2==0)

{

delay();delay();

if(key2==0)

delay();

while(!key2);

min++;

if(min==60)

min=0;

}

}

if(key3==0)

{

delay();delay();

if(key3==0)

{

while(!key3);

hour++;

if(hour==24)

hour=0;

}

}

EA=1;

}

void main (void)

{

alarm = 0;

TMOD=0x02;

TH0=0x06;

TL0=0x06;

ET0=1;

TR0=1;

while(1)

{

keyscan();

{

P2=0xff;

dula=0;

P1=duan[sec1]; /*6*/ //显示秒的个位dula=1;

wela=0;

P2=0xfe;

wela=1;

delay();

}

{

P2=0xff;

dula=0;

P1=duan[sec2]; /*5*/ //显示秒的十位dula=1;

wela=0;

P2=0xfd;

delay();

}

{

P2=0xff;

dula=0;

P1=duan[min1]; /*4*/ //显示分的个位dula=1;

wela=0;

P2=0xfb;

wela=1;

delay();

}

{

P2=0xff;

dula=0;

P1=duan[min2]; /*3*/ //显示分的十位dula=1;

wela=0;

P2=0xf7;

wela=1;

delay();

}

{

P2=0xff;

dula=0;

P1=duan[hour1]; /*2*/ //显示时的个位dula=1;

wela=0;

P2=0xef;

wela=1;

delay();

}

{

P2=0xff;

dula=0;

P1=duan[hour2]; /*1*/ //显示时的十位dula=1;

wela=0;

P2=0xdf;

wela=1;

delay();

}

}

}

void delay() //定义延时函数

{ uint j,k;

for(j = 0; j<50; j++)

for(k = 0;k<5;k++);

}

void timer0(void) interrupt 1 //使用定时器0中断{

ms10++;

if(ms10==4000)

{

ms10=0;

sec++;

if(sec==60)

{

sec=0;

min++;

alarm=1;

alarm=0;

if(min==60)

{

min=0;

hour++;

if(hour==24)

{

hour=0;

alarm=1;

alarm=1;

alarm=1;

alarm=0;

}

}

}

}

sec1=sec%10;

sec2=sec/10;

min1=min%10;

min2=min/10;

hour1=hour%10;

hour2=hour/10;

ET0=1;

}

如此一个完整的基于单片机的多功能数字钟即完成。

七、问题分析

制作一块完整电路板，一次性完全正确较不易，总会遇到这样或那样的问题。我们在设计电路板是也同样遇到诸多问题，但经过组员的齐心协力终于完成任务。

问题如下：

1、在调试时，显示十位分的数码管始终不亮。我们2位同学重新检查了关于此

数码管的所有连接，结果发现有一条电路线断路，重新连接后，此数码管同样不会点亮。然后检查程序，才发现，秒的十位位选并没有选择，修改程序后，此数码管点亮。

2、接通电路后，蜂鸣器一直闹铃。查找资料，分析后，知道不同型号的三极管

对应于蜂鸣器的接法是不一样的。而我们，显然是弄错了三极管的型号。改正后，电路工作正常。

3、编程时，同样出现了错误。如P口对应错误，按键控制错误等。

九、参考文献

《单片机原理与应用及C51程序设计》谢维成清华大学学出版社《C程序设计》（第三版）谭浩强清华大学出版社

《模拟电子技术基础》（第四版）童诗白高等教育出版社

《数字电子技术基础》（第五版）阎石高等教育出版社

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Nur für den pers?nlichen für Studien, Forschung, zu kommerziellen Zwecken verwendet werden.

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толькодля людей, которые используются для обучения, исследований и не должны использоваться в коммерческих целях.

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