可 调 数字电子钟设计

可调数字电子钟设计

目录

第一部分课程设计任务书 (1)

一、课程设计题目 (1)

二、课程设计时间 (1)

三、课程设计提交方式 (1)

四、设计要求 (1)

第二部分课程设计报告 (2)

一、单片机发展简史 (2)

二、MCS-51单片机系统简介 (4)

三、设计思路 (7)

四、硬件设计电路 (7)

五、软件设计流程 (8)

六、程序源代码 (10)

七、结束语 (16)

八、参考文献 (16)

第一部分课程设计任务书

一、课程设计题目

可调数字电子钟设计

二、课程设计时间

一周

三、课程设计提交方式

提交电子版课程设计报告

四、设计要求

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。

本项目采用智能芯片机设计了一个具有LED显示、键盘输入的时钟系统，增加按键设置时间功能，使数字钟具有时、分、秒的调节功能：

1）自动计时，显示24小时制时间，由6位LED显示器显示时、分、秒。

2）起始时间为：00：00：00。

3）具备校准功能，可以直接由按键设置当前时间。

4)具有设置闹钟功能，可以直接由按键设置闹钟。

第二部分课程设计报告

一、单片机发展概况

1946年第一台电子计算机诞生至今，依靠微电子技术和半导体技术的进步，从电子管——晶体管——集成电路——大规模集成电路，使得计算机体积更小，功能更强。特别是近20年时间里，计算机技术获得飞速的发展，计算机在工农业，科研，教育，国防和航空航天领域获得了广泛的应用，计算机技术已经是一个国家现代科技水平的重要标志。

单片机诞生于20世纪70年代，象Fairchild公司研制的F8单片微型计算机。所谓单片机是利用大规模集成电路技术把中央处理单元(Center Processing Unit,也即常称的CPU)和数据存储器(RAM)、程序存储器(ROM)及其他I/O通信口集成在一块芯片上，构成一个最小的计算机系统，而现代的单片机则加上了中断单元，定时单元及A/D转换等更复杂、更完善的电路，使得单片机的功能越来越强大，应用更广泛。

20世纪70年代，微电子技术正处于发展阶段，集成电路属于中规模发展时期，各种新材料新工艺尚未成熟，单片机仍处在初级的发展阶段，元件集成规模还比较小，功能比较简单，一般均把CPU、RAM有的还包括了一些简单的I/O口集成到芯片上，象Fairchild公司就属于这一类型，它还需配上外围的其他处理电路方才构成完整的计算系统。类似的单片机还有Zilog公司的Z80微处理器。

1976年INTEL公司推出了MCS-48单片机，这个时期的单片机才是真正的8位单片微型计算机，并推向市场。它以体积小，功能全，价格低赢得了广泛的应用，为单片机的发展奠定了基础，成为单片机发展史上重要的里程碑。

在MCS-48的带领下，其后，各大半导体公司相继研制和发展了自己的单片机，象Zilog公司的Z8系列。到了80年代初，单片机已发展到了高性能阶段，象INTEL公司的MCS-51系列，Motorola公司的6801和6802系列，Rokwell公

司的6501及6502系列等等,此外,日本的著名电气公司NEC和HITACHI都相继开发了具有自己特色的专用单片机。

80年代，世界各大公司均竞相研制出品种多功能强的单片机，约有几十个系列，300多个品种，此时的单片机均属于真正的单片化，大多集成了CPU、RAM、ROM、数目繁多的I/O接口、多种中断系统，甚至还有一些带A/D转换器的单片机，功能越来越强大，RAM和ROM的容量也越来越大，寻址空间甚至可达64kB，可以说，单片机发展到了一个全新阶段，应用领域更广泛，许多家用电器均走向利用单片机控制的智能化发展道路。

1982年以后，16位单片机问世，代表产品是INTEL公司的MCS-96系列，16位单片机比起8位机，数据宽度增加了一倍，实时处理能力更强，主频更高，集成度达到了12万只晶体管，RAM增加到了232字节，ROM则达到了8kB，并且有8个中断源，同时配置了多路的A/D转换通道，高速的I/O处理单元，适用于更复杂的控制系统。

九十年代以后，单片机获得了飞速的发展，世界各大半导体公司相继开发了功能更为强大的单片机。美国Microchip公司发布了一种完全不兼容MCS-51的新一代PIC系列单片机，引起了业界的广泛关注，特别它的产品只有33条精简指令集吸引了不少用户，使人们从INTEL的111条复杂指令集中走出来。PIC单片机获得了快速的发展，在业界中占有一席之地。

随后更多的单片机种蜂拥而至，MOTOROLA公司相继发布了MC68HC系列单片机，日本的几个著名公司都研制出了性能更强的产品，但日本的单片机一般均用于专用系统控制，而不象INTEL等公司投放到市场形成通用单片机。例如NEC

公司生产的uCOM87系列单片机，其代表作uPC7811是一种性能相当优异的单片机。MOTOROLA公司的MC68HC05系列其高速低价等特点赢得了不少用户。

Zilog公司的Z8系列产品代表作是Z8671，内含BASIC Debug解释程序极大地方便用户。而美国国家半导体的COP800系列单片机则采用先进的哈佛结构。ATMEL公司则把单片机技术与先进的Flash存储技术完美地结合起来，发布了性

能相当优秀的AT89系列单片机。包括中国的台湾HOLTEK和WINBOND等公司也纷纷加入了单片机发展行列，凭着他们廉价的优势，分享一杯美羹。

1990年美国INTEL公司推出了80960超级32位单片机引起了计算机界的轰动，产品相继投放市场，成为单片机发展史上又一个重要的里程碑。

此期间，单片机园地里，单片机品种异彩纷呈，争奇斗艳。有8位、16位甚至32位机，但8位单片机仍以它的价格低廉、品种齐全、应用软件丰富、支持环境充分、开发方便等特点而占着主导地位。而INTEL公司凭着他们雄厚的技术，性能优秀的机型和良好的基础，目前仍是单片机的主流产品。只不过是九十年代中期，INTEL公司忙着开发他们个人电脑微处理器，已没有足够的精力继续发展自己创导的单片机技术，而由PHILIPS等公司继续发展C51系列单片机。

二、MCS-51单片机系统简介

MCS-51单片机是美国INTE公司于1980年推出的产品，与MCS-48单片机相比，它的结构更先进，功能更强，在原来的基础上增加了更多的电路单元和指令,指令数达111条，MCS-51单片机可以算是相当成功的产品，一直到现在，MCS-51系列或其兼容的单片机仍是应用的主流产品，各高校及专业学校的培训教材仍与MCS-51单片机作为代表进行理论基础学习。我们也以这一代表性的机型进行系统的讲解。

MCS-51系列单片机主要包括8031、8051和8751等通用产品，其主要功能如下：·8位CPU

·4kbytes 程序存储器(ROM)

·128bytes的数据存储器(RAM)

·32条I/O口线

·111条指令，大部分为单字节指令

·21个专用寄存器

·2个可编程定时/计数器

·5个中断源，2个优先级

·一个全双工串行通信口

·外部数据存储器寻址空间为64kB

·外部程序存储器寻址空间为64kB

·逻辑操作位寻址功能

·双列直插40PinDIP封装

·单一+5V电源供电

MCS-51以其典型的结构和完善的总线专用寄存器的集中管理，众多的逻辑位操作功能及面向控制的丰富的指令系统，堪称为一代“名机”，为以后的其它单片机的发展奠定了基础。正因为其优越的性能和完善的结构，导致后来的许多厂商多沿用或参考了其体系结构，有许多世界大的电气商丰富和发展了MCS-51单片机，象PHILIPS、Dallas、ATMEL等著名的半导体公司都推出了兼容MCS-51的单片机产品，就连我国的台湾WINBOND公司也发展了兼容C51(人们习惯将MCS-51简称C51,如果没有特别声明，二者同指MCS-51系列单片机)的单片机品种。

近年来C51获得了飞速的发展，C51的发源公司INTEL由于忙于开发PC及高端微处理器而无精力继续发展自己的单片机，而由其它厂商将其发展，最典型的是PHILIPS和ATML公司，PHILIPS公司主要是改善其性能，在原来的基础上发展了高速I/O口，A/D转换器，PWM(脉宽调制)、WDT等增强功能，并在低电压、微功耗、扩展串行总线(I2C)和控制网络总线(CAN)等功能加以完善。PHILIPS公司在发展C51的低功耗，高速度和增强型功能上作了不少贡献，当初主要由其来发展C51单片机，他们的83Cxx和87Cxx系列省去了并行扩展总线，适合于作为家用电器类控制的经济型单片机。

ATMEL公司推出的AT89Cxx系列兼容C51的单片机，完美地将Flash(非易失闪存技术)EEPROM与80C51内核结合起来，仍采用C51的总体结构和指令系统，Flash的可反擦写程序存储器能有效地降低开发费用，并能使单片机作多次重复使用。Siemens公司也沿用C51的内核，相继推出了C500系列单片机，在保持了与C51指令兼容的前提下，其产品的性能得到了进一步的提升，特别是在抗干扰性能，电磁兼容和通信控制总线功能上独树一帜，其产品常用于工作环

境恶劣的场合。亦适用于通信和家用电器控制领域。还有台湾的WINBOND公司亦开发了一系列兼容C51的单片机，其产品通常具备丰富的功能特性，而且与其质优价廉在市场也占有一定的分额。

下表是80C51系列单片机的主要分类及功能特性：

系列典型芯片I/O口定时/计数器中断源串行通信口片内RAM 片内ROM 说明80C31 4x8位2x16位 5 1 128字节无

80C51 4x8位2x16位 5 1 128字节4kB掩膜ROM

51系列87C51 4x8位2x16位 5 1 128字节4kBEPROM

89C51 4x8位2x16位 5 1 128字节4kBEEPROM

80C32 4x8位2x16位 6 1 256字节无

80C51 4x8位2x16位 6 1 256字节8kB掩膜ROM

52系列87C52 4x8位2x16位 6 1 256字节4kBEPROM

89C52 4x8位2x16位 6 1 256字节4kBEEPROM

8051是MCS-51系列单片机中的代表产品，它内部集成了功能强大的中央处理器，包含了硬件乘除法器、21个专用控制寄存器、4kB的程序存储器、128字节的数据存储器、4组8位的并行口、两个16位的可编程定时/计数器、一个全双工的串行口以及布尔处理器。

MCS-51具有比较大的寻址空间，地址线宽达16条，即外部数据存储器和程序存储器的寻址范围达216=64kB，这作为单片机控制来说已是比较大的，这同时具备对I/O口的访问能力。此外，MCS-51采用模块化结构，可方便地增删一个模块就可引脚和指令兼容的新产品。从而容易使产品形成系列化。

由于MCS-51集成了几乎完善的8位中央处理单元，处理功能强，中央处理单元中集成了方便灵活的专用寄存器，硬件的加、减、乘、除法器和布尔处理机及各种逻辑运算和转移指令，这给应用提供了极大的便利。

MCS-51的指令系统近乎完善，指令系统中包含了全面的数据传送指令、完善的算术和逻辑运算指令、方便的逻辑操作和控制指令、对于编程来说，是相当灵活和方便的。

MCS-51单片机的工作频率为2-12MHz，当振荡频率为12MHz时，一个机器周期为1us,这个速度应该说是比较快的。

8051中集成了完善的各种中断源，用户可十分方便地控制和使用其功能，使得它的应用范围加大，可以说它可以满足绝大部分的应用场合。

MCS-51把微型计算机的主要部件都集成在一块心片上，使得数据传送距离大大缩短，可靠性更高，运行速度更块。由于属于芯片化的微型计算机，各功能部件在芯片中的布局和结构达最优化，抗干扰能力加强，工作亦相对稳定。因此，在工业测控系统中，使用单片机是最理想的选择。单片机属于典型的嵌入式系统，所以它是低端控制系统最佳器件。

MCS-51的开发环境要求较低，软件资源十分丰富，介绍其功能特性书籍和开发软件随处可取，只需配备一台PC（个人电脑——对电脑的配置基本上无要求），一台仿真编程器即可实现产品开发，早期的开发软件多使用DOS版本，随着Windows视窗软件的普及，现在几乎都使用Windows版本，并且软件种类繁多，琳琅满目，在众多的单片机品种中，C51的环境资源是最丰富的，这给C51用户带来极大的便利

三、设计思想

整个系统工作时，秒信号产生器是整个系统的时基信号，它直接决定计时系统的精度，采用单片机振荡器加软件分频来实现。

将标准秒信号送入“秒计数器”，“秒计时器”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“分计时器”的时钟脉冲。“分计数器”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“时计数器”。“时计数器”采用24进制计数器，可实现对一天24小时的累计。

显示电路将“时”、“分”、“秒”计数器的输出，通过六七段LED显示器显示出来。

四、硬件电路设计

只需单片机最小应用系统，无需扩展电路，显示器用七段共阳LED显示器，显示小时、分、秒；设计三个按钮开关作为手动校准。其工作流程如下：

1）时间显示：上电后，系统自动进入时钟显示，从00：00：00开始计时。

2）时间校准：按下第一个按钮开关后，系统停止计时，循环进入小时、分钟、秒设定状态，分别按下第二、第三个按钮开关上下设置时间，系统将自动由设定后的时间开始计时显示。

?置初始时钟用三个键：

K2（P3.4）用于改变显示状态，有四个状态：

1—修改时2—修改分3—修改秒0—显示状态。

K3(P3.5) 用于当修改“时”、“分”、“秒”分别在这三个状态下对时、分、秒内容加1.

K4(P3.6) 用于当修改“时”、“分”、“秒”分别在这三个状态下对时、分、秒内容减1.

K1(P3.3)用于设置闹钟，

Proteus仿真图

五、软件设计框图

?可分为以下几个功能模块：

1）主程序：初始化与键盘监控。

2）计时：为定时器中断服务子程序，完成刷新计时缓冲区的功能。

3）时间设置：由按键设置当前时间。

4）键盘扫描：判断是否有键按下，并确定键号。

5）显示：完成8位动态显示。

?主程序流程图

对各单元先初始化，启动定时器，循环调用按键子程序进行判断有无按键按下，若有进行按键处理若无就调用显示子程序。

?键盘中断处理流程图

按键中断处理部分，判断有无键按下，确定键值用以调整时间；就是首先开中断对按键进行消抖动的处理，确定有键按下之后将被按下的键号存起来，若无

按键按下返回继续判断。

六、程序源代码

#include

unsigned char code table[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x40,0x00}; unsigned char temp,t0,t1,counter,hou,min,sec,hou1,min1,sec1;

sbit d1=P1^0;

void delay()

{

unsigned char x,y;

for(x=15;x>0;x--)

for(y=100;y>0;y--);

}

void init()

{

t0=0;

d1=0;

counter=0;

hou=0;

min=0;

sec=0;

TMOD=0x01;

TH0=(65536-50000)/256;

TL0=(65536-50000)%256;

EA=1;

ET0=1;

TR0=1;

}

void display(hou,min,sec)

{

P2=0xfe;

P0=table[hou/10];

delay();

P2=0xfd;

P0=table[hou%10];

delay();

P2=0xfb;

P0=table[10];

delay();

P2=0xf7;

P0=table[min/10];

delay();

P2=0xef;

P0=table[min%10];

delay();

P2=0xdf;

P0=table[10];

delay();

P2=0xbf;

P0=table[sec/10];

delay();

P2=0x7f;

P0=table[sec%10];

delay();

P0=table[11];

}

void main()

{

init();

while(1)

{

P3=0xff;

temp=P3;

while(temp==0xfb)

{

delay();

temp=P3;

while(temp==0xfb)

{

counter++;

if(counter==3)

counter=0;

while(temp==0xfb)

{ EA=0;

temp=P3;

display(hou,min,sec);

}

}

}

if(counter==0)

{

EA=1;

display(hou,min,sec);

}

else

{

P3=0xff;

temp=P3;

while(temp==0xf7||temp==0xef)

{

delay();

temp=P3;

while(temp==0xf7||temp==0xef)

{

temp=P3;

if(counter==1)

{

switch(temp)

{

case 0xf7:

{

hou++;

if(hou==24)

hou=0;

}

break;

case 0xef:

{

hou--;

if(hou==-1)

hou=23;

}

break;

}

}

if(counter==2)

{

switch(temp)

{

case 0xf7:

{

min++;

if(min==60)

min=0;

}

break;

case 0xef:

{

min--;

if(min==-1)

min=59;

}

}

}

while(temp==0xf7||temp==0xef)

{

temp=P3;

display(hou,min,sec);

}

}

}

P2=0xfb;

P0=table[10];

delay();

P2=0xdf;

P0=table[10];

delay();

P2=0xbf;

P0=table[sec/10];

delay();

P2=0x7f;

P0=table[sec%10];

delay();

switch (counter)

{

case 1:

{

P2=0xf7;

P0=table[min/10];

delay();

P2=0xef;

P0=table[min%10];

delay();

if(t0<=10)

{

P2=0xfe;

P0=table[hou/10];

delay();

P2=0xfd;

P0=table[hou%10];

delay();

}

else

{

P2=0xfe;

P0=table[11];

delay();

P2=0xfd;

P0=table[11];

delay();

}

}

break;

case 2:

{

P2=0xfe;

P0=table[hou/10];

delay();

P2=0xfd;

P0=table[hou%10];

delay();

if(t0<10)

{

P2=0xf7;

P0=table[min/10];

delay();

P2=0xef;

P0=table[min%10];

delay();

}

else

{

P2=0xf7;

P0=table[11];

delay();

P2=0xef;

P0=table[11];

delay();

}

}

break;

}

}

}

}

void timer0() interrupt 1

{

TH0=(65536-50000)/256;

TL0=(65536-50000)%256;

t0++;

t1++;

if(t0==20)

{

t0=0;

sec++;

if(sec==60)

{

sec=0;

min++;

if(min==60)

{

min=0;

hou++;

d1=1;

t1=0;

if(hou==24)

{

hou=0;

}

}

}

}

if((hou==hou1)&&(min=min1))

d1=1;

if(t1==20)

{

d1=0;

t1=0;

}

}}

七、结束语

经过几天的单片机课程设计，我们组完成了预期的设计要求。功能上达标：时钟的显示，定时功能，调时功能。时钟显示功能，精确度完全可以满足日常生活显示时间的需要；调时功能，方便快捷；定时功能准确可靠。硬件设施合乎要求，软件设计可以配合硬件实现要求功能。另外，要做好一个课程设计，就必须做到：在设计程序之前，对所用单片机的内部结构有一个系统的了解，知道该单片机内有哪些资源；要有一个清晰的思路和一个完整的的软件流程图；在设计程序时，不能妄想一次就将整个程序设计好，反复修改、不断改进是程序设计的必经之路；要养成注释程序的好习惯，一个程序的完美与否不仅仅是实现功能，而应该让人一看就能明白你的思路，这样也为资料的保存和交流提供了方便。

总体感觉这次课程设计还是比较有意义的，让我们对单片机理解更加深入，能正确运用数字电路的一些芯片，同时由于是开放式选题，可以培养我们的创新能力、实际应用软件画图能力以及团队合作能力。

八、参考文献

单片机原理及应用/张鑫主编.—2版.—北京：电子工业出版社，2010.10