电子1班-1211431034-马梦珂.doc

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1、 课程设计报告课程设计报告 数字钟设计 院 系 电子信息工程学院 专 业 电子信息工程 班 级 1 姓 名 马梦珂 学号：1211431034 合肥师范学院课程设计 I 摘摘 要要 数字钟是一种用数字电路技术实现时、分、秒计时的装置，与机械式时钟相比具有 更高的准确性和直观性，且无机械装置，具有更长的使用寿命，已得到广泛的使用。数 字钟从原理上讲是一种典型的数字电路，其中包括了组合逻辑电路和时序电路。 数字钟就是由电子电路构成的计时器，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 外应该该有校时功能和报

2、时，整体清零等附加功能。主电路系统由秒信号发生器，时、 分、秒计时器，译码器及显示器，校时电路，整体清零电路，整点报时电路组成。秒信 号发生器是整个系统的时基信号，它直接决定计时系统的精度，一般用石英晶体振荡器 加分频器来实现。秒信号产生器将标准信号送入“秒计数器”，“秒计数器”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“分计数器”的时钟脉冲。 “分计数器”也采用 60 进制计数器，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 进制计时器，可实现一天 24 小时的累计， 本课题利用了单片机的数码管和定时器相关知识，采用 AT8

3、9C51 单片机子控制核心， 结合 LED 数码管实现时分秒的显示。硬件电路设计主要包括中央处理单元电路，键盘扫 描电路。软件程序则采用 VC 语言实现。本设计实现了显示时间、调整时间等功能，达到 了设计的目的和要求。并在 Proteus 软件上进行了仿真和调试。 关键词：计时器，计数，译码，校时，数字时钟，单片机，仿真调试 合肥师范学院课程设计 II 合肥师范学院课程设计 III 目目 录录 摘 要.I 目 录 .II 1 引言1 1.1 研究背景及意义1 1.2 国内外研究现状1 2 硬件设计1 2.1 元件组成1 2.2 电路组成2 3 软件设计2 3.1 电路原理图设计2 3.2 源程

4、序2 4 系统调试与实验4 5 总结5 参考文献6 合肥师范学院课程设计 1 1 引言引言 1.1 研究背景及意义 随着科技文明的发展，人们对时钟这种生活必需品的要求在不断提高。它不仅仅被 看成是一种用来显示时间的工具，高精度、体积小、多功能、低功耗是时钟发展的必然 趋势。所以，时钟的数字化、多功能化已经成为现代时钟生产研究的主导方向。数字钟 是一种数字电路技术来实现时、分、秒计时的装置，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，具有更长的使用寿命，因此得到了广泛的使用。广泛用于 个人家庭、码头、车站、办公室等公共场所，成为人们日常生活中不可缺少的必需品， 由于数字集成电路的发

5、展和石英晶体震荡器的广泛使用，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。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， 有着非常重要的意义。 1.2 国内外研究现状国内外研究现状 数字电子技术的迅速发展，使各种类型集成电路在数字系统、控制系统、信号处理 等方面得到了广泛的应用。为了适应现代电子技术迅速发展的需要，能够较好地面向数 字化和专用集成电路的新时代。目前，数字钟以其体积小、重量轻、抗干扰能力强、对 环境要求高、高精确性、容易开发等特性，在工业控制系统、智能化器仪表、办公自动 化等诸多领域取得

6、了极为广泛的应用，并已经走入了寻常百姓家。因此，数字钟技术开 发和应用跟我们生活密切相关。 2 硬件设计硬件设计 2.1 元件组成元件组成 在本设计中，组成电路原理图的元件有：芯片AT89C51一个；共阴极8位数码管一个； 按键3个；普通电容2个；电解电容一个；晶振（CRYSTAL）一个；电阻若干。 2.2 设计要求 能够显示23时59分59秒，归零后重新开始，具有校时、校分、校秒功能，具有整点 报时功能。 2.3电路组成 在本设计系统中，数字钟的设计原理图包括晶振电路、键盘控制电路、复位电路、 数码管显示电路、分频电路、时分秒计数电路、校时电路、译码显示电路和功能扩展电 路。 晶振电路：全称

7、为晶体震荡器，主要作用是产生单片机所需的时钟频率。单片机执 行程序所需的时间完全取决于晶振所提供的时钟频率。晶振电路如图 1 所示。 合肥师范学院课程设计 2 图 1 复位电路：复位是单片机的初始化操作。单片机启动运行时都需要先复位，其作用 是使 CPU 及系统中其他部件处于一个确定的初始状态，并且从这个状态开始工作。其电 路图如图 2 所示。 图 2 键盘控制电路：数字钟最基本的功能除了能正常显示时间外，还需要对时间进行设置和调整， 所以要配以相应的键盘控制电路。该设计的键盘控制电路主要包括 3 个按键：P0.0 控制“秒”的 调整，每按一次加 1s；P0.1 控制“分”的调整，每按一次加

8、1min；P2.0 控制“时”的调整，每 按一次加 1h。键盘控制电路图如图 3 所示。 合肥师范学院课程设计 3 图 3 数码管显示电路：本次设计选择共阴极数码管，其中有 6 位显示“时”，“分”，“秒”， 剩下两位显示“”。数码管 A 至 DP 接单片机 P1 端口，1 至 9 接单片机 P3 端口。其电路图如图 4 所示。 图 4 分频电路：分频器能将高频脉冲变换为低频脉冲，它可由触发器以及计数器来完成。由于一 个触发器就是一个二分频，N 个触发器就是 2n 个分频器，如果用计数器做分频器，就要按进制数 合肥师范学院课程设计 4 进行分频。 分频器的功能主要有两个：一个是产生标准秒脉冲信

9、号，二是提供功能扩展电路所需要的信 号，如图 5 所示： 图 5 时分秒计数器:计数电路就要用到计数器，而计数器又有同步和异步之分。这里时计数电路要 用到 24 进制计数器；分、秒计数器则需要用到 60 进制计数器。 74160 计数器不仅具有二进制加法计数功能，还具有预置数、保持、和异步置零等附加功能。 如图 6 所示： 合肥师范学院课程设计 5 图图 6 校时电路校时电路: :当数字钟的显示时间于实际时间不同时，必须予以校准，校准电路如图当数字钟的显示时间于实际时间不同时，必须予以校准，校准电路如图 7 7 所示：所示： 图图 7 译码显示电路如图译码显示电路如图 8 8 所示：所示： 合

10、肥师范学院课程设计 6 图图 8 8 3 软件设计软件设计 在本设计系统中，要求达到的目的是设计一个电子时钟，显示格式为 “：”，由左向右分别是时、分、秒。开机时，显示 00：00：00 的时间 开始计时；当时间不准时，可校时，P0.0 控制“秒”的调整，每按一次加 1s；P0.1 控制 “分”的调整，每按一次加 1min；P2.0 控制“时”的调整，每按一次加 1h。计时满 23：59：59 时，返回 00：00：00 重新计时。 3.13.1 电路原理图设计电路原理图设计 根据设计要求，有上述各电路课组成数字钟系统结构图。其结构图如图 9 所示。 图 9 由结构图可以在 proteus 仿

11、真软件中画出原理图。其原理图如图 10 所示。 合肥师范学院课程设计 7 图 10 3.2 源程序源程序 #include #include #define uchar unsigned char #define uint unsigned int #define PP P1 uchar code SEG7=0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90; /显示缓冲 uchar num=1,2,3,4,5,6,7,8; uchar dian=0xbf; /定义数码管显示位码的端口 P20-P25 sbit q1=P37; sbit q2=P

12、36; sbit q3=P35; sbit q4=P34; sbit q5=P33; sbit q6=P32; sbit q7=P31; sbit q8=P30; /按键 123456 sbit k3=P00; 合肥师范学院课程设计 8 sbit k2=P01; sbit k1=P20; /显示时间 uint h=0; uint min=0; uint miao=0; /计数器计时变量 uint jishu1=0; /时分秒变量 uint h1=18; / uint m1=0;/ uint s1=20;/ /延时函数 ms void _delay_ms(uint t) uint i,j; fo

13、r(i=0;i=20) jishu1=0; miao+; if(miao59) 合肥师范学院课程设计 11 min+; miao=0; if(min59)h=h+1;min=0; if(h=24)h=0; 4 系统调试与实验系统调试与实验 Keil 软件是德国 Keil 公司推出的单片机软件编译器，其中 uV3 集成化开发环境工具 和 C51 编译器主要用于典型的 8051 单片机系统开发。Keil uV3 可以编辑、编译汇编语言、 C51 语言，连接定位目标文件和库文件，创建“.hex”文件，调试目标程序等。所以我们 可以用该软件来开发工程，调试程序，最终生成的“.hex”文件是可以执行的代

14、码文件， 用于 Proteus 中单片机系统的程序开发与仿真。 打开 Keil Vision 3，新建 KEIL 项目，选择 AT89C51 单片机作为 CPU，新建汇编源 文件，编写程序，并将其导入到“Source Group 1”中。在“Option for Target“对话框中， 选中”Output“选项卡中的”Create HEX File“。最终会生成“.hex”代码文件。 在 Proeus ISIS 中，画出上述原理图，鼠标双击 89C51 芯片，在 Program File 栏中添 加生成的“.hex”文件。完成后即可开始调试。下图是分别为开机状态和启动状态下的数 字钟调试结果

15、。 合肥师范学院课程设计 12 开机状态 启动状态 本次设计完成了一个数字钟的设计，其显示格式为“：”，由左向 右分别是时、分、秒。开机时，显示 00：00：00 的时间开始计时；当时间不准时，可校 时，P0.0 控制“秒”的调整，每按一次加 1s；P0.1 控制“分”的调整，每按一次加 1min；P2.0 控制“时”的调整，每按一次加 1h。计时满 23：59：59 时，返回 00：00：00 重新计时，达到了课程设计的目的和要求。 5 总结总结 在本次设计中，从开始的收集资料到修改程序、设计电路、画原理图、到完成调试 这一过程中，使我更加熟悉了单片机的相关知识以及仿真软件的应用，同时也提高

16、了自 己的动手实践能力，更为重要的是培养了自身科学严谨的学习态度，一点小错误都有可 能导致结果的偏差。同时为我以后做毕业设计积累了一定的经验。可以说本次课程设计 让我收获颇丰。 通过本次实验，是我对已学过的电路、数电、模电等电子的知识更深一步的了解。 刚开始做这个设计的时候感到不知从何下手，脑子里比较凌乱，通过从温已学过的知识 和参考一些文献，和老师的指导，使我对所设计的课题有所了解。 最后，感谢一下老师给我一次实践的机会。使我增加了知识面。 参考文献参考文献 阎石。数字电子技术基础.5 版.北京：高等教育出版社，2006 张毅刚。单片机原理及接口技术M.人民邮电出版社，2011 康华光。电子技术基础：数字部分.4 版. 张毅刚。基于 Proteus 的单片机课程的基础实验与课程设计M.人民邮电出版社，2012 朱清慧