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1、物理机电学院课程设计报告课程名称： 单片机课程设计 系 部： 电子与电气工程系 专业班级： 学生姓名： 指导教师： 完成时间： 2009年5月22日 报告成绩： 评阅意见： 评阅教师 日期 摘要：数字电子时钟电路设计系统，以AT89C51单片机为控制核心，由键盘显示、定时闹铃、LED共阴极数码管和LED灯显示等功能模块组成。基于题目基本要求，本系统对时间显示和定时报警进行了重点设计。本系统大部分功能由软件来实现，吸收了硬件软件化的思想，大部分功能通过软件来实现，使电路简单明了，系统稳定性大大提高。本系统不仅成功的实现了要求的基本功能,而且有一定的创新功能。关键字：单片机 AT89C51 共阴极
2、LED数码显示器 Abstract This digital electronic clock circuit design system ,based on chip microcomputer AT89C51,is composed by the following functional modules : keyboard displaying , timing alarmg. common cathode LED digital tube，LED lights display,and so on. According to the basic requirements of the s
3、ubject ,the system stresses on the realization of Time display and regularly report to the police.The design achieved all the required basic technical indexes. Furthermore , adopting the idea of hardware-to-software, most of those functions are realized by softwares, which makes the electrocircuit m
4、ore concise and the system more stable.Key words: chip microcomputer AT89C51 Common cathode LED digital display目 录一、 前言. . .1二、 总体方案设计.1三、 系统硬件设计.2（1）输入部分. . .21 电源模块.22 按键模块.5（2）输出部分. . .31 显示模块.32 闹铃模块.43 LED灯显示模块.4（3）电路相关参数.41 LED数码显示器.42 集成器件CD4511.53 集成器件74LS138. .5四、 系统软件设计.6 主程序流程图.7五、 系统调试.9
5、1 系统功能.92 时钟精度分析. .9六、 系统设计总结.9七、 参考文献. .10附录111) 系统原理图.112) 系统实物图.123) 系统PCB图. .124) 源程序. .13一、前言本文通过对一个能实现按键开关可调整时、分、秒，且具有加密功能、定时报警的24小时制的时间系统的设计学习，详细介绍了51单片机应用中的定时中断原理、数码管显示原理、动态扫描显示原理等，进一步学习、应用单片机C语言系统的实现了各种功能。从而使自身明白使用单片机汇编语言和C语言之间的效率、整体性问题。系统由AT89C51、独立式按键、二极管、LED数码管、蜂鸣器等部分构成，能实现24小时制时、分、秒的时钟显
6、示，能实现时钟简单的加密功能。同时也可进行时、分、秒的校准、定时报警和LED二极管流水灯显示。本系统主要是和实际生活的数字钟结合起来，可用1功能键进行加密，进入时间校准等。可用3个带有不同按键分别对时钟的时、分、秒进行校准。每个按键伴有不同的声响以示区别。文章后附有本次课程设计系统电路原理图及源程序，以供读者参考。 二、总体方案设计因为手头有SP01A学习板，所以想通过SP01A学习板实现该设计，如果有时间，再自行设计PCB，制作出来。本次设计根据实验要求设计数字时钟。可利用如下两种方案实现。方案一：本方案采用美国DALLAS公司的专用时钟芯片DS1302。该芯片主要特点是采用串行数据传输，可
7、为掉电保护电源提供可编程的充电功能，并且可以关闭充电功能。其内部采用石英晶体振荡器，其芯片精度不大于10ms/年，且具有完备的时钟闹钟功能，因此，可直接对其以用于显示或设置，使得软件编程相对简单。为保证时钟在电网电压不足或突然掉电等突发情况下仍能正常工作，芯片内部包含锂电池。当电网电压不足或突然掉电时，系统自动转换到内部锂电池供电系统。而且即使系统不上电，程序不执行时，锂电池也能保证芯片的正常运行，以备随时提供正确的时间。方案二：本方案完全用软件实现数字时钟。原理为：在单片机内部存储器设三个字节分别存放时钟的时、分、秒信息，并通过程序控制扫描输出显示数据。利用定时器0与软件结合实现1秒定时中断
8、，每产生一次中断，存储器内相应的秒值加1；若秒值达到60，则将其清零，并将相应的分字节值加1；若分值达到60，则清零分字节，并将时字节值加1；若时值达到24，则将时字节清零。该方案具有硬件电路简单的特点，但当单片机不上电，程序将不执行。且由于每次执行程序时，定时器都要重新赋初值，所以该时钟精度不高。鉴于以上两种方案，虽然时钟芯片DS1302具有更多的优点，由于实验硬件的因素，现有的硬件缺少DS1302,为不影响实验进度，本设计采用方案二完成数字时钟的功能。根据题目要求设计的总体框图，如图1 1所示： 图1 1单片机数字钟硬件系统的总体设计框图 三、系统硬件设计（1）、输入部分：1.电源模块方案
9、一：采用干电池作为单片机数字钟的电源，由于调试时间较长，使用干电池需经常更换电池，不符合节约型社会的要求。并且需要有一个硬件将3节电池串联在一起以产生足够的电压，若如此，将造成携带不方便。方案二：采用200W/5V直流稳压电源作为系统电源，不仅功率上可以满足系统需要，不需要更换电源，并且比较轻便，使用更加安全可靠。但稳压电源我们不能自备，若要调试系统，只能到实验室才能做。方案三：采用普通的USB线连接微型计算机作为系统电源，虽然功率上可以满足稍大于系统需要，但同样不需要更换电源，并且比直流稳压电源更轻便，可随时使用、调试系统。基于以上分析,由于本次设计系统都是软硬件想结合，所以要采用微机设备，
10、有足够的USB接口供我们使用，所以我们决定采用方案三2.按键模块键盘是人与单片机打交道的主要设备，按键的读取容易引起误动作。可采用软件去抖动的方法处理，软件的触点在闭合和断开的时候会产生抖动，这时触点的逻辑电平是不稳定的，如不采取妥善处理的话，将引起按键命令错误或重复执行，在这里采用软件延时的方法来避开抖动，延时时间为20ms ().方案一：采用独立式键盘。独立式按键是直接用I/O口线构成的单个按键电路，其特点是每个按键单独占用一根I/O口线，每个按键的工作不会影响其它I/O口线的状态。但当所需按键数量多，会占用过多的I/O口线。方案二：采用矩阵键盘。因为单片机的I/O口有限, 显然，在按键数
11、量较多时，矩阵式键盘较之独立式按键键盘要节省很多I/O口线。但必须将行线、列线信号配合起来作适当处理，才能确定闭合键的位置。基于以上分析，我们选用方案一，因为本次设计中仅用到4个按键。独立式按键键盘有利于PCB的作图。（2）、输出部分：1、 显示模块显示模块是本次单片机课程设计最核心的部分。方案一：采用LCD1602。LCD1602为工业字符型液晶，能够同时显示16x02即32个字符。其采用标准的16脚接口，该液晶模块内部的字符发生存储器（CGROM)已经存储了160个不同的点阵字符图形，所以可分容易的实现数字钟数码显示。方案二：采用LED共阴极数码管。共阴数码管在应用时将公共极COM接到地线
12、GND上，当某一字段发光二极管的阳极为高电平时，相应字段就点亮。当某一字段的阳极为低电平时，相应字段就不亮。 基于以上分析，我们考虑到现实经济因素，所以选择了方案二。对于6路共阴极数码管数码管要正常显示，就要用驱动电路来驱动数码管的各个段码，从而显示出我们要的数字，因此根据数码管的驱动方式的不同，可以分为静态式和动态式两类：方案一：静态显示驱动。就是每一个数码管显示器都要占用单独的具有锁存功能的I/O接口用于笔划段字形代码。这样单片机只要把要显示的字形代码发送到接口电路，直到要显示新的数据时，再发送新的字形码，因此，使用这种办法单片机中CPU的占用较小。但对于静态显示方式,所需的数据锁存装置很多,引线多而复杂,且可靠性也较低。方案二：动态显示驱动。通过单片机对数码管位选通COM端电路的控制，只要将需要显示的数码管的选通控制打开，该位就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮。通过分时轮流控制各个数码管的的COM端，就使各个数码管轮流受控显示，这就是动态驱动。动态显示可以大幅度地降低硬件成本和电源的功耗，因为某一时刻只有一个数码管工作，也就是所谓的分时显示，故显示所需要的硬件电路可分时复用。动态显示方式,可以避免静态显示的问题。但设计上如果处理不当,易造成亮度低,闪烁问题。因此合理的设计既应保证驱动电路易实现,又要保证显示后的数据稳定,无闪烁。
