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1、 检测理论及应用课程设计题 目 时钟计时器 学院(部) 工业制造学院 专 业 测控技术与仪器 学生姓名 刘娅 学 号 * 年级 2012 级 1班 指导教师 职称 硕士 2014 年 12 月 7 日摘 要时钟是人类日常生活必不可少的工具，本设计从日常生活中常见的事物入手，通过对电子时钟的设计，让我们认识到单片机已经深入到我们生活的每个领域，该设计不仅可以锻炼我们的动手能力，而且可以加深我们对单片机的认识和激发我们对未知科学领域的探索。本文利用单片机实现数字时钟计时功能的主要内容。它体积小，成本低、功能强、使用方便、可靠性高等一系列优点，广泛应用于智能产业和工业自动化上。本次设计采用独立式按键
2、进行时间调整，其中 STC89C52 是核心元件，同时采用数码管 LED 动态显示“时” ， “分” ， “秒”的现代计时装置。与传统机械表相比，它具有走时精确,显示直观等特点。它的计时周期为 24 小时，显满刻度为“23 时 59 分 59 秒” 。该系统同时具有硬件设计简单、工作稳定性高、价格低廉等优点。关键词：STC89C52 ； LED 数码管。目录设计要求 .11设计方案 .12系统硬件电路的设计 .22.1 单片机的选择及引脚功能介绍 .22.2 显示电路设计 .42.3 电源电路设计 .43控制系统的软件设计 .53.1 主程序流程图 .53.2 闹钟时间设定功能程序 .54系统
3、功能调试与整体指标 .64.1 软件调试与分析 .64.2 性能分析 .65元器件及元器件介绍 .76总结与思考及致谢 .8参考文献 .9附录 程序 .10电路 .270电子时钟的设计设计要求利用单片机作为控制核心，完成一个时钟计时器。具体要求如下：(1)采用 8 位 LED 数码显示时、分、秒，开机流动显示学号。(2)时制式为 24 小时制，K1 选择模式。(3)按键 K1 进行时钟调时 、调分、调年、调月、调日 ,闹钟调时、调分,均以按下 K1键的次数进行模式改变，调整的位相应闪烁，闪烁时按 K2 键相应加 1，K3 则减1。(4)正常显示时钟时，按住 K2 不放显示年月日，松开显示时钟。
4、(5)正常显示时钟时，按下 K3 切换到秒表模式，此时 K2 键对秒表进行控制，K3 键则为复位键，再按 K3 退出该模式。(6)K0 对闹钟起启停控制。1设计方案此方案采用单片机内部定时器 T0、T1 进行计时、计数，STC89S52 实时控制。外部用按键进行模式选择，时钟调整。2系统硬件电路的设计2.1单片机的选择及引脚功能介绍STC89C52具有如下特点：40个引脚（引脚图如图四所示） ，4k Bytes Flash 片内程序存储器，128 bytes 的随机存取数据存储器（RAM） ，32个外部双向输入/ 输出（I/O）口， 5个中断优先级2层中断嵌套中断，2个16位可编程定时计数器,
5、2个全双工1串行通信口，看门狗（WDT）电路，片内时钟振荡器。此外，STC89C52RC 设计和配置了振荡频率可为 0Hz 并可通过软件设置省电模式。空闲模式下，CPU 暂停工作，而 RAM 定时计数器，串行口，外中断系统可继续工作，掉电模式冻结振荡器而保存 RAM 的数据，停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。同时该芯片还具有 PDIP、TQFP 和 PLCC 等三种封装形式，以适应不同产品的需求。图 2 STC89C52芯片引脚图引脚功能介绍：VCC（40）： 5V； GND（20）：接地；P0口（39 32）：P0口为8位漏极开路双向 I/O 口，每引脚可吸收8个 TTL 门电流；P
6、1口（1 8）：P1 口是从内部提供上拉电阻器的8位双向 I/O 口，P1口缓冲器能接收和输出4个 TTL 门电流；P2口（21 28）：P2口为内部上拉电阻器的8 位双向 I/O 口，P2口缓冲器可接收和输出4个 TTL 门电流；P3口（10 17）：P3口是8个带内部上拉电阻器的双向 I/O 口，可接收和输出42个 TTL 门电流， P3口也可作为 AT89C51的特殊功能口；RST（9 ）：复位输入。当振荡器复位时，要保持 RST 引脚2个机器周期的高电平时间；ALE/PROG（30）：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的低位字节，在 FLASH 编程期间，此引脚用于
7、输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6 ，它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的，要注意的是，每当访问外部数据存储器时，将跳过1个 ALE 脉冲；PSEN（29）：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期2次 PSEN 有效，但在访问外部数据存储器时，这2次有效的 PSEN 信号将不出现；EA/VPP（31）：当 EA 保持低电平时，外部程序存储器地址为（0000HFFFFH）不管是否有内部程序存储器。FLASH 编程期间，此引脚也用于施加12V 编程电源（VPP） ；XTAL1（ 19）：反向振荡器放大器的输入及内部
8、时钟工作电路的输入；XTAL2（18）：来自反向振荡器的输出。2.2显示电路设计单片机中通常用七段 LED 构成字型“8”，另外，还有一个小数点发光二极管以显示小数位！这种显示器有共阴和共阳两种！发光二极管的阳极连在一起的（公共端）称为共阳极显示器，阴极连在一起的称为共阴极显示器。一位显示器由 8 个发光二极管组成，其中，7 个发光二极管构成字型“8”的各个笔划（段） ，a_g,另一个小数点为 dp 发光二极管。当在某段发光二极管上施加一定的正向电压时，该段笔画即亮；不加电压则暗。为了保护各段 LED 不被损坏，需外加限流电阻。由于共阴极连接需加驱动，故在这里我采用的是共阳阳极连接。以8位共阴
9、极 LED 为例，各 LED 公共阴极接低电平，若向各控制端 a,b,，g,dp 顺次送入高平信号，便可进行显示。共阴极7段 LED 显示数字0 F、文字、符3号及小数点的编码（a 段为最地位， dp 点为最高位） 。图 3 2.3电源电路设计在各种电子设备中，直流稳压电源是必不可少的组成部分，它是电子设备唯一能量来源，它的设计思路是根据我们以前学过的模电电子技术，要想得到我们所要的+6V 输出电压，就需将交流 220V 的电压经过变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路四个部分。3控制系统的软件设计3.1主程序流程图本设计中主程序主要实现显示的初始化和调用各子程序工作的功能，读取时间的子程序主要
10、实现初始化，时间信息的采集和显示段码的码的存取。分别对各个器4件的功能进行编程设计，根据主程序流程图（如下）进行全面的分析。设计中计时主要以定时器 T0 中断完成，定点闹铃使用峰鸣器来完成。 当端口有开关按下时，转入相应的功能程序。其主程序执行流程图如下图 9：开始初始化显示是否按键是否为开启闹钟设置闹钟时间是否整点蜂鸣器响 4秒调节显示时间是否到闹钟时间蜂鸣器响 1 分钟YYYYNNNN图 4 主程序流程图3.2闹钟时间设定功能程序在时钟状态下，触发外中断 1 时，进入闹钟时间设定模式，且不影响 T0 计时器的功能状态，在键盘上输入对应的数字进行时间设定。当分别按下调节时钟、分钟和秒钟的个位
11、时，时间自动确定，闹钟时间只精确到分钟。闹钟时间设定流程图如图 11 所示：5开始闹铃达到预设时间 ?返回YN图 11 闹钟时间设定流程图4系统功能调试与整体指标4.1软件调试与分析软件调时在 KEIL C51 编译器下进行，源程序编译及仿真调试应分段或以子程序为单位逐个进行，最后生成 hex 文件，并且能够完美仿真。4.2性能分析按照设计程序分析，LED 显示器动态扫描的频率为 167HZ，实际使用观察时完全没有闪烁。由于计时中断程序中加了中断延时误差处理，所以实际计时精度非常高，可满足多种场合的应用需要。5元件及元件介绍8 位数码管：8 位数码管属于 LED 发光器件的一种。LED 发光器
12、件一般常用的有两类：数码管和点阵。8 位数码管又称为 8 字型数码管。分为 8 段：a、b、c、d、e、f 、g、p。其中 p 为小数点。数码管常用的有 10 根管脚，每一段有一根管脚，另外两根管脚位一个数码管的公共端，6两根之间相互连通。用单片机驱动 LED 数码管有很多方法，按显示方法分为静态显示和动态显示。前者：显示驱动电路具有输出锁存功能，单片机将所有要显示的数据送出后就不在控制LED，直到下一次显示时再传送一次新的显示数据。静态显示的数据稳定，占用的 CPU 时间少。静态显示中，每一个显示器都要占用单独的具有锁存功能的 IO 接口，该接口用于笔划段字型代码。这样单片机只要把要显示的字型代码发送到接口电路。该字段可以显示发送的字型。要显示新的数据时，单片机再发送新的字形码。后者：是用其接口电路把所有显示器的 8 个笔划段a-h 同名端连在一起，而妹妹一个显示器的公共极 COM 各自独立的受控制。 CPU 向字段输出口送出字形码时，所有显示器接受到相同的字形码，但究竟是哪个显示器亮，则取决于公共端，而这一段是有 IO 扣控制的，由单片机决定何时显示哪一位。电容器：通常简称其容纳电荷的本领为电容，用字母 C 表示。电容器是电子设备中大量使用的电子元件之一，广泛应用于电路中的隔直通交，耦
