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1、河河海海大大学学计计算算机机与与信信息息学学院院（ （常常州州） ）课课程程设设计计报报告告题题 目目 专专业业、 、学学号号 授授课课班班号号 学学生生姓姓名名 指指导导教教师师 完完成成时时间间 摘要本设计是定时闹钟的设计,由单片机 AT89C51 芯片和 LED 数码管为核心，辅以必要的 电路，构成的一个单片机电子定时闹钟。电子钟设计可采用数字电路实现，也可以采用单 片机来完成。数字电子钟是用数字集成电路构成的,用数码管显示“时”， “分”， “秒”的现代计 时装置。若用数字电路完成,所设计的电路相当复杂,大概需要十几片数字集成块,其功能也 主要依赖于数字电路的各功能模块的组合来实现,焊
2、接的过程比较复杂,成本也非常高。若用 单片机来设计制作完成,由于其功能的实现主要通过软件编程来完成,那么就降低了硬件电路 的复杂性,而且其成本也有所降低,所以在该设计中采用单片机利用 AT89C51,它是低功耗、 高性能的 CMOS 型 8 位单片机。片内带有 4KB 的 Flash 存储器,且允许在系统内改写或用 编程器编程。另外, AT89C51 的指令系统和引脚与 8051 完全兼容,片内有 128B 的 RAM、32 条 I/O 口线、2 个 16 位定时计数器、5 个中断源、一个全双工串行口等。 AT89C51 单片机结合七段显示器设计的简易定时闹铃时钟，可以设置现在的时间及显示闹
3、铃设置时间，若时间到则发出一阵声响，进步可以扩充控制电器的启停。设计内容包括了秒信号发生器、时间显示电路、按键电路、供电电源以及闹铃指示电 路等几部分的设计。采用四个开关来控制定时闹钟的工作状态，分别为：K1、设置时间和 闹钟的小时；K2、设置小时以及设置闹钟的开关；K3、设置分钟和闹钟的分钟；K4、设 置完成退出。课设准备中我根据具体的要求，查找资料，然后按要求根据已学过的时钟程序编写定 时闹钟的程序，依据程序利用 proteus 软件进行了仿真试验，对出现的问题进行分析和反复 修改源程序，最终得到正确并符合要求的结果。设计完成的定时闹钟达到课程设计的要求，在到达定时的时间便立即发出蜂鸣声音
4、， 持续一分钟。显示采用的六位数码管电路，如果亮度感觉不够，可以通过提升电阻来调节， 控制程序中延迟时间的长短，可以获得不同的效果。也可以改蜂鸣器为继电器，通过控制 继电器从而进一步扩展的来控制一些家电开关。关键字：单片机；子时钟；键盘控制。目录目录第一章第一章 系统设计要求系统设计要求 21.1 设计要求 2第二章第二章 系统的组成及工作原理系统的组成及工作原理 32.1 系统的组成 32.2 系统的工作原理 3第三章第三章 系统系统硬件电路方案设计硬件电路方案设计 63.1 电子时钟方案 63.2 数码显示方案 63.3 单元电路设计 73.3.1 晶体振荡电路 73.3.2 复位电路 7
5、3.3.3 显示电路 73.3.4 键盘电路 73.3.5 控制电路 8第四章第四章 系统的软件设计系统的软件设计 94.1 程序流程图 94.2 源程序 10第五章第五章 系统调试和测试结果与分析系统调试和测试结果与分析 255.1 实验仪器与工具 255.2 调试闹钟 255.3 调试按键子程序 25第六章第六章 结论结论 26参考文献参考文献 27 1 概述概述该电子钟是以单片机 AT89C51 为核心来完成的,在硬件电路中采用 P0 口作为 6 位LED 数码管的驱动接口,这是由于 P0 口输出驱动电路工作处于开漏状态,它的驱动能力强,故只需外接上拉电阻便可以把 LED 数码管点亮。因
6、为共阴的 LED 数码管它的驱动电流是分开的,在单片机进行动态扫描的时候不会影响彼此的电流,故该电路中的 6 位 LED 数码管均用共阴极的数码管。在 6 位 LED 显示时,为了简化电路,降低成本, 6 个 LED 显示器共用一个 8 位的 I/O, 6 位 LED 数码管的位选线分别由相应的 P2. 0P2. 5 控制,而将其相应的段选线并联在一起,由一个 8 位的 I/O 口控制,即 P0 口。在电路中还设有三个按键 K1,K2 和 K3用来进行定时,选时和调时的选择,他们分别与单片机的 P1. 0, P1. 1, P1. 2 口相连接。P3. 7 口与蜂鸣器相连接。利用 AT89C51
7、 单片机结合七段显示器完成的简易的定时闹铃时钟，干电路系统由秒信号发生器、 “时、分、秒”计数器、译码器及显示器、校时电路、闹钟电路组成。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，一般用石英晶体振荡器加分频器来实现。译码显示电路将“时” 、 “分” 、 “秒”计数器的输出送到七段显示译码驱动器译码驱动，通过六个七段 LED 显示器显示出来。闹钟电路是用比较器来比较计时系统和定时系统的输出状态，如果计时系统和定时系统的输出状态相同，则发出一个脉冲信号，再和一个高频信号混合，送到放大电路驱动扬声器发声，从而实现定时闹响的功能。通过设置现在的时间及显示闹铃设置时间，并在定时时间发出
8、一阵声响，可以进步扩充控制电器的启停等。用单片机来设计数字钟，软件实现各种功能比较方便,但因软件的执行需要一定的时间，所以就会出现误差。因此我进一步努力，通过对比实际的时钟，查找出误差的来源，并作出调整，使得误差尽可能减小，达到实际数字钟系统的允许误差范围。在程序设计中，采用模块化的程序设计思想，对整个设计划分了若干个模块，先对各个模块分别进行设计，然后整合各个模块，进行仿真模拟，对出现的错误进行分析，然后找出问题的所在，改进程序，再仿真模拟，观察结果、分析结果，直至最终结果满足设置要求。第一章第一章 电子时钟的设计电子时钟的设计一、一、 设计要求设计要求1、准确计时，以数字形式显示时、分、秒
9、的时间。2、小时以 24 小时计时形式，分秒计时为 60 进位。 3、校正时间功能（即调整时间）4、闹钟功能。5、整点报时。 6、总结检验电路设计结果 3 3、各部分功能实现、各部分功能实现（1）单片机发送的信号通过程序控制最终在数码管上显示出来。（2）单片机通过输出各种电脉冲信号来驱动控制各部分正常工作。（3）为使时钟走时与标准时间一致，校时电路是必不可少的，键盘用来校正 LED 显示器上显示的时间。(5)单片机通过控制闹铃电路来完成定时闹钟的功能。二、二、 设计方案和论证设计方案和论证系统工作原理系统工作原理一般电子钟是一个将 “ 时”， “分”， “秒”显示于人的视觉器官的计时装置。它的
10、计时周期为 24 小时，显示满刻度为 23 时 59 分 59 秒，另外应有校时功能和报时功能。因此，一个基本的数字钟电路主要由译码显示器、“时”， “分”， “秒”计数器、校时电路、报时电路和振荡器组成。主电路系统由秒信号发生器、 “时、分、秒 ”计数器、译码器及显示器、校时电路、整点报时电路组成。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，一般用石英晶体振荡器加分频器来实现。将标准秒信号送入“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，每累计 60
11、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 进制计时器，可实现对一天 24 小时的累计。译码显示电路将“时”、 “分”、 “秒”计数器的输出状态用七段显示译码器译码，通过七段显示器显示出来。整点报时电路时根据计时系统的输出状态产生一脉冲信号，然后去触发一音频发生器实现报时。校时电路时用来对“时”、 “分”、 “秒”显示数字进行校对调整。而该电子时钟由 89C51，BUTTON，六段数码管等构成，采用晶振电路作为驱动电路，由延时程序和循环程序产生的一秒定时，达到时分秒的计时，六十秒为一分钟，六十分钟为一小时，满二十四小时为一天。而电路中唯一的一个控制键
12、却拥有多种不同的功能，按下又松开，可以实现屏蔽数码管显示的功能，达到省电的目的；直接按下不松开，则可以通过按键实现分钟的累加，每按一次分钟加一；而连续两次按下按键不放松，则可实现小时的调节，同样每按一次小时加一。本次设计时钟电路，使用了 ATC89C52 单片机芯片控制电路，单片机控制电路简单且省去了很多复杂的线路，使得电路简明易懂，使用键盘键上的按键来调整时钟的时、分、用一扬声器来进行定时提醒，同时使用 C 语言程序来控制整个时钟显示，使得编程变得更容易，这样通过四个模块：键盘、芯片、扬声器、显示屏即可满足设计要求。电子闹钟的系统框图如下所示：第第 2 2 章章 系统组成及工作原理系统组成及
13、工作原理2.12.1、系统的、系统的组成组成 (1)晶体振荡器 复位、时钟等电路按钮电路4 位数码管显示电路闹铃声指示电路电源系统单片机的晶振电路，如图所示。图 单片机的晶振电路石英晶体也连接在晶振引脚的输入和输出之间，等效为一个并联谐振回路，振荡频率应该是石英晶体的并联谐振频率。晶体旁边的两个电容接地，实际上就是电容三点式电路的分压电容, 接地点就是分压点。以接地点即分压点为参考点，振荡引脚的输入和输出是反相的，但从并联谐振回路即石英晶体两端来看, 形成一个正反馈以保证电路持续振荡。本设计晶振电路采用 11.0592Mhz 的晶振。晶振的作用机器周期=10*晶振周期=12*系统时钟周期(2)复位电路 单片机的复位电路,如图所示。图单片机的复位电路当 MCS-5l 系列单片机的复位引脚 RST(全称 RESET)出现 2 个机器周期以上的高电平时，单片机就执行复位操作。如果 RST 持续为高电平，单片机就处于循环复位状态。根据应用的要求，复位操作通常有两种基本形式：上电复位和上电或开关复位。上电复位要求接通电源后，自动实现复位操作。上电后，保持 RST 一段高电平时间。(3)数码管显示C部分电路由4 位一体的数码管LED1、单个数码管LED2和8个独立发光二极管L1-L7 组成。这3个部分都是共阴结构，并联在一起，连接在P0口上。 LED1用于完成LED动态显示实验，各个位选线为
