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1、河北建筑工程学院 单片机课程设计报告单片机课程设计报告题目名称：题目名称： 智能电子数字钟设计 系：系： 电气工程系 专专 业：业： 电气工程及其自动化 班班 级：级： XXX 学学 号：号： XXXXXXXX 学生姓名：学生姓名： XXX 指导教师：指导教师： XXX 职职 称：称： 讲师 2012 年 6 月 28 日目 录摘 要1一、系统总体方案设计21、系统结构框图22、系统的基本原理及设计思想23、计时方案3二、系统硬件设计41、电源模块42、单片机模块43、晶振电路模块54、LED 显示电路模块55、独立键盘模块66、复位电路模块77、报警电路模块7三、系统软件设计81、主程序流程
2、图82、按键检测子程序流程图93、定时器中断子程序流程图94、时间显示子程序流程图10结 论12参考文献13附 录141、源程序142、主程序143、定时器中断子程序154、LED 显示子程序155、按键控制子程序176、总电气原理图18摘 要近年来，随着电子产品的发展，人们对数字时钟的要求越来越高，本文针对人们的这一需求，设计了一种由单片机控制的智能化数字时钟，功能强大，界面友好，更好的满足了人们对它的智能化要求。智能电子数字钟是采用 AT89C51 单片机内部定时器来实现定时功能的，并且通过 LED 驱动器 MC14543 来实现 LED 动态扫描驱动。能通过增量键盘预置和调整时间、星期。
3、秒计数器满 60 向分计数器进位，分计数器满 60 向时计数器进位，时计数器以 24 为一个周期。AT89C51 单片机内部计数器的输出经 LED 动态扫描驱动器 MC14543 送到七位共阴显示器，可将星期、时、分、秒在相应位置正确显示，并实现整点报时功能。关键词：智能数字钟；AT89C51；LED一、系统总体方案设计近些年，随着科技的发展和社会的进步，人们对数字钟的要求也越来越高，传统的时钟已不能满足人们的需求。多功能数字钟不管在性能还是在样式上都发生了质的变化，有电子时钟、数字时钟等等。这些方法都各有特点，其中，利用单片机实现的电子钟具有编程灵活，便于电子钟功能的扩充，精确度高等特点。单
4、片机在多功能数字钟中的应用已是非常普遍的，人们对数字钟的功能及工作顺序都非常熟悉。但是却很少知道它的内部结构以及工作原理。由单片机作为数字钟的核心控制器，可以通过它的时钟信号进行计时实现计时功能，将其时间数据经单片机输出，利用显示器显示出来。通过键盘可以进行定时、校时功能。输出设备显示器可以用液晶显示技术和数码管显示技术。单片机芯片作为控制系统的核心部件，它除了具备微机 CPU 的数值计算功能外，还具有灵活强大的控制功能，以便实时检测系统的输入量、控制系统的输出量，实现自动控制。在本次设计中采用单片机技术来实现数字钟的功能。微处理器的选择，本设计采用 AT89C51 单片机。显示电路的选择，本
5、设计采用由 LED 驱动器 MC14543 构成的7 位 LED 显示电路。还有一些其他控制电路，如：晶振电路，复位电路，键盘电路和报警电路。11、系统结构框图根据系统总体要求，以单片机为核心，共六个模块组成，既：单片机模块、晶振电路模块、复位电路模块、独立键盘模块、显示电路模块和报警电路模块。按照系统设计功能的要求。电路系统构成框图如图 1 所示。报警电路显示电路独立键盘 单片机 AT89C51晶振电路复位电路图 1 系统构成框图电源电路2、系统的基本原理及设计思想本设计采用 9V 干电池经 LM7805 稳压，再经稳压管 D1 稳压后输出+5V 直流电，供给 AT89C51 单片机模块、晶
6、振电路模块、复位电路模块、独立键盘模块、显示电路模块和报警电路模块所需的工作电源，电源正常工作由 LED 指示灯指示。晶振电路用于产生 AT89C51 单片机工作时所必需的控制信号。AT89C51 单片机的内部电路正是在时钟信号的控制下，严格地按时序执行指令进行工作。在执行指令时，CPU 首先到程序存储器中取出需要执行的指令操作码，然后译码，并由时序电路产生一系列控制信号完成指令所规定的操作。复位是单片机的初始化操作，只需给 AT89C51 的复位引脚 RESET 加上大于 2 个机器周期的高电平就可使 AT89C51 复位。当 AT89C51 进行复位时，PC 初始化为0000H，使 AT8
7、9C51 单片机从程序存储器的 0000H 单元开始执行程序。除了进入系统的正常初始化之外，当程序运行出错（如程序“跑飞” ）或操作错误使系统处于“死锁”状态时，也需要按复位键即 RESET 为高电平，使 AT89C51 摆脱“跑飞”或“死锁”状态而重新启动程序。键盘的任务有三项：（1）首先判别是否有键按下。若有，进入下一步工作。（2）识别哪一个键被按下，并求出相应的键值。 （3）根据键值，找到相应键值的处理程序入口。在本设计中，键盘具有向单片机输入数据、命令等功能，是人与单片机对话的主要手段。通过键盘，可以预置时间、星期。常见的 LED 数码管为“8”字型的，共计 8 段。每一个段对应一个发
8、光二极管。这种数码管显示器有共阳极和共阴极两种，本文采用共阴极接法。共阴极 LED 数码管的发光二极管的阴极连接在一起，通常此公共阴极接地。当某个发光二极管的阳极为高电平时，发光二极管点亮，相应的段被显示。采用 MC14543 作为 LED 驱动器来实现 LED 的动态扫描驱动，通过七位共阴 LED 显示星期、时、分、秒。通过加入一个使用晶体管驱动的蜂鸣器报警电路，当时间到底整点时，报警电路进行报时。工作原理为：P1.7 接晶体管基极输入端，当 P1.7 输出高电平时，晶体管导通，压电式蜂鸣器两端获得+5V 电压而鸣叫；当 P1.7 输出低电平时，晶体管截止，蜂鸣器停止发声。23、计时方案电脑
9、数字钟的秒信号是利用 AT89C51 单片机内部定时器 TO 产生的。由于振荡器的晶振频率为 6MHz，使得 TO 的最大定时时间远远小于 1 秒，因此，在设计时采用了硬件计数与软件计数相结合的方式，即通过 TO 产生 0.1S 的时基信号，然后再利用软件进行计数，从而产生 1 秒钟的时间信号。在设计中，定时器 TO 采用了中断方式。当定时时间到时，定时器向 CPU 申请一次中断，CPU 响应中断后转入中断服务程序，在 TO 的中断服务程序中实现时、分、秒的累加，即每产生一次中断，0.1S 时基单元的内容加 1，当 0.1S 时基单元的内容等于 10 时，便产生 1S 信号，使秒计数单元的内容
10、加 1，并将 0.1S 时基单元的内容清 0；当秒计数单元计满 60 后，向分计数单元进位，使分计数单元的内容加 1，并将秒计数单元的内容清 0；当分计数单元计满 60 后，向时计数单元进位，使时计数单元的内容加 1，并将分计数单元的内容清 0；时计数单元计满 24 后清 O。3二、系统硬件设计硬件电路是一个系统的重要部分，在本次设计中主要是以 AT89C52 为核心控制器，外加一些控制电路来实现数字钟的基本功能。下面分别介绍各个控制电路模块的功能及其工作原理。1、电源模块电源模块如图 2 电源电路，考虑到测量仪器的应用方便，本设计采用 9V 干电池经 LM7805 稳压，再经稳压管 D1 稳
11、压后输出+5V 直流电，供给 AT89C51 单片机模块、晶振电路模块、复位电路模块、独立键盘模块、显示电路模块和报警电路模块所需的工作电源，电源正常工作由 LED 指示灯指示。2、单片机模块本设计采用 AT89C51 单片机。AT89C51 单片机是一种低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在线可编程存储器。AT89C51 有 5 个中断源，2 个可编程的 16 位定时器/计数器。低功耗节电模式有空闲模式和掉电模式。AT89C51 的引脚图如下图所示：（1）RESET：复位信号输入端，高电平有效。（2）/VP： 是外部程序存储器访问允许控制端。（3）XTAL1/XTAL2：片内
12、振荡器反向放大器和时钟发生器电路的输入/输出端。（4）：片外程序存储器的读选通信号，低电平有效。（5）ALE/：ALE 为 CPU 访问外部程序存储器或外部数据存储器提供一个地址锁存信号，将低 8 位地址锁存在片外的地址锁存器中。4（6）P0 口：8 位，漏极开路的双向 I/O 口。（7）P1 口：8 位，准双向 I/O 口，具有内部上拉电阻。（8）P2 口：8 位，准双向 I/O 口，具有内部上拉电阻。（9）P3 口：8 位，准双向 I/O 口，具有内部上拉电阻。还可提供第二功能。D 1V in1GND2V out3LM2LM7805R1 1KC2 1uFC1 220uF+5V 压压图 2
13、电源模块3、晶振电路模块晶体振荡器电路给数字钟提供一个频率稳定准确的 12MHz 的方波信号,可保证数字钟的走时准确及稳定。AT89C51 内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，它的输入端为芯片引脚 XTAL1，输出端为引脚 XTAL2。这两个引脚跨接石英晶体和微调电容，构成一个稳定 的自激振荡器，图 4 为 AT89C51 内部时钟方式的电路。电路中的两个电容典型值通常选择为 30pF，该电容的大小会影响振荡器频率的高低、振荡器的稳定性和起振的快速性。晶体振荡的范围通常是在 1.212MHZ。晶体的频率越高，系统的时钟频率越高，单片机的运行速度也就越快。54、LED 显示电路模块系统采用动态显示方式，用 P0 口来控制 LED 数码管的段控线，而用 P2 口来控制其位控线。动态显示通常都是采用动态扫描的方法进行显示，即循环点亮每一个数码管，这样虽然在任何时刻都只有一位数码管被点亮，但由于人眼存在视觉残留效应，只要每位数码管间隔时
