单片机实现数字钟(led显示小时

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1、单片机课程设计题目： 单片机实现数字钟（LED显示小时：分：秒） 学 院 电子信息工程学院 学科门类 工 学 专 业 通信工程 学 号 姓 名 指导教师 程亮亮 2015 年 06 月 16 日摘摘 要要单片机模块中最常见的是数字时钟，数字时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，因此得到了广泛的使用。数字时钟是采用数字电路实现对时、分、秒数字显示的计时装置,广泛用于个人家庭、车站、码头办公室等公共场所,成为人们日常生活中不可少的必需品,由于数字集成电路的发展和石英晶体振荡器的广泛应用,使得数字时钟的精度,远远

2、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。诸如定时自动报警、按时自动打铃、时间程序自动控制、定时广播、自动起闭路灯、定时开关烘箱、通断动力设备、甚至各种定时电气的自动启用等，所有这些，都是以钟表数字化为基础的。因此，研究数字时钟及扩大其应用，有着非常现实的意义。关键词关键词：单片机；数字时钟；钟表数字化目 录摘摘 要要I 目目 录录II 1. 引言引言 1 1.1 设计背景及意义 1 1.2 设计目的 2 1.3 主要工作及结构安排 .2 1.4 本章小结 3 2. 方案论证与方案论证与选选择择 4 2.1 系统功能框图 4 2.2 AT8

3、9C51 简介 4 2.3 DS1302 简介.8 2.4 本章小结 11 3. 硬件电路设计硬件电路设计 12 3.1 系统总原理图 12 3.2 PCB 板图.13 3.3 器件清单 14 3.4 本章小结 14 4. 系统程序设计系统程序设计 15 4.1 软件开发环境 15 4.2 创建工程 15 4.3 代码程序设计 16 4.4 本章小结 24 5. 软件仿真软件仿真 25 5.1 Proteus 仿真原理图 25 5.2 仿真结果 25 5.3 本章小结 26 6. 总结总结 27 参考文献参考文献 .28 附附 录录 .28 附录 I 主函数代码.29 附录 II DS1302

4、 代码291. 引言引言1.1 研究背景及意义研究背景及意义20 世纪末，电子技术获得了飞速的发展，在其推动下，现代电子产品几乎渗透了社会的各个领域，有力地推动了社会生产力的发展和社会信息化程度的提高，同时也使现代电子产品性能进一步提高，产品更新换代的节奏也越来越快。 时间对人们来说总是那么宝贵，工作的忙碌性和繁杂性容易使人忘记当前的时间。忘记了要做的事情，当事情不是很重要的时候，这种遗忘无伤大雅。但是，一旦重要事情，一时的耽误可能酿成大祸。目前，单片机正朝着高性能和多品种方向发展趋势将是进一步向着 CMOS 化、低功耗、小体积、大容量、高性能、低价格和外围电路内装化等几个方面发展。下面是单片

5、机的主要发展趋势。单片机应用的重要意义还在于，它从根本上改变了传统的控制系统设计思想和设计方法。从前必须由模拟电路或数字电路实现的大部分功能，现在已能用单片机通过软件方法来实现了。这种软件代替硬件的控制技术也称为微控制技术，是传统控制技术的一次革命。单片机模块中最常见的是数字时钟，数字时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，因此得到了广泛的使用。数字时钟是采用数字电路实现对时、分、秒数字显示的计时装置,广泛用于个人家庭、车站、码头办公室等公共场所,成为人们日常生活中不可少的必需品,由于数字集成电路的发展和石英

6、晶体振荡器的广泛应用,使得数字时钟的精度,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。诸如定时自动报警、按时自动打铃、时间程序自动控制、定时广播、自动起闭路灯、定时开关烘箱、通断动力设备、甚至各种定时电气的自动启用等，所有这些，都是以钟表数字化为基础的。因此，研究数字时钟及扩大其应用，有着非常现实的意义。1.2 设计目的设计目的课程设计是本课程教学中极为重要的实践性教学环节，它不但起着提高本课 程教学质量、水平和检验学生对课程内容掌握程度的作用，而且还将起到从理论过渡到实践的桥梁作用。因此，必须认真组织，周密布置，积极实施，本次课程设计以

7、达到下述教学目的。1.学会掌握 KeilC51 汇编语言程序的设计和调试。2.学会将所学的单片机原理的有关知识应用于实践，提高单片机应用于技术的实践操作技能，提高动手能力、分析并解决实际问题的能力。3.综合利用所学单片机知识完成一个单片机应用系统设计并在实验室实现，从而加深对单片机软硬知识的理解，获得初步的应用经验。4.掌握 Keil C51 的调试技巧：如何查看和修改寄存器的内容，如何观察和修改变量，如何观察存储器区域，并行口的使用，定时/计数器的使用，串行口的使用，外中断的使用。5.学会使用 Altium designer 绘制硬件电路原理图并使用 Proteus 软件进行仿真测试。1.3

8、 论文主要工作及结构安排论文主要工作及结构安排本此设计主要研究内容为如何使用 STM32F103ZE 系列单片机作为核心控制单元，通过其高效的硬件 SPI 控制 NRF24L01 无线模块实现对无线信号的稳定接收，并通过STM32F103ZE 芯片自带硬件 USART 将所接收到的数据传输到 PC 端实时显示出来2。论文主要介绍了硬件电路的理论知识和 PCB 设计制作过程，讲解了芯片软件程序代码的编写流程，最后进行硬件与软件的联合调试。论文一共分为六章，具体每章的内容概述如下：第一章介绍了课题研究背景及意义，国内外现状以及论文主要工作和结构安排；第二章介绍了硬件电路设计，介绍了 STM32 最

9、小系统电路及其外围电路设计，NRF2401 无线模块的介绍及引脚与 STM32 芯片连接；第三章主要阐述了如何由设计绘制好的电路原理图生成完整的 PCB 图，并简介了 PCB焊接的方法与注意事项；第四章讲述了控制芯片 STM32 代码程序的设计流程：STM32 的开发环境、工程构建，代码编写等，并根据代码画出了主函数和中断函数的流程图；第五章讲述软硬件调试方法与过程，首先对 STM32 系统的串口通信进行调试，接着是无线模块进行调试，最后对整个接收机系统的性能测试，测试成功达到预期效果；第六章主要是对课题内容进行总结与展望。1.4 本章小结本章小结本章首先介绍了本次课程设计的背景及其研究意义。

10、接着对课程设计的目的进行了阐述，然后对本课题的设计内容及原理做了简单的介绍。最后，对论文的主要内容和工作安排及各章节所要叙述的内容进行综述。本章节内容为接下来的工作及论文的编写确定了方向，奠定了良好的理论依据和基础。2. 方案论证与选择方案论证与选择设计方案的选择对此次设计至关重要，首先我们要对整个系统的组成有一定的了解，然后了解我们所使用的元器件以及芯片的性能，这样我们才能选择出来符合要求的设计方案，满足此次设计的需求。2.1 系统功能框图系统功能框图本次设计的基本设计框图如下：单 片 机时钟信号产生电路 复位电路DS1302 时钟芯片数码管显示时、分、秒由四个按键对时钟进行校时图 2-1

11、硬件设计框图我们可以看出整个设计是围绕单片机控制模块为核心设计外围电路，单片机控制模块采用 AT89S51 芯片，并且采用 DS1302 时钟芯片。 2.2 AT89C51 简介简介本设计课题选用的控制芯片是美国 ATMEL 公司生产的低功耗，高性能 CMOS 8 位单片机 AT89C51，片内含 4K Bytes ISP(In-system programmable)的可反复擦写 1000 次的 Flash只读程序存储器，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51 指令系统及 AT89C51 引脚结构，芯片内集成了通用 8 位中央处理器和 ISP Flas

12、h 存储单元。单片机 AT89C51 强大的功能可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。本次设计采用的 AT89C51 芯片为 DIP40 封装，一共有 32 个 I/0 口，芯片的封装引脚分布如图 2-2。图 2-2 AT89C51 引脚分布图一、功能特性概括AT89C51 提供以下标准功能：40 个引脚、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 个数据指针、2 个 16 位可编程定时/计数器、2 个全双工串行通信口、看门狗（WDT）电路、片内振

13、荡器及时钟电路1。此外，AT89S51 可降至 0Hz 的静态逻辑操作,并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲模式下，CPU 暂停工作，而RAM、定时/计数器、串行通信口、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。二、管脚说明：VCC：供电电压。GND：接地。P0 口：P0 口为一个 8 位漏级开路双向 I/O 口，也即地址/数据总线复用口。作为输出口用时，能驱动 8 个 TTL 逻辑门电路。对端口写“1”时，被定义为高阻输入。在访问外部数据存储

14、器或程序存储器时，这组口线分时转换地址（低 8 位）和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。在 Flash 编程时，P0 口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻。P1 口:P1 口是一个带内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口,P1 口的输出缓冲级可驱动(吸收或输出电流)4 个 TTL 逻辑门电路。对端口写“1”,通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平,此时可作输入口。作输入口使用时,因为内部存在上拉电阻,某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流(I)。IL在 Flash 编程和程序校验期间,P1 接收低 8 位地址。部分端口还有第二功能,如表 3所示:端口引脚第

15、二功能P1.5MOSI(用于 ISP 编程)P1.6MISO(用于 ISP 编程)P1.7SCK (用于 ISP 编程)表 3 P1 口部分引脚第二功能P2 口:P2 口是一个带有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口, P2 口的输出缓冲级可驱动(吸收或输出电流)4 个 TTL 逻辑门电路。对端口写“1”,通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平,此时可作输入口。作输入口使用时,因为内部存在上拉电阻,某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流(I)。IL在访问外部程序存储器或 16 位地址的外部数据存储器(例如执行 MOVXDPTR 指令)时,P2 口送出高 8 位地址数据。在访问 8 位地址的外部数

16、据寄存器(例如执行 MOVXRi 指令)时,P2 口线上的内容(也即特殊功能寄存器(SFR)区中 P2 寄存器的内容),在整个访问期间不改变。在 Flash 编程或校验时,P2 亦接收高位地址和其它控制信号。P3 口: P3 口是一个带有内部上拉电阻的双向 8 位 I/O 口, P3 口的输出缓冲级可驱动(吸收或输出电流)4 个 TTL 逻辑门电路。对 P3 口写“1”时,它们被内部的上拉电阻拉高并可作为输入端口。作输入口使用时,被外部信号拉低的 P3 口将用上拉电阻输出电流(I)。ILP3 口除了作为一般的 I/O 口线外,更重要的用途是它的第二功能,如表 4 所示:P3 口还接收一些用于 Flash 闪速存储器编程和程序校验的控制信号。端口引脚第二功能P3.0RXD (串行输入口)P3.1TXD (串行输出口)P3.2