单片机时钟计时器课程设计

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1、目录1 课程设计的目的和意义21.1 设计目的21.2 设计意义22 系统方案设计及确定33 系统硬件设计43.1AT89S51最小系统设计43.1.1 时钟电路硬件设计43.1.2 复位电路硬件设计53.2 键盘电路硬件设计53.3 显示电路硬件设计63.4蜂鸣器电路硬件设计64 系统软件设计84.1 系统主程序设计84.2 定时器设计94.3 秒表设计104.4闹钟设计104.5 其他主要子程序设计115 系统调试126 总结 13参考文献14附录 15附录一程序清单15附录二系统硬件原理图301课程设计的目的和意义1.1设计目的灵活运用单片机的基础知识，依据课程设计内容，能够完成从硬件电

2、路图设计，到 PCB 制版，再到软件编程及系统调试实现系统功能，完成课程设计，加深对单片机基础知识的理 解，并灵活运用，将各门知识综合应用。 能够上网查询器件资料，培养对新知识新技术的独立的学习能力和应用能力。 独立完成一个小的系统设计，从硬件设计到软件设计，增强分析问题、解决问题的能力，为 日后的毕业设计及科研工作奠定良好的基础。1.2 设计意义单片机课程设计过程中，我们通过查阅资料、硬件设计、程序设计、安装调试等环节， 完成了一个涉及 89S51 单片机多种资源应用并具有综合功能的小系统目标板的设计与编程 应用。使我们不但能够将课堂上学到的理论知识与实际应用结合起来，而且能够对电子电路、

3、电子元器件、原理图绘制等方面的知识进一步加深认识，同时在软件编程、排错调试、焊接 技术、相关软件及仪器设备的使用技能等方面得到较全面的锻炼和提高。使我们增进对单片 机的感性认识，加深对单片机理论方面的理解。使我们了解和掌握单片机应用系统的软硬件 设计过程、方法及实现，强化单片机应用电路的设计与分析能力。提高我们在单片机应用方 面的实践技能和科学作风;培育学生综合运用理论知识解决问题的能力，实现理论结合实际， 学以致用的原则。2系统方案设计及确定本次课程设计，要求用单片机及6位LED数码管显示时、分、秒，以24小时计时方 式运行，能整点提醒（短蜂鸣，次数代表整点时间），使用按键开关可实现时、分调

4、整，秒 表（或闹钟）/时钟功能转换，以及实现省电（关闭显示）功能。1时钟功能利用单片机片内定时器（如TO）产生1s计时，自行设定时钟计数单元地址，包括秒单 元、分单元、时单元，最大计数值为23时59分59秒。用6位LED数码管显示时、分、秒， 以 24小时计时方式运行；使用按键开关可实现时、分调整，可增加“熄灭符”用于时间调整时的闪烁功能； 能整点提醒（短蜂鸣，次数代表整点时间）； 可通过按键使系统进入省电状态（数码管不亮，时钟不停）。2秒表功能能通过按键实现秒表/时钟功能之间的转换；利用单片机内部定时器（如T1）实现秒表的计时，自行设定秒表计数单元地址，包括 1Oms 单元、秒单元、分单元，

5、 通过 6 位 LED 数码管显示，最大计数值为 99 分 59.99 秒。可通过按键实现秒表的暂停、清零、启动。3闹钟功能能通过按键实现闹钟/时钟功能之间的转换；可通过按键设定闹钟时间，在定时闹铃时精确到分，可通过6位LED数码管显示闹钟 设定时间。可通过按键实现闹铃有效、无效，以及在设定闹钟后取消闹时功能。 在闹铃时，可通过按键开关使蜂鸣停止。4系统设计方案框图如下：图2-1系统设计方案框图3系统硬件设计3.1AT89S51最小系统设计单片机最小系统单片机，或者称为最小应用系统，是指用最少的元件组成的单片机可以工作的 系统对51系列单片机来说，最小系统一般应该包括:单片机、晶振电路、复位电

6、路.下面给出一个51单片机的最小系统电路图：1J1FACKA.uE-DILhDPDaAEU阳.KAD1PQZin.DZ:T.H-L2pn -wArnP0.4JAD+PEI SVAD6P 口 J9AD6PSTpn ? tAtf?P2 DASPZiA-DPSEMPZZJAHH.LEPE.hEFNRg石pi rvrzpt rvnvnP1.1 iTZE-：P3.1 EDP13P*l 4-P3 *nnP1佇P3 AT1P1.5P3.SUUKP1.7P3-TiTnr孟33PZ1FM 需 Mzs1l-4_i3F_fFF 二图3-1 51单片机最小系统原理图311时钟电路硬件设计时钟电路是计算机最核心的部分，

7、它控制着计算机的工作。AT 89 S51单片机内部有一个高 增益反相放大器，用于构成振荡器。反相放大器的输入端为XTAL1，输出端为XTAL2,分 别是单片机的19脚和18脚。在XTAL1和XTAL2两端跨接石英晶体及两个电容就可以构 成稳定的自激振荡器。石英晶振起振后要能在XTAL2线上输出一个3V左右的正弦波，使 片内的OCS电路按石英晶振相同频率自激震荡。通常，OCS的输出时钟频率fosc为0.5MHZ16MHZ，典型值为12MHZ电容器C1和C2通常取30pF左右，对震荡频率有微调 作用。调节它们可以达到微调震荡周期fosc的目的。时钟电路如下:图3-2时钟电路电路图312复位电路硬件

8、设计单片机的RST管脚为主机提供一个外部复位信号输入端口。复位信号 是高电平有效，高电平有效的持续时间应为2个机器周期以上。单片 机的复位方式有上电自动复位和手工复位两种。图4-2所示是51系 列单片机常用的上电复位电路，只要Vcc上升时间不超过1ms,它们 都能很好地工作。复位以后，单片机内各部件恢复到初始状态。电阻电容器件的参考值:R1=200 Q ,R2=1K Q ,C3=22卩F。RET按键可以 选择专门的复位按键，也可以选择轻触开关。复位电路如下si_,vcc H1II-LK10UF图3-3复位电路电路图32键盘电路硬件设计单片机中常见的键盘有独立式键盘和矩阵式键盘，独立式键盘适 用

9、于实现功能较少的场合、矩阵式键盘适用于功能复杂的场合。本次 课程设计，采用独立式键盘即可。键盘电路如下： -图3-4键盘电路电路图上拉电阻保证按键释放时，输入检测线上有稳定的高电平。当某 一按键按下时，对应的检测线就变成了低电平，与其他按键相连的检 测线仍为高电平，只需读入I/O输入线的状态，判别哪一条I/O输入 线为低电平，很容易识别哪个键被按下。键的闭合与否，输出电压上就是呈现高电平或低电平。高电平， 表示键断开，低电平则表示键闭合，通过对电平的高低状态的检测， 可确认按键按下以及按键释放与否。为了确保对一次按键动作只确认 一次按键有效，必须消除抖动的影响，去抖有硬件去抖和软件去抖， 本次

10、设计采用软件去抖。3.3显示电路硬件设计本次课程设计，采用LED数码管作为显示装置。LED数码管有共阴极、共阳极两种结构，本次采用共阳极数码管。 共阳极 LED 数码管的发光二极管的阳极连接在一起，公共阳极接正 电压，当某个发光二极管的阴极接低电平时，发光二极管被点亮，相 应的段被显示。8段共阳极LED段码如下：表3-1 8段共阳极LED段码表显示 字符012345678段码C0HF9HA4HB0H99H92H82HF8H80H显示 字符9ABCDEF全灭全亮段码90H88H83HC6HA1H86H8EHFFH00HLED 数码管有静态显示和动态显示两种显示方式。静态显示方式， 数码管亮度高、

11、软件编程简单，但是需要占用大量的I/O 口，一般在 多位显示时不采用此种方法。动态显示方式，数码管亮度稍低、软件 编程复杂，但是占用的 I/O 口少，在显示多位数字的时候适合采用此 种方法。考虑到本次课程设计需要显示六位数字，故采用动态显示方 式。LED 数码管段选、位选驱动电路均采用 DM74LS244 作为驱动芯 片。3.4蜂鸣器电路硬件设计蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器，采用直流电压供电，广 泛应用于计算机、打印机、复印机、报警器、电子玩具、汽车电子设 备、电话机、定时器等电子产品中作发声器件。蜂鸣器的工作原理是，接通电源后，振荡器产生的音频信号电流 通过电磁线圈，使电磁线圈产生磁场

12、。振动膜片在电磁线圈和磁铁的 相互作用下，周期性地振动发声。本次课程设计中，由于单片机的I/O 口驱动能力不够让蜂鸣器发出声音，所以我们通过三极管放大驱动电 流，从而可以让蜂鸣器发出声音。蜂鸣器电路如下：图3-5蜂鸣器电路电路图4系统软件设计4.1系统主程序设计程序中，采用按键1 作为主功能切换键，按键2、按键 3、按键 4作为子功能控制键。 在主程序中，开始即进入定时器子程序，显示当前时间，并同时对按键1 进行扫描。如果按键1 第一次被按下，则进入调整时间子程序，并同时对按键2 、按键3、按键4进行扫 描，此时按键2 、按键3、按键4 分别作为调整时、分、秒按钮使用；如果按键1 第二次被 按

13、下，则进入秒表子程序，并同时对按键2 、按键3、按键4 进行扫描，按键2 、按键 3、 按键 4 分作为秒表启动、暂停、停止并清理按钮使用；如果按键1 第三次被按下，则进入闹 钟子程序，并同时对按键2 、按键3、按键4 进行扫描，按键2 、按键3、按键4 分作为闹 钟的启动/关闭、调整时、调整分按钮使用；如果按键1 第四次被按下，则进入节能子程序 此时将不对按键2 、按键 3、按键4 分进行扫描；如果按键1 第五次被按下，则重新回到定 时器子程序，如此循环。开始调用定时器函数按键1被按下？调用时钟设置及显示函数按键1被按下？ 1调用秒表控制及显示函数按键1被按下？YL调用闹钟控制及显示函数按键

14、1被按下？Y 3.调用节能函数按键1被按下？主程序流程图4.2定时器设计在定时器子程序当中，采用定时器TO产生定时中断。定时器TO工作于方式2,初值为 TH0=0x9C, TL0=0x9C,时钟电路采用12MHZ晶振，所以每0.1ms产生一次中断，再在中 断中对时间进位进行判断处理，使之产生较为精准的定时。定时器子程序4.3秒表设计在秒表子程序当中，采用定时器T1产生定时中断。定时器T1同意工作于方式2,初值 为TH0=0x9C, TL0=0x9C，时钟电路采用12MHZ晶振，所以每0.1ms产生一次中断，再在 中断中对时间进位进行判断处理，使之产生较为精准的定时。秒表子程序4.4 闹钟设计在闹钟子程序里，按键2被按下奇数次时，闹钟打开并在第一位数码管上显示标志位； 按键2被按下偶数次时，闹钟关闭并熄灭第一位数码管上的标志位。按下按键3，则定时时 间的小时位加一；按下按键 4，则定时时间的分钟位加一。闹钟子程序4.5 其他主要子程序设计在时钟设置子程序中，按键2 被按下，则当前时间的小时位加一；按键3被按下，则当 前时间的分钟位加一；按键4 被按下，则当前时间的秒位被清零。按键3被按下?按键4被按下?按键2被按下？开始小时+秒清零分钟+时钟设置子程序 当进入节能子程序时，数码管将全部被熄灭，此时按键2、按键 3、按键4 即使被按下 也不采