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1、 中北大学信息商务学院课 程 设 计 说 明 书 学生姓名： 王春鸣 学 号：08050642X39 学 院： 信息商务学院 专 业： 电子信息工程 题 目： 专业综合实践之单片机信息处理部分：单片机控制的数字钟的设计 指导教师： 王浩全 职称: 副教授 2011 年 12 月 12日中北大学信息商务学院课程设计任务书 2011-2012 学年第 一 学期学 院： 信息商务学院 专 业： 电子信息工程 学 生 姓 名： 王春鸣 学 号： 08050642X39 课程设计题目： 专业综合实践之单片机信息处理部分:单片机控制的数字钟的设计 起 迄 日 期： 2011年12 月12日2011年12月
2、24 日 课程设计地点： 系专业实验室，201 指 导 教 师： 王浩全 系 主 任： 王浩全 下达任务书日期: 2011 年12月12日课 程 设 计 任 务 书一设计目的：巩固掌握单片机工作原理及应用提高编程能力二设计内容和要求（包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等）：单片机选用89C51要求实现时、分、秒显示三设计工作任务及工作量的要求包括课程设计计算说明书(论文)、图纸、实物样品等：（1）提供核心器件的工作原理与应用介绍；（2）提供用Protel设计的电路原理图，印刷板电路图；（3）提供用Multisim、MaxPlus、Proteus、Medwin、KeilC等软件对电路的仿真、
3、编程与分析；（4）提供符合规定要求的课程设计说明书；（5）提供参考文献不少于15篇，且必须是相关的参考文献； 课 程 设 计 任 务 书四主要参考文献：1王守中，聂元铭, 51单片机开发入门与典型实例.北京：人民邮电出版社，20092徐爱钧, 单片机原理实用教程-基于proteus虚拟仿真.北京：电子工业出版社，20113周润景，袁伟亭，景晓松,Proteus在MCS-51&ARM7系统中的应用百例.北京: 电子工业出版社，20064雷思孝，冯育长,单片机系统设计及工程应用.西安: 西安电子科技大学出版社，20055 先锋工作室, 单片机程序设计实例.北京：清华大学出版社，20036AT89C
4、51 Datasheet,ATMEL,2004五设计成果形式及要求：说明书一份六工作计划及进度：12月12日 12月15日：查资料；12月16日 12月20日：在指导教师指导下设计方案；12月21日 12月23日：在指导教师辅导下完成实验；撰写课程设计说明书；12月24日：答辩 系主任审查意见： 签字： 年 月 日目录1设计方案简介11.1 设计分析11.2 方案选择与论证11.2.1方案简介11.2.2 方案的论证41.3 设计条件及主要参数表41.4 系统设计框图52 硬件电路设计62.1 Proteus ISIS仿真原理图62.2 基于ARES 7 professional的PCB图和3
5、D图示63实验源程序74 仿真结果与说明105 课程设计心得体会106参考文献11 of rural drinking water sources, protection of drinking water sources in rural areas by the end of the delimitation of the scope of protection, complete with warning signs, isolating network protection facilities1. 设计方案简介1.1 设计分析利用89C51单片机结合数码管显示器设计一能够显示时、分、
6、秒的电子时钟，由于用LED数码管显示数据，在夜晚或黑暗的场合里也可以使用，具有一定的实用性；电子时钟的设计利用单片机的输入输出功能、定时/计数功能和中断功能，因此，是对前面讲的单片机基本功能知识的一次复习、总结和提高；由于设计单片机时钟时应尽量减少硬件，所以丰富的功能只能由软件来完成，因此使程序语句比较多，看起来较复杂。所以，在学习设计过程中会给我们带来两点启发。（1）注意程序的模块化设计与分析。在程序设计时，一般将比较复杂的大程序分解若干个功能模块，然后再把各模块通过主程序有机地联系在一起。分析程序是设计程序的逆过程，首先要弄清程序是由几个模块所组成，每个模块主要功能是什么，模块之间是怎样联
7、系在一起的。先有一个粗线条、总轮廓，然后再逐步深入分析。每个子程序就是一个模块，子程序段的特征是：开始行有程序标号，以便主程序调用；末尾行有子程序返回指令RET或RETI。（2）每个典型模块既可在这个程序使用，也可以在其他程序中使用。所以，掌握一些典型模块的功能。原理，建立一个模块库，一旦设计新的程序需要使用时就不必重新编写，可以减少重复劳动。1.2 方案选择与论证 1.2.1方案简介方案一：单片机时钟的结构分硬件和软件两部分。其中，硬件部分比较简单，主要由单片机、LED数码管显示器和按键开关组成，单片机P0端口接有4位共阳极LED数码管显示器。数码管的8个引脚依照a、b、c、d、e、f、g、
8、dp顺序依次与P0端口的8个引脚P0.1、P0.2、P0.3、P0.4、P0.5、P0.6、P0.7相连，R是限流电阻。4位LED数码管的共阳极引脚分别于V1V4三极管的集电极相连，三极管的基极通过限流电阻分别接在单片机P2端口的P2.0P2.3引脚上。4位数码管显示器分别由4只三极管控制，例如，P2.0输出为低电平时，V4三极管导通，与其相连的共阳极数码管显示器开始工作；P2.0输出为高电平时，V4三极管截止，与其相连的数码管显示器停止工作。例如，设置定时器T0工作在模式0状态下，设置每隔5ms中断一次，中断200次正好是1s。中断服务程序里记载着中断的次数，中断200次为1秒，60秒为1分
9、，60分为1小时，24小时为1天。时钟的显示是使用4位LED数码管，其软件设计原理是：由中断产生的秒、分、小时数据，经转换子程序转换成适应LED数码管显示的数据，并通过单片机的输出功能输入到数码管显示器，再通过显示其扫描程序，显示出时钟的走时时间。调整时钟时间是利用了单片机的输入功能，把按键开关作为单片机的输入信号，通过检测被按下的开关，从而执行赋予该开关调整时间功能。因此，在设计程序时把单片机时钟功能分解为走时、显示和调整时间3个主要部分，每一部分的功能通过编写相应的子程序来完成，然后再通过主程序调用子程序，使这3部分有机地连在一起，完成单片机的时钟设计。电路设计下图：方案二：利用8051单
10、片机片内定时器,设计一台可调数字钟,能通过按键进行时、分、秒的调整，采用8位LED数码管以24小时方式进行显示。8051单片机的P0口通过三台总线收发器74LS245接到8位共阴极LED数码管的数字输入端，单片机的P3口作为数码管的数位控制，从P0口输出显示字符段码，从P3口输出循环扫描控制位，利用人眼的视觉暂留功能，达到8位数码管同时显示的效果。单片机的P1.0P1.2引脚通过三个按钮开关接地，通过判断P1.0P1.2引脚电平的高低，决定是否进行数字钟的时、分、秒调整。本设计利用8051单片机片内定时器T0的中断来实现数字钟功能，T0定时时间设为50ms，每隔50ms产生一次定时中断，如果中
11、断20次即达到1秒。程序设计是预先安排时、分、秒内存单元，在中断服务程序中根据中断次数来决定秒单元是否加1，当秒单元达到60时分单元加1，同时秒单元清0，分单元达到60时，时单元加1，同时分单元清0，时单元达到24时，时、分、秒单元同时清0，又从头开始计时。方案三：本方案利用AT89C51的定时器和6位7段数码管，设计一个电子时钟。显示格式“XX XX XX”，由左向右分别是：时、分、秒。1.2.2方案的论证三个方案中，方案一由于引脚限制只能显示小时，分钟的计时，且线路较为繁琐，以蜂鸣器连续两次发出响声，同时工作指示灯LED闪动，作为程序开始的指示，加大了相关汇编程序的难度；方案二中时可调的数
12、字时钟，单片机的P1.0P1.2引脚通过三个按钮开关接地，通过判断P1.0P1.2引脚电平的高低，决定是否进行数字钟的时、分、秒调整。功能完善但采用的是8051单片机与课程设计要求内容不一致。方案三中采用89C51单片机可以实现简单的计时功能，并且该芯片简单易控制，成本低，性能稳定，因此选择方案三。1.3 设计条件及主要参数表Proteus ISIS，keilc51, Proteus ARES编辑环境。元件清单元件名称所属类所属子类AT89C51Microprocessor ICs 8051 FamilyCAPCapacitorsGenericCAP-ELECCapacitorsGeneric
13、CRYSTALMiscellaneous-RESResistorsGeneric7SEG-MPX6-CC-BLUEOptoelectronics7-Segment Displays74LS245TTL 74LS seriesTransceivers1.4系统设计框图中断入口启动保护现场设置定时器模式及工作方式10000次计数值减1设置初始常数是否计数器为0启动定时器设置下一次10000次计数值读取小时值秒值加1转换成显示数据是否到60s显示数据送缓存秒值清0，分钟加1读取分钟值是否到60min转换成显示数据分值清0，小时加1显示数据送缓存是否到24h读取秒值小时值清0转换成显示数据恢复中断显示数据送缓存中断返回调用子程序2、硬件电路设计2.1 proteus ISIS仿真原理图2.2 基于ARES 7 Profes
