数字电子钟的设计与制作

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1、广西工业职业技术学院设计说明书课 题 名 称： 数字电子钟的设计与制作 姓 名： 刘宏盛 专 业： 通信技术 班 级： 通信 0831 起 止 日 期： 2010年9月6日至2010年10月30日 （第一周至第八周） 指 导 教 师： 谢 兰 清 广西工业职业技术学院设计说明书题目： 数字电子钟的设计与制作 目录第1章 绪论1.1摘要41.2 课题背景.51.3数字电子钟的意义及应用5第2章 整体设计方案.2.1 单片机的设计.62.2单元模块的设计.72.2.1硬件模块的设计52.2.2软件模块的设计.8第三章 数字钟的外围电路设计.3.1 计时电路.93.2 译码与显示电路.113.3校时

2、电路.123.4整点报时电路.12第四章 数字钟的软件设计17.4.1 系统软件设计内容.134.2 主程序.144.3 中断子程序.154.4 LCD显示子程序.17第五章 数字电子钟的调试.265.1 硬件调试.185.2.2 软件调试软件调试问题分析20第六章 系统PCB图.21第七章结论与谢辞.22第八章设计总结.23参考文献23.第一章 绪论1.1论文摘要本毕业论文基于单片机技术原理，以单片机芯片STC89C51作为核心控制器，通过硬件电路的制作以及软件程序的编制设计制作一个多功能数字时钟系统。能够准确显示时间（显示格式为时时：分分：秒秒，24小时制），可随时进行时间调整，具有闹钟时

3、间设置、闹钟开/关、止闹功能以及日历功能。电路主要是采用小规模单片机集成电路本系统的设计电路主要的控制操作基本上都是具有单片机控制整个电路实现各项功能因此在硬件方面的设计较为简单。由核心部位89c51单片机为中心;（l）连接控制电路的各个多功能调整作用的开关；（2）连接具有固定频率的石英振荡器；（3）连接显示部位的各个LED灯；因此整个电路比较简洁明了统稳定性高。同时，该时钟系统还具有功耗小、成本低的特点，具有很强的实用性。由于系统所用元器件较少，单片机所被占用的I/O口不多，因此系统具有一定的可扩展性。关键词：单片机 液晶显示 日历芯片1.2课题背景在人类社会高度发达的今天数字电子时钟是一个

4、无处不在电子产品经过多年的发展技术已经相当成熟了。目前应用广泛的数字电子钟太多是用AT89C51单片机核心部件制作的。以单片机芯片ATC89C51作为核心控制器，通过硬件电路的制作以及软件程序的编制，设计制作一个多功能数字时钟系统。能够准确显示时间（显示格式为时时：分分：秒秒，24小时制），可随时进行时间调整，具有闹钟时间设置、闹钟开/关、止闹功能以及日历功能。设计以硬件软件化为指导思想，充分发挥单片机功能，大部分功能通过软件编程来实现，电路简单明了，系统稳定性高。同时，该时钟系统还具有功耗小、成本低的特点，具有很强的实用性。由于系统所用元器件较少，单片机所被占用的I/O口不多，因此系统具有一

5、定的可扩展性。1.3数字电子钟的意义及应用时钟，自从它被发明的那天起，就成为人们生活中必不可少的一种工具，尤其是在现在这个讲究效率的年代，时钟更是在人类生产、生活、学习等多个领域得到广泛的应用。比喻在医院、车站、厕所、机场等场所的时间显示。然而随着时间的推移，人们不仅对于时钟精度的要求越来越高，而且对于时钟功能的要求也越来越多，时钟已不仅仅是一种用来显示时间的工具，在很多实际应用中它还需要能够实现更多其它的功能。诸如闹钟功能、日历显示功能、温度测量功能、湿度测量功能、电压测量功能、频率测量功能、过欠压报警功能等。钟表的数字化给人们的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。

6、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。可以说，设计多功能数字时钟的意义已不只在于数字时钟本身，更大的意义在于多功能数字时钟在许多实时控制系统中的应用。在很多实际应用中，只要对数字时钟的程序和硬件电路加以一定的修改，便可以得到实时控制的实用系统，从而应用到实际工作与生产中去。因此，研究数字时钟及扩大其应用，有着非常现实的意义。第2章 整体设计方案本系统分为四个部分。85C51单片机为核心控制部件，以七段LED灯为核心显示部件，以石英振荡器为主要计时部件，干电池为供电部

7、件。通过程序实现对年、月、日、时、分、秒数字显示，周期为24小时。显示满刻度为23时59分59秒，并具有校时功能、省电模式、智能闹铃的数字钟。主要是利用C语言的编程，实现各项功能。数字时钟的组成框图2.1 单片机的设计本系统分为四个部分。85C51单片机为核心控制部件，以七段LED灯为核心显示部件，以石英振荡器为主要计时部件，干电池为供电部件。通过程序实现对年、月、日、时、分、秒数字显示，周期为24小时。显示满刻度为23时59分59秒，并具有校时功能、省电模式、智能闹铃的数字钟。主要是利用C语言的编程，实现各项功能。 总体设计的布局2.2单元模块的设计2.2.1硬件模块的设计：（1）电源部分为

8、四节5号干电池（2）控制电路以89c51单片机为核心部件元件图（图1） AT89C51单片机电路图（图1）主要功能：实现对显示部件的七段管的显示控制，连接固定频率的石英振荡器使其产生计时的功能，连接到调整电路从而能够实现对时间的调整以及其他功能的实现。从而实现对整个电路的控制，真正体现初核心部件的地位。（3）输入电路四个按钮的开关（图2） 调整电路的四个按钮开关（图2）功能：按Function按键可以进入设置模式包括有：时间 日期 年月的设定；智能闹铃的设定其中可以设定5组闹铃；省电模式的设定：按UP按键或down按键分别可以实现功能的选择和时间设定的调整；Back按键可以实现退出或者进入的功

9、能：（4）输出电路9个共阳极7段管2.2.2软件模块的设计我们的电子钟程序主要由循环程序与中断程序组成。循环一共有键盘扫描，七段管扫描，按键判断与处理三大模块。（1）键盘扫描模块：我们一共使用了四个按键开关，分别连接在单片机的P10,P11,P12,P13,引脚上，并且依次定义为功能键 向上键 向下键 返回键。在键盘的扫描程序中定义了一些全局变量Key来存储并传递当前的按键（2）七段管扫描模块：七段管显示部分是电子钟设计的关键，我们采用了九个共阳七段管来作为电子中的信息输出。其中18位七段管公共端用P3端口来控制，第9位公共端由P1.5控制。a, b, c, d ,e ,f ,g, dp端共同

10、用P2控制输出。（3）按键判断与处理模块：对按键的判断与处理模块是电子钟程序的核心，主要是接收“按键扫描模块”传递过来的值，对不同的按键并且结合当前的状态作出不同的除了与反馈。在程序中我们定义变量staaus来区分电子钟当前的不同状态。（4）中断模块是一个独立的函数，我们在程序初始化时将中断使能寄存器设置为T0定时器，并且将中断时间设置为50ms，每20次中断时间变量增加1s。因为中断函数比较特殊不能在里面放过多的程序否则会导致计时不准确或者造成死机循环。所以中断函数中除了计算时间改变时间日期变量不再加任何程序 第三章 数字钟的外围电路设计3.1计时电路应为电子钟是由时 分 秒组成。分别为60

11、进制和24进制。采用一片4520接成60 进制4520的第一组4位二进制接成秒的个位，另一组接成秒的十位，分也为60进制，时为24进制。此；两种进制的次序和二进制完全相同只是模数不是2的整幂。（1）60进制计数器（如图四）：4520的第一组4位二进制构成10进制，第二组4位二进制构成6进制，因为两组都是为16进制而4520具有异步清零的功能。在第一组的4位二进制加法计数器中，当第十个脉冲来到时此时它的四级触发器状态为“1010”这是Qd Qb均为高电平。因为4520的清零端位高电平清零，所以Qd Qb经过2输入的与非门连接后输出给后一级反向器接到清零CR端，使第一组为10进制，第二组为6进制，

12、当第一组清零的同时给第二组的加法计数器的CP端进行计数。而第一组的第6个脉冲进位到来时，此时第二组的触发器状态为“0110”，这时Qb Qc均为高电平“1”，将它们经过二组输入与非门后，再经过一级反相器，送到计数器的清零端，在清零的同时给上一级进位，从而利用了4520的异步清零的功能结成了60进制计数器。 图四60进制计数器 （2）24进制计数器（图5）：24进制计数器由4520和4510组成。当时的个位计数器4510复零进位输出端向时的十位输出进位信号，到达时时的个位计数器状态为“0100”，时的十位计数器状态为“0010”即时的个位，计数器的输出Qc和十的十位计数器的输出端Qb均为高电平“1”进过与非门 再经过一级反向器送到4510和4520的清零CR端，计数器复位清零。 24进制计数器电路3.2译码与显示电路：（图6）译码是把给定的代码进行翻译，将时分秒计数器输出的四位二进制代码翻译为相应的十位进制数，并通过LED显示器显示，通常LED显示器与译码器是配套使用的。我选用的七段译码驱动器（74LS47）和数码管（LED）是共阳接法。LED显示器的3 8两脚接在一起，先留点组委200欧姆和+5V连接。实际使用时a b c d e f g各段都要接一个限流电阻。