1、優秀論文未經允許審核通過切勿外傳濟源職業技術學院畢業設計題目單片機的電子鐘設計系別電氣工程系專業應用電子技術班級電技 0801姓名肖見學號指導教師苗紹強日期2010年12 月設計任務書設計題目：單片機的電子鐘設計設計要求：1. 設計一個具有特定功能的電子鐘。 該電子鐘上電或按鍵復位后能自動顯示系統提示符“ P. ”， 進入時鐘準備狀態；第一次按電子鐘啟動調整鍵，電子鐘從 0 時 0 分 0 秒開始運行， 進入時鐘運行狀態； 再次按電子鐘啟動調整鍵， 則電子鐘進入時鐘調整狀態， 此時可利用各調整鍵調整時間，調整結束后可按啟動調整鍵再次進入時鐘運行狀態。2. 設計完成上述功能的相應的硬件調試和軟件

2、調試。3. 完成焊接和實物電路的調試。設計進度要求：第一周：選定設計題目, 查找、搜集相關資料。第二周：了解各元器件、模塊的功能及使用方法。第三周：硬件電路的設計。第四周：相應軟件設計（程序設計） 。第五周：利用相關的仿真軟件測試并記錄相關的數據和錯誤。第六周：焊接實物電路， 并且在實物電路上調試并且記錄相關的數據和問題。第七周：寫畢業論文。第八周：畢業答辯。指導教師（簽名）：摘要時鐘，自從它發明的那天起， 就成為人類的朋友， 但隨著時間的推移，科學技術的不斷發展， 人們對時間計量的精度要求越來越高， 應用越來越廣。怎樣讓時鐘更好的為人民服務， 怎樣讓我們的老朋友煥發青春呢？這就要求人們不斷設

3、計出新型時鐘。數字電子鐘的設計方法有多種， 其中，利用單片機實現的電子鐘具有編程靈活， 便于電子鐘功能的擴充， 即可用該電子鐘發出各種控制信號，精確度高等特點，同時可以用該電子鐘發出各種控制信號。本設計主要介紹用單片機內部的定時計數器來實現電子時鐘的方法，本設計由單片機AT89C52芯片和 LED數碼管為核心，輔以必要的電路，構成了一個單片機電子時鐘。與傳統機械表相比， 它具有走時精確 , 顯示直觀等特點。它的計時周期為24 小時，顯滿刻度為“ 23 時 59分 59 秒”，另外具有校時功能等特點。關鍵詞：電子鐘，單片機，匯編目錄摘要.II目錄.第 1 章 總體方案的介紹 . .1.1電子鐘功

4、能介紹 .1.2總體方案介紹 .1.3電子鐘電路原理圖 .1.4元件清單 . .第 2 章 硬件系統設計 .2.1單片機的選擇 .2.2復位電路 .2.3晶振電路 .2.4顯示電路 .2.5按鍵電路 .第 3 章 軟件系統設計 . .3.1電子鐘主程序流程框圖 .3.2鍵掃子程序流程框圖 .3.3中斷服務程序流程框圖 .3.4 “P. ”點顯示子程序流程框圖 .3.5顯示子程序流程框圖 .第 4 章電子鐘的使用說明及調試運行 .4.1使用說明書 . .4.2電子鐘運行結果 .4.4誤差分析 .參考資料 .致 謝 .第 1 章總體方案的介紹1.1 電子鐘功能介紹可調整運行的電子鐘具有三種工作狀態

5、：“P. ”狀態、運行狀態、調整狀態。（1）、“ P. ”狀態，依靠上電或按復位鍵進入，在此狀態下，按B、C、D 鍵均無效，按 A 鍵有效，進入運行狀態；（2）、運行狀態，按奇數次A 鍵進入，在此狀態下，按B、C、D鍵均無效，只有按 A 鍵有效，按下A 鍵后，退出運行狀態，進入調整狀態；（3）、調整狀態，按偶數次A 鍵進入，在此狀態下，按A、 B、 C、 D鍵均有效。如按下A 鍵，則退出調整狀態，進入運行狀態；按下B、C、D 鍵，則分別對時、分、秒加1，調整結束后必須按A 鍵，即可退出調整狀態，進入運行狀態。基本功能要求：“P. ”穩定地顯示在LED顯示器的最左端數碼管（LED5）上，無 A鍵

6、按下（在“ P. ”狀態下，按下B、C、D鍵無效），則不進入電子鐘的運行狀態，繼續顯示“P. ”。按下A 鍵后，電子鐘以起始時間：00 時00 分 00 秒開始運行。再次按下A 鍵后，電子鐘退出運行狀態，進入調整狀態，利用B、C、D鍵把電子鐘的顯示時間修改為當前實時時間，時間修改正確后可再次按下A 鍵，電子鐘則退出調整狀態，進入運行狀態。注意：每次按下B、C、D 鍵，只允許加一，不允許連加。（1）、在調整狀態下，按下B、C、D鍵，允許連加，而 A 鍵無論在何種狀態下，均不允許連擊；（2）、時、分、秒的間隔符“。 ”以一定頻率閃爍；（3）、時間顯示以“滅零”方式進行；（4）、可調整運行的電子鐘用

7、兩個按鍵（例如：A 鍵、B 鍵）來控制。1.2 總體方案介紹1. 計時方案利用 AT89C52 單片機內部的定時計數器進行中斷定時，配合軟件延時實現時、分、秒的計時。該方案節省硬件成本，且能使讀者在定時計數器的使用、 中斷及程序設計方面得到鍛煉與提高，對單片機的指令系統能有更深入的了解。2. 鍵盤顯示方案AT89C52的 P0 口和 P2口外接由六個 LED數碼管 (LED5LED0)構成的顯示器， 用 P0 口作 LED的段碼輸出口， P2 口作六個 LED數碼管的位控輸出線， P1 口外接四個按鍵 A、B、C、 D構成鍵盤電路。AT89C52 是一種低功耗，高性能的CMOS 8位微型計算機

8、。它帶有8K Flash可編程和擦除的只讀存儲器（EPROM），該器件采用 ATMEL的高密度非易失性存儲器技術制造，與工業上標準的80C52 和 80S52 的指令系統及引腳兼容，片內Flash集成在一個芯片上，可用與解決復雜的問題，且成本較低。簡易電子鐘的功能不復雜，采用其現有的IO便可完成，所以本書中采用此的設計方案，結構如圖1.1 如示。圖 1.1硬件框圖1.3 電子鐘電路原理圖電子鐘原理圖( 見附錄 1)1.4 元件清單電子鐘元件清單如表1 所示：表 1電子鐘元器件清單元件名稱規格型號數量（個）單片機AT89C5218 位一體的共陽 LED顯7SEG-MPX8-CA-BLUE1示器晶

9、振12MHz1電容33pF2電容22 F1按鍵BUTTON5電阻0.2K1電阻1K1限流電阻0.1K8第 2 章 硬件系統設計硬件電路主要包括：單片機、晶振電路、復位電路、顯示電路、按鍵電路以及電源等幾部分。 。單片機的選擇：選用AT89C52單片機，配備 11.0592MHz晶振。 P1.0 P1.3接的是按鍵電路， P0和P1口分別接的是位碼和斷碼。顯示電路的選擇：采用軟件譯碼器動態顯示，共陽極 LED數碼管。復位電路的選擇： RC復位電路。電源電路的選擇：采用直流 +5V電源供電。2.1 單片機的選擇單片機實質上是一個芯片， 在實際應用中， 必須外加各種擴展接口電路、外部設備等相關硬件和

10、軟件， 才能構成一個單片機系統。 盡管各類單片機很多， 但無論是從世界范圍或是從全國范圍來看， 使用最為廣泛的應屬 MCS-51單片機。單片微型計算機市指集成在一個芯片上的微型計算機， 也就是把組成微型計算機的各種功能部件，包括 CPU、隨機存儲器 RAM、只讀存儲器 ROM、基本輸入輸出接口電路、定時器計數器等部件都制作在一塊集成芯片上，構成一個完整的微型計算機， 從而實現微型計算機的基本功能。89C52單片機是在一塊芯片中集成了CPU、存儲器、定時器計數器和多種功能的IO現等一臺計算機所需的基本功能部件。主要包括1 個8 位CPU、 1個片內振蕩器及時鐘電路、128B RAM、4KB RO

11、M、2個16位定時器計數器、32 條可編程的 IO 線和一個可編程的全雙工串行接口、5 個中斷源、 2 個中斷優先級套中斷結構。1、中央處理器CPU 是單片機的內部核心部件，是一個8 位二進制數的中央處理單元，主要由運算器，控制器和寄存器陣列構成。2、控制器控制器是單片機內部各部件按一定時序協調工作的控制核心，是分析和執行指令的部件。控制器主要由程序計數器、 指令寄存器、指令譯碼器、振蕩和定時控制邏輯電路等構成。3、寄存器陣列寄存器陣列式單片機內部的臨時存儲單元或固定用途單元，包括通用寄存器組和專用寄存器組。4、存儲器程序存儲器是可讀不可寫的，用于存放編號的程序和表格常數。5、數據存儲器是即可

12、讀也可寫的，用于存放運算的中間結果，進行數據暫存及數據緩沖等。6、定時器計數器 89C52 內部有 2 個 16 位可編程定時器計數器，簡稱為定時器 0(T0) 和定時器 1(T1) ，T0 和 T1 在定時器控制寄存器 TCON 和定時器方式選擇寄存器 TMOD的控制下，可工作在定時器模式或計數器模式下，每種模式又有不同的工作方式。89C52 有兩個 16 位的可編程定時計數器，以實現定時或計數產生中斷用于控制程序轉向。7、并行輸入輸出 (IO) 口 89C52 共有 4 組 8 位 IO 口 (P0、 P1 、P2或 P3)，用于對外部數據的傳輸。89C52單片機內部總線是單總線結構，即數

13、據總線和地址總線是公用的。 89C52 有 40 條引腳， 與其他 51 系列單片機引腳是兼容的。這40 條引腳可分為 IO 接口線、電源線、控制線、外接晶體線 4 部分。89C52單片機為雙列直插式封裝結構，如圖 3.2 所示。圖 2.1 89C52 引腳分配圖Pin40 ：電源腳。工作電壓為+5VPin20 ：接地端P0 口：P0 口為一個 8 位漏極開路的雙向IO 口，每腳可以吸收8TTL門電流。當 P0 口的管腳第一次寫“ 1”時，被定義為高阻輸入，P0口能夠用于外部數據存儲器，它可以被定義為數據地址的第八位，在FLASH編程時， P0 口作為原碼輸入口，當FLASH進行校驗時， P0

14、 口輸出原碼，此時， P0 外部必須被拉高。P1 口： P1 口是一個內部提供上拉電阻的8 位雙向 IO 口， P1 口緩沖器能接收輸出4TTL 門電流， P1 口管腳寫入 1 時，被內部上拉為高，可用作輸出， P1 口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時， P1 口作為第八位地址接收。P2 口： P2 口為一個內部上拉電阻的8 位雙向 IO 口， P2 口緩沖器可以接收、輸出4 個 TTL 門電流，當 P2 口被寫“ 1”時，其管腳被內部上拉電阻拉高，且作為輸入。因此作為輸入時，P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流，這就是內部上拉的緣故。P2 口

15、當用于外部程序存儲器或 16 位地址外部數據存儲器進行存取時， P2口輸出地址的高八位。在給出地址“ 1”時，它利用內部上拉的優勢，當對外部八位地址數據存儲器進行讀寫時， P2口輸出其特殊功能寄存器的內容。P2 口在 FLASH編程和校驗時接收八位地址信號和控制信號。P3 口： P3 口管腳是8 個帶內部上拉電阻的雙向IO口，可以接收輸出4 個TTL 門電流。當P3 口寫入“1”時，它們被內部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平；P3口將輸處電流（ ILL ），這就是上拉的緣故。P3 口也可以作為 AT89C52的一些特殊功能口，如下所示：P3.0： RXD ( 串行輸入口

16、 )P3.1： TXD ( 串行輸出口 )P3.2： ( 外部中斷 0)P3.3： (外部中斷 1)P3.4： T0(定時計數器 0)P3.5： T1(定時計數器 1)P3.6：(外部數據存儲器寫選通線 )P3.7：(外部數據存儲器讀選通線 )P3 口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號RST復位輸出： 當振蕩器復位時， 要保持 RST腳兩個機器周期的高電平時間。XTAL1：反向振蕩器的輸入及內部時鐘工作電路的輸入；XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。振蕩器特性XTAL1 和 XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出，該反向放大器可以配置為片內振蕩器，石英振蕩器和陶瓷振蕩器均可采用，如果采用外

17、部時鐘源驅動器件，XTAL2應不連接，有余的輸入至內部時鐘信號要通過一個二分頻觸發器，因此對外部時鐘信號的脈沖沒有任何嚴格的要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。2.2 復位電路單片機在開機時或在工作中因干擾而使程序失控， 或工作中程序處于某種死循環狀態，在這種情況下都需要復位 . 復位的作用是使中央處理器 CPU以及其他功能部件都恢復到一個確定的初始狀態 , 并從這個狀態重新開始工作 .89C52單片機的復位靠外部電路實現, 信號由 RESET(RST)引腳輸入 ,高電平有效 , 在振蕩器工作時 , 只要保持 RST引腳高電平兩個機器周期 , 單片機即復位 . 復位后 ,PC 程序計數器

18、的內容為 0000H,片內 RAM中內容不變 .復位電路一般有上電復位、手動開關復位和自動復位電路3種 , 而本設計中用到的是手動開關復位電路。如圖4.3 所示 .圖 2.2單片機復位電路2.3 晶振電路1晶體振蕩器的作用：石英晶體振蕩器也稱石英晶體諧振器，它用來穩定頻率和選擇頻率，是一種可以取代LC諧振回路的晶體諧振元件。2本次設計所用的晶體振蕩電路如圖4.4 所示：電圖 2.3晶體振蕩電路路所選用的石英晶振頻率為12MHZ。時鐘此晶振周期就是單片機外接晶振的倒數， 例如 12M的晶振，它的時間周期就是 112us），是計算機中最基本的、最小的時間單位。在一個時鐘周期內， CPU僅完成一個最

19、基本的動作。對于某種單片機，若采用了 1MHZ的時鐘頻率，則時鐘周期為 1us；若采用 4MHZ的時鐘頻率，則時鐘周期為 250us。由于時鐘脈沖是計算機的基本工作脈沖，它控制著計算機的工作節奏（使計算機的每一步都統一到它的步調上來）。顯然，對同一種機型的計算機，時鐘頻率越高，計算機的工作速度就越快。但是，由于不同的計算機硬件電路和器件的不完全相同，所以其所需要的時鐘周頻率范圍也不一定相同。我們學習的 51 系列單片機的時鐘范圍是 1.2MHz-12MHz。2.4顯示電路顯示電路中運用到的顯示器為8 為一體的共陽極LED顯示器，P0和 P2分別對應的是斷碼和位碼， 共陽數碼管在應用時應將公共極

20、COM接到 +5V，當某一字段發光二極管的陰極為低電平時，相應字段就點亮。當某一字段的陰極為高電平時，相應字段就不亮。共陰數碼管是指將所有發光二極管的陰極接到一起形成公共陰極(COM)的數碼管。 共陰數碼管在應用時應將公共極COM接到地線GND上，當某一字段發光二極管的陽極為高電平時，相應字段就點亮。當某一字段的陽極為低電平時，相應字段就不亮。如圖所示圖 2.4顯示電路2.5按鍵電路電子鐘設置4 個按鍵通過程序控制來完成電子鐘的啟、停及時間調整。A 鍵控制電子鐘的啟、停；B 鍵調整時；C 鍵調整分；D 鍵調整秒。它們所對應的管腳分別為：A 鍵對應的是P1.0 ， B 鍵對應的是 P1.1 ，

21、C 鍵對應的是 P1.2 ， D 鍵對應的是 P1.3 。如圖所示：圖 2.5 按鍵電路圖第 3 章 軟件系統設計3.1 電子鐘主程序流程框圖上電后程序開始系統初始化顯示“P. ”然后判斷A 鍵是否按下，若按下，進入自動計時狀態，如果A 鍵再次按下則進入時間設置狀態，再次按 A鍵，則進入時間調整后的狀態， 若沒按下返回于時間設置狀態。見圖 3.1 所示3.2 鍵掃子程序流程框圖進入開始后判斷是否有鍵閉合若有，進入調顯示子程序，在判斷是否有鍵按下，若有判斷按鍵是否放開，若沒有放開調用顯示子程序，若放開保存鍵值（ A 中）。見圖 3.2 所示圖 3.2鍵掃子程序流程框圖程框3.3 中斷服務程序流程

22、框圖中斷程序開始后進入現場保護，改變寄存器組組號， 重裝定時器計數初值，中斷次數減1，然后判斷是否滿8 次，若滿 8 次秒值加 1，滿 60 秒后，秒緩沖單元清 0，分值加 1，滿 60 分后，分緩沖單元清 0，時值加 1，滿 24 時后，時緩沖單元清 0，恢復寄存器組組號， 現場保護。見圖 3.3 所示2時值加 1N1滿24小時Y時緩沖單元清01恢復寄存器組組號現場恢復（出棧）結束3.3 中斷服務程序流程框圖3.4 “P. ”點顯示子程序流程框圖開始后堆棧初始化， PSW初始化， RAM初始化，“P. ”字符序號送顯示緩沖區，然后調顯子程序。見圖 3.4 所示3.5 顯示子程序流程框圖開始后

23、，程序進入現場保護， 開辟 3 組寄存器，地址指針 R0初始化、位控寄存器 R2初始化，進出查表取段碼，段控碼送 P0 口，段位碼送 P2口，延時 1 毫秒，位控碼左移，顯示緩沖區地址加 1,8 位 LED顯示完否，若顯示完恢復現場返回。若沒返回查表取段碼。電子鐘的時鐘時間在六位數碼管上進行顯示，因此，在內部 RAM 中設置顯示緩沖區共 8 個單元。LED837HLED736HLED635HLED534HLED433HLED332HLED231HLED130H時十位時個位分隔分十位分個位分隔秒十位秒個位見圖 3.5 所示圖 3.5顯示子程序框圖第 4 章電子鐘的使用說明及調試運行4.1 使用說

24、明書1. 操作說明時間顯示：電子鐘上電后 ,8 個數碼管顯示初始狀態即最左邊的一個數碼管顯示 P. 。如果未顯示 P. ，只需按一下復位鍵即可使其顯示出 P. 。按下 A鍵后電子鐘進入自動計時狀態，電子鐘顯示00 時 00 分 00 秒并開始運行。時間調整：若要進行時間調整， 則需再次按下 A 鍵，進入時間調整狀態， 然后分別按下 B 鍵調時，按下 C 鍵調分，按下 D 鍵調秒，按下 B、C、D 鍵并松開可使電子鐘的時， 分，秒分別加一。調整好時間后，按下 A 鍵就可以回到調整好的時間為基礎的自動計時狀態。 無論是在自動計時， 還是在調整校正時，都可按下復位鍵使系統回到顯示P. 的初始狀態。其

25、中 B 鍵顯示范圍為 0-23,0 為 25 點； C，D 鍵顯示范圍為 0-59,0 為 60分。4.2 電子鐘運行結果1. 待機（如圖 4.1 所示）圖 4.1 待機框圖2. 啟動（如圖 4.2 所示）圖 4.2 啟動框圖3. 運行（如圖 4.3 所示）圖 4.3 運行框圖4.4誤差分析在調試運行過程中， 在所有參數正確的情況下， 我的結果仍出現運行緩慢情況。產生誤差的主要原因是我們用軟件計時， 計時 1 秒是采用定時器的中斷服務程序。 當電子鐘運行 1 秒，執行中斷程序需要一定時間，這個時間就是所產生的誤差，這個誤差是不可避免的。同時 , 單片機工作也會受到環境的影響， 比如溫度、濕度，