1、濟源職業技術學院畢 業 設 計題目 單片機的電子鐘設計系另寸電氣工程系專業應用電子技術班級電技0801姓名肖見學號 08020103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調試。3. 完成焊

2、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計出新 型時鐘。數字電子鐘的設

3、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 III目 錄 1第 1 章 總體方案的介紹. 21.1 電子鐘功能介紹 21.2

4、總體方案介紹 31.3 電子鐘電路原理圖 41.4 元件清單 4第 2 章 硬件系統設計 52.1 單片機的選擇 . 52.2 復位電路 . 82.3 晶振電路 . 92.4 顯示電路 . 102.5 按鍵電路 . 10第 3 章 軟件系統設計 . 123.1 電子鐘主程序流程框圖 123.2 鍵掃子程序流程框圖 133.3 中斷服務程序流程框圖 143.4 “P. ”點顯示子程序流程框圖 153.5 顯示子程序流程框圖 16第 4 章 電子鐘的使用說明及調試運行 184.1 使用說明書 184.2 電子鐘運行結果 194.4 誤差分析 . 21參考資料 22致 謝 23第 1 章 總體方案的

5、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：“ 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

6、地顯示在LED顯示器的最左端數碼管（LED5上，無A鍵按下（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）

7、、時間顯示以“滅零”方式進行；（4） 、可調整運行的電子鐘用兩個按鍵（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（LED5LEDO）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

8、耗，高性能的 CMOS位微型計算機。它帶有 8K Flash可 編程和擦除的只讀存儲器（EPROM該器件采用ATME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I/O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顯示器7SEG-MPX8-CA-

9、BLUE1晶振12MHz1電容33pF2電容22卩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AT89C5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 LE戯碼管。復位電路的選擇：RCS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 設備等相關硬件和軟件

10、，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I/O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、128BRAM 4KBROM 2個16

11、位定時器計數器、32條可編程的I/O 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?？刂破髦饕沙绦蛴嫈灯鳌⒅噶罴拇嫫鳌⒅噶钭g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、數據存儲器是即可讀也可寫的，

12、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)，TO和T1在定時器控制寄存器TCON和定時器方式選擇寄 存器TMOD勺控制下，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(I/O) 口 89C52共有4組8位I/O 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，即數據總線和地址總線是公用的。89C52 有40條引腳，與

13、其他51系列單片機引腳是兼容的。這40條引腳可分為I/O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XTAL2PD.O/ADOPD.1/AD1P0.2/AD2PD.3/AD3PO.碎 L4 PO 5/AD5 no.E/mR5TPO 7/AD7PSENP2伽P2 1兩P2 2/A10P2 3/A11ALEP2 412EAP25/A13P1.0fT2P2 7/A15P3.0MPI.'."DEXP3.1/TXDpi 2P3.2/IMT0Pl.JR3.3/INT1P1.4R1.5P3 5TT1P1.GP3.GWRr* 11 JP3

14、7/D圖2.1 89C52引腳分配圖27_21' 工'鳥_ 1_13柑it.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I/O 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 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I/O 口，P1 口緩沖器能接收 輸出4TTL門電流，P1 口管腳寫入1時，被

15、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I/O 口，P2 口緩沖器可以接收、 輸出4個TTL門電流，當P2 口被寫“ T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

16、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I/O 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）P3.1 : TXD （串行輸出口）P3.2 :五（外部中斷0）P3.3 :而！（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

17、存儲器寫選通線）P3.7 : TV （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

18、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.亠C4InFR16i % 耳TFE圖22 單片機復位電路2.3晶振電路1

19、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：XTAL1InF <TEXT>T * X2CRYSTALC5<TEXT>1nF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1/12us ），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僅完成一個最基本的動作。對于某種單片機，若采用 了 1MHZ勺時鐘頻率，則時鐘周期為1us;若采用4MHZ勺時鐘頻率，則

20、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-12MHz2.4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CO瞅到+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

21、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:T曲IM H*Tat帕5P 円 uTsTi PH跡世 p jF : :T圖2.4顯示電路弓吧喘niJ1=4 亠亠-±士土=1 rJW哪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，C 鍵

22、對應的是 P1.2，D鍵對應的是 P1.3。如圖所示：294Pr.QiT2 li.1iT2EX PT 2PT .3 PT 4Pr.ePr.aPr.7丄O O! I -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

23、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所示開 始現場保護（入棧）改變寄存器組組號重裝定時器計數初值中斷次數減1秒值加1Y秒緩沖單元清0分值加1分緩沖單元清03.3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

24、, 然后調顯子程序。見圖3.4所示堆棧初始化rPS初始化RA初始化“P. ”字符序號送顯示緩沖區調顯示子程序圖3.4“P. ”點顯示子程序流程框圖3.5 顯示子程序流程框圖開始后，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。LED8LED7LED6LED5LED4LED3LED2LED137H36H35H34

25、H33H32H31H30H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NY返叵afiLED顯示完否圖3.5顯示子程序框圖段控科進卩0 口啟恵揑碼話P2J哦夏現場c開貽 J圳場保護地士指軒R0祈姑化.范控春牡器R2初姑北開辟S3S寄存器顯示蜒沖區丸址加1位揑碼芒琴廷時1臺秒第 4 章 電子鐘的使用說明及調試運行4.1 使用說明書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

26、，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）CIni)MF3-1A*I 用Z n: z i P. aU K -Ul p. 44 陀”皿FJ rEpHirain L«wtimW!冃 iiTflT毗直 P1

27、噸|h L><n r *hch. n* rPi W1圖4.1待機框圖2.啟動（如圖4.2所示）00-00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， 以及其它電子設備的干擾。因此，應該讓電子鐘工作在適度溫度、干燥和電子干擾較少的環境下，還有一 種方法就是采用實時時鐘芯片，這樣可以使誤差降低到最少。參考資料1 胡輝，單片機應用系統設計與訓