1、成績課 程 設 計課程名稱單片機原理與應用課程設計課題名稱時鐘跑表設計專 業班 級學 號姓 名指導老師林國漢、王迎旭、汪超、李曉秀等2017年5月22日電氣信息學院課程設計任務書課題名稱時鐘跑表設計姓 名專業班級學號指導老師林國漢課程設計時間2017年5月22日-2017年6月3日一、任務及要求設計任務：本課題要求以MCS-51系列單片機為核心，設計一個數字時鐘。(1) 具有時鐘和跑表功能，用LED或者液晶顯示器進行顯示；(2) 具有時鐘調整功能(3) * 具有鬧鐘功能，且鬧鐘時間可調整。(4) *其它功能設計要求：（1）確定系統設計方案；（2）進行系統的硬件設計；（3）完成應用程序設計；(4

2、)應用系統的硬件和軟件的調試。二、進度安排第一周：周一：集中布置課程設計任務和相關事宜，查資料確定系統總體方案。周二周三：完成硬件設計和電路連接周四周日：完成軟件設計第二周：周一周三：程序調試周四周五：設計報告撰寫。周五進行答辯和設計結果檢查。三、參考資料1、M. 2版.機械工業出版社，20122、M.3版.清華大學出版社，2010.3、M.清華大學出版社，2010目 錄第一章 總體方案設計11.1 設計方案設計任務與要求11.2 設計思路及系統框架圖1第二章 硬件電路設計32.1 單片機AT89C5132.2 矩陣鍵盤電路42.3 蜂鳴器電路42.4 LED數碼管顯示電路5第三章 軟件設計6

3、3.1 系統主程序63.2 矩陣鍵盤功能程序63.4 定時功能程序8第四章 調試104.1 系統調試方法104.2 調試結果10第五章 總結11附錄12附錄A 電路仿真原理圖12附錄B 程序清單13第一章 總體方案設計設計任務：本課題要求以MCS-51系列單片機為核心，設計一個數字時鐘。(1) 具有時鐘和跑表功能，用LED或者液晶顯示器進行顯示；(2) 具有時鐘調整功能(3) * 具有鬧鐘功能，且鬧鐘時間可調整。(4) *其它功能設計要求：(1) 確定系統設計方案；(2) 進行系統的硬件設計；(3) 完成應用程序設計；(4) 應用系統的硬件和軟件的調試。1.2 設計思路及系統框架圖我們采用的是

4、AT89C51作為時鐘控制芯片。本次方案主要由時鐘模塊、秒表模塊和鬧鐘模塊組成，其中時鐘模塊包含時鐘顯示功能、時鐘調整功能和時鐘暫停功能，秒表模塊包含秒表啟動功能、秒表暫停功能、秒表時間存儲功能和秒表回顯功能，鬧鐘模塊包含鬧鐘調整功能、鬧鐘顯示功能和鬧鐘存儲功能。時鐘通過定時器T0對時、分、秒的數值進行操作，并且秒計算到60的時候，要自己清零并向分進1，分計算到60的時候，要自己清零并向時進1，時進到24的時候，要清零，這樣才能進行循環計時。秒表模塊需要重新顯示一個秒表界面，同時也應該需要通過另外一個定時器T1對秒表進行操作，從而保證在秒表界面，時鐘顯示模塊的時間還在進行。鬧鐘模塊則需要設計鬧

5、鐘時間，當設計的鬧鐘時間和時鐘的時間相等，蜂鳴器響起，從而達到鬧鐘功能，此外通過外接24c02存儲芯片，將鬧鐘時間進行存儲，且具有斷電存儲功能，當系統斷電重新開啟以后，可顯示之前設定的鬧鐘值。此外還要實現對時間的調整功能，AT89C51的P1口外接一個矩陣鍵盤，當按下K3鍵時，進行時鐘調整，當K3按下一次時，是對時間的分鐘進行調整，按下K5鍵數值加一，按下K6鍵數值減一。當按下K12鍵時，進行鬧鐘的調整，當K3按下一次時，是對鬧鐘的分鐘進行調整，按下K5鍵數值加一，按下K6鍵數值減一。對于秒表模塊，當按下K7鍵時，秒表啟動，當按下K8鍵時，顯示秒表當前值，但秒表繼續走動。在秒表計時過程中，每按

6、下一次K9鍵，則對秒表當前值進行存儲，每按下K10鍵，則對存儲值進行一一回顯（矩陣鍵盤按鍵標號詳見電路仿真圖）。在單片機內部構建兩個模塊：控制模塊、定時模塊，用以實現根據要求進行自動計數功能。單片機外部構建四個電路：矩陣鍵盤電路、數碼管顯示電路、蜂鳴器電路、24C02存儲電路，用以實現對單片機內部計數選擇控制、鬧鐘響鈴、鬧鐘存儲和時間輸出的正確顯示。該電子時鐘是顯示分、時值，秒為數碼表的DP位閃爍的一種計時裝置本次計時周期設置為24小時。為了確保時間正常校對，在系統中設有校對按鈕，用以實現對數碼管顯示的正確調整，如圖1.1所示為系統框架圖。圖1.1 系統框架圖第2章 硬件電路設計2.1 單片機

7、AT89C51AT89C51是一低電壓、高性能CMOS的8位微處理器，俗稱單片機。AT89C51是一種帶2K字節閃存可編程可擦除只讀存儲器的單片機。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復擦除1000次。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器。AT89C51單片機為很多嵌入式控制系統提供了一種靈活性高且價廉的方案，如圖2.1所示為AT89C51的管腳圖。本次電路中用到單片機的P0、P1、P2、P3口，所示下面對這四個端口進行詳細介紹。 P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當P0口的管腳第一次寫1時，被定義為高

8、阻輸入。P0能夠用于外部程序數據存儲器，它可以被定義為數據/地址的低八位。在FIASH編程時，P0 口作為原碼輸入口，當FIASH進行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須接上拉電阻。本次課設中P0口接的是數碼管的8個管腳，P00P07依次接數碼管的ADP管腳。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后，被內部上拉為高，可用作輸入，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口作為低八位地址接收。本次P1課設口接的數碼管的6個位選端口。圖2.1 89C51引腳圖P2口：P2口

9、為一個內部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，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。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內部上拉的緣故。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編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。本次課設中P2口的P24P27分別接的是數碼管的位選W1W4。P3口：本次課設中P3口的P33和P34分別接的是24C02

10、的SCL和SDA,P37接的是蜂鳴器的一端。2.2 矩陣鍵盤電路在本次設計中，矩陣鍵盤的S1S4列分別接P17P14引腳,H1H4行分別接的是P13P10引腳。先從P1口的高四位輸出高電平，低四位輸出低電平，從P1口的高四位讀取鍵盤狀態。再從P1口的高四位輸出低電平，低四位輸出高電平，從P1口的低四位讀取鍵盤狀態。將兩次讀取結果組合起來就可以得到當前按鍵的特征編碼。使用上述方法我們得到16個鍵的特征編碼。如圖2.2所示為矩陣鍵盤接線圖。圖2.2 矩陣鍵盤接線圖2.3 蜂鳴器電路當時鐘顯示的時間與鬧鐘存儲的時間相同時，P37引腳輸出低電平，使蜂鳴器接通，發出滴滴的響聲，響聲持續時間為20秒，20

11、秒后P37引腳輸出高電平，蜂鳴器關斷，如圖2.3所示為蜂鳴器接線圖。圖2.3 蜂鳴器接線圖2.4 LED數碼管顯示電路在本次的設計中，采用的4位的數碼管顯示器。數碼管如果按照段數分可為七段數碼管和八段數碼管，八段數碼管比七段數碼管多一個發光二極管單元，也就是多了一個小數點的顯示；如果按照發光二極管單元的連接方式又可以分為共陽極數碼管和共陰極數碼管。共陽極的數碼管是將所有發光二極管的陽極接到一起后就形成公共陽極（COM）的數碼管，共陽極數碼管在應用時要將公共極（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。共陰極數碼管是將所

12、有發光二極管的陰極接到一起形成公共陰極（COM）的數碼管，共陰極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。本次課設的數碼管選用共陽極八段數碼管，如圖2.4所示為LED數碼管接線圖。圖2.4 LED數碼管接線圖第3章 軟件設計3.1 系統主程序先對顯示單元和定時器/計數器初始化，然后重復調用數碼管顯示模塊和按鍵處理模塊，檢測矩陣按鍵值，則轉入相應的功能程序。主程序流程圖如圖3.1所示。 圖3.1 主程序流程圖 3.2 矩陣鍵盤功能程序本次設計的16個矩陣按鍵共用到了12個按鍵，每個按鍵都有

13、相應的功能。K1鍵為時鐘啟動鍵，按下K1鍵后數碼管顯示時鐘。此時按下K3鍵以后進行時鐘調整，按一下進行分鐘調整，按兩下進行小時調整。接著按K5鍵數值加一，按K6鍵數值減一。每次調整分鐘或小時之后都要按K1鍵進行確定之后才能重新按K3鍵進行調整。按下K7鍵啟動秒表，接著按下K8鍵，秒表暫停，但此時秒表還在走動，只是顯示按鍵時秒表的當前值。在秒表走動過程中，按下K9鍵則存儲當前按下值，每按一下，存儲一個值，按下K10鍵后則回顯秒表之前存儲的值，每按一下，回顯一個時間，循環顯示。K11鍵為鬧鐘顯示功能按鍵，K12為鬧鐘調整按鍵，按一下進行分鐘調整，按兩下進行小時調整。接著按K5鍵數值加一，按K6鍵數

14、值減一。每次調整分鐘或小時之后都要按K11鍵進行確定之后才能重新按K12鍵進行調整。此外K2鍵為時鐘暫停鍵，K4鍵為系統清零鍵。時鐘模塊、秒表模塊和鬧鐘模塊對應的矩陣鍵盤功能程序流程圖分別如圖3.3、圖3.4、圖3.5所示。 圖3.3 時鐘模塊矩陣鍵盤功能流程圖 圖3.4 秒表模塊矩陣鍵盤功能流程圖圖3.5 鬧鐘模塊矩陣鍵盤功能流程圖3.3 定時功能程序T0用于時鐘定時，定時時間設為50ms，定時時間到則中斷，在中斷服務程序中用一個計數器對50ms計數，計20次則對秒單元加一。秒單元加到60則對分單元加一，同時秒單元清0；分單元加到60則對時單元加一，同時分單元清0；時單元加到24則對時單元清

15、0，標志一天時間計滿。T1用于秒表定時，定時時間設為20ms，定時時間到則中斷，在中斷服務程序中用一個計數器對20ms計數，計5次則對秒表的100毫秒單元加一。100毫秒單元加到10則對秒單元加一，同時100毫秒單元清0；秒單元加到1000則自動清0。時鐘的秒顯示為數碼管第四位管子的DP值閃爍，每次秒加一DP就會閃爍一次。定時器T0功能流程圖如圖3.4所示，定時器T1功能流程圖如圖3.5所示。 圖3.4 定時器T0功能流程圖 圖3.5 定時器T1功能流程圖第4章 調試4.1 系統調試方法先在電腦上使用Proteus仿真軟件進行電路的仿真進行仿真，編程使用keil、調試工具并生成可執行文件加載到

16、單片機中，在Proteus中點擊運行，查看運行結果是否與預期要求相符，如果仿真成功，便可以到實驗板上進行實物實驗。4.2 調試結果圖4.1 時鐘顯示調試圖圖4.2 秒表顯示調試圖圖4.3 鬧鐘顯示調試圖第5章 總結與體會附錄附錄A 電路仿真原理圖附錄B 程序清單#include"reg52.h"#include"intrins.h"#ifndef _I2C_H_#define _I2C_H_#define uint unsigned int#define uchar unsigned charuint xdata resultm100;uint xdat

17、a resultf100;uchar code duanxuan= 0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,0x7f,0x83,0xc6,0xa1,0x86,0x8e ,0xff;/共陽極0f數碼管編碼uchar code duanxuan1= 0xc0-0x80,0xf9-0x80,0xa4-0x80,0xb0-0x80,0x99-0x80,0x92-0x80,0x82-0x80,0xf8-0x80,0x80-0x80,0x90-0x80,0x7f-0x80,0x83-0x80,0xc6-0x80,0xa1-0x80,0x86-0x

18、80,0x8e-0x80 ,0xff-0x80;uchar code weixuan=0xe0,0xd0,0xb0,0x70;uchar flag3;uchar temp,timer0_shi,timer0_fen,timer0_miao;uchar timer1_fm,nao1,nao2,nao3,nao4;uint timer1_zm;uchar timer1_bw, timer1_sw, timer1_gw; uchar c,z,k; sbit beep =P37 ;sbit scl=P34;sbit sda=P35;uint t0=0,t1=0;/-定義使用的IO口-/sbit I2C

19、_SCL = P34;sbit I2C_SDA = P35;void I2C_Delay10us();void I2C_Start();void I2C_Stop();uchar I2C_SendByte(uchar dat, uchar ack);uchar I2C_ReadByte();void At24c02Write(unsigned char addr,unsigned char dat);unsigned char At24c02Read(unsigned char addr);#endifvoid init(void)TMOD=0x11;TCON=0x01; TH0=0x3c;

20、/定時50ms TL0=0x0b0; TH1=0xb1;/定時20ms TL1=0xe0; EA=1; EX0=1; ET0=1; ET1=1;void delay(uint x) /12Mhz延時xmsuint i,j;for(i=x;i>0;i-)for(j=20;j>0;j-);void smg_display(uchar dx,uchar wx)/數碼管位選P0=duanxuandx;P2=weixuanwx-1;delay(1); void smg_display1(uchar dx,uchar wx)/數碼管位選P0=duanxuan1dx;P2=weixuanwx-1

21、;delay(1); uchar keyscan()uchar temp_keyvalue,temp1_keyvalue;P1=0xf0;delay(1);temp_keyvalue=P1;if(temp_keyvalue!=0xf0)delay(2); temp_keyvalue=P1;if(temp_keyvalue!=0xf0)temp1_keyvalue=temp_keyvalue&0xf0; P1=0x0f; delay(2);temp_keyvalue=P1;temp1_keyvalue=temp1_keyvalue|temp_keyvalue; while(temp_ke

22、yvalue!=0x0f)P1=0x0f;temp_keyvalue=P1; return temp1_keyvalue;void naozhong(uchar s,uchar f)if(s=timer0_shi&&f=timer0_fen) if(timer0_miao<=20) beep=0; if(timer0_miao>20) beep=1;void disposal(void) uchar hour,second,timer1_ffm;uchar zt_bw,zt_sw,zt_gw,zt_fm;uchar nao_fen,nao_shi; uchar na

23、o_gsw,nao_ggw,nao_dsw,nao_dgw; uchar key_progress,timer0_gsw,timer0_ggw,flag1,flag2; uchar timer0_dsw,timer0_dgw,s1,s2,f1,f2; key_progress=keyscan(); switch(key_progress)case 0xbe:/ 時鐘暫停TR0=0;timer0_gsw=timer0_shi/10;timer0_ggw=timer0_shi%10;timer0_dsw=timer0_fen/10;timer0_dgw=timer0_fen%10;smg_disp

24、lay(timer0_gsw,1); smg_display1(timer0_ggw,2);smg_display(timer0_dsw,3);smg_display(timer0_dgw,4); break;case 0xee: /清零TR0=0; TR1=0;timer1_zm=0; timer1_fm=0; timer0_shi=0;timer0_fen=0;timer0_dgw=timer0_fen%10;timer0_gsw=timer0_shi/10;timer0_ggw=timer0_shi%10;timer0_dsw=timer0_fen/10;timer0_dgw=timer

25、0_fen%10;smg_display(timer0_gsw,1); smg_display1(timer0_ggw,2);smg_display(timer0_dsw,3);smg_display(timer0_dgw,4); break; keyscan(); temp=P1; nao1=At24c02Read(1); nao1=At24c02Read(1); nao2=At24c02Read(2); nao2=At24c02Read(2); while(temp =0xf0) TR0=1; flag3=1; timer0_gsw=timer0_shi/10; timer0_ggw=ti

26、mer0_shi%10; timer0_dsw=timer0_fen/10; timer0_dgw=timer0_fen%10; smg_display(timer0_gsw,1); delay(30); smg_display1(timer0_ggw,2); delay(30); smg_display(timer0_dsw,3); delay(30); smg_display(timer0_dgw,4); delay(30); if(nao1|nao2)!=0) naozhong(nao2,nao1); temp=P1; break; case 0xde: / 時鐘調整 keyscan()

27、; flag3=0; temp=P1; flag2=0; flag1+; if(flag1>2) flag1=2;while(temp =0xf0) s1=timer0_gsw;s2=timer0_ggw;f1=timer0_dsw;f2=timer0_dgw; hour=s2+s1*10; second=f2+f1*10; smg_display(s1,1);delay(50);smg_display1(s2,2);delay(50);smg_display(f1,3);delay(50); smg_display(f2,4);delay(50);temp=P1; break; cas

28、e 0x7d: /加時鐘 flag3=0; if(flag1=1|flag2=1) second+; if(flag1=2|flag2=2) hour+; if(hour>=24) hour=0; if(second>=60) second=0;keyscan(); temp=P1;while(temp =0xf0) s1=hour/10; s2=hour%10; f1=second/10;f2=second%10; smg_display(s1,1); delay(50); smg_display(s2,2);delay(50);smg_display(f1,3);delay(5

29、0);smg_display(f2,4); delay(50);nao1=f2+f1*10; nao2=s2+s1*10;temp=P1;if(keyscan()=0x7e) timer0_fen=f2+f1*10; timer0_shi=s2+s1*10; flag1=0; flag2=0; if(keyscan()=0xdb) nao_fen=f2+f1*10; nao_shi=s2+s1*10; flag1=0; flag2=0; break; case 0xbd: /減時鐘 flag3=0; if(flag1=2|flag2=2) if(hour<=0) hour=24; hou

30、r-; if(flag1=1|flag2=1) if(second<=0) second=60; second-; keyscan(); temp=P1;while(temp =0xf0) s1=hour/10; s2=hour%10; f1=second/10;f2=second%10; smg_display(s1,1); delay(50); smg_display(s2,2);delay(50);smg_display(f1,3);delay(50);smg_display(f2,4); delay(50);temp=P1;nao1=f2+f1*10; nao2=s2+s1*10

31、;if(keyscan()=0x7e) timer0_fen=f2+f1*10; timer0_shi=s2+s1*10; flag1=0; flag2=0; if(keyscan()=0xdb) nao_fen=f2+f1*10; nao_shi=s2+s1*10; flag1=0; flag2=0; break; case 0xeb:/ 鬧鐘調整 keyscan(); flag3=0; temp=P1; flag2+; flag1=0; if(flag2>2) flag2=2; while(temp =0xf0) nao_gsw=nao2/10; nao_ggw=nao2%10; i

32、f(flag2=1)nao_dsw=nao1/10;nao_dgw=nao1%10;nao3=nao_ggw+nao_gsw*10; nao4=nao_dgw+nao_dsw*10;smg_display(nao_gsw,1);delay(50); smg_display1(nao_ggw,2);delay(50);smg_display(nao_dsw,3);delay(50);smg_display(nao_dgw,4); delay(50);temp=P1; break; flag3=0; keyscan(); temp=P1; while(temp =0xf0)nao_gsw=nao2

33、/10; nao_ggw=nao2%10;nao_dsw=nao1/10;nao_dgw=nao1%10;nao3=nao_ggw+nao_gsw*10; nao4=nao_dgw+nao_dsw*10;smg_display(nao_gsw,1);delay(20); smg_display1(nao_ggw,2);delay(20);smg_display(nao_dsw,3);delay(20);smg_display(nao_dgw,4); delay(20);temp=P1;At24c02Write(1,nao1);At24c02Write(1,nao1);At24c02Write(

34、2,nao2);At24c02Write(2,nao2);break; keyscan(); flag3=0; temp=P1; while(temp =0xf0) TR1=1; timer1_bw=timer1_zm/100; timer1_sw=(timer1_zm/10)%10; timer1_gw=timer1_zm%100%10; timer1_ffm=timer1_fm; smg_display(timer1_bw,1); delay(10); smg_display(timer1_sw,2); delay(10); smg_display1(timer1_gw,3); delay

35、(10); smg_display(timer1_fm,4); delay(10); temp=P1; keyscan();if(keyscan()=0xed) zt_bw=timer1_bw; zt_sw=timer1_sw; zt_gw=timer1_gw; zt_fm=timer1_fm; break;case 0xed:/ 跑表暫停 flag3=0; smg_display(zt_bw,1); delay(20); smg_display(zt_sw,2); delay(20); smg_display1(zt_gw,3); delay(20); smg_display(zt_fm,4

36、); delay(20); break;case 0x7b:/ 跑表計次數 k+; c=k;z=k;flag3=0; keyscan(); temp=P1;resultfk-1=timer1_fm; resultmk-1=timer1_bw*100+timer1_sw*10+timer1_gw; while(temp =0xf0) TR1=1; timer1_bw=timer1_zm/100; timer1_sw=(timer1_zm/10)%10; timer1_gw=timer1_zm%100%10; timer1_ffm=timer1_fm; smg_display(timer1_bw,

37、1); delay(5); smg_display(timer1_sw,2); delay(5); smg_display1(timer1_gw,3); delay(5); smg_display(timer1_fm,4); delay(5); temp=P1; keyscan();if(keyscan()=0xed) zt_bw=timer1_bw; zt_sw=timer1_sw; zt_gw=timer1_gw; zt_fm=timer1_fm; keyscan();if(keyscan()=0xbb) k=0; break;case 0xbb:/ 跑表回顯 flag3=0; k=0;c

38、-;timer1_ffm=resultfc;timer1_bw=resultmc/100; timer1_sw=(resultmc/10)%10; timer1_gw=resultmc%100%10; keyscan(); temp=P1; while(temp =0xf0) if(c=0) c=z; smg_display(timer1_bw,1);delay(30); smg_display(timer1_sw,2);delay(30); smg_display1(timer1_gw,3);delay(30); smg_display(timer1_ffm,4);delay(30); te

39、mp=P1; break;void main()init();while(1) keyscan(); disposal(); void timer0() interrupt 1 TH0=0x3c; TL0=0x0b0; t0+; if(t0=20) t0=0; timer0_miao+; if(flag3=1) smg_display(10,4); delay(25); if(timer0_miao=60) timer0_miao=0; timer0_fen+; if(timer0_fen=60) timer0_fen=0; timer0_shi+; if(timer0_shi=24) tim

40、er0_shi=0; void timer1() interrupt 3TH1=0xb1;/定時20ms TL1=0xe0; t1+; if(t1=5) t1=0; timer1_fm+; if(timer1_fm=10) timer1_fm=0; timer1_zm+; if(timer1_zm>=1000) timer1_zm=0; void I2C_Delay10us()uchar a, b;for(b=1; b>0; b-)for(a=2; a>0; a-);void I2C_Start()I2C_SDA = 1;I2C_Delay10us();I2C_SCL = 1;I2C_SDA = 0;I2C_Delay10us();/保持時間是>4usI2C_SCL = 0;I2C_Delay10us();void I2C_Sto