1、桂林電子科技大學課程設計 課 程 設 計 (論 文)題 目：基于(jy)51單片機的電子鐘院 （系）： 信息(xnx)與通信學院 專 業： 電子(dinz)信息工程 學生姓名： 班 級： 學 號： 指導教師： 蔡成林 2014 年 12 月 20 日摘 要隨著(su zhe)電子技術的飛躍發展，世界(shji)逐漸(zhjin)步入了信息化時代，人們的生活水平不斷提高，對精神文明生活的要求也跟著提高，這對電子領域提出了跟更高的要求。電子學是一門應用很廣泛的科學技術，其發展非常迅速。要想學好這門技術，首先是基礎理論的系統學習，然后要進行技術訓練，進而培養我們對理論聯系實際的能力，設計電路的能力，

2、實際操作的能力，以及培養正確處理數據、分析和綜合實驗結果、檢查和排除故障的能力。同時也可以加深我們對電子產品的理解。本文介紹了基于51單片機的電子時鐘的設計，從硬件和軟件兩個方面給出了具體實現過程。該時鐘的設計采用功能分塊的思想方法，將硬件電路劃分為調節電路、復位電路、顯示電路等若干獨立模塊；而軟件的實現則由初始化程序、時間顯示程序、日期顯示程序、時間調整程序、延時程序等組成。文中給出了各個模塊的電路圖，并用Professional的ISIS軟件對電子時鐘系統的各個功能進行了仿真，并給出了相應的仿真結果圖像。 關鍵字：單片機，電子時鐘，時間調整，復位，時間顯示AbstractWith the

3、development of electronic technique, the world is forwarding to an information times. Peoples living standards continue to improve, also follow to the requirement of spiritual civilization life improved, the electronics field with higher requirements are put forward.Electronics is an application of

4、a wide range of science and technology, its development is very rapid. If you want to learnthis technique,first is thebasic theory oflearningsystem,and then to carry outtechnical training,and to cultivateour ability tolink theory with practice,the circuit design ability,practical ability,andcultivat

5、e correctdata processing,analysis andcomprehensive experimental results,check and troubleshootingability.At the same time also can deepen our understanding of electronic products. Thispaperintroducestheelectronicclockdesignbasedon51single-chipmicrocomputer,anditprovidesusspecificimplementationproces

6、sfromaspectsofhardwareandsoftware.Thisclockisdesignedbythemethodoffunctionblocks.Inhardware, itscircuitisdividedintoregulatingcircuit,resetcircuitanddisplaydrivecircuit.However,thesoftwareconsistoftheprogramoftimedisplay,datedisplay,timeadjust,timedelayandsoon.Circuitdiagramsofeachmoduleisalsogivena

7、ndthecorrespondingsimulationimageofthisclockproducedbysoftwareofProteusisalsoshowedinthispaper.Keywords:single chipmicrocomputer, electronicclock, time adjust, reset, time display- 33 -目 錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc407277151 引 言 PAGEREF _Toc407277151 h - 1 - HYPERLINK l _Toc407277152 1 功能(gngn

8、ng)介紹 PAGEREF _Toc407277152 h - 2 - HYPERLINK l _Toc407277153 2 基本原理 PAGEREF _Toc407277153 h - 3 - HYPERLINK l _Toc407277154 3 主要(zhyo)元器件介紹 PAGEREF _Toc407277154 h - 4 - HYPERLINK l _Toc407277155 3.1 主要(zhyo)元器件芯片圖 PAGEREF _Toc407277155 h - 4 - HYPERLINK l _Toc407277156 3.2 STC89C52介紹 PAGEREF _Toc4

9、07277156 h - 4 - HYPERLINK l _Toc407277157 3.3 1602字符液晶介紹 PAGEREF _Toc407277157 h - 5 - HYPERLINK l _Toc407277158 4 設計分析 PAGEREF _Toc407277158 h - 7 - HYPERLINK l _Toc407277159 5 電子鐘設計 PAGEREF _Toc407277159 h - 8 - HYPERLINK l _Toc407277160 5.1 整體設計 PAGEREF _Toc407277160 h - 8 - HYPERLINK l _Toc4072

10、77161 5.2 分塊設計 PAGEREF _Toc407277161 h - 8 - HYPERLINK l _Toc407277162 5.2.1 按鍵調節部分 PAGEREF _Toc407277162 h - 8 - HYPERLINK l _Toc407277163 5.2.2 顯示電路部分 PAGEREF _Toc407277163 h - 9 - HYPERLINK l _Toc407277164 5.2.3 復位電路部分 PAGEREF _Toc407277164 h - 10 - HYPERLINK l _Toc407277165 5.2.4 晶振電路部分 PAGEREF

11、_Toc407277165 h - 10 - HYPERLINK l _Toc407277166 6 電子鐘整體電路圖及仿真 PAGEREF _Toc407277166 h - 11 - HYPERLINK l _Toc407277167 7 程序主要模塊 PAGEREF _Toc407277167 h - 12 - HYPERLINK l _Toc407277168 7.1 延時程序 PAGEREF _Toc407277168 h - 12 - HYPERLINK l _Toc407277169 7.2 中斷服務程序 PAGEREF _Toc407277169 h - 12 - HYPERL

12、INK l _Toc407277170 7.3 1602液晶顯示程序 PAGEREF _Toc407277170 h - 12 - HYPERLINK l _Toc407277171 8 PCB圖制作 PAGEREF _Toc407277171 h - 13 - HYPERLINK l _Toc407277172 9 電路調試及結果 PAGEREF _Toc407277172 h - 14 - HYPERLINK l _Toc407277173 結 論 PAGEREF _Toc407277173 h - 15 - HYPERLINK l _Toc407277174 參考文獻 PAGEREF _

13、Toc407277174 h - 16 - HYPERLINK l _Toc407277175 致 謝 PAGEREF _Toc407277175 h - 17 - HYPERLINK l _Toc407277176 附錄(fl) PAGEREF _Toc407277176 h - 18 -引 言1957年,Ventura發明了世界上第一個電子表，從而奠定了電子時鐘的基礎，電子時鐘開始迅速發展起來。現代的電子時鐘是基于單片機的一種計時工具，采用延時程序產生一定的時間中斷，用于一秒的定義，通過計數方式進行滿六十秒分鐘進一，滿六十分小時(xiosh)進一，滿二十四小時小時清零。從而達到計時的功能，

14、是人民日常生活中不可(bk)缺少的工具。現在高精度的計時工具大多數都使用了石英晶體振蕩器，由于電子鐘、石英鐘、石英表都采用(ciyng)了石英技術，因此精度高，穩定性好，使用方便，不需要經常調試。數字式電子鐘采用集成電路計時，譯碼代替機械式傳動，用液晶顯示器代替指針顯示進而顯示時間，減小了計時誤差，這種表具有時、分、秒顯示時間的功能，還可以進行時、分、秒的校對，片選的靈活性極好。1 功能介紹本設計(shj)用1602液晶顯示時間，可顯示日期、星期(xngq)、以及時分秒，利用(lyng)鍵盤可實現設定時間和調時功能，以及利用開關切換12小時制與24小時制顯示，其中S1為復位按鍵，S2為功能鍵，

15、S3為增加鍵，S4為減小鍵，S5為確定鍵，S6為12/24進制切換開關。當S1按下后，無論程序執行到什么地方都會從頭開始，即1602從初始值開始按秒行走。當S2第一次按下并彈起后1602光標在秒位置處閃爍，此時可通過S3或S4調節秒加或減，當S2第二次按下并彈起后1602光標在分位置處閃爍，此時可通過S3或S4調節分加或減，當S2第三次按下并彈起后1602光標在小時位置處閃爍，此時可通過S3或S4調節小時加或減，當S2第四次按下并彈起后1602光標消失，此時S2的功能和確定鍵S5功能一樣，電子鐘開始正常工作。只有當1602出現光標閃爍時，增加鍵S3、減小鍵S4、以及確定鍵S5才能發揮作用，否則

16、按下后無任何反應。當S6閉合時電子鐘為12進制，當S6打開時電子鐘為24進制，由于本人水平有限，每當S6閉合或打開都要按一下復位鍵S1后才能完成12/24進制的轉換，并且還要重新設定時間，這是本次設計的一個缺陷。2 基本原理本設計(shj)是利用單片機內部的定時器來完成時間行走功能的，為了實現12/24進制的轉換(zhunhun)，以及為了使外部電路最為簡單和控制成本，本設計(shj)使用了單片機的兩個定時器，其中當定時器0工作時電子鐘為24進制，當定時器1工作時電子鐘為12進制。工作原理都是每隔50ms產生一次中斷，并且執行一次count+,當count等于20時秒加1，秒加到60則分加1并

17、將秒清零，分加到60則小時加1并將分清零。所不同的是，當S6打開時定時器0開始工作，此時電子鐘工作在24進制模式下，所以每當時間加到24時就變成0；當S6閉合時定時器1開始工作，此時電子鐘工作在12進制模式下，所以每當時間加到12時就變成0。當功能鍵有效時，無論此時是定時器0還是定時器1在工作，它們都將被關閉，即所有定時器都會停止工作，此時1602上的時間將會停止在當前時間上，直到確定鍵被按下，定時器才開始正常工作，時間也隨之開始正常的變化，時間每改變一次送1602液晶顯示一次，從而實現電子鐘的正常工作。3 主要元器件介紹3.1 主要(zhyo)元器件芯片圖圖3.1 STC89C52管腳圖圖3

18、.2 LCD1602管腳圖3.2 STC89C52介紹(jisho)STC89C52是 HYPERLINK /view/238367.htm t _blank STC公司生產的一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系統可編程Flash存儲器。STC89C52使用經典的MCS-51內核，但做了很多的改進使得芯片具有傳統51單片機不具備的功能。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在系統可編程Flash，使得STC89C52為眾多嵌入式控制應用系統提供高靈活(ln hu)、超有效的解決方案。STC89C52具有以下(yxi)標準功能： 8k字節Flash，512字節RAM， 32

19、位I/O 口線， HYPERLINK /view/1313309.htm t _blank 看門狗定時器，內置4KB EEPROM，MAX810復位(f wi)電路，3個16 位 HYPERLINK /view/281961.htm t _blank 定時器/計數器，4個外部中斷(zhngdun)，一個7向量4級中斷結構（兼容傳統51的5向量2級中斷結構），全雙工 HYPERLINK /view/1060187.htm t _blank 串行口。另外 STC89C52 可降至0Hz 靜態邏輯操作，支持2種軟件可選擇節電模式。空閑模式下，CPU 停止工作，允許RAM、定時器/計數器、串口、中斷繼

20、續工作。掉電保護方式下，RAM內容被保存，振蕩器被凍結，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復位為止。最高運作頻率35MHz，6T/12T可選。3.3 1602字符液晶介紹1602字符型LCD通常有14條引腳線或16條引腳線的LCD，多出來的2條線是背光電源線VCC(15腳)和地線GND(16腳)，其控制原理與14腳的LCD完全一樣，其中：表3.1 1602字符液晶引腳功能表引腳符號功能說明1VSS一般接地2VDD接電源（+5V）3V0液晶顯示器對比度調整端，接正電源時對比度最弱，接地電源時對比度最高（對比度過高時會產生“鬼影”，使用時可以通過一個10K的電位器調整對比度）。4RSRS為寄

21、存器選擇，高電平1時選擇數據寄存器、低電平0時選擇指令寄存器。5R/WR/W為讀寫信號線，高電平(1)時進行讀操作，低電平(0)時進行寫操作。6EE(或EN)端為使能(enable)端，寫操作時，下降沿使能。讀操作時，E高電平有效7DB0低4位三態、 雙向數據總線 0位（最低位）8DB1低4位三態、 雙向數據總線 1位9DB2低4位三態、 雙向數據總線 2位10DB3低4位三態、 雙向數據總線 3位11DB4低4位三態、 雙向數據總線 4位12DB5低4位三態、 雙向數據總線 5位13DB6低4位三態、 雙向數據總線 6位14DB7高4位三態、 雙向數據總線 7位（最高位）（也是busy fl

22、ag）15BLA背光電源正極16BLK背光電源負極表3.2 寄存器選擇(xunz)控制表RSR/W操作說明00寫入指令寄存器（清除屏等）01讀busy flag（DB7），以及讀取位址計數器（DB0DB6）值10寫入數據寄存器（顯示各字型等）11從數據寄存器讀取數據注：關于(guny)E=H脈沖開始時初始化E為0，然后置E為1，再清0.busy flag（DB7）：在此位為1時，LCD忙，將無法(wf)再處理其他的指令要求。4 設計分析針對(zhndu)要實現的功能，采用STC89C52單片機進行(jnxng)設計, STC89C52單片機是一款低功耗，高性能的單片機，片內含(ni hn)8K

23、B在線可編程（ISP）的可反復擦寫的Flash只讀程序存儲器，器件采用高密度、非易失性存儲技術制造，兼容標準MCS-51指令系統及80C51引腳結構。這樣，既能做到經濟合理又能實現預期的功能。在程序方面，采用分塊設計的方法，這樣既減小了編程難度、使程序易于理解，又能便于添加各項功能。程序可分為時間顯示程序、日期顯示程序，時間調整程序、延時程序等。運用這種方法，關鍵在于各模塊的兼容和配合，若各模塊不匹配會出現意想不到的錯誤。首先，在編程之前必須了解硬件結構尤其是各引腳的用法，以及內部寄存器、存儲單元的用法，否則，編程無從下手，電路也無法設計。這是前期準備工作。第二部分是硬件部分，依據想要的功能分

24、塊設計設計，比如輸入需要開關電路，輸出需要1602液晶顯示電路等。第三部分是軟件部分，先學習理解C語言的編程方法再根據設計的硬件電路進行分塊的編程調試，最終完成程序設計。第四部分是軟件畫圖部分，設計好電路后進行畫圖，包括電路圖和仿真圖的繪制。第五部分是軟件仿真部分，軟硬件設計好后將軟件載入芯片中進行仿真，仿真無法完成時檢查軟件程序和硬件電路并進行修改直到仿真成功。第六部分是硬件實現部分，連接電路并導入程序檢查電路，若與設計的完全一樣一般能實現想要的功能。最后進行功能擴展，在已經正確的設計基礎上，添加額外的功能！5 電子鐘設計5.1 整體(zhngt)設計此次設計(shj)主要是應用單片機來設計

25、電子時鐘，硬件部分主要分以下電路模塊：顯示電路用1602液晶(yjng)，單片機采用STC89C52系列，這種單片機應用簡單，適合電子鐘設計。電路的總體設計框架如下圖5.1所示：圖5.1 電子鐘系統框圖5.2 分塊設計模塊電路主要分為：按鍵調節部分、液晶顯示部分、復位和晶振電路。5.2.1 按鍵調節部分按鍵調節部分主要有模式的選擇和時間的調整。S2為功能鍵，S3為增加鍵，S4為減小鍵，S5為確定鍵，S6為12/24進制切換開關。按鍵調節電路如下圖5.2：圖5.2 按鍵調節(tioji)電路5.2.2 顯示(xinsh)電路部分(b fen)顯示電路由1602字符液晶組成，通過與STC89C52

26、單片機的I/O口相連接，再用程序對STC89C52單片機的I/O進行控制，從而控制1602液晶顯示時間并可以實現時間的變化和調節。顯示電路圖如下圖5.3：圖5.3 顯示電路5.2.3 復位(f wi)電路(dinl)部分51單片機要復位(f wi)只要在第9引腳RST接一個高電平并 HYPERLINK /s?wd=%E9%AB%98%E7%94%B5%E5%B9%B3&hl_tag=textlink&tn=SE_hldp01350_v6v6zkg6 t _blank 持續2US就可以實現，本設計采用如下電路，其原理為：在單片機啟動0.1S后，電容C兩端的電壓持續充電為5V，這是時候1K電阻兩端

27、的電壓接近于0V，RST處于低電平所以系統正常工作。當按鍵按下的時候，開關導通，這個時候電容兩端形成了一個回路，電容被短路，所以在按鍵按下的這個過程中，電容開始釋放之前充的電量。隨著時間的推移，電容的電壓在0.1S內，從5V釋放到變為了1.5V，甚至更小。根據串聯電路電壓為各處之和，這個時候1K電阻兩端的電壓為3.5V，甚至更大，所以RST引腳又接收到高電平。單片機系統自動復位。復位電路圖如下圖5.4：圖5.4 復位電路5.2.4 晶振電路部分本實驗單片機時鐘采用內部時鐘，電路圖如下圖5.5：圖5.5 晶振電路6 電子鐘整體電路圖及仿真圖6.1 電子鐘整體(zhngt)電路圖圖6.2 電子鐘仿

28、真(fn zhn)圖7 程序(chngx)主要模塊7.1 延時程序(chngx)本程序中的按鍵(n jin)去抖，1602液晶的初始化和寫入數據命令等都要用到延時程序，這里使用延遲1ms的程序，此程序需反復調用,只是延時的長短不同罷了，在此不再贅述。7.2 中斷服務程序本實驗中，計數器T0,T1中斷都有運用，且都為時鐘定時所用，T0中斷用于24進制，定時長度為50ms,工作于方式1，計數1次，時長50ms，故計數器計數20次，進入中斷，計數初值為65536-50000=15536，裝滿定時器需要50ms的時間，從而20次中斷為一秒，一秒之后，判斷是否到60秒，若不到則秒加一，然后返回，若到，則

29、秒賦值為0，分加一，依次類推。計數器T1和計數器T0一樣都工作于方式1，只是中斷服務子程序略有不同，T1中斷用于12進制，其它都一樣，在此不再贅述。7.3 1602液晶顯示程序主要有液晶初始化程序，液晶寫命令程序和液晶寫數據程序組成，因需要多次運用，故寫成子函數形式，具體做法見附錄中的程序代碼。8 PCB圖制作圖8.1 電子鐘PCB原理圖 圖8.2 電子鐘PCB工程(gngchng)圖9 電路調試(dio sh)及結果經過多方面測試及調試，并根據仿真結果判斷錯誤(cuw)可能的地方，從而修改相應的程序或電路連接等，最終本設計完全(wnqun)可以實現預期要求，可以顯示日期、星期(xngq)、以

30、及時分秒，并可以通過按鍵來調節時分秒，以及通過開關來實現12/24進制的轉換，最終達到了設計的要求。然后就是實際電路的制作，因為也不是第一次做板子了，所以對實際電路板的制作還是比較順利的，制作出實物后把程序燒入單片機后也可正常工作，至此本次課程設計就全部完成了。實物圖如下：圖9.1 電子鐘實物圖結 論經過這半個多月的努力，在老師和同學(tng xu)的幫助下終于徹底的做完了本課程設計的所有工作。通過(tnggu)這次課程設計，我能運用已學的知識解決我在設計中遇到的問題，使自己的動手能力和思考問題的能力得到了很大的提高。在做設計的過程中我查閱了很多的資料，并認真的閱讀這些與我的設計相關的資料，從

31、而我的專業涵養得到了提高，知識的儲備量也有所增加。在這次設計中遇到了很多實際性的問題，在實際設計中才發現，書本上理論性的東西與在實際運用中的還是有一定的出入的，所以有些(yuxi)問題不但要深入地理解，而且要不斷地更正以前的錯誤思維。電路設計是一個很靈活的東西，它反映了你解決問題的邏輯思維和創新能力，這才是一個設計的靈魂所在。因此在整個設計過程中大部分時間是用在單元電路的理解和程序的設計編寫上面。這次設計,讓我受益匪淺。我對電路設計中的邏輯關系等有了更深的認識，溫習了以前學的知識，并學習了很多新知識，但在設計的過程中，也遇到了很多的問題，有一些知識都已經不太清楚了，不過通過查找一些資料所有的問

32、題都解決了。通過這次設計我也發現自己的很多不足之處。在設計過程中我發現自己考慮問題很不全面，以至于經過多次修改才得到最終的結果，所掌握的電路應用軟件還不夠多，我希望自己的這些不足之處能在今后的學習和實踐中得到改善。而且，通過這次設計，我懂得了學習的重要性，學會了堅持和努力，這將為以后的學習做出最好的榜樣！參考文獻1 馬杰，覃匡宇，陳基漓，等.C語言程序設計(chn x sh j)基礎M.桂林：廣西師范大學出版社，20122 李群芳(qnfng)，肖看，張士軍.單片微型計算機與接口技術M. 北京(bi jn)：電子工業出版社，20123 郭天祥.51單片機C語言教程M.北京：電子工業出版社，20

33、094 譚浩強.C程序設計M.北京：清華大學出版社，19915 閻 石.數字電子技術基礎M.北京：高等教育出版社，20076 康華光.電子技術基礎（數字部分）M.北京：高等教育出版社，20007 韓 焱.數字電子技術M.北京：電子工業出版社，20098 王衛東，李旭瓊.模擬電子技術基礎M.北京：電子工業出版社，20109 潘松，黃繼業，潘明.EDA技術實用教程M.北京：科學出版社，201110 彭介華.電子技術課程設計指導M.北京：高等教育出版社，1997致 謝首先感謝學院為我提供(tgng)了這次課設的機會(j hu)，讓我學到了以前在書本上學不到(b do)的知識，讓我度過了一段最為充實的

34、時期，而且收獲了理論和實踐上的第一桶金。在兩年的學習時間里，各位老師悉心教導，使我學到了很多知識也學會了獨立處理問題的本領。在課程設計過程中，很多老師和同學都給予了我無私的幫助，在學習、工作和思想上都給予了我莫大的幫助和鼓勵，在此，對他們表示深深的感謝。最后，衷心的感謝所有關心和幫助過我的老師和同學，并獻上我最衷心地祝愿，愿生活中最美好的東西永遠和你們相伴！附錄(fl)完整(wnzhng)程序及注釋(zhsh)：#include#define uchar unsigned char#define uint unsigned int#include24c02.hsbit rs=P10;/定義16

35、02液晶數據命令選擇端sbit lcden=P25;/定義1602液晶使能端sbit s1=P13;/定義功能鍵sbit s2=P14;/定義增加鍵sbit s3=P15;/定義減小鍵sbit s4=P16;/定義確認鍵sbit s5=P17;/定義12和24切換鍵uchar count,slnum,s2num;char miao,shi,fen;uint n=0,m=0;uchar code table= 2014-12-01 MON;void delay(uint z)/延時函數 uint x,y;for(x=z;x0;x-) for(y=110;y0;y-);void write_com

36、(uchar com)/液晶寫命令函數 rs=0; lcden=0;P0=com;delay(5);lcden=1;delay(5);lcden=0;void write_date(uchar date)/液晶(yjng)寫數據函數 rs=1; lcden=0;P0=date;delay(5);lcden=1;delay(5);lcden=0;void write_sfm(uchar add,uchar date)/寫時分秒函數(hnsh) uchar shi,ge;shi=date/10;ge=date%10;write_com(0 x80+0 x40+add);write_date(0 x

37、30+shi);/送去液晶顯示十位(sh wi)write_date(0 x30+ge);/送去液晶顯示個位void init()/初始化函數 uchar num;lcden=0;fen=0;/初始化分鐘變量值miao=0;shi=0;count=0;slnum=0;init_24c02();write_com(0 x38);/初始化液晶(yjng)write_com(0 x0c);write_com(0 x06);write_com(0 x01);write_com(0 x80);for(num=0;num=12)/若滿足12后將清0 shi=0; write_sfm(4,shi);/每調節

38、(tioji)一次送液晶顯示一下 write_com(0 x80+0 x40+4);/顯示(xinsh)位置重新回到調節處 write_add(3,shi);/數據改變(gibin)立即存入24C02 if(s3=0) delay(5); if(s3=0)/確認減小鍵被按下 while(!s3);/按鍵釋放 if(slnum=1)/若功能鍵第一次按下 miao-;/則調整秒減1 if(miao=-1)/若減到負數則將其重新設置為59 miao=59; write_sfm(10,miao);/每調節一次送液晶顯示一下 write_com(0 x80+0 x40+10);/顯示位置重新回到調節處 write_add(1,miao);/數據改變立即存入24c02 if(slnum=2)/若功能鍵第二次按下 fen-;/則調整分鐘減1 if(fen=-1)/若減到負數則將其重新設置為59 fen=59; write_sfm(7,fen);/每調節一次送液晶顯示一下 write_com(0 x80+0 x40+7);/顯示位置重新回到調節處 write_add(2,fen);/數據改變立即存入24c02 if(slnum=3)/若功能鍵第三次按下 shi-;/則調整(tiozhng)小時減1 if(s5=1) if(shi=-1)/若減