1、電子(dinz)技術課程設計題目(tm)名稱： 多功能數字鐘 班 級： 自動化1302 學 號： 201305165008 姓 名： 汪帆 指導(zhdo)教師： 武達亮 日 期： 2015.6.15-2015.6.22 多功能數字鐘的設計(shj)內容摘要：數字(shz)電子鐘是一種用數字顯示秒、分、時的計時裝置，與傳統的機械鐘相比， 它具有走時準確、顯示直觀、無機械傳動裝置等優點(yudin)，因而得到了廣泛的應用。小到人們日常生活中的電子手表，大到車站、碼頭、機場等公共場所的大型數顯電子鐘。本設計實驗以中規模數字集成電路為主，介紹一種數字電子鐘的設計方法。本實驗用555定時器組成的多諧振

2、蕩器、計數器、顯示器和校時電路組成。本實驗采用了74LS系列中小規模集成芯片?？傮w方案設計由主體電路和擴展電路兩大部分組成。其中主體電路完成數字鐘的基本功能，擴展電路完成數字鐘的擴展功能。 通過本次設計實驗與制作：進一步加強數字電路綜合運用能力，掌握數字電路的設計技巧，增進實踐能力；熟悉數字電子鐘的工作原理；了解并掌握數字電子鐘系統設計、組裝、調試及故障排除方法。 關鍵詞：數字電子鐘、計數器、顯示器、校時電路、調試設計任務和要求（一）設計內容 設計一個多功能的數字鐘。（二）設計要求及技術指標1以數字形式顯示時、分、秒的時間。2小時的計時要求為24進制，分鐘和秒的計時要求為60進制。3能手動快速

3、校時、校分。4具有整點報時功能。5. 具有秒表計數功能。6. 具有鬧鐘功能。7. 電路中所需的直流電源需自行設計。二整體設計原理及框圖（1）設計原理1、主電路系統由秒信號發生器、“時、分、秒”計數器、譯碼器及顯示器、校時電路、整點(zhn din)報時電路組成2、秒信號產生器是整個系統(xtng)的時基信號，它直接決定計時系統的精度，一般用石英晶體振蕩器加分頻器來實現。將標準秒信號(xnho)送入“秒計數器”，“秒計數器”采用60進制計數器，每累計60秒發出一個“分脈沖”信號，該信號將作為“分計數器”的時鐘脈沖?！胺钟嫈灯鳌币膊捎?0進制計數器，每累計60分鐘，發出一個“時脈沖”信號，該信號將

4、被送到“時計數器”。“時計數器”采用24進制計時器，可實現對一天24小時的累計3、譯碼顯示電路將“時”、“分”、“秒”計數器的輸出狀態菁七段顯示譯碼器譯碼，通過六位LED七段顯示器顯示出來4、整點報時電路時根據計時系統的輸出狀態產生一脈沖信號，然后去觸發一音頻發生器實現報時5、校時電路時用來對“時”、“分”、“秒”顯示數字進行校對調整的（2）電路的總體原理框圖根據以上的電子時鐘的設計要求可以分為以下的幾個硬件電路模塊：單片機模塊、數碼顯示模塊與按鍵模塊，模塊之間的關系圖如下面得方框電路圖1所示圖1 硬件電路方框圖（3）實現時鐘計時的基本方法利用(lyng)STC系列(xli)單片機的可編程定時

5、/計數器、中斷系統(xtng)來實現時鐘計數。(1) 計數初值計算:把定時器設為工作方式1，定時時間為50ms，則計數溢出20次即得時鐘計時最小單位秒，而100次計數可用軟件方法實現。假設使用T/C0，方式1，50ms定時，fosc=12MHz。則初值X滿足（216-X）1/12MHz12s =50000sX=1553600111100101100003CB0H(2) 采用中斷方式進行溢出次數累計,計滿20次為秒計時（1秒）；(3) 從秒到分和從分到時的計時是通過累加和數值比較實現。（4）電子鐘的時間顯示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。LE

6、D8 LED7 LED6 LED5 LED4 LED3 LED2 LED137H 36H 35H 34H 33H 32H 31H 30H時十位 時個位 分隔 分十位 分個位 分隔 秒十位秒個位（5）電子鐘的時間調整電子鐘設置3個按鍵通過程序控制來完成電子鐘的時間調整。A鍵按一次調整時，按第二次調整分鐘，第三次推出時間調整；B鍵對小時或分鐘進行加一；C鍵對小時或分鐘進行減一；（6）總體方案介紹 eq oac(,1)計時方案利用ATC89C51單片機內部的定時/計數器進行中斷時，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，

7、對單片機的指令系統能有更深入的了解，從而對學好單片機技術這門課程起到一定的作用。 eq oac(,2)控制(kngzh)方案ATC89C51的P0口和P1口外(Kuwi)接由八個LED數碼管(LED8LED1)構成(guchng)的顯示器，用P0口作LED的段碼輸出口，P1口作八個LED數碼管的位控輸出線，P3口外接四個按鍵A、B、C構成鍵盤電路。ATC89C51 是一種低功耗，高性能的CMOS 8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ATMEL的高密度非易失性存儲器技術制造，與工業上標準的80C51和80C52的指令系統及引腳兼容，片內Fla

8、sh 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，所以本設計中采用此的設計方案。（7）軟件設計分析(fnx)在編程上，首先進行(jnxng)了初始化，定義程序的的入口地址以及中斷(zhngdun)的入口地址，在主程序開始定義了一組固定單元用來儲存計數的時.分.秒，在顯示初值之后，進入主循環。在主程序中，對不同的按鍵進行掃描，實現秒表，時間調整，復位清零等功能，系統總流程圖如下圖：三.各模塊設計原理（1）最小系統 eq oac(,1)芯片分析ATC89C51單片機引腳圖如下：圖3-1 ATC89C51引腳圖MCS-51單片機是標準(bi

9、ozhn)的40引腳雙列直插式集成電路(jchng-dinl)芯片，其各引腳功能如下：VCC：+5V電源(dinyun)。VSS：接地。RST：復位信號。當輸入的復位信號延續兩個機器周期以上的高電平時即為有效，用完成單片機的復位初始化操作。XTAL1和XTAL2：外接晶體引線端。當使用芯片內部時鐘時，此二引線端用于外接石英晶體和微調電容；當使用外部時鐘時，用于接外部時鐘脈沖信號。P0口：P0口為一個8位漏極開路雙向I/O口，當作輸出口使用時，必須接上拉電阻才能有高電平輸出；當作輸入口使用時，必須先向電路中的鎖存器寫入“1”，使FET截止，以避免鎖存器為“0”狀態時對引腳讀入的干擾。P1口：P1

10、口是一個內部(nib)提供上拉電阻的8位雙向I/O口，它不再需要(xyo)多路轉接電路MUX；因此它作為(zuwi)輸出口使用時，無需再外接上拉電阻，當作為輸入口使用時，同樣也需先向其鎖存器寫“1”，使輸出驅動電路的FET截止。P2口：P2口電路比P1口電路多了一個多路轉接電路MUX，這又正好與P0口一樣。P2口可以作為通用的I/O口使用，這時多路轉接電路開關倒向鎖豐存器Q端。P3口：P3口特點在于，為適應引腳信號第二功能的需要，增加了第二功能控制邏輯。當作為I/O口使用時，第二功能信號引線應保持高電平，與非門開通，以維持從鎖存器到輸出端數據輸出通路的暢通。當輸出第二功能信號時，該位應應置“1

11、”，使與非門對第二功能信號的輸出是暢通的，從而實現第二功能信號的輸出，具體第二功能如表3-1所示。P3引腳兼用功能P3.0串行通訊輸入（RXD）P3.1串行通訊輸出（TXD）P3.2外部中斷0（ INT0）P3.3外部中斷1（INT1）P3.4定時器0輸入(T0)P3.5定時器1輸入(T1)P3.6外部數據存儲器寫選通WRP3.7外部數據存儲器寫選通RD表3-1P3端口引腳兼用功能表 eq oac(,2) 晶振電路右圖所示為時鐘電路原理圖，在AT89S51芯片內部有一個高增益反相放大器，其輸入端為芯片引腳XTAL1，輸出端為引腳XTAL2。而在芯片內部，XTAL1和XTAL2之間跨接晶體振蕩器

12、和微調電容，從而構成一個穩定的自激振蕩器。時鐘電路產生的振蕩脈沖經過觸發器進行二分頻之后，才成為單片機的時鐘脈沖信號。圖3-2晶振電路(dinl) eq oac(,3)復位(f wi)電路單片機復位(f wi)的條件是：必須使RST/VPD 或RST引（9）加上持續兩個機器周期（即24個振蕩周期）的高電平。例如，若時鐘頻率為12 MHz，每機器周期為1s，則只需2s以上時間的高電平，在RST引腳出現高電平后的第二個機器周期執行復位。單片機常見的復位如圖所示。電路為上電復位電路，它是利用電容充電來實現的。在接電瞬間，RESET端的電位與VCC相同，隨著充電電流的減少，RESET的電位逐漸下降。只

13、要保證RESET為高電平的時間大于兩個機器周期，便能正常復位。該電路除具有上電復位功能外，若要復位，只需按圖中的RESET鍵，此時電源VCC經電阻R1、R2分壓，在RESET端產生一個復位高電平。圖3-3單片機復位電路（2）數碼顯示(xinsh)模塊設計顯示(xinsh)器普遍地用于直觀地顯示數字系統的運行狀態和工作數據，按照材料及產品工藝，單片機應用系統中常用的顯示器有： 發光二極管LED顯示器、液晶LCD顯示器、CRT顯示器等。LED顯示器是現在最常用的顯示器之一，如下圖所示。圖3-4 LED顯示器的符號(fho)圖發光二極管（LED）由特殊的半導體材料砷化鎵、磷砷化鎵等制成，可以單獨使用

14、，也可以組裝成分段式或點陣式LED顯示器件（半導體顯示器）。分段式顯示器（LED數碼管）由7條線段圍成8字型，每一段包含一個發光二極管。外加正向電壓時二極管導通，發出清晰的光。只要按規律控制各發光段亮、滅，就可以顯示各種字形或符號。LED數碼管有共陽、共陰之分。圖是共陽式、共陰式LED數碼管的原理圖和符號.圖3-5 共陽式、共陰式LED數碼管的原理圖和數碼管的符號圖系統(xtng)采用動態顯示方式，用P0口來控制(kngzh)LED數碼管的段控線，而用P2口來控制其位控線。動態顯示通常都是采用動態掃描的方法(fngf)進行顯示，即循環點亮每一個數碼管，這樣雖然在任何時刻都只有一位數碼管被點亮，

15、但由于人眼存在視覺殘留效應，只要每位數碼管間隔時間足夠短，就可以給人以同時顯示的感覺。（3） 按鍵模塊下圖為按鍵模塊電路原理圖，A為復位鍵，B為時鐘調控鍵，C為分鐘調控鍵。 圖3-6 按鍵模塊電路原理圖（4） 整點報時模塊整點報時用蜂鳴器響聲來代替，當顯示整點時，蜂鳴器將響一秒鐘，圖3-7蜂鳴器電路(dinl)原理圖四 電路仿真五設計(shj)收獲及體會1、設計過程中遇到的問題(wnt)及解決方法本次設計的單片機電子鐘系統中，其誤差主要來源包括晶體頻率誤差，定時器溢出誤差，延遲誤差。晶體頻率產生震蕩，容易產生走時誤差；定時器溢出的時間誤差，本應這一秒溢出，但卻在下一秒溢出，造成走時誤差；延遲時

16、間過長或過短，都會造成與基準時間產生偏差，造成走時誤差。2、設計(shj)體會在這次(zh c)課程設計中，雖然在過程中有點磕磕絆絆。首先，給的一些題目(tm)既可以用單片機又可以用數電的知識做，我覺得單片機做起來比數電更簡單，操作性和控制性更強，我對此心生向往，但我還沒有學過單片機，有關單片機的知識必須查閱相關的資料，我覺得這鍛煉了我的自學能力和動手能力。還有這個仿真軟件proteus里面的操作很多都不會，包括如何查找相應的器件以及這些器件的名稱，還有單片機識別的代碼的后綴文件.hex如何借用keli生成，因為我用的都是英文版本，更顯得舉步維艱，但在操作過程中我也變得更熟悉這個設計了。單片機

17、的代碼因為和c語言的語法差不多，加上查詢的一些資料，代碼也會寫了。另外，要做好一個課程設計，就必須做到：在設計程序之前，對所用單片機的內部結構有一個系統的了解，知道該單片機內有哪些資源；要有一個清晰的思路和一個完整的的軟件流程圖；在設計程序時，不能妄想一次就將整個程序設計好，反復修改、不斷改進是程序設計的必經之路；要養成注釋程序的好習慣，一個程序的完美與否不僅僅是實現功能，而應該讓人一看就能明白你的思路，這樣也為資料的保存和交流提供了方便；在設計課程過程中遇到問題是很正常德，但我們應該將每次遇到的問題記錄下來，并分析清楚，以免下次再碰到同樣的問題的課程設計結束了，但是從中學到的知識會讓我受益終

18、身。發現、提出、分析、解決問題和實踐能力的提高都會受益于我在以后的學習、工作和生活中。設計過程，好比是我們人類成長的歷程，常有一些不如意，但畢竟這是第一次做，難免會遇到各種各樣的問題。在設計的過程中發現了自己的不足之處，對以前所學過的知識理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固，不能靈活運用。參考文獻1 周潤景，袁偉亭，景曉松. Proteus在MCS-51&ARM7系統中的應用百例M.北京：電子工業出版社，2006.5-72 康華光.電子技術基礎（模擬部分）M.高等教育出版社.20053 康華光.電子技術基礎（數字部分）M.高等教育出版社.20054 靳梔，潘育山，鄔芝權.單片機原理及應用 C51編程

19、技術M.成都：西南(xnn)交通大學出版社，20045 龔云新，胡長盛.單片機實用技術教程(jiochng)M.北京：北京師大出版社，2007.66 余發山，王福忠等.單片機原理及應用(yngyng)技術M.徐州：中國礦業大學出版社，20037 黃繼昌，喬蘇文，張海貴.實用報警電路M.北京：人民郵電出版社，2005.28 徐愛鈞.8051單片機實踐教程asm51匯編語言與C51高級語言應用M.北京：電子工業出版社，2005.39 徐曼.電子基礎與技能M.北京：電子工業出版社,2006.610 歐陽文.ATMEL89 系列單片機的原理及開發實踐M.北京：中國電力出版社，2007附錄原器件清單表電

20、子鐘元件清單如下表所示：電子鐘元器件清單元件名稱規格型號數量（個）單片機ATC89C5118位一體的共陰LED顯示器sm4203641晶振12MHz1電容33pF2電容22F1按鍵BUTTON5電阻0.2K1電阻1K1上拉電阻10K4排阻RESPACK-8/10K1整個(zhngg)系統的電路圖3.源程序清單#includeunsigned char code table=0 x3f,0 x06,0 x5b,0 x4f,0 x66,0 x6d,0 x7d,0 x07,0 x7f,0 x6f,0 x40,0 x00;unsigned char temp,t0,t1,counter,hou,min

21、,sec;sbit d1=P20;void delay()unsigned char x,y;for(x=2;x0;x-)for(y=100;y0;y-);void init()t0=0;d1=0;counter=0;hou=12;min=0;sec=0;TMOD=0 x01;TH0=(65536-50000)/256;TL0=(65536-50000)%256;EA=1;ET0=1;TR0=1;void display(hou,min,sec)P1=0 xfe;P0=tablehou/10;delay();P1=0 xfd;P0=tablehou%10;delay();P1=0 xfb;P0

22、=table10;delay();P1=0 xf7;P0=tablemin/10;delay();P1=0 xef;P0=tablemin%10;delay();P1=0 xdf;P0=table10;delay();P1=0 xbf;P0=tablesec/10;delay();P1=0 x7f;P0=tablesec%10;delay();P0=table11;void main()init();while(1)P3=0 xff;temp=P3;while(temp=0 xfb)delay();temp=P3;while(temp=0 xfb)counter+;if(counter=3)c

23、ounter=0;while(temp=0 xfb)temp=P3;display(hou,min,sec);if(counter=0)display(hou,min,sec);elseP3=0 xff;temp=P3;while(temp=0 xf7|temp=0 xef)delay();temp=P3;while(temp=0 xf7|temp=0 xef)temp=P3;if(counter=1)switch(temp) case 0 xf7:hou+;if(hou=24)hou=0;break;case 0 xef:hou-;if(hou=-1)hou=23;break;if(counter=2)switch(temp) case 0 xf7:min+;if(min=60)min=0;break;case 0 xef:min-;if(min=-1)min=59;while(temp=0 xf7|temp=0 xef)temp=P3;display(hou,min,sec);P1=0 xfb;P0=table10;delay();P1=0 xdf;P0=table10;delay();P1=0 xbf;