單片機(jī)技術(shù)課程設(shè)計(jì)說明書-數(shù)字電子鐘的設(shè)計(jì)

1、 單片機(jī)技術(shù)課程設(shè)計(jì)說明書 數(shù)字電子鐘 系 、 部： 電氣與信息工程系 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 職稱 副教授 專 業(yè)： 自動化 班 級： 自動化0702 完成時(shí)間： 2010-1-3 摘 要該課程設(shè)計(jì)為數(shù)字電子鐘的設(shè)計(jì)。以AT89S52為核心，配合LED數(shù)碼管顯示器和按鍵為用戶提供長期、連續(xù)、可靠、穩(wěn)定的工作環(huán)境。該數(shù)字電子鐘有時(shí)分秒顯示和日期顯示以及時(shí)間和日期調(diào)整的功能。系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)包括單片機(jī)計(jì)算機(jī)兩部分的編程。計(jì)算機(jī)軟件編程主要實(shí)現(xiàn)參數(shù)設(shè)置、串行口數(shù)據(jù)接收、指令發(fā)送以及數(shù)據(jù)的顯示和存儲。單片機(jī)軟件編程主要實(shí)現(xiàn)鍵盤、LED顯示等各模塊的功能，采用匯編語言編程。關(guān)鍵詞 數(shù)字電子鐘；單片機(jī)；LE

2、D顯示 ABSTRACTThe course designed for digital electronic clock designsTo AT89S52 as the core，with the LED digital tube display and buttons provide users with long-term， continuous， reliable and stable working environmentThe digital electronic clock and sometimes minutes and seconds display and date di

3、splay as well as time and date adjustment function System software design includes two parts， the computer programming microcontrollersComputer software programming to achieve the main parameter settings，serial port data receiving, sending commands and data display and storageSCM software programmin

4、g to achieve the main keypad，LED displays the functions of each module， using assembly language programmingKey words digital electronic clock； microcomputer；LED Display目 錄1 設(shè)計(jì)任務(wù)和方案3 1.1 設(shè)計(jì)任務(wù)3 1.2 功能要求說明3 1.3 設(shè)計(jì)總體方案及工作原理說明32 數(shù)字電子鐘的硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)4 2.1 硬件系統(tǒng)各模塊功能簡要介紹4 2.2 電路原理圖、PCB圖和元器件布局4 2.3 元器件清單43 數(shù)字電子鐘的軟件

5、系統(tǒng)的設(shè)計(jì)5 3.1 使用的單片機(jī)資源的情況5 3.2 各模塊功能簡要介紹5 3.3 程序的流程框圖5 3.4 程序清單94 數(shù)字電子鐘的設(shè)計(jì)仿真和結(jié)果分析104.1 設(shè)計(jì)結(jié)論和使用說明10 4.2 仿真結(jié)果10 4.3 誤差分析12 4.4 設(shè)計(jì)體會13 4.5 教學(xué)建議13參考文獻(xiàn)15致謝16附錄171 設(shè)計(jì)任務(wù)和方案1.1設(shè)計(jì)任務(wù)（一）設(shè)計(jì)題目：數(shù)字電子鐘（二）設(shè)計(jì)目的與任務(wù)：學(xué)生通過理論設(shè)計(jì)和實(shí)物制作解決相應(yīng)的實(shí)際問題，鞏固和運(yùn)用在單片機(jī)技術(shù)中所學(xué)的理論知識和實(shí)驗(yàn)技能，掌握單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的一般設(shè)計(jì)方法，提高設(shè)計(jì)能力和實(shí)踐動手能力，為以后從事電子電路設(shè)計(jì)、研發(fā)電子產(chǎn)品打下良好的基礎(chǔ)。1.

6、2功能要求說明該數(shù)字電子鐘采用八位數(shù)碼管能實(shí)現(xiàn)年月日和時(shí)分秒的顯示。當(dāng)電子鐘一上電即可顯示P.,設(shè)置數(shù)字鐘的初始日期和時(shí)間為05年01月01日14時(shí)30分20秒.用四個(gè)按鍵實(shí)現(xiàn)電子鐘的顯示和調(diào)整的功能,分別為K0,K1,K2,K3,其中K0鍵為開啟鍵,且顯示的是時(shí)分秒,開啟之后K2鍵可實(shí)現(xiàn)切換的功能,即可實(shí)現(xiàn)年月日和時(shí)分秒的切換顯示；按K3鍵可實(shí)現(xiàn)年月日和時(shí)分秒的調(diào)整,按一下可以對當(dāng)前顯示的進(jìn)行調(diào)整,再按一下即可切換到一個(gè)界面進(jìn)行調(diào)整,調(diào)整的時(shí)候數(shù)字鐘停止計(jì)時(shí)，當(dāng)對年月日和時(shí)分秒都調(diào)整完之后,再按一下K3鍵即可跳出調(diào)整的狀態(tài),數(shù)字鐘繼續(xù)開始計(jì)時(shí)工作,在電子鐘正常計(jì)時(shí)的時(shí)候再按K0鍵即可對電子鐘

7、進(jìn)行關(guān)閉.1.3設(shè)計(jì)課題總體方案及工作原理說明設(shè)計(jì)中采用AT89S52芯片及LED顯示器，一些獨(dú)立式按鍵構(gòu)成一個(gè)簡單的數(shù)字電子鐘。設(shè)計(jì)中是采用單片機(jī)的內(nèi)部定時(shí)器進(jìn)行定時(shí)，程序框圖如圖1.1所示 整個(gè)電子鐘的工作原理是：在正常的供電狀態(tài)下，首先利用單片機(jī)定時(shí)，到了相應(yīng)的時(shí)間由單片機(jī)將所需要顯示的數(shù)據(jù)送到LED顯示器的輸入口，當(dāng)有鍵按下時(shí)則進(jìn)入相應(yīng)的按鍵顯示和調(diào)整狀態(tài)，進(jìn)行按鍵調(diào)整。 圖1.1 總的設(shè)計(jì)的框圖2 數(shù)字電子鐘的硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)2.1 硬件系統(tǒng)各模塊功能設(shè)計(jì) 該數(shù)字電子鐘由單片機(jī)最小系統(tǒng)、鍵盤模塊、LED顯示電路模塊、USB接口電路模塊組成。各模塊的功能如下：（1）單片機(jī)最小系統(tǒng)由AT8

8、9S52單片機(jī)、時(shí)鐘電路和復(fù)位電路構(gòu)成。AT89S52是一種帶8K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機(jī)。時(shí)鐘電路由一個(gè)12MHZ的石英晶體振蕩器和兩個(gè)33pF的的電容組成振蕩電路和分頻電路，為單片機(jī)提供內(nèi)部時(shí)鐘。復(fù)位電路采用上電復(fù)位和按鍵復(fù)位結(jié)合的方式對電路進(jìn)行復(fù)位，主要是通過RST引腳送入單片機(jī)。（2）鍵盤模塊采用獨(dú)立式鍵盤接法，共有四個(gè)按鍵來對電路進(jìn)行控制。分別接在單片機(jī)的P1口線上。一個(gè)鍵控制開和關(guān)，一個(gè)鍵負(fù)責(zé)調(diào)整，另外兩個(gè)鍵輔助調(diào)整。

9、（3）LED顯示電路采用八個(gè)共陰的數(shù)碼管顯示器進(jìn)行顯示，加上一個(gè)SN74LS245作為驅(qū)動和8個(gè)200的電阻起限流的作用。將段控口接在P0口上，位控口接在P3口上，實(shí)現(xiàn)對顯示的控制。（4）USB接口電路接上一個(gè)電容組成的濾波電路和電源顯示燈組成一個(gè)電源接口，為單片機(jī)工作供電。2.2 電路原理圖、PCB圖和元器件布局采用Protel軟件，Protel99SE是Protel公司近10年來致力于Windows平臺開發(fā)的最新結(jié)晶，能實(shí)現(xiàn)從電學(xué)概念設(shè)計(jì)到輸出物理生產(chǎn)數(shù)據(jù)，能夠和形象的畫出我們所要設(shè)計(jì)的產(chǎn)品。電路原理圖和PCB圖及元器件布局見附錄。 2.3 元器件清單 見附錄。3 數(shù)字電子鐘的軟件系統(tǒng)的設(shè)

10、計(jì)3.1 使用的單片機(jī)資源的情況該數(shù)字電子鐘用到了單片機(jī)的定時(shí)器的功能，此外用到了單片機(jī)的中斷功能，在數(shù)據(jù)的顯示時(shí)所采用的是查表的方法，因此需要將表格、數(shù)據(jù)存到單片機(jī)的程序存儲器中去。由于電子鐘需要可以進(jìn)行調(diào)節(jié)，因此，需要在單片機(jī)的P口上加上按鍵，本設(shè)計(jì)采用獨(dú)立式鍵盤，直接接在P1口上且按鍵的結(jié)果存貯在單片機(jī)的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器里面。用到的LED顯示器接到了單片機(jī)的P0口線上和P3口線上。 3.2 各模塊功能簡要介紹 該數(shù)字電子鐘所用的軟件模塊有定時(shí)器模塊、按鍵模塊、LED顯示模塊。（1）定時(shí)器模塊選擇定時(shí)器0，設(shè)置定時(shí)方式為方式1，設(shè)置定時(shí)時(shí)間為50mS。（2）按鍵模塊采用獨(dú)立式鍵盤，共用四個(gè)按

11、鍵對電路進(jìn)行控制和操作，分別為K0、K1、K2、K3來控制電子鐘的開/關(guān)和調(diào)整。（3）LED顯示模塊 該電子鐘一通電即讓它顯示P.，按開啟鍵即可顯示時(shí)分秒，再按切換鍵即可顯示年月日，然后結(jié)合鍵盤操作還可以對時(shí)間進(jìn)行調(diào)整。3.3 程序的流程圖（1）整體設(shè)計(jì)流程圖圖3.1 整體設(shè)計(jì)流程圖（2）鍵盤設(shè)計(jì)流程圖圖3.2 鍵盤設(shè)計(jì)流程圖（3）顯示設(shè)計(jì)流程圖圖3.3 顯示時(shí)分秒設(shè)計(jì)流程圖圖3.4 顯示年月日設(shè)計(jì)流程圖3.4 程序清單見附錄。 4 數(shù)字電子鐘的設(shè)計(jì)仿真和結(jié)果分析4.1 設(shè)計(jì)結(jié)論和使用說明（1）設(shè)計(jì)結(jié)論 通過對單片機(jī)進(jìn)行外接鍵盤和LED數(shù)碼管的操作以及加上硬件電路和軟件的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了該數(shù)字電鐘

12、顯示P.以及時(shí)分秒和年月日的顯示，同時(shí)還可實(shí)現(xiàn)對該電子鐘進(jìn)行調(diào)整的功能。通過測試和仿真以及修改，該電子鐘最終能正常的工作。（2）使用說明該數(shù)字電子鐘采用八位數(shù)碼管能實(shí)現(xiàn)年月日和時(shí)分秒的顯示。當(dāng)電子鐘一上電即可顯示P.,設(shè)置數(shù)字鐘的初始日期和時(shí)間為05年01月01日14時(shí)30分20秒.用四個(gè)按鍵實(shí)現(xiàn)電子鐘的顯示和調(diào)整的功能,分別為K0,K1,K2,K3,其中K0鍵為開啟鍵,且顯示的是時(shí)分秒,開啟之后K2鍵可實(shí)現(xiàn)切換的功能,即可實(shí)現(xiàn)年月日和時(shí)分秒的切換顯示；按K3鍵可實(shí)現(xiàn)年月日和時(shí)分秒的調(diào)整,按一下可以對當(dāng)前顯示的進(jìn)行調(diào)整,再按一下即可切換到一個(gè)界面進(jìn)行調(diào)整,調(diào)整的時(shí)候數(shù)字鐘停止計(jì)時(shí),當(dāng)進(jìn)行時(shí)分秒

13、的調(diào)整時(shí), K0鍵可實(shí)現(xiàn)對秒進(jìn)行增大的調(diào)整,每按一下秒的值就加一,當(dāng)秒增加到59時(shí)就重新從0開始繼續(xù)增大, K1鍵可實(shí)現(xiàn)對分進(jìn)行增大的調(diào)整,每按一下分的值就加一,當(dāng)分增加到59的時(shí)候就重新從0開始繼續(xù)增大,K2鍵可實(shí)現(xiàn)對時(shí)進(jìn)行增大的調(diào)整,每按一下時(shí)的值就加一,當(dāng)時(shí)的值增大到23的時(shí)候就重新從0開始繼續(xù)增大.當(dāng)進(jìn)行年月日的調(diào)整時(shí), K0鍵可實(shí)現(xiàn)對日進(jìn)行增大的調(diào)整,每按一下秒的值就加一,當(dāng)日增加到28或者30或者31(看不同的年份和月份)時(shí)就重新從0開始繼續(xù)增大, K1鍵可實(shí)現(xiàn)對月進(jìn)行增大的調(diào)整,每按一下月的值就加一,當(dāng)月增加到12的時(shí)候就重新從0開始繼續(xù)增大,K2鍵可實(shí)現(xiàn)對年進(jìn)行增大的調(diào)整,每按

14、一下時(shí)的值就加一,當(dāng)時(shí)的值增大到99的時(shí)候就重新從0開始繼續(xù)增大.當(dāng)對年月日和時(shí)分秒都調(diào)整完之后,再按一下K3鍵即可跳出調(diào)整的狀態(tài),數(shù)字鐘繼續(xù)開始計(jì)時(shí)工作,在電子鐘正常計(jì)時(shí)的時(shí)候再按K0鍵即可對電子鐘進(jìn)行關(guān)閉.4.2 仿真結(jié)果在仿真時(shí)用到了兩個(gè)軟件，第一個(gè)是Keil，第二個(gè)是Protues，本次仿真是將兩個(gè)軟件結(jié)合起來進(jìn)行的。Proteus 軟件所提供了30多個(gè)元件庫，數(shù)千種元件。元件涉及到數(shù)字和模擬、交流和直流等。在Proteus軟件包中，不存在同類儀表使用數(shù)量的問題。Proteus還提供了一個(gè)圖形顯示功能，可以將線路上變化的信號，以圖形的方式實(shí)時(shí)地顯示出來，其作用與示波器相似但功能更多。用

15、Protues軟件進(jìn)行仿真，其仿真的電路圖如圖4.1所示圖4.1 Protues仿真電路圖數(shù)字電子鐘正常工作時(shí)，仿真的LED顯示器顯示如圖4.2所示，當(dāng)按下切換鍵時(shí)，數(shù)字電子鐘進(jìn)入日期顯示界面，此時(shí)LED數(shù)碼管顯示器的顯示如圖4.3和4.4所示，當(dāng)按下調(diào)整鍵時(shí)，數(shù)字電子鐘進(jìn)入調(diào)整界面，此時(shí)LED數(shù)碼管顯示器的顯示如圖4.5和4.5所示。圖4.2 數(shù)字電子鐘正常工作時(shí)的顯示圖圖4.3 數(shù)字電子鐘顯示時(shí)分秒的顯示圖圖4.4 數(shù)字電子鐘顯示日期的顯示圖圖4.5 數(shù)字電子鐘調(diào)整時(shí)分秒的顯示圖圖4.6 數(shù)字電子鐘調(diào)整年月日的顯示圖4.3 誤差分析本數(shù)字電子鐘在跟標(biāo)準(zhǔn)的電子鐘比較時(shí)，時(shí)間稍微慢一點(diǎn)，產(chǎn)生此

16、種情況的原因有：其一是在執(zhí)行程序指令時(shí)，由于需要耗費(fèi)一定的時(shí)間，因此會比標(biāo)準(zhǔn)的電子鐘要慢一點(diǎn)。其二是晶振不夠標(biāo)準(zhǔn)，使得定時(shí)器定時(shí)時(shí)不夠精準(zhǔn)。4.4 設(shè)計(jì)體會從選題到硬件電路的設(shè)計(jì)，再到軟件電路的設(shè)計(jì)，整個(gè)過程當(dāng)中我學(xué)到了很多的東西，在老師的細(xì)心指導(dǎo)，耐心分析下，我把整個(gè)思路理清，并開始了設(shè)計(jì)的規(guī)劃，在原理圖的繪制時(shí)我查找了相關(guān)軟件的使用方法，并悉心向老師和同學(xué)請教，學(xué)會對PROTEL和PROTEUS的使用；在軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)當(dāng)中，我遇到了很多的問題，不能把一些小模塊系統(tǒng)的聯(lián)系起來，但通過不段的學(xué)習(xí)，最終花了兩天的時(shí)間把整個(gè)程序完整的編出來了，并能進(jìn)行仿真使用；到最后做板子的時(shí)候，因?yàn)槭堑谝淮巫霭?/p>

17、子，很多細(xì)節(jié)的地方都沒注意，比如買元器件時(shí)，要看清楚所買元器件的引腳、尺寸和功能以及質(zhì)量，我買的板子質(zhì)量不行，結(jié)果在用熨斗熨的時(shí)候出現(xiàn)暴起的現(xiàn)象，只能在重新做一塊，而且買的數(shù)碼管跟實(shí)際所畫的PCB板尺寸大小不一樣，只能另想辦法，很影響實(shí)驗(yàn)進(jìn)度，所以在買元器件時(shí)一定要做好充分的準(zhǔn)備。在做板子的時(shí)候因?yàn)殪俚臅r(shí)候沒把握好，結(jié)果出現(xiàn)了很多的斷點(diǎn)，只能一個(gè)一個(gè)查，一個(gè)一個(gè)補(bǔ)，麻煩很大，工作量也很大，而且很容易疏忽，所以將圖紙熨到板子上時(shí)一定要熨的均勻，把握好時(shí)間和力度。打孔時(shí)一定要對準(zhǔn)，不要太急，慢慢來。插元器件的時(shí)候一定要把每個(gè)元器件的引腳搞清楚，插之前要用萬用表測好每個(gè)引腳是該接地還是該接電源，千萬

18、不能插反了。焊接的時(shí)候要標(biāo)準(zhǔn)不能產(chǎn)生虛焊，也不要遺漏，要均勻，焊錫不能太多也不能太少。到最后就是檢查電路的連接了，搞清楚整個(gè)電路的連接時(shí)怎么樣的，當(dāng)顯示器不亮的時(shí)候可以采用軟件檢查法或者硬件檢查對板子進(jìn)行測試，這個(gè)過程中一定要細(xì)心且要有耐心，不要灰心，相信自己一定能找出原因，只要自己持之以恒肯定能把錯(cuò)誤找出來并糾正。在對板子進(jìn)行測試的時(shí)候出現(xiàn)了很多的錯(cuò)誤，花了一整個(gè)下午的時(shí)間來查找電路的錯(cuò)誤，首先是電源指示燈不亮，燈座接反了，然后是顯示器不亮，最后通過用萬用表對電路進(jìn)行測試以及才用軟件的方式對電路的測試，最終讓電子鐘正常的工作了，二導(dǎo)致的主要原因是熨的時(shí)候太多的斷點(diǎn)沒補(bǔ)好，以及在焊接的時(shí)候出現(xiàn)

19、了很多的虛焊，導(dǎo)致某些段控口和位控口的不可用，因?yàn)槭堑谝淮巫霭遄?，所以之前很多該注意的地方都沒有注意，最后留下一大堆得問題，使得整個(gè)制版的過程耗費(fèi)很多的精力和時(shí)間。從中我學(xué)會了很多，包括原理圖的繪制，程序的設(shè)計(jì)，PCB的繪制，還有板子的制作，更重要的是我懂得了，要做好一個(gè)東西，準(zhǔn)備工作好似必不可少，這樣才能減少后面的不必要的麻煩，而且遇到困難和麻煩一點(diǎn)要有耐心和信心去把它攻破。4.5 教學(xué)建議王老師的教學(xué)方式我挺贊同，你能夠讓我們把實(shí)際和理論結(jié)合起來，我覺得這很好，而且對現(xiàn)在的我們來說很重要，大學(xué)三年來，學(xué)的東西可以說很多，但是我們一直都不知道，手中的這些知識到底有什么作用，而且很多的老師都只

20、顧著講自己的課程，就像是完成一項(xiàng)別人交給他的任務(wù)一樣，從不關(guān)心學(xué)生學(xué)的到底是怎么樣的，所以我覺得適當(dāng)?shù)慕o學(xué)生一些將理論聯(lián)系實(shí)際的作業(yè)和任務(wù)，能夠讓我們更清楚和明白自己學(xué)的東西，也讓我們學(xué)的不再那么迷茫和無目的了。其次老師和同學(xué)的關(guān)系我覺得對同學(xué)能否學(xué)習(xí)好這門課程很重要，課堂上老師應(yīng)該要嚴(yán)肅認(rèn)真，下課后老師可以多和同學(xué)們接觸和聊天，培養(yǎng)和同學(xué)們的關(guān)系，和同學(xué)們做朋友，對同學(xué)們提出的問題要認(rèn)真對待，并且對學(xué)生提問。還有就是，老師的責(zé)任不僅僅是傳授知識，更重要的是給我們傳授學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)和方法，培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散的思考方式，以及多傳授點(diǎn)社會經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，教我們不要走不必要的彎路以及在社會上你所必備的生存工具。參考文獻(xiàn)1唐俊瞿，許雷