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课程设计报告课程设计报告 数字钟设计 院 系 电子信息工程学院 专 业 电子信息工程 班 级 1 姓 名 马梦珂 学号:1211431034 合肥师范学院课程设计 I 摘摘 要要 数字钟是一种用数字电路技术实现时、分、秒计时的装置,与机械式时钟相比具有 更高的准确性和直观性,且无机械装置,具有更长的使用寿命,已得到广泛的使用。数 字钟从原理上讲是一种典型的数字电路,其中包括了组合逻辑电路和时序电路。 数字钟就是由电子电路构成的计时器,是一个将“时”,“分”,“秒”显示于人 的视觉器官的计时装置。它的计时周期为 24 小时,显示满刻度为 23 时 59 分 59 秒,另 外应该该有校时功能和报时,整体清零等附加功能。主电路系统由秒信号发生器,时、 分、秒计时器,译码器及显示器,校时电路,整体清零电路,整点报时电路组成。秒信 号发生器是整个系统的时基信号,它直接决定计时系统的精度,一般用石英晶体振荡器 加分频器来实现。秒信号产生器将标准信号送入“秒计数器”,“秒计数器”采用 60 进 制计数器,每累计 60 秒发出一个“分脉冲”信号,该信号将作为“分计数器”的时钟脉冲。 “分计数器”也采用 60 进制计数器,发出一个“时脉冲”信号,该信号将被送到“时计 数器”,“时计数器”采用 24 进制计时器,可实现一天 24 小时的累计, 本课题利用了单片机的数码管和定时器相关知识,采用 AT89C51 单片机子控制核心, 结合 LED 数码管实现时分秒的显示。硬件电路设计主要包括中央处理单元电路,键盘扫 描电路。软件程序则采用 VC 语言实现。本设计实现了显示时间、调整时间等功能,达到 了设计的目的和要求。并在 Proteus 软件上进行了仿真和调试。 关键词:计时器,计数,译码,校时,数字时钟,单片机,仿真调试 合肥师范学院课程设计 II 合肥师范学院课程设计 III 目目 录录 摘 要.I 目 录 .II 1 引言1 1.1 研究背景及意义1 1.2 国内外研究现状1 2 硬件设计1 2.1 元件组成1 2.2 电路组成2 3 软件设计2 3.1 电路原理图设计2 3.2 源程序2 4 系统调试与实验4 5 总结5 参考文献6 合肥师范学院课程设计 1 1 引言引言 1.1 研究背景及意义 随着科技文明的发展,人们对时钟这种生活必需品的要求在不断提高。它不仅仅被 看成是一种用来显示时间的工具,高精度、体积小、多功能、低功耗是时钟发展的必然 趋势。所以,时钟的数字化、多功能化已经成为现代时钟生产研究的主导方向。数字钟 是一种数字电路技术来实现时、分、秒计时的装置,与机械式时钟相比具有更高的准确 性和直观性,且无机械装置,具有更长的使用寿命,因此得到了广泛的使用。广泛用于 个人家庭、码头、车站、办公室等公共场所,成为人们日常生活中不可缺少的必需品, 由于数字集成电路的发展和石英晶体震荡器的广泛使用,使得数字钟的精度远远超过老 式钟表,钟表的数字化给人们生产生活带来了极大的方便,而且大大地扩展了钟表原先 的报时功能。所有这些,都是以钟表数字化为基础的。因此,研究数字钟及扩大其应用, 有着非常重要的意义。 1.2 国内外研究现状国内外研究现状 数字电子技术的迅速发展,使各种类型集成电路在数字系统、控制系统、信号处理 等方面得到了广泛的应用。为了适应现代电子技术迅速发展的需要,能够较好地面向数 字化和专用集成电路的新时代。目前,数字钟以其体积小、重量轻、抗干扰能力强、对 环境要求高、高精确性、容易开发等特性,在工业控制系统、智能化器仪表、办公自动 化等诸多领域取得了极为广泛的应用,并已经走入了寻常百姓家。因此,数字钟技术开 发和应用跟我们生活密切相关。 2 硬件设计硬件设计 2.1 元件组成元件组成 在本设计中,组成电路原理图的元件有:芯片AT89C51一个;共阴极8位数码管一个; 按键3个;普通电容2个;电解电容一个;晶振(CRYSTAL)一个;电阻若干。 2.2 设计要求 能够显示23时59分59秒,归零后重新开始,具有校时、校分、校秒功能,具有整点 报时功能。 2.3电路组成 在本设计系统中,数字钟的设计原理图包括晶振电路、键盘控制电路、复位电路、 数码管显示电路、分频电路、时分秒计数电路、校时电路、译码显示电路和功能扩展电 路。 晶振电路:全称为晶体震荡器,主要作用是产生单片机所需的时钟频率。单片机执 行程序所需的时间完全取决于晶振所提供的时钟频率。晶振电路如图 1 所示。 合肥师范学院课程设计 2 图 1 复位电路:复位是单片机的初始化操作。单片机启动运行时都需要先复位,其作用 是使 CPU 及系统中其他部件处于一个确定的初始状态,并且从这个状态开始工作。其电 路图如图 2 所示。 图 2 键盘控制电路:数字钟最基本的功能除了能正常显示时间外,还需要对时间进行设置和调整, 所以要配以相应的键盘控制电路。该设计的键盘控制电路主要包括 3 个按键:P0.0 控制“秒”的 调整,每按一次加 1s;P0.1 控制“分”的调整,每按一次加 1min;P2.0 控制“时”的调整,每 按一次加 1h。键盘控制电路图如图 3 所示。 合肥师范学院课程设计 3 图 3 数码管显示电路:本次设计选择共阴极数码管,其中有 6 位显示“时”,“分”,“秒”, 剩下两位显示“”。数码管 A 至 DP 接单片机 P1 端口,1 至 9 接单片机 P3 端口。其电路图如图 4 所示。 图 4 分频电路:分频器能将高频脉冲变换为低频脉冲,它可由触发器以及计数器来完成。由于一 个触发器就是一个二分频,N 个触发器就是 2n 个分频器,如果用计数器做分频器,就要按进制数 合肥师范学院课程设计 4 进行分频。 分频器的功能主要有两个:一个是产生标准秒脉冲信号,二是提供功能扩展电路所需要的信 号,如图 5 所示: 图 5 时分秒计数器:计数电路就要用到计数器,而计数器又有同步和异步之分。这里时计数电路要 用到 24 进制计数器;分、秒计数器则需要用到 60 进制计数器。 74160 计数器不仅具有二进制加法计数功能,还具有预置数、保持、和异步置零等附加功能。 如图 6 所示: 合肥师范学院课程设计 5 图图 6 校时电路校时电路: :当数字钟的显示时间于实际时间不同时,必须予以校准,校准电路如图当数字钟的显示时间于实际时间不同时,必须予以校准,校准电路如图 7 7 所示:所示: 图图 7 译码显示电路如图译码显示电路如图 8 8 所示:所示: 合肥师范学院课程设计 6 图图 8 8 3 软件设计软件设计 在本设计系统中,要求达到的目的是设计一个电子时钟,显示格式为 “:”,由左向右分别是时、分、秒。开机时,显示 00:00:00 的时间 开始计时;当时间不准时,可校时,P0.0 控制“秒”的调整,每按一次加 1s;P0.1 控制 “分”的调整,每按一次加 1min;P2.0 控制“时”的调整,每按一次加 1h。计时满 23:59:59 时,返回 00:00:00 重新计时。 3.13.1 电路原理图设计电路原理图设计 根据设计要求,有上述各电路课组成数字钟系统结构图。其结构图如图 9 所示。 图 9 由结构图可以在 proteus 仿真软件中画出原理图。其原理图如图 10 所示。 合肥师范学院课程设计 7 图 10 3.2 源程序源程序 #include #include #define uchar unsigned char #define uint unsigned int #define PP P1 uchar code SEG7=0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90; /显示缓冲 uchar num=1,2,3,4,5,6,7,8; uchar dian=0xbf; /定义数码管显示位码的端口 P20-P25 sbit q1=P37; sbit q2=P36; sbit q3=P35; sbit q4=P34; sbit q5=P33; sbit q6=P32; sbit q7=P31; sbit q8=P30; /按键 123456 sbit k3=P00; 合肥师范学院课程设计 8 sbit k2=P01; sbit k1=P20; /显示时间 uint h=0; uint min=0; uint miao=0; /计数器计时变量 uint jishu1=0; /时分秒变量 uint h1=18; / uint m1=0;/ uint s1=20;/ /延时函数 ms void _delay_ms(uint t) uint i,j; for(i=0;i=20) jishu1=0; miao+; if(miao59) 合肥师范学院课程设计 11 min+; miao=0; if(min59)h=h+1;min=0; if(h=24)h=0; 4 系统调试与实验系统调试与实验 Keil 软件是德国 Keil 公司推出的单片机软件编译器,其中 uV3 集成化开发环境工具 和 C51 编译器主要用于典型的 8051 单片机系统开发。Keil uV3 可以编辑、编译汇编语言、 C51 语言,连接定位目标文件和库文件,创建“.hex”文件,调试目标程序等。所以我们 可以用该软件来开发工程,调试程序,最终生成的“.hex”文件是可以执行的代码文件, 用于 Proteus 中单片机系统的程序开发与仿真。 打开 Keil Vision 3,新建 KEIL 项目,选择 AT89C51 单片机作为 CPU,新建汇编源 文件,编写程序,并将其导入到“Source Group 1”中。在“Option for Target“对话框中, 选中”Output“选项卡中的”Create HEX File“。最终会生成“.hex”代码文件。 在 Proeus ISIS 中,画出上述原理图,鼠标双击 89C51 芯片,在 Program File 栏中添 加生成的“.hex”文件。完成后即可开始调试。下图是分别为开机状态和启动状态下的数 字钟调试结果。 合肥师范学院课程设计 12 开机状态 启动状态 本次设计完成了一个数字钟的设计,其显示格式为“:”,由左向 右分别是时、分、秒。开机时,显示 00:00:00 的时间开始计时;当时间不准时,可校 时,P0.0 控制“秒”的调整,每按一次加 1s;P0.1 控制“分”的调整,每按一次加 1min;P2.0 控制“时”的调整,每按一次加 1h。计时满 23:59:59 时,返回 00:00:00 重新计时,达到了课程设计的目的和要求。 5 总结总结 在本次设计中,从开始的收集资料到修改程序、设计电路、画原理图、到完成调试 这一过程中,使我更加熟悉了单片机的相关知识以及仿真软件的应用,同时也提高了自 己的动手实践能力,更为重要的是培养了自身科学严谨的学习态度,一点小错误都有可 能导致结果的偏差。同时为我以后做毕业设计积累了一定的经验。可以说本次课程设计 让我收获颇丰。 通过本次实验,是我对已学过的电路、数电、模电等电子的知识更深一步的了解。 刚开始做这个设计的时候感到不知从何下手,脑子里比较凌乱,通过从温已学过的知识 和参考一些文献,和老师的指导,使我对所设计的课题有所了解。 最后,感谢一下老师给我一次实践的机会。使我增加了知识面。 参考文献参考文献 阎石。数字电子技术基础.5 版.北京:高等教育出版社,2006 张毅刚。单片机原理及接口技术M.人民邮电出版社,2011 康华光。电子技术基础:数字部分.4 版. 张毅刚。基于 Proteus 的单片机课程的基础实验与课程设计M.人民邮电出版社,2012 朱清慧
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