精品文档，仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除课 程 设 计 任 务 书题目 电子时钟系统设计 专业、班级 电信11-02 学号 541101030218 姓名 李瑞 主要内容、基本要求、主要参考资料等：一、主要内容： 熟悉单片机应用系统的设计方法和规范，达到综合的目的。 学习文件检索和查找数据手册的能力。 学习protel软件的使用。 学会整理和总结设计文档报告。二、基本要求： 以MCS-51系列单片机为核心，组成一个电子时钟系统。 系统显示由6位数码管显示组成，分别显示时间值的时、分、秒。 能够随时对当前时间进行调整。 能够随时输入定时（闹钟）时间。 定时（闹钟）时间到，发出闹钟提醒信号。 闹钟提醒信号的声音为断续形式，最长不超过1分钟。三、主要参考资料： 张毅坤等 单片微型计算机原理及应用 西安 西安电子科技大学出版社 李建忠编著 单片机原理及应用 西安 西安电子科技大学出版社完 成 期 限：2015年1月17日 指导教师签名： 课程负责人签名： 2015年 1月 4 日【精品文档】第 页目 录摘 要11 设计方案选择21.1 单片机选型21.2 按键模块21.3 显示模块21.4 计时参考模块31.5 显示器驱动模块31.6 闹钟响铃模块41.7 电源模块42 硬件接线及设计42.1 单片机晶振配置52.2复位电路设计52.3 按键电路设计62.4 蜂鸣器驱动电路设计62.5 显示模块电路设计73 软件部分73.1 主函数流程图73.2 定时器T0中断服务程序流程图83.3 闹钟响应程序流程图93.4 键盘扫描程序流程图104 系统综述114.1 上电界面114.2 调时界面114.3 闹钟设定界面114.4 正常走时界面124.5 闹钟响应12附录1 总体设计电路图15附录2 PCB图16附录3 元件清单17附录4 总程序18摘 要单片机自20世纪70年代问世以来，以其极高的性能价格比，受到人们的重视和关注，应用很广泛、发展很快。Intel公司生产的MCS-8051系列单片机是各单片机中最为典型和最有代表性的一种。本次设计以MCS-8051芯片为核心，辅助以必要的外围电路，设计了一个结构简单功能齐全的数值时钟。在硬件方面，单片机外接12MHz芯片进行驱动。通过数码管能够准确明亮的显示时、分、秒；四个简单的按键实现对时间的调整；蜂鸣器实现闹钟响铃功能；软件方面采用c语言编程。整个电子钟系统能完成时间的显示、调试和一组定时闹钟的功能。关键词：51单片机 定时器 闹钟 数码管1 设计方案选择1.1 单片机选型 根据选题芯片采用MCS-8051单片机，Intel公司生产的 51 系列 8 位单片机，凭借其成熟的技术标准和很高的性价比得到了广泛的普及与应用，其功能强大，用来做电子表硬件易实现，编程规范。1.2 按键模块 方案一：44行列式键盘如果选择此方案，那么在修改时钟或设置闹铃时间时就可以直接从键盘输入，方便、快捷。缺点也很明显，一是浪费按键，用全键盘来实现设定时间的小功能不免大材小用；二是从实用性考虑，全键盘体积大，明显不经济不方便。故放弃。 方案二：独立式按键如果设置过多按键，将会占用较多I/O口，而且会给布线带来不便，同时浪费按键，不高效，程序繁琐。本次设计适用于按键较少的情况。为了尽量实现按键的高效性，此次设计采用四个独立式按键，分别定义为key_mode、key_add、key_move，key_confirm，依次是模式键、加数键、移位键、确认键。1.3 显示模块方案一：液晶显示器LCD如果选择此方案，将会降低系统的功耗，可以用电池供电，便于携带，但液晶显示器的驱动电路复杂，使用起来有一定的难度。 方案二：数码管LED数码管的驱动电路简单，使用方便，如果选择了此方案，那么在夜间看时间的时候就不需要有光源，非常方便。其缺点是功耗较大。 按照此次任务书设计要求，选择两个4位一体七段数码管用于显示。1.4 计时参考模块方案一：专用时钟芯片如果使用时钟芯片，系统就不怕掉电且时间精确，但这种芯片比较贵，浪费资源不经济。方案二：单片机内部定时/计数器由于本次设计本主要是为了学习单片机程序的编写和调试，以及设计硬件电路的一些方法，因此采用软件的方法来计时。本次设计用单片机内部定时/计数器T0作为电子时钟参考。1.5 显示器驱动模块 由于通过数码管公共极的电流较大，单片机I/O口驱动能力是不够的，故LED驱动模块必不可少。为避免过多地使用分立元件，本次设计采用一片 74LS245来驱动位码，用P2口进行位选扫描。 图1 74LS245元件封装图74LS245是常用来驱动LED或者其他的设备，它是 8 路同相三态双向总线收发器，可双向传输数据，74LS245还具有双向三态功能。片选端，接低电平时传输数据，接高电平时A、B均为高阻态。方向选择端AB/，接高电平时信号由A向B传输（发送），接低电平时信号由B向A传输（接收）。1.6 闹钟响铃模块 通过三极管放大后驱动蜂鸣器工作，单片机I/O接三极管基极。1.7 电源模块本系统采用了数码管作为显示器，功耗较大，不便于使用电池供电。况且本系统的体积较大，即使使用电池供电也不便于随身携带，因此用5V外部稳压电源来供电。2 硬件接线及设计8位七段LED显示器MCS-8051段码驱动晶 振复位电路位码驱动按 键蜂鸣器图2 系统硬件框图2.1 单片机晶振配置图3 单片机晶振配置和复位电路晶振选择 12MHz ,接到如图所示引脚。2.2复位电路设计图4 复位电路复位电路兼具上电复位功能以及按键复位功能,接到如图所示引脚。2.3 按键电路设计图5 按键电路采用4个独立按键配以4个上拉电阻实现对时钟和闹钟的设定及修改。四个独立式按键分别定义为key_mode、key_add、key_move、key_confirm，依次是模式键、调时加键、调时移位键、确认键。2.4 蜂鸣器驱动电路设计图6 蜂鸣器驱动电路蜂鸣器采用NPN三极管放大电路驱动，接到如图所示引脚。2.5 显示模块电路设计显示设备为共阳7段数码管（LED），用单片机P0口作为LED段选控制端，用单片机P2口作为LED位选控制端，并采用集成块74LS245作为位驱动模块。片选端接地，方向选择端AB/接电源。3 软件部分3.1 主函数流程图开 始初始化定时器T0循环中断计时主循环键盘扫描闹钟判定显示响应闹钟响应结 束图7 主函数程序流程图开 始3.2 定时器T0中断服务程序流程图T0重装初值t+1t=20？t=0, sec+1sec=60?？sec=0, min+1min=60?？min=0, hour+1hour=24?？hour=0结 束图8 定时器T0中断服务程序流程图3.3 闹钟响应程序流程图开 始闹钟判定闹钟定时到？闹钟打开？key_confirm按下？响铃一分钟关闭蜂鸣器结 束图9 闹钟响应程序流程图3.4 键盘扫描程序流程图开 始键盘扫描有键按下？键盘抖动？key_confirmkey_movekey_addkey_modeconfirm();mov+1add( );moshi+1moshi2?mov2?moshi=0mov=0结 束图10 键盘扫描程序流程图4 系统综述4.1 上电界面电子表上电后自动初始化，接着从 00-00-00 开始走时，显示正常走时界面，此时闹钟默认关掉。按下key_mode键，可依次切换到调时界面、调闹钟界面、正常走时界面，如此循环往复。上电初始化后，调时初值为00 00-00，闹钟初值为00-00 00。4.2 调时界面调时界面，从左至右依次显示时、分、秒，数字右下角小点代表调整位到达位置。在调时界面下，按下key_move键可以移动调整位，数字下标小点用以指示当前操作的数位，按下key_add键可以对调整位进行加数操作。当且仅当在调时界面下，按下key_confirm键可确认设定，电子表按设定时间更新并走时，同时自动清零设定时间。此时再按 key_mode键切换回正常走时界面即能看到时间已经更新。如果调时后没有按下key_confirm键确认，而是直接按key_mode键切换回正常走时界面，则设置时间被保存，当前时间并不更新。4.3 闹钟设定界面闹钟设定界面，从左至右依次显示时、分、秒，数字右下角小点代表调整位到达位置。在闹钟设定界面下，按下key_move键可以移动调整位，数字下标小点用以指示当前操作的数位，按下key_add键可以对调整位进行加数操作。闹钟设置好后直接按key_mode键返回正常正常走时界面即可，无需按key_confirm键确认，闹钟设定值会自动保存。4.4 正常走时界面正常走时界面，从左至右依次显示时、分、秒，小点亮灭代表闹钟开闭。在正常走时界面下，按下key_add键和key_move键不产生操作，LED显示无变化；按下key_confirm键可循环开闭闹钟，LED显示对应变换提示闹钟的开闭；按下key_mode键可依次切换到调时模式、闹钟设定模式、正常走时模式，循环往复。4.5 闹钟响应当正常走时到达闹铃设定值后，闹铃响应，正常情况下持续蜂鸣一分钟后自动关闭蜂鸣器。闹铃响铃过程中，若按下key_confirm键可立刻关闭蜂鸣器。闹铃响应后自动等待下次响应。总 结在这次课程设计中，运用到了很多以前的专业知识，虽然过去从未独立应用过它们，但在学习的过程中带着问题去学我发现效率很高，这是我做这次课程设计的一大收获。另外，要做好一个课程设计，就必须做到：在设计程序之前，对所用单片机的内部结构有一个系统的了解，知道该单片机内有哪些资源；要有一个清晰的思路和一个完整的的软件流程图；在设计程序时，不能妄想一次就将整个程序设计好，反复修改、不断改进是程序设计的必经之路；要养成注释程序的好习惯，一个程序的完美与否不仅仅是实现功能，而应该让人一看就能明白你的思路，这样也为资料的保存和交流提供了方便；在设计课程过程中遇到问题是很正常德，但我们应该将每次遇到的问题记录下来，并分析清楚，以免下次再碰到同样的问题的课程设计结束了，但是从中学到的知识会让我受益终身。发现、提出、分析、解决问题和实践能力的提高都会受益于我在以后的学习、工作和生活中。设计过程，好比是我们人类成长的历程，常有一些不如意，但毕竟这是第一次做，难免会遇到各种各样的问题。在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固，不能灵活运用。参考文献