電子鐘課程設計說明書

1、<p>　　《單片機技術》課程設計說明書</p><p><b>　　數字電子鐘</b></p><p>　　院、 部： 電氣與信息工程學院 </p><p>　　學生姓名： </p><p>　　指導教師： 職稱 副教授 </p>

2、;<p>　　專 業(yè)： 通信工程 </p><p>　　班 級： 通信1103班 </p><p>　　完成時間： 2013-12-19 </p><p>　　《單片機技術》課程設計任務書</p><p>　　一、設計題目：數字電子鐘、數字頻率

3、計、數字電壓表、交通燈、搶答器、密碼鎖、波形發(fā)生器、數字溫度計、計算器、數字式秒表。</p><p>　　二、適用班級：電子1101～2、通信1102～3、通信1101～電子1103</p><p><b>　　三、指導教師： </b></p><p>　　四、設計目的與任務：</p><p>　　學生通過理論設計和實物

4、制作解決相應的實際問題，鞏固和運用在《單片機技術》中所學的理論知識和實驗技能，掌握單片機應用系統(tǒng)的一般設計方法，提高設計能力和實踐動手能力，為以后從事電子電路設計、研發(fā)電子產品打下良好的基礎。</p><p><b>　　五、設計內容與要求</b></p><p><b>　　設計內容</b></p><p><b&

5、gt;　　1、數字電子鐘</b></p><p>　　設計一個具有特定功能的電子鐘。該電子鐘上電或按鍵復位后能自動顯示系統(tǒng)提示符“P.”， 進入時鐘準備狀態(tài)；第一次按電子鐘啟動/調整鍵，電子鐘從0時0分0秒開始運行，進入時鐘運行狀態(tài)；再次按電子鐘啟動/調整鍵，則電子鐘進入時鐘調整狀態(tài)，此時可利用各調整鍵調整時間，調整結束后可按啟動/調整鍵再次進入時鐘運行狀態(tài)。</p><p>

6、<b>　　2、數字頻率計</b></p><p>　　設計一個能夠測量周期性矩形波信號的頻率、周期、脈寬、占空比的頻率計。該頻率計上電或按鍵復位后能自動顯示系統(tǒng)提示符“P.”， 進入測量準備狀態(tài)。按頻率測量鍵則測量頻率；按周期測量鍵則測量周期；按脈寬測量鍵則測量脈寬；按占空比測量鍵則測量占空比。</p><p><b>　　3、數字電壓表</b>

7、;</p><p>　　設計一個能夠測量直流電壓的數字電壓表。測量電壓范圍0～5V，測量精度小數點后兩位。該電壓表上電或按鍵復位后能自動顯示系統(tǒng)提示符“P.”， 進入測量準備狀態(tài)，按測量開始鍵則開始測量，并將測量值顯示在顯示器上，按測量結束鍵則自動返回“P.”狀態(tài)。</p><p><b>　　4、交通燈</b></p><p>　　設計一個具

8、有特定功能的十字路口交通燈。該交通燈上電或按鍵復位后能自動顯示系統(tǒng)提示符“P.”， 進入準備工作狀態(tài)。按開始鍵則開始工作，按結束鍵則返回“P.”狀態(tài)。要求甲車道和乙車道兩條交叉道路上的車輛交替運行，甲車道為主車道，每次通車時間為60秒，乙車道為次車道，每次通車時間為30秒，要求黃燈亮3秒，并且1秒閃爍一次。有應急車輛出現時，紅燈全亮，應急車輛通車時間10秒，同時禁止其他車輛通過。</p><p><b>

9、;　　5、搶答器</b></p><p>　　設計一個具有特定功能的搶答器。該搶答器上電或按鍵復位后能自動顯示系統(tǒng)提示符“P.”， 進入準備工作狀態(tài)。主持人按下開始按鈕后，搶答開始并限定時間30S；10S內無人搶答，蜂鳴器發(fā)出音響；主持人按下開始按鈕之前有人按下?lián)尨鹌?，搶答違規(guī)，顯示器顯示違規(guī)臺號，違規(guī)指示燈亮，其它按鈕不起作用；正常搶答，顯示器顯示臺號，蜂鳴器發(fā)出音響，其它搶答按鈕無效；正常搶答下，

10、從按下?lián)尨鸢粹o開始30S內，答完按鈕沒按下，則作超時處理，超時處理時，違規(guī)指示燈亮，顯示器顯示違規(guī)臺號。蜂鳴器發(fā)出音響；各臺數字顯示的消除，蜂鳴器音響及違規(guī)指示燈的關斷，都要通過主持人按復位按鈕。</p><p><b>　　6、密碼鎖</b></p><p>　　設計一個具有特定功能的密碼鎖。該密碼鎖上電或按鍵復位后能自動顯示系統(tǒng)提示符“P.”， 進入準備工作狀態(tài)。

11、該密碼鎖具有系統(tǒng)原始密碼888888，用戶可以設定并存儲用戶密碼，密碼輸入時應處于保密顯示狀態(tài)，密碼輸入正確時應顯示密碼輸入正確提示信息，否則，顯示密碼輸入錯誤提示信息。</p><p><b>　　7、波形發(fā)生器</b></p><p>　　設計一個具有特定功能的波形發(fā)生器。該波形發(fā)生器上電或按鍵復位后能自動顯示系統(tǒng)提示符“P.”， 進入準備工作狀態(tài)。該波形發(fā)生器可

12、以分別產生幅值0～5V、頻率100Hz～100KHz范圍內的三角波、鋸齒波、方波、梯形波和正弦波。</p><p><b>　　8、數字溫度計</b></p><p>　　設計一個具有特定功能的數字溫度計。該數字溫度計上電或按鍵復位后能自動顯示系統(tǒng)提示符“P.”，進入準備工作狀態(tài)。測量溫度范圍0℃～99℃，測量精度小數點后兩位，可以通過開始和結束鍵控制數字溫度計的工作

13、狀態(tài)。</p><p><b>　　9、計算器</b></p><p>　　設計一個具有特定功能的計算器。該計算器上電或按鍵復位后能自動顯示系統(tǒng)提示符“P.”，進入準備工作狀態(tài)。能實現（1）基本的加、減、乘、除、平方、開方；（2）三角函數運算；（3）十進制、十六進制轉換運算；（4）其他功能。</p><p><b>　　10、數字式秒

14、表</b></p><p>　　設計一個具有特定功能的數字式秒表。該數字式秒表上電或按鍵復位后能自動顯示系統(tǒng)提示符“P.”，進入準備工作狀態(tài)。該數字式秒表應具有開始、暫停、連續(xù)、清零和停止功能。</p><p><b>　　設計要求</b></p><p>　　1、以上課題可以任選其一或多選，學生也可以自擬課題；</p>

15、<p>　　2、編程語言：匯編或C51；</p><p>　　3、計算機打印《單片機技術》課程設計說明書一份；</p><p>　　4、設計時間：一周；</p><p><b>　　5、實物制作；</b></p><p>　　6、人員分組：一人一組一實物。</p><p>　　六、《

16、單片機技術》課程設計說明書正文主要內容</p><p>　　參照“《單片機技術》課程設計說明書正文主要內容”文件。</p><p>　　七、《單片機技術》課程設計說明書書寫規(guī)范格式</p><p>　　參照“《單片機技術》課程設計說明書書寫規(guī)范格式”文件。</p><p><b>　　八、參考資料</b></p&g

17、t;<p>　　1、馬忠梅，單片機的C語言Windows環(huán)境編程寶典[M], 北京：北京航空航天大學出版社，2003.6； 　　　</p><p>　　2、李光飛,單片機C程序設計指導[M],北京:北京航空航天大學出版社，2003.01 ；</p><p>　　3、李光飛,單片機課程設計實例指導[M],北京:北京航空航天大學出版社，2004.9。</p><

18、;p><b>　　電氣自動化教研室</b></p><p>　　2013年9月10日</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　電子手表是在日常生活中使用非常普遍的一種電子產品，它的核心部分是位于其內部的程序代碼。本次設計中的電子鐘采用ATMEL公司的AT89C52單片機為核心，使用12MHz

19、 晶振與單片機AT89SC2 相連接，實現比較簡單的可調電子鐘功能。</p><p>　　本次設計使用了四個按鍵，并采用一鍵一功能的形式，S0為開始或停止鍵，S1為時調節(jié)鍵，S2為分調節(jié)鍵，S3為秒調節(jié)鍵，數字一直往上加，至被限制的值后自動清零。本次設計出來的電子鐘雖功能簡單，但運行快速，精確度高，可共使用。</p><p>　　關鍵詞：數字電子鐘；at89c52</p>&

20、lt;p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　Key words: electroni clock ;at89s52</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　1 設計課題任務、功能要求說明及總體方案介紹1</p><p>　　1.1 設計

21、課題任務1</p><p>　　1.2 功能要求說明1</p><p>　　1.3 總體方案介紹及工作原理說明1</p><p>　　2 硬件系統(tǒng)的設計3</p><p>　　2.1 硬件系統(tǒng)各模塊功能簡要介紹復位電路3</p><p>　　2.2 電路原理圖、PCB圖、元器件布局圖4</p

22、><p>　　2.3 設計課題元器件清單4</p><p>　　3 軟件系統(tǒng)的設計5</p><p>　　3.1 使用單片機資源的情況5</p><p>　　3.2 軟件系統(tǒng)各模塊功能簡要介紹5</p><p>　　3.3 設計課題軟件系統(tǒng)程序流程框圖6</p><p>　　3.

23、4 電子鐘軟件系統(tǒng)程序清單8</p><p>　　4 設計結論、設計結果、誤差分析、教學建議9</p><p>　　4.1 電子鐘的設計結論及使用說明9</p><p>　　4.2 電子鐘實現的結果9</p><p>　　4.3 設計課題出現問題及分析9</p><p>　　4.4 設計體會及教學

24、建議9</p><p><b>　　結束語11</b></p><p><b>　　致 謝12</b></p><p><b>　　參考文獻13</b></p><p>　　附錄A 電路原理圖14</p><p>　　附錄B PCB圖15&

25、lt;/p><p>　　附錄C 元器件布局圖16</p><p>　　附錄D 元器件清單17</p><p>　　附錄E 程序清單18</p><p>　　1 設計課題任務、功能要求說明及總體方案介紹</p><p>　　1.1 設計課題任務</p><p>　　設計一個具有特定功能的電子

26、鐘。具有時間顯示、調整功能。</p><p>　　1.2 功能要求說明</p><p>　　設計一個具有指定功能的電子鐘。上電即顯示P.，按下S0鍵時鐘開始運行，再次按下此鍵時鐘停止運行，此時可以使用按鍵S1、S2、S3經行時分秒的調整，按一次數字分別加一，此外，在這一過程中，若沒有按下S0鍵使時鐘停止運行，按其他鍵均無效。</p><p>　　1.3 總體方案

27、介紹及工作原理說明</p><p>　　1.3.1 總體方案介紹</p><p>　　本電子鐘主要由AT89C52單片機、4個獨立鍵盤、顯示接口電路和復位電路構成，設計課題的總體方案如圖1所示： </p><p>　　本設計電路中，采用獨立式鍵盤動態(tài)掃描方式。利用單片機定時器及計數器產生定時效果通過編程形成數字鐘效果，再利用數碼管動態(tài)掃描顯示單片機內部處理的數據，

28、同時通過端口讀入當前外部控制狀態(tài)來改變程序的不同狀態(tài)，實現不同功能。</p><p><b>　　圖1 總體設計框圖</b></p><p>　　1.3.2 電子鐘工作原理說明</p><p>　　數字電子鐘的計時原理為：上電后，數碼管顯示P.，按下S0鍵后，電子鐘從“00—00—00”開始計時。利用定時器0進行計數，當定時器0的定時時間滿5

29、0ms后，定時器0溢出一次，溢出滿20次后，數字電子時鐘的秒加1，滿60秒后，分加1，滿60分后，時加1，滿24時后，電子表重新從“00—00—00”開始計時。當再次按下S0后，計數顯示暫停，進入時間調整狀態(tài)，按S3、S2、S1分別表示秒、分、時加1。</p><p>　　2 硬件系統(tǒng)的設計</p><p>　　2.1 硬件系統(tǒng)各模塊功能簡要介紹復位電路</p><

30、p>　　2.1.1 MCU </p><p>　　硬件電路采用的是AT89C52芯片。其中包括256個數據存儲器單元，4KB的程序存儲器。C51中共有兩個16位的定時器/計數器，用于實現定時或者計數功能。還有4個8位并行I/O口（P0、P1、P2、P3），以實現數據的并行輸入/輸出。</p><p>　　2.1.2 電源電路</p><p>　　本次課題設

31、計采用USB電源。它可以熱插拔。這就讓用戶在使用外接設備時，不需要重復“關機將并口或串口電纜接上再開機”這樣的動作，而是直接在電腦工作時，就可以將USB電纜插上使用。而且具有攜帶方便，成本低，制作電路簡單的特點，輸出電壓足以支持單片機工作。 </p><p>　　2.1.3 復位電路</p><p>　　復位是單片機的硬件初始化操作，其主要功能是把PC初始化為0000H,使單片機從000

32、0H單元開始執(zhí)行程序，并使其它功能單元處于一個確定的初始狀態(tài)。 對于51單片機上有三種復位復位方式，為上電復位、按鍵復位和按鍵脈沖復位。此次設計的電路采用按鍵復位。按鍵復位，它是通過復位端經電阻與VCC電源接通而實現的。</p><p>　　2.1.4 時鐘電路</p><p>　　單片機的時鐘電路由振蕩電路和分頻電路組成。其中振蕩電路由反相器以及并聯(lián)外接的石英晶體和電容構成，用于產生

33、振蕩脈沖。而分頻電路則用于振蕩脈沖分頻，以得到所需要的時鐘信號。</p><p>　　2.1.5 鍵盤電路</p><p>　　由于按鍵較少，所以此處使用獨立式鍵盤。每個按鍵單獨占用一根I/O口線，每個按鍵的工作不會影響其它I/O口線的狀態(tài)。四個按鍵接到單片機的P1.0-P1.3四根口線上。當鍵按下時，在其相應的口線上產生低電平信號，鍵松開時為高電平信號。 </p><

34、;p>　　2.1.6 數碼管顯示電路</p><p>　　本次課題設計中采用的是兩個4位一體的LED共陽數碼管作為顯示窗口，因此，將陽極公共引腳接+5V的電源，因而，當陰極引腳上加低電平時，發(fā)光二極管導通點亮。并且采用動態(tài)顯示方式，用P0口來控制LED數碼管的段控線，而用P2口來控制其位控線。動態(tài)顯示通常都是采用動態(tài)掃描的方法進行顯示，即循環(huán)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，但由

35、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。</p><p>　　2.1.7 下載口電路</p><p>　　硬件電路中，下載口電路通過P1口及復位引腳直接與單片機相連，以實現將編寫好的程序下載到芯片中，實現相應的功能。</p><p>　　2.2 電路原理圖、PCB圖、元器件布局圖 </p><p>

36、;　　2.2.1 電路原理圖</p><p>　　電路原理圖見附錄A。 </p><p>　　2.2.2 PCB圖</p><p>　　電路PCB圖見附錄B。</p><p>　　2.2.3 元器件布局圖</p><p>　　元器件布局圖見附錄C。</p><p>　　2.3 設計課題元

37、器件清單</p><p><b>　　元器件清單見附錄D</b></p><p>　　3 軟件系統(tǒng)的設計</p><p>　　3.1 使用單片機資源的情況</p><p>　　在電子鐘的編程過程中，單片機資源使用情況如下： </p><p>　　IO口線：P0口為作數碼管的段控口；</p

38、><p>　　P2口為作數碼管的位控口；</p><p>　　P1口低四位作鍵盤接口。</p><p>　　定時器：定時器0。</p><p>　　3.2 軟件系統(tǒng)各模塊功能簡要介紹</p><p>　　本設計的軟件系統(tǒng)主要采用以主函數、中斷服務函數、鍵盤掃描函數、數碼管顯示函數和延時函數來實現的。</p>

39、<p>　　3.2.1 主函數</p><p>　　主要是用于對輸入信號的處理、輸出信號的控制和對各個功能程序模塊的運用及其控制。</p><p>　　3.2.2 中斷服務函數</p><p>　　用了定時器0中斷，是為了使秒自加而使用定時器中斷，定時50MS循環(huán)20次到一秒以后，向CPU申請中斷，使秒自加1。</p><p&g

40、t;　　3.2.3 鍵盤掃描函數</p><p>　　運用直接判斷IO口線的方法編成鍵盤掃描程序，來完成用鍵盤監(jiān)控程序的功能。通過判鍵按下，再去抖，再確認是否真正有鍵按下，計數并保存閉合鍵碼，最后判鍵釋放，恢復鍵值。</p><p>　　3.2.4 數碼管顯示函數</p><p>　　即為位控信號送到位控口，段控信號送到段控口，對八位LED數碼管一次點亮。<

41、;/p><p>　　3.3 設計課題軟件系統(tǒng)程序流程框圖</p><p>　　3.3.1 主函數流程圖</p><p>　　圖2 主函數流程框圖</p><p>　　3.3.2 鍵掃描函數流程圖</p><p>　　圖3 鍵掃描函數流程圖</p><p>　　3.3.3 中斷服務函數流程圖&

42、lt;/p><p>　　圖4 中斷服務函數流程框圖</p><p>　　3.3.4 顯示函數流程圖</p><p>　　圖5 顯示函數流程圖</p><p>　　3.4 電子鐘軟件系統(tǒng)程序清單</p><p><b>　　程序清單見附錄E</b></p><p>　　4

43、 設計結論、設計結果、誤差分析、教學建議</p><p>　　4.1 電子鐘的設計結論及使用說明</p><p>　　本課程設計的目的是設計一個電子鐘，在前期做出的實物上，通過編寫程序基本上能夠達到預期的目的，以下本次所作電子鐘的具體的使用說明：電子鐘上電后，最右邊一位顯示P.,按下啟動/調整鍵，電子鐘從0時0分0秒開始自動運行，再次按下啟動/調整鍵，電子鐘運行停止，處于調整狀態(tài)，按下調

44、時鍵，時加1，按下調秒鍵，秒加1，按下調分鍵，分加1，這樣可以實現時、分、秒的累加調整，再次按下啟動/調整鍵，電子鐘自動運行起來，處于運行狀態(tài)，調整結束。</p><p>　　4.2 電子鐘實現的結果</p><p><b>　　實現了以下功能：</b></p><p>　　可調整運行的電子鐘具有三種工作狀態(tài)：“P.”狀態(tài)、運行狀態(tài)、調整狀態(tài)

45、。</p><p>　?。?） “P.”狀態(tài)，依靠上電或按復位鍵進入，在此狀態(tài)下，按S0、S2、S3鍵均無效，按S0鍵有效，進入運行狀態(tài)；</p><p>　?。?） 運行狀態(tài)，在此狀態(tài)下，按S1、S2、S3鍵均無效，只有按S0鍵有效，按下S0鍵后，退出運行狀態(tài)，進入調整狀態(tài)；</p><p>　?。?） 調整狀態(tài)，按S3鍵進入調整秒，在此狀態(tài)下，按S3一下，秒加1

46、。與此同時，S2、S1鍵均有效；同理，按S2，分鐘加1；按S1，小時加1。調整結束后必須按S0鍵，即可退出調整狀態(tài)，進入運行狀態(tài)。時間顯示格式為：時-分-秒。</p><p>　　4.3 設計課題出現問題及分析</p><p>　　在編寫好程序，經過調試后下載到單片機中，發(fā)現運行完好，但是，如果手動按鍵則會出現24-60-60的現象。再回到程序，仔細檢查發(fā)現，在主函數鍵程序中，發(fā)現編寫的

47、程序是先對數據處理再判斷再顯示，因而顯示的是判斷之前的數據，因此才出現了如上的問題。經修改之后，將判斷語句放到處理之前，就能正常顯示。</p><p>　　4.4 設計體會及教學建議</p><p>　　4.4.1 設計體會</p><p>　　本次課程設計從最基礎、最簡單的單片機系統(tǒng)出發(fā)，外部接入部分信號，再通過一系列的處理最終轉化為輸出設備數碼管上可見的時鐘

48、顯示，在此過程中，每一個細小的部分都能重新回憶曾經在書本上學習過的知識，從而對有印象的知識點的理解更加深刻，這一實踐將理論知識與實際操作緊密結合在一起，對學習者十分有幫助。</p><p>　　本設計的重點及難點在于顯示函數以及數據處理，而精妙之處在于主函數中，判時是否為24，分、秒是否為60時，在加1后，先要判斷再對數據處理顯示，掌握重點和主要思路，便能化復雜為簡易。</p><p>　

49、　4.4.2 教學建議</p><p>　　除本次課程設計外，實踐性比較強的還有本學期的八個單片機實驗，通過不斷的實際操作，對單片機基礎越來越熟悉，當然要感謝上理論課的王韌老師和上實驗課的凌云老師，無論在哪件事上，只有嚴格要求才能更快更好地完成，相對而言，本學期同學們對老師也相當地配合，能積極主動地完成各項任務，唯一感到不太合適的是，有時其他課程的各項任務比較繁多，時間緊迫，此時希望老師能多給些時間，以免時間不

50、夠，作業(yè)馬虎，最后收效不理想。</p><p><b>　　結束語</b></p><p>　　經過自己的認真思考和，本次的課程設計電子鐘最終圓滿結束。本次設計為數字電子鐘，是以AT89C52單片機為核心，再結合相關元器件，如LED共陽數碼管，獨立鍵盤等，最后通過改編相關程序，得以實現電子鐘顯示及調整的功能。</p><p>　　在編寫程序的過

51、程中，最初使用了兩種方法通過參考他人的編寫程序，但是最終匯編的結果不是讓人很滿意，而C語言結果卻很穩(wěn)定。從編寫程序的過程來說，對于匯編語言，需要自己安排存儲單元，因此程序顯得繁瑣復雜，并且需要思路清晰，嚴謹。相對而言，C語言就要方便簡單許多。在本次設計中，遇到了很多困難，但是卻考驗了本人獨立思考和解決問題的能力。最后在數碼管顯示中，出現了矛盾的問題 ，經過各種方法最終將問題解決了。</p><p>　　通過本次課

52、程設計，收獲確實很多。通過參差課程一系列的操作，更懂得了實踐的重要性，也看到以后學習需要改進和完善的地方。當看到經過不懈努力產生的成果時，心里感到十分欣慰。要想要好的回報、取得好的成果，只有不斷在實踐中用堅實的理論去改進、去完善。</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　本次課程設計將理論知識和實際操作結合起來，確實提高了每個同學的動手能力，

53、但在此過程中，對本人影響最深刻的是王老師對課程設計內容的分析和同學們共同討論、改進各自的設計方案，通過與其他人討論，發(fā)表各自的意見，從中取長補短，避免走許多彎路，這是個人獨自完成任務所不能做到的，在此，特別感謝王老師做的課程設計分析和同學們在課程設計過程中給予的幫助，是這些力量從另一方面促進了本次課程設計的步伐，再次感謝各位的指教。 </p><p><b>　　參考文獻</b></p

54、><p>　　[ 1 ] 李廣第，朱月秀，冷祖祁.單片機基礎［M］.第三版.北京：航空航天大學出版社，2007.6</p><p>　　Li Guangdi,Zhu Yuexiu,Leng Zuqi.Scmcbasis [M].The third edition.Beijing: Aerospace university press,2007.6</p><p><

55、;b>　　附錄A 電路原理圖</b></p><p><b>　　附錄B PCB圖</b></p><p><b>　　底層</b></p><p><b>　　頂層</b></p><p>　　附錄C 元器件布局圖</p><p>&