单片机实训报告

实验题目： 电子时钟设计

姓 名： 孙 志 敏

学 号： 2008043535

指导老师： 王 宇 松

实验地点： 福煤实验楼B405

20xx年 6 月 5 日

一、绪论

1.1电子时钟简介

19xx年,Ventura发明了世界上第一个电子表，从而奠定了电子时钟的基础，电子时钟开

始迅速发展起来。但随着时间的推移，科学技术的不断发展，人们对时间计量的精度要求越

来越高，应用越来越广。怎样让时钟更好的为人民服务，怎样让我们的老朋友焕发青春呢？

这就要求人们不断设计出新型时钟。现代的电子时钟是基于单片机的一种计时工具，采用延

时程序产生一定的时间中断，用于一秒的定义，通过计数方式进行满六十秒分钟进一，满六

十分小时进一，满二十四小时小时清零。从而达到计时的功能，是人民日常生活补课缺少的

工具。

1.2电子时钟的基本特点

现在高精度的计时工具大多数都使用了石英晶体振荡器，由于电子钟、石英钟、石英

表都采用了石英技术，因此走时精度高，稳定性好，使用方便，不需要经常调试，数字式电

子钟用集成电路计时时，译码代替机械式传动，用LED显示器代替指针显示进而显示时间，

减小了计时误差，这种表具有时、分、秒显示时间的功能，还可以进行时和分的校对，片选

的灵活性好。

1.3电子时钟的原理

该电子时钟由89C51，BUTTON，八段数码管等构成，采用晶振电路作为驱动电路，

由延时程序和循环程序产生的一秒定时，达到时分秒的计时，六十秒为一分钟，六十分钟为

一小时，满二十四小时为一天。而电路中唯一的一个控制键却拥有多种不同的功能，按下又

松开，可以实现屏蔽数码管显示的功能，达到省电的目的；直接按下不松开，则可以通过按

键实现分钟的累加，每按一次分钟加一；而连续两次按下按键不放松，则可实现小时的调节，

同样每按一次小时加一。

二、单片机简介

单片机全称为单片机微型计算机（Single Chip Microsoftcomputer)。从应用领域来看，

单片机主要用来控制，所以又称为微控制器（Microcontroller Unit）或嵌入式控制器。单片

机是将计算机的基本部件微型化并集成在一块芯片上的微型计算机。

2.1单片机的特点

1 . 单片机的存储器ROM和RAM时严格区分的。ROM称为程序存储器，只存放程

序，固定常数，及数据表格。RAM则为数据存储器，用作工作区及存放用户数据。

2 . 采用面向控制的指令系统。为满足控制需要，单片机有更强的逻辑控制能力，特别

是单片机具有很强的位处理能力。

3 . 单片机的I/O口通常时多功能的。由于单片机芯片上引脚数目有限，为了解决实际

引脚数和需要的信号线的矛盾，采用了引脚功能复用的方法，引脚处于何种功能，可由指令

来设置或由机器状态来区分。

4 . 单片机的外部扩展能力很强。在内部的各种功能部件不能满足应用的需求时，均可在外部进行扩展，与许多通用的微机接口芯片兼容，给应用系统设计带来了很大的方便。

AT89C51的单片机结构及原理。

AT89C51单片机引脚图如下：

AT89C51引脚图

MCS-51单片机是标准的40引脚双列直插式集成电路芯片，其各引脚功能如下： VCC：+5V电源。

VSS：接地。

RST：复位信号。当输入的复位信号延续两个机器周期以上的高电平时即为有效，用完成单片机的复位初始化操作。

XTAL1和XTAL2：外接晶体引线端。当使用芯片内部时钟时，此二引线端用于外接石英晶体和微调电容；当使用外部时钟时，用于接外部时钟脉冲信号。

P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：

口管脚 备选功能

P3.0 RXD（串行输入口）

P3.1 TXD（串行输出口）

P3.2 /INT0（外部中断0）

P3.3 /INT1（外部中断1）

P3.4 T0（记时器0外部输入）

P3.5 T1（记时器1外部输入）

P3.6 /WR（外部数据存储器写选通）

P3.7 /RD（外部数据存储器读选通）

振荡器特性:

XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。XTAL1和XTAL2管脚应接晶振电路,电路如图1所示:

图（1）

复位电路如图2所示：

三、 Protues简介

Proteus ISIS是英国Labcenter公司开发的电路分析与实物仿真软件。它运行于Windows操作系统上，可以仿真、分析(SPICE)各种模拟器件和集成电路，该软件的特点是：①实现了单片机仿真和SPICE电路仿真相结合。具有模拟电路仿真、数字电路仿真、单片机及其外围电路组成的系统的仿真、RS232动态仿真、I2C调试器、SPI调试器、键盘和LCD系统仿真的功能；有各种虚拟仪器，如示波器、逻辑分析仪、信号发生器等。②支持主流单片机系统的仿真。目前支持的单片机类型有：68000系列、8051系列、AVR系列、PIC12系列、PIC16系列、PIC18系列、Z80系列、HC11系列以及各种外围芯片。③提供软件调试功能。在硬件仿真系统中具有全速、单步、设置断点等调试功能，同时可以观察各个变量、寄存器等的当前状态，因此在该软件仿真系统中，也必须具有这些功能；同时支持第三方的软件编译和调试环境，如Keil C51 uVision2等软件。④具有强大的原理图绘制功能。总之，该软件

是一款集单片机和SPICE分析于一身的仿真软件，功能极其强大。本章介绍Proteus ISIS软件的工作环境和一些基本操作。

3.1工作界面

四、 数字钟的基本原理

4.1实现功能

采用51单片机系列AT89C51，对时钟进行控制

单片机有单块集成电路芯片构成，内部包含有计算机的基本功能部件：中央处理器、 存储器和I/O接口电路等。因此，单片机值需要和适当的软件及外部设备结合，便可成为一个单片机控制系统。

1）开机运行时，显示00：00:00的时间开始计时；

2）首先按下SB开关，P3.5控制“秒”的调整，每按一次加1秒；

3）P3.3控制“分”的调整，每按一次加1分；

4）P3.2控制“时”的调整，每按一次加1小时；

4.2系统工作原理

工作原理：

数字时钟是一个将“时”，“分”，“秒”显示与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，另外还有校时功能。因此，一个基本的数字时钟电路主要由显示器“时”，“分”，“秒”和单片机。8个数码管的段选、位选分别接到单片机的P1、P2口。数码管按照数码管动态显示的工作原理工作，将标准秒信号送入“秒单元”，“秒单元”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“分单元”的时钟脉冲。“分单元”也采用60进制计数器，每累计60分钟，发出一个“时钟脉冲”信号，该信号将被送到“时单元”。“时单元”采用24进制计时器，可实现对一天24小时的累计。显示电路将“时”、“分”、“秒”通过八段显示器显示。校对电路用来对“”“”“”显示进行校对调整。

五、数字钟的硬件、软件设计

电路原理图：

电脑钟的protues原理图如下

5.1对原理图分析

使用At89C51控制，其中使用p2做输出，p3口做控制信号，使用外部中断1作调节小时，外部中断0作调节分钟，定时器1在计数模式作调节秒，定时器1在定时模式用于计数，而p0.0做总控开关的入口。

其中黄灯显示是否在调节状态，当亮时为可调，当灭时不可调。

基本原理如下

软时钟是利用单片机内部的定时器\计数器来实现的，它的处理过程如下：首先设定单片机内部的一个定时器\计数器工作于定时方式，对机器周期计数形成基准时间，然后用另一个定时器\计数器或软件计数的方法对基准时间计数形成秒，秒计60次形成分，分计60次形成小时，小时计24次则计满一天。然后通过数码管把它们的内容在相应位置显示出来即可。

数码管显示一般采用动态显示方式。动态显示方法线路相对简单，但需动态扫描，扫描频率要大于人眼视觉暂留频率，信息看起来才稳定。译码方式可分为软件译码和硬件译码，软件译码通过译码程序查得显示信息的字段码；硬件译码通过硬件译码器得到显示信息的字段码，实际中通常采用软件译码。

在具体处理时，定时器计数器采用中断方式工作，对时钟的形成在中断服务程序中实现。在主程序中只需对定时器计数器初始化、调用显示子程序和控制子程序。另外，为了使用方便，设计了简单的按键，可以通过按键实现时、分的调整，这样在主程序中就加入了键盘设置子程序。

时制式为24小时制。

1采用LED数码管显示时、分，秒采用数字显示。

2具有方便的时间调校功能。

3计时稳定度高，可精确校正计时精度。

2 总体方案设计

5.2实现时钟计时的基本方法

利用C51系列单片机的可编程定时/计数器、中断系统来实现时钟计数。

计数初值计算:

把定时器设为工作方式1，定时时间为50ms，则计数溢出20次即得时钟计时最小单位秒，

使用T0，方式1，50ms定时，fosc=12MHz。

则初值X满足（216-X）×1/12MHz×12μs =50000μs

X=15536→0011110010110000→3CB0H

(2) 采用中断方式进行溢出次数累计,计满20次为秒计时（1秒）；

(3) 从秒到分和从分到时的计时是通过累加和数值比较实现。

5.3数字钟的软件设计

系统软件设计流程图：

LJMP MAIN ORG 0003H LJMP SHI ORG 000BH LJMP JISHI ORG 0013H LJMP FEN ORG 001BH LJMP MIAO ORG 0030H

MAIN:MOV TMOD ,#01H MOV R4,#20 MOV TH1,#255 MOV TL1,#255 MOV TH0, #3CH MOV TL0,#0B0H CLR EX0 CLR EX1

SETB ET0 CLR ET1 SETB EA SETB TR0 SETB TR1 SETB IT0 SETB IT1 MOV R0,#00H MOV R1,#00H MOV R5,#00H SETB P0.1

FANHUI:MOV DPTR,#TAB MOV A,R0 MOV B,#10 DIV AB

MOVC A,@A+DPTR MOV P2, A MOV P1,#02H LCALL DELAY MOV P2,#0FFH MOV A,B

MOVC A,@A+DPTR MOV P2,A MOV P1,#01H LCALL DELAY MOV P2,#0FFH MOV P1,#04H MOV P2, #0BFH LCALL DELAY MOV P2,#0FFH MOV A,R1 MOV B,#10 DIV AB

MOV P1,#10H MOVC A,@A+DPTR MOV P2, A LCALL DELAY MOV P2,#0FFH MOV P1,#08H MOV A,B

MOVC A,@A+DPTR MOV P2,A LCALL DELAY MOV P2,#0FFH

MOV P1,#20H MOV P2,#0BFH LCALL DELAY MOV P2,#0FFH JNB P0.0,ZK MOV P1,#80H MOV A,R5 MOV B,#10 DIV AB

MOVC A,@A+DPTR MOV P2, A LCALL DELAY MOV P2,#0FFH MOV P1,#40H MOV A,B

MOVC A,@A+DPTR MOV P2,A LCALL DELAY MOV P2,#0FFH JNB P0.0,ZK LJMP FANHUI ZK: CPL ET1 CPL EX0 CPL EX1 CPL ET0 CPL P0.1 LJMP FANHUI JISHI:MOV TH0,#3CH MOV TL0,#0B0H DJNZ R4,LOOP MOV R4,#20 INC R0

CJNE R0,#60 ,LOOP MOV R0,#00H INC R1

CJNE R1,#60, LOOP MOV R1,#00H INC R5

CJNE R5,#24,LOOP MOV R5,#00H LOOP: RETI DELAY:MOV R2,#10 ZJ: MOV R3,20 DJNZ R3,$

DJNZ R2,ZJ

RET

RET

ORG 0200H

MIAO:CLR EA

INC R0

SETB EA

RETI

FEN:CLR EA

INC R1

SETB EA

RETI

SHI:CLR EA

INC R5

SETB EA

RETI

ORG 0300H

TAB:DB 0C0H,0F9H,0A4H, 0B0H,99H,92H,82H,0F8H,80H,90H

END

5.4程序的调试过程

在PROTEUS中设计硬件

PROTEUS软件使用过程如下：

1）选择元器件 2）放置元器件 3）连线 4）添加程序 5）运行仿真

2、在WAVE中编写程序，编译、连接形成HEX文件。

3、在PROTEUS中把HEX文件加载到单片机芯片上。即protues原理图中。

4、运行仿真看结果如图：

5.5 元器件清单

元器件清单如下

六、 心得体会

为期一周的单片机课程设计让我们受益匪浅.此次课程设计软件与硬件相结合,考察了我们的焊接水平与编程能力.对于我们应用电子技术的学生而言焊接是不成问题,也很顺利;可到了编程时就出现了很大的障碍,先开始的显示时钟还算顺利,下面的报警部分就花费了相当长的时间,还有加上报警时的音乐也是我们到图书馆里查阅资料由汇编转化成C语言得来的.本来还以为编程会很简单的,等到实际操作起来才知道它的复杂性,没有想像中的那么得心应手,理解流程是有思维的前提.单片机是我们上学期开设的课程,所以很多专业知识也都忘记了.不过经过我们一步步的努力,花费的时间与精力终于没有白费,效果渐渐地出现了.其实本身程序的思维是正确的,只是步骤中有点小错误,所以导致整个程序的结果很乱,在仔细修改程序之后,终于一步步地达到效果了.

我们将各个部分的程序编好后怎么都连不起来,出不了预期的效果.对于硬件在编程过程中PCB板的接触又是一个头疼的问题,在进行编译的时候,数码显示管上什么都没有,按一下旁边与之相连的元器件时就有显示了,所以也花费了好多时间在PCB板的重新焊接上.对于软件我们在时钟完成后就对其加入了报警系统,可加了之后发现程序乱了,以前的时钟也不可以控制

了.经过反复研究,发现接地接错了位置,导致了用来报警的红灯跟绿灯根本不亮,然后就将接地线重新焊接了一下,功夫不负有心人,红灯亮了,配合编好的程序,用纸板挡住了发射管与接收管之间的信号传输,数码显示管出现闪烁的效果,并且没信号的时候绿灯亮,有信号的时候红灯就亮了,这个现象让我们喜出望外.经过修改时钟程序和报警系统都被使用上了,可更大的难题就是如何让它报警?这困扰了我们,数码显示管上终于有了闪烁的效果,可报警声还没加的上去.老师的要求是除了蜂鸣器上的报警声再加一段音乐.翻阅了图书馆里的书籍,查出来的音乐程序都是用汇编编的,要将此程序放到主程序中就必须将汇编程序改编成C语言程序.这再次困扰了我们,虽然以前也学过汇编跟C之间的互换,可都是简单的,从没涉及到这么复杂的程序过,改编很是有压力,经过研究,我们将汇编程序舍弃了,到网上下载了一段音乐程序,是C语言编的.要让音乐在我们的红外报警系统中唱出来可不是什么简单的事情,虽然找到了音乐程序,但要让音乐程序跟我们的主程序融合在一起得花费点心思了.

最后在全组人竭尽全力,老师的精心指导下,程序基本编写成功,这是我们共同努力的结果,在享受我们成果之时,不得不感慨单片机的重要性与高难度性,所以为期一周的单片机课程设计没有浪费,我们从中学到了很多知识.,也让我们对单片机有了更深一步的了解.虽然最后结果是出来了,可这与老师的精心指导是分不开的,她引导我们的思路,本来一窍不通的我们经过老师的点拨基本上通了,所以说老师是功不可抹的.

总而言之,单片机课程设计对于我们有很大的帮助,我们从中受益匪浅.

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