（1）設(shè)計AT89S51的最小系統(tǒng)；

（2）LED顯示電路及與STC89S51接口，LED數(shù)碼塊顯示時、分、秒；

（3）時鐘調(diào)整電路及與STC89S51接口；

（4）電子時匯編鐘程序設(shè)計；

（5）基于Proteus的電子時鐘原理及仿真實(shí)現(xiàn)；

（6）電子時鐘實(shí)物制作；

（1）熟悉AT89C51內(nèi)部定時器/計數(shù)器原理和應(yīng)用，把理論加以實(shí)踐；

（2）了解使用單片機(jī)處理復(fù)雜邏輯的方法；

（3）掌握多位數(shù)碼動態(tài)顯示的方法；

（4）掌握多個按鍵的查詢和處理方法

（1）定時初值計算：

把定時器設(shè)為工作方式1，定時時間為62.5ms，則計數(shù)溢出16次即得時鐘計時最小單位秒。

假設(shè)使用T/C0，方式1，50ms定時，fosc=12MHz。

則初值X滿足（2^16-X）×1/12MHz×12μs =62.5ms

X=3036→101111011100→0BDCH

采用中斷方式進(jìn)行溢出次數(shù)累計,計滿16次為秒計時（1秒）

從秒到分和從分到時的計時是通過累加和數(shù)值比較實(shí)現(xiàn)。

(2)電子鐘的時間顯示方案選擇:

電子鐘的時鐘時間在六位數(shù)碼管上進(jìn)行顯示，因此，在內(nèi)部RAM中設(shè)置顯示緩沖區(qū)共8個單元。

LED8 LED7 LED6 LED5 LED4 LED3 LED2 LED1

無 無 7EH 7DH 7CH 7BH 7AH 79

時十位 時個位 分十位 分個位 秒十位 秒個位

靜態(tài)顯示：所謂靜態(tài)顯示，就是當(dāng)顯示器顯示某一字符時，相應(yīng)的發(fā)光二極管恒定的導(dǎo)通或截止。該方式每一位都需要一個8 位輸出口控制。靜態(tài)顯示時較小的電流能獲得較高的亮度，且字符不閃爍。但當(dāng)所顯示的位數(shù)較多時，靜態(tài)顯示所需的I/O口太多，造成了資源的浪費(fèi)。

動態(tài)顯示：所謂動態(tài)顯示，就是一位一位的輪流點(diǎn)亮各個位，對于顯示器的每一位來說，每隔一段時間點(diǎn)亮一次。利用人的視覺暫留功能可以看到整個顯示，但必須保證掃描速度足夠快，字符才不閃爍。顯示器的亮度既與導(dǎo)通電流有關(guān)，也于點(diǎn)亮?xí)r間與間隔時間的比例有關(guān)。調(diào)整參數(shù)可以實(shí)現(xiàn)較高穩(wěn)定度的顯示。動態(tài)顯示節(jié)省了I/O口，降低了能耗。

從節(jié)省I/O口和降低能耗出發(fā)，本設(shè)計采用動態(tài)顯示。

電子鐘設(shè)置3個按鍵通過程序控制來完成電子鐘的時間調(diào)整。

K5鍵復(fù)位

K1鍵調(diào)整時；

K2鍵調(diào)整分；

K3鍵調(diào)整秒

K4鍵完成調(diào)整

本次課程設(shè)計的按鍵通過外接button開關(guān)，來實(shí)現(xiàn)單片機(jī)對所選取功能查詢。根據(jù)理論知識我們知道，機(jī)械開關(guān)可能存在噪音的干擾，導(dǎo)致對高低點(diǎn)位識別錯誤，這是此方案的漏洞。最好的是外加去抖電路，例如D觸發(fā)器，或者軟件去抖。但由于按鍵的功能是對時間的加一調(diào)整，系統(tǒng)對電位識別準(zhǔn)確度要求不是很高，同時受制于實(shí)物的限制，所以本次設(shè)計仍然采用了鍵盤查詢。

2.1功能說明

（1）利用STC89C52單片機(jī)內(nèi)部的定時/計數(shù)器、中斷系統(tǒng)、以及按鍵鍵盤和LED顯示器等部件，設(shè)計一個單片機(jī)電子時鐘。設(shè)計的電子時鐘通過數(shù)碼管顯示，并能通過按鍵實(shí)現(xiàn)設(shè)置時間和復(fù)位控制等。

（2）此外還要實(shí)現(xiàn)對時間的調(diào)整功能，89c52的P1.0、P1.1、P1.2、P1.3、RST外接五個獨(dú)立按鍵，當(dāng)按下P1.0按鍵時，系統(tǒng)進(jìn)入調(diào)時鐘加一的顯示功能；當(dāng)按下P1.1按鍵時，系統(tǒng)進(jìn)入分鐘加一顯示的功能；當(dāng)按下P1.2按鍵時，系統(tǒng)進(jìn)入秒針加一顯示功能，當(dāng)按下P1.3按鍵時，系統(tǒng)進(jìn)入完成設(shè)置，確認(rèn)開始計時的顯示功能；當(dāng)按下RST按鍵時，實(shí)現(xiàn)對電子時鐘進(jìn)行復(fù)位的功能。

（3）整個系統(tǒng)采用應(yīng)用廣泛的AT89S52作為時鐘控制芯片，利用單片機(jī)內(nèi)部的定時器\計數(shù)器來實(shí)現(xiàn)的，它的處理過程如下：首先設(shè)定單片機(jī)內(nèi)部的一個定時器\計數(shù)器工作于定時方式，對機(jī)器周期計數(shù)形成基準(zhǔn)時間，然后用另一個定時器\計數(shù)器或軟件計數(shù)的方法對基準(zhǔn)時間計數(shù)形成秒，秒計60次形成分，分計60次形成小時，小時計24次則計滿一天，上述時分秒計滿即清零。然后通過數(shù)碼管把它們的內(nèi)容在相應(yīng)位置顯示出來即可。

（4）六位一體共陰數(shù)碼管是對實(shí)時時間以及所調(diào)整加一時間的顯示，采取的是動態(tài)顯示的方案，六位數(shù)碼管分別對應(yīng)時鐘高低位、分鐘高低位、秒鐘高低位。

（3）在使用基于Proteus設(shè)計仿真使開發(fā)了硬件和軟件上的鬧鐘提醒功能，但考慮到STC89C51實(shí)物的按鍵位置和數(shù)量的限制，所以實(shí)物并沒有鬧鐘提醒功能，在此就不過多介紹。

3.1電子鐘硬件總設(shè)計電路

.2CPU電路

中央處理器(CPU)是整個單片機(jī)的核心部件，是8位數(shù)據(jù)寬度的處理器，能處理8位二進(jìn)制數(shù)據(jù)或代碼，CPU負(fù)責(zé)控制、指揮和調(diào)度整個單元系統(tǒng)協(xié)調(diào)的工作，完成運(yùn)算和控制輸入輸出功能等操作。

圖3.2復(fù)位電路

3.3時鐘電路

如圖3.3所示，在內(nèi)部方式時鐘電路中，必須在XTAL1和XTAL2引腳兩端跨接石英晶體振蕩器和兩個微調(diào)電容構(gòu)成振蕩電路，通常C1和C2一般取22pF，晶振的頻率取值在1.2MHz～12MHz之間。對于外接時鐘電路，要求XTAL1接地，XTAL2腳接外部時鐘，對于外部時鐘信號并無特殊要求，只要保證一定的脈沖寬度，時鐘頻率低于12MHz即可。晶體振蕩器的振蕩信號從XTAL2端送入內(nèi)部時鐘電路，它將該振蕩信號二分頻，產(chǎn)生一個兩相時鐘信號P1和P2供單片機(jī)使用。時鐘信號的周期稱為狀態(tài)時間S，它是振蕩周期的2倍，P1信號在每個狀態(tài)的前半周期有效，在每個狀態(tài)的后半周期P2信號有效。CPU就是以兩相時鐘P1和P2為基本節(jié)拍協(xié)調(diào)單片機(jī)各部分有效工作的。

圖3.3晶振電路

3.4驅(qū)動電路

由于本次設(shè)計用到了六位一體的共陰數(shù)碼管，受制于P0口的帶負(fù)載能力，所以增加了74LS245芯片來提升帶負(fù)載能力。

圖3.41即為基于74LS245的驅(qū)動電路，圖3.42為74LS245的內(nèi)部引腳以下列出其主要功能

當(dāng)片選端/CE低電平有效時

DIR=“0”，信號由B向A傳輸;（接收）

DIR=“1”，信號由A向B傳輸；（發(fā)送）

當(dāng)CE為高電平時，A、B均為高阻態(tài)。

        圖3.41 74LS245內(nèi)部結(jié)構(gòu)              圖3.42驅(qū)動顯示電路

3.5按鍵控制電路

如圖3.5所示，按鍵開關(guān)K1、K2、K3、K4分別接P1.0、P1.1、P1.2

P1.3端，K1、K2、K3分別選擇對時、分、秒自加，低電平有效,K4用于確認(rèn)完成時間校隊(duì)，開始計時。

圖3.5 按鍵電路

3.6 數(shù)碼管動態(tài)顯示電路

七段共陰數(shù)碼管顯示原理如圖3.61，數(shù)碼管首先從上到右，到下到左，到中間，最后到小數(shù)點(diǎn)分別標(biāo)記為a b c d e f g dp八段其中小數(shù)點(diǎn)位DP為最高位，a段為最低位，要想顯示什么字符只需要使對應(yīng)的段發(fā)光即可，一般的習(xí)慣是單片機(jī)的端口的     圖3.61七段數(shù)碼管原理

最低位接a段，次低位接b段，...最高位（如p0.7）接dp，顯示碼從高往低表示為為 dp g f e d c b a如要顯示“1”，只需要將b、c段點(diǎn)亮即可，若是共陰極，片選是低電平選中，某一段輸出高電平點(diǎn)亮，即顯示碼為00000110 即0x06，其他的依照該方法類推。

對圖3.62六位一體的共陰數(shù)碼管，某一時刻位選通其中一位，如P2口送出位信號如20H，則P2.5為1，其余位選位均為0,則最左邊的數(shù)碼管被選中；這時在字型口輸出該位要顯示的數(shù)字或字符的字型，亮1ms左右；接著位選選通另一位，其余位選關(guān)閉，字型口輸出該位要顯示的數(shù)字或字符的字型，雖然這時前一位位選已關(guān)閉，但基于眼睛的惰性，前一位顯示的數(shù)字或字型還留在眼中，依次一位位循環(huán)顯示下去，直至最后一位顯示完畢，一個動態(tài)掃描顯示結(jié)束。

由圖3.63，可見動態(tài)掃描顯示是在執(zhí)行動態(tài)掃描顯示程序的。要連續(xù)顯示必須反復(fù)的去執(zhí)行動態(tài)掃描顯示程序。一般可把動態(tài)掃描顯示編成個子程序，主程序反復(fù)去調(diào)用它。人眼的惰性有一定時間，一般10ms左右,  超過這一時間再去執(zhí)行顯示程序，它就會閃爍，所以LED的位數(shù)不能太多

圖3.62 六位一體共陰數(shù)碼管

圖3.63為六位數(shù)碼管動態(tài)顯示原理框圖

圖3.61 數(shù)碼管動態(tài)顯示

4.1程序設(shè)計流程

電子時鐘的軟件系統(tǒng)由主程序和子程序組成，主程序程序包含初始化參數(shù)設(shè)置、按鍵處理、數(shù)碼管顯示模塊等

（1）主程序

主程序先對顯示單元和定時器/計數(shù)器初始化，然后重復(fù)調(diào)用數(shù)碼管顯示模塊和按鍵處理模塊，當(dāng)有鍵按下，則轉(zhuǎn)入相應(yīng)的功能程序。主程序執(zhí)行流程如圖4.11

5.1keil軟件仿真調(diào)試

（1）工程參數(shù)設(shè)置

用鼠標(biāo)左鍵單擊主菜單Project一>Options forTarget'Targetl彈出工程參數(shù)設(shè)置對話框。關(guān)于工程參數(shù)設(shè)置的內(nèi)容很多，篇幅所限，這里僅介紹通常需要設(shè)置的三個參數(shù)：

設(shè)置CPU型號。前面已經(jīng)進(jìn)行了設(shè)置。

在設(shè)置對話框的"Target"標(biāo)簽下"Xtal(Mhz)"處輸入單片機(jī)的晶振

（2）編譯源文件

鼠標(biāo)左鍵單擊主菜單Project一>Built target或快捷按鈕編譯文件。若有語法錯誤，輸出窗口將有相應(yīng)提示信息。

雙擊提示信息行，光標(biāo)會停留在源程序出錯處。在此次程序設(shè)計中，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)：程序3條LCALL指令被錯誤輸入成了LCAAL.用戶可根據(jù)提示修改源程序，然后再次編譯。注意。Keil具有語法檢查功能，源程序中正確的指令關(guān)鍵詞將變顏色，沒變色的為輸入錯誤，方便用戶查找語法錯誤。

（3）調(diào)試程序

源程序編譯通過，表明語法正確，卻并不能保證該程序能夠正確運(yùn)行。還需要對其邏輯功能進(jìn)行調(diào)試。Keil軟件具有很強(qiáng)的軟件仿真功能。

鼠標(biāo)左擊主菜單Debug一>Sta№top DebugSession子菜單或調(diào)試/編輯模式切換按鈕。進(jìn)入調(diào)試程序工作模式，軟件窗口如圖5所示。重復(fù)點(diǎn)擊該按鈕可以實(shí)現(xiàn)在編輯模式和調(diào)試模式之間進(jìn)行切換。

調(diào)試程序時的程序運(yùn)行控制按鈕從左到右依次為復(fù)位、連續(xù)運(yùn)行，暫停、單步、過程單步、執(zhí)行完當(dāng)前子程序、運(yùn)行到光標(biāo)當(dāng)前行。復(fù)位按鈕模擬芯片的復(fù)位，它將使程序回到最開頭處執(zhí)行。當(dāng)程序處于停止?fàn)顟B(tài)時復(fù)位才有效，程序處于運(yùn)行狀態(tài)時停止按鈕才有效。

5.2 Proteus仿真調(diào)試

(1)電路連接故障分析

Proteus的連線功能很強(qiáng)，如可以雙擊左鍵重復(fù)上次連線，雙擊右鍵刪除連線等。在連線過程中就出現(xiàn)了本以為連接上的節(jié)點(diǎn)，實(shí)際上卻沒有連接的問題，經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)連接上的點(diǎn)會有連接點(diǎn)出現(xiàn)，及時糾正了錯誤。又例如在某些不易連接且需要較長的線路連接端口，可采用網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號連接，但在標(biāo)號連接時，要切記標(biāo)號要易于區(qū)分，相同端口的標(biāo)號一定要相同，連接過程中就有因?yàn)闃?biāo)號連接重復(fù)的問題，而導(dǎo)致數(shù)碼管顯示亂碼的問題。在調(diào)試的時候可以通過觀察仿真的電位，紅點(diǎn)為高電平、藍(lán)點(diǎn)為低電平，或者添加電位計，例如在數(shù)碼管顯示，送位選碼時就發(fā)現(xiàn)有一位未被選中，故立即調(diào)整位選碼RR程序代碼。

（2）仿真結(jié)果分析

電子時鐘主要的設(shè)計要求是能夠?qū)崿F(xiàn)時鐘的一般功能，以及包括時間的調(diào)整功能，這個基于單片機(jī)的電子時鐘基本上實(shí)現(xiàn)了上述功能，能夠通過時間調(diào)整電路對時間進(jìn)行調(diào)整以及復(fù)位，24小時計滿后能自動清零。

啟動仿真結(jié)果5.21

圖5.21啟動仿真結(jié)果

正常計時仿真結(jié)果如圖5.22

圖5.2 正常計時仿真結(jié)果

5.3 實(shí)物運(yùn)行測試

在確認(rèn)程序的調(diào)試和仿真結(jié)果的無誤后，根據(jù)清翔電子STC89C51所給的版本電路原理圖，進(jìn)一步調(diào)整送顯和按鍵查詢程序，根據(jù)實(shí)際情況表明，時、分、秒的調(diào)整校對功能均為正常，設(shè)置完成按鍵也能對所校對時間開啟計時，故基本功能都正常實(shí)現(xiàn)。唯一不足的是計時精度有待提高，通過走時結(jié)果的實(shí)際情況和手機(jī)走時結(jié)果發(fā)現(xiàn)大概一個小時會慢1min左右。如圖5.31上電復(fù)位運(yùn)行結(jié)果，5.32為正常走時結(jié)果

圖5.31上電復(fù)位運(yùn)行結(jié)果

圖5.31 正常走時結(jié)果

6.1心得感悟

單片機(jī)作為我們主要的專業(yè)課程之一，我覺得單片機(jī)課程設(shè)計很有必要，而且很有意義。但當(dāng)拿到題目時，確實(shí)不知道怎么著手，有些迷茫，上網(wǎng)查資料，問同學(xué)，在同學(xué)的幫助下，歷時一個星期，解決一個又一個的困難，終于完成任務(wù)。

在這次課程設(shè)計中，運(yùn)用到了很多以前的專業(yè)知識，雖然過去從未獨(dú)立應(yīng)用過它們，但在學(xué)習(xí)的過程中帶著問題去學(xué)我發(fā)現(xiàn)效率很高，這是我做這次課程設(shè)計的一大收獲。另外，要做好一個課程設(shè)計，就必須做到：在設(shè)計程序之前，對所用單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)有一個系統(tǒng)的了解，知道該單片機(jī)內(nèi)有哪些資源；要有一個清晰的思路和一個完整的的軟件流程圖；在設(shè)計程序時，不能妄想一次就將整個程序設(shè)計好，反復(fù)修改、不斷改進(jìn)是程序設(shè)計的必經(jīng)之路；要養(yǎng)成注釋程序的好習(xí)慣，一個程序的完美與否不僅僅是實(shí)現(xiàn)功能，而應(yīng)該讓人一看就能明白你的思路，這樣也為資料的保存和交流提供了方便；在設(shè)計課程過程中遇到問題是很正常的，但我們應(yīng)該將每次遇到的問題記錄下來，并分析清楚，以免下次再碰到同樣的問題的課程設(shè)計結(jié)束了，但是從中學(xué)到的知識會讓我受益終身。發(fā)現(xiàn)、提出、分析、解決問題和實(shí)踐能力的提高都會受益于我在以后的學(xué)習(xí)、工作和生活中。設(shè)計過程，好比是我們?nèi)祟惓砷L的歷程，常有一些不如意，但畢竟這是第一次做，難免會遇到各種各樣的問題。在設(shè)計的過程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，對以前所學(xué)過的知識理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固，不能靈活運(yùn)用。

通過這次設(shè)計，我懂得了學(xué)習(xí)的重要性，了解到理論知識與實(shí)踐相結(jié)合的重要意義，學(xué)會了堅持、耐心和努力，這將為自己今后的學(xué)習(xí)和工作做出了最好的榜樣。另外，要非常感謝我的指導(dǎo)老師，是她指引我克服一個由一個的困難，讓我學(xué)會對困難無所畏懼，以及對問題的一些很重要的思考方法。

我學(xué)會對困難無所畏懼，以及對問題的一些很重要的思考方法

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