中央處理器(CPU)是整個單片機的核心部件，是8位數據寬度的處理器，能處理8位二進制數據或代碼，CPU負責控制、指揮和調度整個單元系統協調的工作，完成運算和控制輸入輸出功能等操作。 （1）設計AT89S51的最小系統；
（2）LED顯示電路及與STC89S51接口，LED數碼塊顯示時、分、秒；
（3）時鐘調整電路及與STC89S51接口；
（4）電子時匯編鐘程序設計；
（5）基于Proteus的電子時鐘原理及仿真實現；
（6）電子時鐘實物制作；
（1）熟悉AT89C51內部定時器/計數器原理和應用，把理論加以實踐；
（2）了解使用單片機處理復雜邏輯的方法；
（3）掌握多位數碼動態顯示的方法；
（4）掌握多個按鍵的查詢和處理方法
（1）定時初值計算：
把定時器設為工作方式1，定時時間為62.5ms，則計數溢出16次即得時鐘計時最小單位秒。
假設使用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
采用中斷方式進行溢出次數累計,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值比較實現。
(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碼管上進行顯示，因此，在內部RAM中設置顯示緩沖區共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
靜態顯示：所謂靜態顯示，就是當顯示器顯示某一字符時，相應的發光二極管恒定的導通或截止。該方式每一位都需要一個8 位輸出口控制。靜態顯示時較小的電流能獲得較高的亮度，且字符不閃爍。但當所顯示的位數較多時，靜態顯示所需的I/O口太多，造成了資源的浪費。
動態顯示：所謂動態顯示，就是一位一位的輪流點亮各個位，對于顯示器的每一位來說，每隔一段時間點亮一次。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通電流有關，也于點亮時間與間隔時間的比例有關。調整參數可以實現較高穩定度的顯示。動態顯示節省了I/O口，降低了能耗。
從節省I/O口和降低能耗出發，本設計采用動態顯示。
電子鐘設置3個按鍵通過程序控制來完成電子鐘的時間調整。
K5鍵復位
K1鍵調整時；
K2鍵調整分；
K3鍵調整秒
K4鍵完成調整
本次課程設計的按鍵通過外接button開關，來實現單片機對所選取功能查詢。根據理論知識我們知道，機械開關可能存在噪音的干擾，導致對高低點位識別錯誤，這是此方案的漏洞。最好的是外加去抖電路，例如D觸發器，或者軟件去抖。但由于按鍵的功能是對時間的加一調整，系統對電位識別準確度要求不是很高，同時受制于實物的限制，所以本次設計仍然采用了鍵盤查詢。
2.1功能說明
（1）利用STC89C52單片機內部的定時/計數器、中斷系統、以及按鍵鍵盤和LED顯示器等部件，設計一個單片機電子時鐘。設計的電子時鐘通過數碼管顯示，并能通過按鍵實現設置時間和復位控制等。
（2）此外還要實現對時間的調整功能，89c52的P1.0、P1.1、P1.2、P1.3、RST外接五個獨立按鍵，當按下P1.0按鍵時，系統進入調時鐘加一的顯示功能；當按下P1.1按鍵時，系統進入分鐘加一顯示的功能；當按下P1.2按鍵時，系統進入秒針加一顯示功能，當按下P1.3按鍵時，系統進入完成設置，確認開始計時的顯示功能；當按下RST按鍵時，實現對電子時鐘進行復位的功能。
（3）整個系統采用應用廣泛的AT89S52作為時鐘控制芯片，利用單片機內部的定時器\計數器來實現的，它的處理過程如下：首先設定單片機內部的一個定時器\計數器工作于定時方式，對機器周期計數形成基準時間，然后用另一個定時器\計數器或軟件計數的方法對基準時間計數形成秒，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。然后通過數碼管把它們的內容在相應位置顯示出來即可。
（4）六位一體共陰數碼管是對實時時間以及所調整加一時間的顯示，采取的是動態顯示的方案，六位數碼管分別對應時鐘高低位、分鐘高低位、秒鐘高低位。
（3）在使用基于Proteus設計仿真使開發了硬件和軟件上的鬧鐘提醒功能，但考慮到STC89C51實物的按鍵位置和數量的限制，所以實物并沒有鬧鐘提醒功能，在此就不過多介紹。
三、電路設計
3.1電子鐘硬件總設計電路
.2CPU電路
中央處理器(CPU)是整個單片機的核心部件，是8位數據寬度的處理器，能處理8位二進制數據或代碼，CPU負責控制、指揮和調度整個單元系統協調的工作，完成運算和控制輸入輸出功能等操作。
圖3.2復位電路
3.3時鐘電路
如圖3.3所示，在內部方式時鐘電路中，必須在XTAL1和XTAL2引腳兩端跨接石英晶體振蕩器和兩個微調電容構成振蕩電路，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端送入內部時鐘電路，它將該振蕩信號二分頻，產生一個兩相時鐘信號P1和P2供單片機使用。時鐘信號的周期稱為狀態時間S，它是振蕩周期的2倍，P1信號在每個狀態的前半周期有效，在每個狀態的后半周期P2信號有效。CPU就是以兩相時鐘P1和P2為基本節拍協調單片機各部分有效工作的。
圖3.3晶振電路
3.4驅動電路
由于本次設計用到了六位一體的共陰數碼管，受制于P0口的帶負載能力，所以增加了74LS245芯片來提升帶負載能力。
圖3.41即為基于74LS245的驅動電路，圖3.42為74LS245的內部引腳以下列出其主要功能
當片選端/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；（發送）
當CE為高電平時，A、B均為高阻態。
圖3.41 74LS245內部結構 圖3.42驅動顯示電路3.5按鍵控制電路
如圖3.5所示，按鍵開關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用于確認完成時間校隊，開始計時。
圖3.5 按鍵電路
3.6 數碼管動態顯示電路
七段共陰數碼管顯示原理如圖3.61，數碼管首先從上到右，到下到左，到中間，最后到小數點分別標記為a b c d e f g dp八段其中小數點位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的段發光即可，一般的習慣是單片機的端口的 圖3.61七段數碼管原理
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,則最左邊的數碼管被選中；這時在字型口輸出該位要顯示的數字或字符的字型，亮1ms左右；接著位選選通另一位，其余位選關閉，字型口輸出該位要顯示的數字或字符的字型，雖然這時前一位位選已關閉，但基于眼睛的惰性，前一位顯示的數字或字型還留在眼中，依次一位位循環顯示下去，直至最后一位顯示完畢，一個動態掃描顯示結束。
由圖3.63，可見動態掃描顯示是在執行動態掃描顯示程序的。要連續顯示必須反復的去執行動態掃描顯示程序。一般可把動態掃描顯示編成個子程序，主程序反復去調用它。人眼的惰性有一定時間，一般10ms左右, 超過這一時間再去執行顯示程序，它就會閃爍，所以LED的位數不能太多
圖3.62 六位一體共陰數碼管
圖3.63為六位數碼管動態顯示原理框圖
圖3.61 數碼管動態顯示
四、模塊設計4.1程序設計流程
電子時鐘的軟件系統由主程序和子程序組成，主程序程序包含初始化參數設置、按鍵處理、數碼管顯示模塊等
（1）主程序
主程序先對顯示單元和定時器/計數器初始化，然后重復調用數碼管顯示模塊和按鍵處理模塊，當有鍵按下，則轉入相應的功能程序。主程序執行流程如圖4.11
5.1keil軟件仿真調試
（1）工程參數設置
用鼠標左鍵單擊主菜單Project一>Options forTarget'Targetl彈出工程參數設置對話框。關于工程參數設置的內容很多，篇幅所限，這里僅介紹通常需要設置的三個參數：
設置CPU型號。前面已經進行了設置。
在設置對話框的"Target"標簽下"Xtal(Mhz)"處輸入單片機的晶振
（2）編譯源文件
鼠標左鍵單擊主菜單Project一>Built target或快捷按鈕編譯文件。若有語法錯誤，輸出窗口將有相應提示信息。
雙擊提示信息行，光標會停留在源程序出錯處。在此次程序設計中，經檢查發現：程序3條LCALL指令被錯誤輸入成了LCAAL.用戶可根據提示修改源程序，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行。還需要對其邏輯功能進行調試。Keil軟件具有很強的軟件仿真功能。
鼠標左擊主菜單Debug一>Sta№top DebugSession子菜單或調試/編輯模式切換按鈕。進入調試程序工作模式，軟件窗口如圖5所示。重復點擊該按鈕可以實現在編輯模式和調試模式之間進行切換。
調試程序時的程序運行控制按鈕從左到右依次為復位、連續運行，暫停、單步、過程單步、執行完當前子程序、運行到光標當前行。復位按鈕模擬芯片的復位，它將使程序回到最開頭處執行。當程序處于停止狀態時復位才有效，程序處于運行狀態時停止按鈕才有效。
5.2 Proteus仿真調試
(1)電路連接故障分析
Proteus的連線功能很強，如可以雙擊左鍵重復上次連線，雙擊右鍵刪除連線等。在連線過程中就出現了本以為連接上的節點，實際上卻沒有連接的問題，經分析發現連接上的點會有連接點出現，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，可采用網絡標號連接，但在標號連接時，要切記標號要易于區分，相同端口的標號一定要相同，連接過程中就有因為標號連接重復的問題，而導致數碼管顯示亂碼的問題。在調試的時候可以通過觀察仿真的電位，紅點為高電平、藍點為低電平，或者添加電位計，例如在數碼管顯示，送位選碼時就發現有一位未被選中，故立即調整位選碼RR程序代碼。
（2）仿真結果分析
電子時鐘主要的設計要求是能夠實現時鐘的一般功能，以及包括時間的調整功能，這個基于單片機的電子時鐘基本上實現了上述功能，能夠通過時間調整電路對時間進行調整以及復位，24小時計滿后能自動清零。
啟動仿真結果5.21
圖5.21啟動仿真結果
正常計時仿真結果如圖5.22
圖5.2 正常計時仿真結果
5.3 實物運行測試
在確認程序的調試和仿真結果的無誤后，根據清翔電子STC89C51所給的版本電路原理圖，進一步調整送顯和按鍵查詢程序，根據實際情況表明，時、分、秒的調整校對功能均為正常，設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現。唯一不足的是計時精度有待提高，通過走時結果的實際情況和手機走時結果發現大概一個小時會慢1min左右。如圖5.31上電復位運行結果，5.32為正常走時結果
圖5.31上電復位運行結果
圖5.31 正常走時結果
6.1心得感悟
單片機作為我們主要的專業課程之一，我覺得單片機課程設計很有必要，而且很有意義。但當拿到題目時，確實不知道怎么著手，有些迷茫，上網查資料，問同學，在同學的幫助下，歷時一個星期，解決一個又一個的困難，終于完成任務。
在這次課程設計中，運用到了很多以前的專業知識，雖然過去從未獨立應用過它們，但在學習的過程中帶著問題去學我發現效率很高，這是我做這次課程設計的一大收獲。另外，要做好一個課程設計，就必須做到：在設計程序之前，對所用單片機的內部結構有一個系統的了解，知道該單片機內有哪些資源；要有一個清晰的思路和一個完整的的軟件流程圖；在設計程序時，不能妄想一次就將整個程序設計好，反復修改、不斷改進是程序設計的必經之路；要養成注釋程序的好習慣，一個程序的完美與否不僅僅是實現功能，而應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；在設計課程過程中遇到問題是很正常的，但我們應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計結束了，但是從中學到的知識會讓我受益終身。發現、提出、分析、解決問題和實踐能力的提高都會受益于我在以后的學習、工作和生活中。設計過程，好比是我們人類成長的歷程，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。在設計的過程中發現了自己的不足之處，對以前所學過的知識理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固，不能靈活運用。
通過這次設計，我懂得了學習的重要性，了解到理論知識與實踐相結合的重要意義，學會了堅持、耐心和努力，這將為自己今后的學習和工作做出了最好的榜樣。另外，要非常感謝我的指導老師，是她指引我克服一個由一個的困難，讓我學會對困難無所畏懼，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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