单片机

湖南科技大学信息与电气工程学院《课程设计报告》题目：多功能数字时钟专业：通信工程班级：一班姓名：徐升炜学号： 1254040128指导教师：尹艳群2015年 6 月 23 日信息与电气工程学院课程设计任务书2014—2015 学年第二学期专业：通信工程班级：一班学号： 1254040128 姓名：徐升炜课程设计名称：单片机课程设计设计题目：多功能数字时钟完成期限：自 2015 年 6 月 8 日至 2015 年 6 月 19 日共 2 周设计依据、要求及主要内容（可另加附页）：一、设计依据本方案以STC15F2K60S2单片机作为主控核心，与时钟芯片、LED显示、按键等模块组成硬件系统，通过《单片机原理与应用》这门课的课程设计，学生应能对STC15系列单片机有一个全面的认识，掌握以STC15系列单片机为核心的电子电路的设计方法和应用技术。

二、要求（1）利用STC15F2K60S2单片机作为主控器组成一个电子日历和电子钟。

（2）利用LED分别显示当前时间和日历。

（3）利用尽可能少的开关实现：校正日历和时间（4）定制闹钟（时、分、表）三、设计内容该课程设计是利用STC15F2K60S2单片机内容的定时/计数器、中断系统、以及行列键盘和LED显示器等部件，设计一个单片机电子时钟。

设计的电子时钟通过数码管显示，并通过按键实现时间和暂停、启动控制等。

我们选择的方法是单片机开发设计使用的传统方法，通过本次设计，可以了解整个单片机开发的流程。

文章首先介绍了单片机的基本知识，然后同时给出了框图，流程图等。

论文涵盖了从需求分析，系统设计，编程，原理图等产品开发的基本过程。

近几年，单片机在各个领域得到广泛的应用。

从工业到人们的日常生活，大部分的科技产品都是通过单片机来控制。

在它问世之前，自动控制设备不能被广泛的应用，这是因为控制设备的体积庞大，耗电量大，价格昂贵。

在第一台微处理器成功研制不久，第一个单片机就问世了。

因为其小巧的体积，低功耗，以及高效的性能，单片机受到了大家的欢迎。

指导教师（签字）：批准日期：年月日摘要随着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。

高精度的计时工具大多数都使用了石英晶体振荡器，由于电子钟石晶表石英钟都采用了石英技术，因此走时精度高，稳定性好，使用方便；另一方面《单片机微机原理与接口技术》是一门实践性很强的的课程，只靠短短的课堂教学，学生只能略懂一些肤浅的表面知识，通过课程设计，学生亲自动手去做，在发现问题和解决问题中，才能够更好的理解《单片机微机原理与接口技术》的理论知识，提干我们的知识运用能力和实验技术，增强实践能力，为我们将来在技术领域的发展奠定了一定的实践基础。

本次电子技术基础课程设计选题是数字钟的设计。

主要原理是由晶体振荡电路产生多谐振荡，经过分频器分频后输出稳定的秒脉冲，作为时间基准。

秒计数器满60向分计数器进位，分计数器满60向小时计数器进位，小时计数器以24为一个周期，并实现小时高位具有零熄灭的功能。

计数器的输出经译码器送到显示器，可在相应位置正确显示时、分、秒。

计时出现误差或者调整时间可以用校时电路进行时、分的调整。

目录1.设计的任务与要求 (5)1.1数字钟的设计目的: (5)1.2数字钟的设计要求 (5)1.3数字电子钟的基本原理 (5)2．电路仿真与设计 (6)2.1系统设计框图 (6)2.2单元模块设计 (7)2.2.1 74LHC595芯片 (7)2.2.2 数码管驱动 (7)2.2.3 行列式按键 (8)2.2.4电子日历主芯片STC15F2K60S2 (9)2.2.5综合框图 (9)3.程序设计 (10)4．课程设计心得体会 (19)5．参考资料 (20)1.设计的任务与要求1.1数字钟的设计目的:（1) 掌握数字电子钟的设计方法和制作过程。

（2）掌握常用数字集成电路的功能和使用。

（3）了解各芯片的逻辑功能、引脚安排和使用方法。

（4）掌握计数器相互级联的方法。

（5）学会用仿真软件对设计的原理图进行仿真。

1.2数字钟的设计要求：（1）利用STC15F2K60S2单片机作为主控器组成一个电子日历和电子钟。

（2）利用LED分别显示当前时间和日历。

（3）利用尽可能少的开关实现：校正日历和时间（4）定制闹钟（时、分、表）1.3数字电子钟的基本原理：单片机先通过了STC15F2K60S2主芯片，再通过74LHC595寄存器驱动时钟屏幕，，芯片驱动方式则是并行驱动，这样可以避免每次传送新的显示数据时，都需要从头到尾传送 24 个笔段数据。

目前的传送方式可以只是传送已经变化了的显示数据。

晶体频率使用的是 32768HZ，这种低频率时基，对掉电保护的电池耗电关系极大，STC15F2K60S2单片机具有的实时时钟的功能，大大方便了电路设计。

按照常规，在如此低的频率下，对单片机的指令执行速度会有矛盾，但是，这种单片机却能够让程序运行时使用“内部RC ”振荡频率而仅仅是时钟部分使用 32768HZ频率，这样，就可以选择“内部RC”高达数 MHZ 的指令运行频率而不用理会时钟走时频率，两者依靠这种特有的“RTC”功能获得了很理想的配合。

当进入电池掉电保护的时候，可以令电池耗电维持在仅仅数十 uA 的水平，一只 60mAh的掉电保护电池，就可以让掉电保护时间长达几个月之久！进入掉电保护后，屏幕不显示，所有按钮和控制功能暂时失效，仅仅实时时钟仍然继续走时。

当外部主电源恢复供电后，所有功能自动恢复，实时时钟无需调整。

单片机的 15P是复位引脚，当上电时或者程序运行发生异常时，可以通过此引脚让程序重新运行。

但是，一般地，单片机本身具有“看门狗”自动复位功能，可以快速地自动对程序运行异常进行复位，人们几乎觉察不到它的复位影响。

单片机的 10P 引脚安排为专门检测外部供电是否正常，当外部 5V供电掉电后，单片机将立即进入掉电保护状态，而在电路中电源能量还没有完全消耗尽之前，程序也必须抢先对各个端口进行配置，以便进入低电源消耗状态。

电路图中有两个输出端口，一个是“睡眠”控制输出端口，它只有在开始倒计时的时候才会输出高电平；另一个时“定时”输出端口，它只有在到达定时时间的时候才会输出高电平。

合理地利用这两个输出，就能够安排一些简单的自动控制，例如，可以利用“睡眠”的倒计时功能来给电孵化行业的“自动翻蛋”使用，利用“定时”功能来作为一只“电子闹钟”等等。

电路中，屏幕的公共引脚接有一只 NPN小功率三极管，这主要是在单片机对 74LHC595 传送数据时，临时关闭显示屏幕的供电以免产生“鬼影”，同时，在掉电保护时则可以完全关闭屏幕的供电。

单片机预留了两个端口没有使用，这里可以在将来安排外接电存储器，以便派生例如电子打铃仪或者多次定时数据存储，成为功能更加丰富的时钟品种。

各个按钮的使用说明：(请参考印刷板图)。

各按键在印刷板上的编号与单片机芯片引脚和功能关系，请参考下面表格。

其中，标注“G”的焊盘是电路供电的参考点，即 5V电源的负极，俗称“地线”。

所有按键都是需要与这个“G”接通的时候（需要串入 1K 左右电阻），该按键才算是“被按下”。

当这个“G”引出到按键板时，需要在它上面串接一只 1K左右的电阻，不要直接让其与各按键引脚直接“短接”，以防止芯片内部引脚损坏。

2．电路仿真与设计2.1系统设计框图2.2单元模块设计2.2.1 74LHC595芯片这是由两片74Lhc595连接成的60进制计数器他们都是工作在置数方式，低位是连接成为一个十进制计数器，它的clk端接的是低位的进位脉冲。

高位接成了六进制计数器。

当输出端为0101的时候在下个时钟的上升沿把数据置数成0000 这样就形成了6进制计数器，连个级联就成为了60进制计数器，分别可以作为秒和分记时。

24进制计数器的个位也是用置数法连接成了十进制计数器。

74LHC595的两个输入引脚接到了十位的Q1和个位的Q2 上输出引脚接到了电路板上所有161芯片的Rest端。

也就是说当十位为0010个位为0100的时候（24）使所有161复位归0。

完成24进制计数。

2.2.2数码管驱动数码管驱动电路时由DPY组成，它能将161输出的标准BCD码变换成驱动七段数码管所需的信号。

上面的200欧电阻是为数码管限流用的，防止由于电流太大损坏主芯片2.2.3行列式按键键盘分编码键盘和非编码键盘，键盘上闭合键的识别由专用的硬件编码器实现，并产生按键编码号或键值的称为编码键盘，如计算机键盘。

而靠软件编程来识别的称为非编码键盘，在单片机组成的各种系统中，用的最多的是非编码键盘，也有用到编码键盘的，我们这里用的就是非编码键盘。

如图2键盘图所示，当按钮按下时；端口会变成低电平，我们设计一段扫描程序来判断那个端口是低电平来判断是否有按键按下。

2.2.4电子日历主芯片STC15F2K60S22.2.5综合框图3.程序设计#define MAIN_Fosc 22118400L#include "STC15Fxxxx.H"#define Timer0_Reload (65536UL -(MAIN_Fosc / 1000))#define DIS_DOT 0x20#define DIS_BLACK 0x10#define DIS_ 0x11u8 code t_display[]={// 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B CD E F0x3F,0x06,0x5B,0x4F,0x66,0x6D,0x7D,0x07,0x7F,0x6F,0x77,0x7C,0x39,0x5E,0x79,0x71,//black - H J K L N o P U t G Q r M y0x00,0x40,0x76,0x1E,0x70,0x38,0x37,0x5C,0x73,0x3E,0x78,0x3d,0x67,0x50 ,0x37,0x6e,0xBF,0x86,0xDB,0xCF,0xE6,0xED,0xFD,0x87,0xFF,0xEF,0x46 };u8 code T_COM[]={0x01,0x02,0x04,0x08,0x10,0x20,0x40,0x80};sbit P_HC595_SER = P4^0; //pin 14 SER data inputsbit P_HC595_RCLK = P5^4; //pin 12 RCLk store (latch) clock sbit P_HC595_SRCLK = P4^3; //pin 11 SRCLK Shift data clocku8 LED8[8];u8 display_index;bit B_1ms;u8 hour,minute,second;u8 hour1,minute1,second1;u16 year,month,day;u16 msecond;u8 KeyCode;u8 cnt10ms;u8 IO_KeyState, IO_KeyState1, IO_KeyHoldCnt;u8 cnt50ms;u8 m;void IO_KeyScan(void); //50ms callvoid DisplayRTC(void){if(m==0) //{if(hour >= 10) LED8[0] = hour / 10;else LED8[0] = DIS_BLACK;LED8[1] = hour % 10;LED8[2] = DIS_;LED8[3] = minute / 10;LED8[4] = minute % 10;LED8[5] = DIS_;LED8[6] = second / 10;LED8[7] = second % 10;}else if(m==1){LED8[0]=2;LED8[1]=0;LED8[2]=year/10;LED8[3]=year%10;LED8[4]=month/10;LED8[5]=month%10;LED8[6] = day / 10;LED8[7] = day % 10;}else if(m==2){if(hour >= 10) LED8[0] = hour1 / 10;else LED8[0] = DIS_BLACK;LED8[1] = hour1 % 10;LED8[2] = DIS_;LED8[3] = minute1 / 10;LED8[4] = minute1 % 10;LED8[5] = DIS_;LED8[6] = second1 / 10;LED8[7] = second1 % 10;}if(hour==hour1)if(minute==minute1)if(second==second1){P17=P16=P47=P46=0;}}void RTC(void){if(++second >= 60){second = 0;if(++minute >= 60){minute = 0;if(++hour >= 24){hour = 0;day++;if(day>30){day=0;month++;if(month>12){month=0;year++;}}}}}}void main(void){u8 i,k;P0M1 = 0; P0M0 = 0;P1M1 = 0; P1M0 = 0;P2M1 = 0; P2M0 = 0;P3M1 = 0; P3M0 = 0;P4M1 = 0; P4M0 = 0;P5M1 = 0; P5M0 = 0;P6M1 = 0; P6M0 = 0;P7M1 = 0; P7M0 = 0;AUXR = 0x80; //Timer0 set as 1T, 16 bits timer auto-reload, TH0 = (u8)(Timer0_Reload / 256);TL0 = (u8)(Timer0_Reload % 256);ET0 = 1; //Timer0 interrupt enableTR0 = 1; //Tiner0 runEA = 1;display_index = 0;hour = 11;minute = 59;second = 58;hour1 = 11;minute1 = 59;second1 = 58;year = 15;month = 6;day = 19;m=0;RTC();DisplayRTC();// for(i=0; i<8; i++) LED8[i] = DIS_BLACK;for(i=0; i<8; i++) LED8[i] = i;k = 0;KeyCode = 0;cnt10ms = 0;IO_KeyState = 0;IO_KeyState1 = 0;IO_KeyHoldCnt = 0;cnt50ms = 0;while(1){if(B_1ms){B_1ms = 0;if(++msecond >= 1000){msecond = 0;RTC();DisplayRTC();}if(++cnt50ms >= 50){cnt50ms = 0;IO_KeyScan();}if(KeyCode > 0){if(KeyCode == 17) //hour +1{if(m==0){if(++hour >= 24) hour = 0;}else if(m==1){if(++year>=100)year=0;}else if(m==2){if(++hour1 >= 24) hour1 = 0;}DisplayRTC();}if(KeyCode == 18) //hour -1{if(m==0){if(--hour >= 24) hour = 23;}else if(m==1){if(--year>=100)year=99;}else if(m==2){if(--hour1 >= 24) hour1 = 23;}DisplayRTC();}if(KeyCode == 19) //minute +1{if(m==0){second = 0;if(++minute >= 60) minute = 0;}else if(m==1){month++;if(month>=30)month=0;}else if(m==2){if(++minute1 >= 60) minute1 = 0;}DisplayRTC();}if(KeyCode == 20) //minute -1{if(m==0){second = 0;if(--minute >= 60) minute = 59;}else if(m==1){month--;if(month>30)month=29;}else if(m==2){if(--minute1 >= 60) minute1 = 59;}DisplayRTC();}if(KeyCode == 21) //second +1{if(m==0){if(++second >= 60) hour = 0;}else if(m==1){if(++day>=30)day=0;}else if(m==2){if(++second1 >= 60) second1 = 0;}DisplayRTC();}if(KeyCode == 22) //second -1{if(m==0){if(--second >= 60) second = 59;}else if(m==1){if(--day>=30)day=29;}else if(m==2){if(--second1 >= 60) hour1 = 59;}DisplayRTC();}if(KeyCode ==32){m++;if(m>2)m=0;}KeyCode = 0;}}}}/**********************************************/u8 code T_KeyTable[16] = {0,1,2,0,3,0,0,0,4,0,0,0,0,0,0,0};void IO_KeyDelay(void){u8 i;i = 60;while(--i) ;}void IO_KeyScan(void) //50ms call{u8 j;j = IO_KeyState1;P0 = 0xf0;IO_KeyDelay();IO_KeyState1 = P0 & 0xf0;P0 = 0x0f;IO_KeyDelay();IO_KeyState1 |= (P0 & 0x0f);IO_KeyState1 ^= 0xff;if(j == IO_KeyState1){j = IO_KeyState;IO_KeyState = IO_KeyState1;if(IO_KeyState != 0){F0 = 0;if(j == 0) F0 = 1;else if(j == IO_KeyState){if(++IO_KeyHoldCnt >= 20){IO_KeyHoldCnt = 18;F0 = 1;}}if(F0){j = T_KeyTable[IO_KeyState >> 4];if((j != 0) && (T_KeyTable[IO_KeyState& 0x0f] != 0))KeyCode = (j - 1) * 4 + T_KeyTable[IO_KeyState & 0x0f] + 16;}}else IO_KeyHoldCnt = 0;}P0 = 0xff;}void Send_595(u8 dat){u8 i;for(i=0; i<8; i++){dat <<= 1;P_HC595_SER = CY;P_HC595_SRCLK = 1;P_HC595_SRCLK = 0;}}void DisplayScan(void){Send_595(~T_COM[display_index]);Send_595(t_display[LED8[display_index]]);P_HC595_RCLK = 1;P_HC595_RCLK = 0;if(++display_index >= 8) display_index = 0;}void timer0 (void) interrupt TIMER0_VECTOR{DisplayScan();B_1ms = 1;}4．课程设计心得体会通过本次实验，能初步理论联系实际、应用C语言与电路设计、能简单实现程序、并且能通自己的调试进行修改。