数字电子表的设计

单片机原理及系统课程设计专业：班级：姓名：学号：指导教师：兰州交通大学自动化与电气工程学院2014 年 12 月 31日数字电子时钟设计1 设计目的及要求1.1 设计目的数字电子时钟的电路由时钟显示电路、校时电路等构成，以AT89C51作为主控芯片，使用12MHz的晶振，用八位七段共阳数码管显示输出信息。

可通过键盘（按钮）对其进行调整。

最终使系统具有时、分、秒的时间调整功能。

达到时钟应具有的功能。

1.2 设计要求实现24小时的时钟显示、校准功能。

（1）显示功能：“时”、“分”、“秒”的数字显示（“时”从0~23，“分”0~59，“秒”0~59）。

（2）校准功能：当刚接通电源或数字时钟有偏差时，可以通过手动的方式去校准。

它的计时周期为24小时，显示满刻度为23小时59分59秒，其用按键实现校时功能，通过按钮1实现调整时、分、秒的模式选择，按钮2实现时、分、秒的加1调整，按钮3实现时、分、秒的减1调整。

2 设计方案及原理2.1 设计方案简述本次设计时钟电路，使用了AT89C51单片机芯片控制电路，并用软件实现数字时钟。

根据数字电子时钟的设计思路，可以将它分为四个部分：晶振脉冲电路，校正电路，AT89C51单片机和LED显示管，它们之间的连接关系见设计原理框图如图1所示。

图1 总体硬件设计方案框图2.2 设计原理在单片机内部存储器设三个字节分别存放时钟的时、分、秒信息。

利用定时器与软件结合实现1秒定时中断，每产生一次中断，存储器内相应的秒值加1；若秒值达到60，则将其清零，并将相应的分字节值加1；若分值达到60，则清零分字节，并将时字节值加1；若时值达到24，则将时字节清零。

本设计采用动态显示。

所谓动态显示就是一位一位的轮流点亮各个位，对于显示器的每一位来说，每隔一段时间点亮一次。

利用人的视觉暂留功能可以看到整个显示，但必须保证扫描速按钮1实现调整时、分、秒的模式选择，按钮2实现时、分、秒的加1调整，按钮3实现时、分、秒的减1调整。

3 硬件设计本设计利用单片机内部的定时器/计数器来实现的，以单片机AT89C51、LED 数码管为核心，辅以必要的电路，构成了一个单片机电子时钟。

此电路由1个AT89C51单片机，1个7个电阻的排阻，1个12MHz晶振，1个八位七段共阳数码管，3个按钮开关，2个10PF电容等组成。

3.1 AT89C51AT89C51的引脚图如图2所示。

在单片机内部，XTAL1 和XATAL2是外部晶体的两个引脚，分别做为外接晶体振荡器的输入和输出端来使用。

P1、P2、P3口都是通用的8位准双向I/O，除此之外，P0口还可以作为地址数据总线来使用，P2口还可以作为高八位地址总线使用。

在本系统中P1口做输入用，P0口低七位做数码管段的输出，P2口八位做数码管段码的输出。

图2 AT89C51的引脚图3.2显示器采用发光二极管LED分段式显示器，其由7条线段围成8字型，每一段包含一个发光二极管。

外加正向电压时二极管导通，发出清晰的光。

只要按规律控制各发光段亮、灭，就可以显示各种字形或符号。

LED数码管有共阳、共阴之分。

本课设中采用共阳极连接，显示电路显示模块需要实时显示当前的时间即时、分、秒，因此需要6个数码管，另需两个数码管来显示横。

采用动态显示方式显示时间，时的十位和个位分别显示在第一个和第二个数码管，分的十位和个位分别显示在第四个和第五个数码管，秒的十位和个位分别显示在第七个和第八个数码管，其余数码管显示横线。

3.3排阻在很多单片机电路中，其I/O管脚检测信号是以高、低电平来判断是否有信号变化的，比如5V为高电平；0V为低电平。

那么这些管脚如果不接上拉电阻的话，其电平信号就可能是随机的了，0V~5V之间不一定是什么状态，这样的话单片机就不能正确地判断是不是有信号电平变化了。

因此给I/O管脚上接一个上拉电阻使它的检测信号由不确定电平状态拉到5V电平，单片机就能准确地判断是不是有信号变化了。

3.4晶振晶振的全称叫做晶体震荡器，在单片机系统里晶振的作用非常大，他结合单片机内部的电路，产生单片机所必须的时钟频率，单片机的一切指令的执行都是建立在这个基础上的，晶振的提供的时钟频率越高，那单片机的运行速度也就越快。

本设计采用的晶振频率为12MHz。

4 软件设计利用AT89C51单片机的可编程定时/计数器、中断系统来实现时钟计数。

(1) 计数初值计算：使用定时器T0，以工作方式1进行1ms的定时，fosc=12MHz，则TH0=FCH ，TL0=18H。

(2) 因为设定1ms定时，采用定时方式进行溢出次数累计，计满1000次即得到1秒计时，所以七段数码管每一位都会扫描125次。

(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。

主程序流程图如图3所示。

图3 主程序流程图5 系统仿真及实际调试其仿真结果图4所示。

将在Keil uVision3中编译好的HEX 文件装入到了AT89C51单片机中，再在Proteus 绘制的仿真电路中开始运行。

图4 数字电子时钟仿真截屏图6 总结这次课程设计最大的收获是将课堂知识应用到了实践中，并且学会了使用Keil uVision3和Proteus软件。

在使用Keil uVision3 将C语言源程序生成HEX格式文件时，由于这学期大多用的是汇编程序,所以第一次保存文件时选中了.asm格式，结果无法创建目标程序，经仔细检查后发现应该是.c格式。

初次使用Proteus 感到有点无从下手，所以在绘制电路图时才发现无法找到所需要电子元器件，最后在网上搜到电子元器件的中英文对照表后才得以顺利进行。

原本以为这样子就可以实现仿真了，结果装入HEX文件后秒针出现异常走法，经检查是定时初值设置错了。

最后终于达到了和我们生活中平时使用的电子表同样的计时功能，自己所交文档初稿出现的很多错误，还好在老师的细心检查。

参考文献[1]王思明,张金敏,张鑫等,单片机原理及应用系统设计[M],科学出版社,2012.[2]王毓银,数字电路逻辑设计[M],高等教育出版社,2004.附录源程序#include<reg51.h>#define uint unsigned int#define uchar unsigned charuchar code segcode[]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,0xbf};//0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,-uchar code dispbit[]={0x01,0x02,0x04,0x08,0x10,0x20,0x40,0x80};//数码管位选位uchar buffer[]={0,0,0,0,0,0,0,0};uint hour,min,sec;uint status;//函数声明void delayMS(uint t) ;void keyprocess(unsigned char key);void display();void timer0();main(){bit keyrelease;uchar buf;uchar keyinput;keyrelease=1;buf=0xff;TMOD=0x01; //T0工作在方式1,16位计数器TH0=0xFC; //定时器0设置延时1ms中断初始值TL0=0x18;TR0=1;IE=0x82; //开定时器0中断status=0;while(1) //键扫描程序{keyinput=P1&0xf0;if(keyinput!=0xf0){delayMS(10);if(keyinput!=0xf0){buf=keyinput;P1=0xff;while(P1!=0xff)P1=0xff;keyprocess(buf); //调用按键处理函数buf=0xff;}}display();}}//延时程序void delayMS(uint t) //晶振频率12MHZ{uint i;while(t--)for(i=0;i<125;i++);}//按键处理函数void keyprocess(unsigned char key) //键值处理，正常计时，设置时分秒{switch (key){case 0xe0:status++; //按下设置键if (status>=4) status = 0;break;case 0xd0:switch(status) //按下加1键，3种模式下加1{case 0x01:if(hour<23) hour++;else hour=0; break;case 0x02:if(min<59) min++;else min=0;break;case 0x03:if(sec<59) sec++;else sec=0;break;}break;case 0xb0:switch(status) //按下减1键{case 0x01:if(hour>0) hour--;else hour=23;break;case 0x02:if(min>0) min--;else min=59;break;case 0x03:if(sec>0) sec--;else sec=59;break;}break;default:break;}}//数码管显示函数void display(){uchar i; //正常计时显示{buffer[0]=hour/10; // 显示时的十位buffer[1]=hour%10; // 显示时的个位buffer[2]=10; // 显示…-‟buffer[3]=min/10; // 显示分的十位buffer[4]=min%10; // 显示分的个位buffer[5]=10;buffer[6]=sec/10; // 显示秒的十位buffer[7]=sec%10; // 显示秒的个位for(i=0;i<8;i++){P0=segcode[buffer[i]];P2=dispbit[i];delayMS(1); //防止数码管显示的时候闪动P2=0x0;}}}//定时器0中断函数void timer0() interrupt 1 using 2{static uint count;TH0=0xFC; // 定时器0设置初始值1ms中断初始值TL0=0x18;TR0=1;count++; //正常计时if(count>=1000) // 定时1S 到，以下为时钟的正常走钟逻辑{count=0;sec++;if(sec>= 60){sec=0; min++;if(min>= 60){min=0; hour++;if(hour>= 24){hour=0;}}}}}。