基于单片机的电子时钟设计毕设论文.doc

摘要
设计背景：1957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。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，是人民日常生活不可缺少的工具。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。在这里我们将已学过的比较零散的数字电路的知识有机的、系统的联系起来用于实际，来培养我们的综合分析和设计电路，写程序、调试电路的能力。
设计目的：应用单片机控制技术，设计出以89C51单片机为核心的电子时钟，电子时钟能够显示时、分、秒显示时间的功能，还可以进行时和分的校对，而且其片选的灵活性强。
设计目标：在数码管上显示相应的时间，并通过一个控制键来实现时间的调整和是否进入省电模式的转换。
关键词：89C51、电子时钟、LCD1602

I

目 录

摘要 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．Ⅰ
1.设计方案
1.1总体设计方案说明．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2
1.2 系统方框图．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2
1.3 系统流程图．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．3
2.主要器材及基本简介
2.1 主要器．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．4
2.2 主要器材简介．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．5
3.系统硬件设计
3.1 最小系统．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．6
3.2 LCD显示电路．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．7
3.3 键盘输入电路．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．7
3.4 蜂鸣器和LED灯电路．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．8
3.5仿真电路图与仿真结果．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．9
总结．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．10
参考文献．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．11
致谢．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．12
附录 系统源程

1. 设计方案
1.1 总体设计方案说明
1.1.1 程序设计及调试
根据单片机课程设计内容和要求，完成Protues仿真电路的设计和用Keil软件编写程序，并进行仿真模拟调试。
1.1.2 硬件焊接及调试
根据仿真电路图完成电路板的焊接，并进行软、硬件的调试，只到达到预期目的。
1.1.3 后期处理
对设计过程进行总结，完成设计报告。
1.2 单片机系统方框图
功能键
增加键
减小键
12/24小时制切换键

STC89C51
单片机
LCD显示屏
电源
最小系统

图1.1 系统方框图

1.3 单片机系统流程图
1.3.1 系统总体设计
开始
初始化
时钟子程序
按键扫描子序

结束

图1.2主流程图 图1.3 按键扫描流程图

图1.4 时钟流程图
2. 主要器件及简介
2.1 主要器件
STC89C51单片机；LCD1602液晶显示屏。
2.2 主要器件简介
2.2.1 STC89C51单片机简介

STC89C51是采用8051核的ISP（In System Programming）在系统可编程芯片，最高工作时钟频率为80MHz，片内含8K Bytes的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元，具有在系统可编程（ISP）特性，配合 PC端的控制程序即可将用户的程序代码下载进单片机内部，省去了购买通用编程器，而且速度更快。

图2.1 STC89C51引脚图
2.2.2 LCD1602液晶显示屏简介
LCD1602可以显示2行16个字符，有8位数据总线D0—D7，和RS、R/W、EN三个控制端口，工作电压为5V,并且带有字符对比度调节和背光。LCD1602引脚说明如下表所示

LCD液晶显示器各引脚功能及结构
编号
符号
引脚说明
编号
符号
引脚说明
1
VSS
电源地
9
D2
双向数据口
2
VDD
电源正极
10
D3
双向数据口
3
VL
对比度调节
11
D4
双向数据口
4
RS
数据/命令选择
12
D5
双向数据口
5
R/W
读写/选择
13
D6
双向数据口
6
E
模块使能端
14
D7
双向数据口
7
D0
双向数据口
15
BLK
背光源地
8
D1
双向数据口
16
BLA
背光源正极
VDD：电源正极，4.5V—5.5V,通常使用5V电压；
VL：LCD对比度调节端，电压调节范围为0—5V。接正极时对比度最弱，接地电源时对比度最高，但对比度过高会产生“鬼影”，因此通常使用一个10K的电位器来调整对比度，或者直接串接一个电阻到地；
RS：MCU写入数据或者指令选择端。MCU要写入指令时，使RS为低电平；MCU要写入数据时，使RS为高电平；
R/W：读写控制端。R/W为高电平时，读取数据；R/W为低电平时，写入数据；
EN：LCD模块使能信号控制端。写数据时，需要下降沿触发模块。
D0—D7：8为数据总线，三态双向。如果MCU的I/O口资源紧张的话，该模块也可以只使用4位数据线D4—D7接口传送数据。
A：LED背光正极。需要背光时， A串接一个限流电阻接VDD， K接地。
K：LED背光地端。

3. 系统硬件设计
3.1 最小系统
复位时单片机的初始化操作，只要给RST引脚加上两个机器周期以上的高电平信号，就可以使STC89C51单片机复位。本次采用的是12M晶振，按钮复位电路。

图3.1 最小系统图

3.2 LCD显示电路
LCD显示屏的D0到D7与单片机P0口相连，LCD显示屏EN口与单片机P3.4口相连，RS与P3.5相连。通过滑动变阻器改变LCD显示屏的显示对比度。

图3.2 LED显示电路图
3.3 键盘输入电路
本次设计采用独立键盘，键盘按下时，相应的I/O口电平由高变低，一次检测按键是否被按下。4个独立按键与单片机P3.0—P3.3口相连。

图3.3 键盘输入电路图
3.4 蜂鸣器和LED灯电路
蜂鸣器的作用为准点报时产生报警声，LED在秒钟为偶数时或者功能键被按下时亮。蜂鸣器与单片机P2.2口相连，LED灯与单片机P2.3口相连。

图3.4 蜂鸣器和LED灯电路图

3.5 仿真电路图与仿真结果

图3.5 仿真电路图
用Keil和Protues进行仿真调试，仿真结果完全达到预期目的。

总结
本次单片机课程设计，在我和我的搭档陈雅琴默契配合，以及王跃球老师的指导和同学的帮助下顺利完成了。在设计过程中，从仿真电路的设计，源程序的书写和修改中都遇到了不少问题，但在我们的共同努力下解决了，并且从中学到了不少知识。我们在设计过程中还不断提出自己的疑点以及新的想法，联系实际应用，将课本上学习的东西运用到实际中，这些都令我们受益匪浅。
课程设计需要很大的耐心，尤其是遇到困难的时候，这也是对我们的考验。在设计过程中，我们遇到问题不是感到急躁，而是耐心地寻找解决的办法，与老师、同学进行交流讨论，寻求最佳的解决办法。
总之，在此次的课程设计中，我们不仅动手、动脑，也学会了不少东西，同时，谢谢对我们的设计带来建议、意见和帮助的老师和同学们！谢谢！

参考文献
[1] 张一斌等注[M]．单片机课程设计指导．中南大学出版社.2009年9月．
[2] 何立民等[M]．单片机实验与实践教程．北京航空航天大学出版社．2004年7月．
[3]THKSCM-1型单片机实验系统实验指导书．Keil 软件．Protues 软件．
[4]数字控制与PLC实验室”THKSCM-1型单片机实验系统”．

致谢
这次课程设计能够顺利的完成得到了系领导老师的大力支持和帮助，尤其是我的指导老师王跃球老师，在百忙之中抽出宝贵的休息时间，仔细耐心为我指导。设计过程中，王老师帮我分析遇到的种种困难。一直支持，鼓励我要有解决问题的信心，才使设计得以顺利的完成。在开发的同时，和同学们之间的相互探讨也使我获益匪浅。在此，对他们表示由衷的感谢！
电子信息技术日新月异地飞速发展，人们总是处在不断学习阶段，再加上我水平有限，所以本设计肯定存在许多不尽如人意的地方，欢迎广大老师和同学批评指正。
最后，要感谢电气系所有老师，他们精心的栽培为我以后的学习工作打下了坚实的基础。

附录 系统源程序
#include<reg51.h>
#define uchar unsigned char
#define uint unsigned int
sbit lcdrs=P3^5; //定义1602液晶RS端
sbit lcden=P3^4;//定义1602液晶LCDEN端
sbit s1=P3^0; //定义按键--功能键
sbit s2=P3^1; //定义按键--增加键
sbit s3=P3^2; //定义按键--减小键
sbit s4=P3^3; //定义按键--闹钟键
sbit beep=P2^2; //定义蜂鸣器端
sbit led=P2^3; //定义LED灯端
uchar count,s1num,s4num;
char year,month,day,week,miao,shi,fen,pshi;
uchar code table[]=" 20 - - ";//定义初始上电时液晶默认显示状态
void delay(uint z) //延时函数
{uint x,y;
for(x=z;x>0;x--)
for(y=110;y>0;y--);}
void zhuanhuan()
{if(shi==0)
pshi=12;
if(shi<=12&&shi>=1)
pshi=shi;
if(shi>12)
pshi=shi-12;}
void di()//蜂鸣器发声函数
{beep=0;
delay(300);
beep=1;
delay(300);}
void write_com(uchar com)//液晶写命令函数
{ lcdrs=0;
lcden=0;
P0=com;
delay(5);
lcden=1;
delay(5);
lcden=0; }
void write_date(uchar date)//液晶写数据函数
{ lcdrs=1;
lcden=0;
P0=date;
delay(5);
lcden=1;
delay(5);
lcden=0; }
void _shi() //写"AM"、"PM"函数
{if(shi>=12)
{write_com(0x80+0x40+1);//写出"PM"
write_date('P');
write_date('M'); }
else
{ write_com(0x80+0x40+1);//写出"AM"
write_date('A');
write_date('M'); }}
void write_ymd(uchar add1,uchar date1)//写年月日函数
{ uchar shi,ge;
shi=date1/10;//分解一个2位数的十位和个位
ge=date1%10;
write_com(0x80+add1);//设置显示位置
write_date(0x30+shi);//送去液晶显示十位
write_date(0x30+ge); //送去液晶显示个位}
void write_sfm(uchar add,uchar date)//写时分秒函数
{ uchar shi,ge;
shi=date/10;//分解一个2位数的十位和个位
ge=date%10;
write_com(0x80+0x40+add);//设置显示位置
write_date(0x30+shi);//送去液晶显示十位
write_date(0x30+ge); //送去液晶显示个位}
void write_week(char week) //写液晶星期显示函数
{ write_com(0x80+12);
switch(week)
{ case 1: write_date('M');delay(5);
write_date('O');delay(5);
write_date('N');
break;
case 2: write_date('T');delay(5);
write_date('U');delay(5);
write_date('E');
break;
case 3: write_date('W');delay(5);
write_date('E');delay(5);
write_date('D');
break;
case 4: write_date('T');delay(5);
write_date('H');delay(5);
write_date('U');
break;
case 5: write_date('F');delay(5);
write_date('R');delay(5);
write_date('I');
break;
case 6: write_date('S');delay(5);
write_date('A');delay(5);
write_date('T');
break;
case 7: write_date('S');delay(5);
write_date('U');delay(5);
write_date('N');
break;}}
void writeym()
{ day=1;
month++;
if(month==13)
{ month=1;
year++;
if(year==100)
year=0;
write_ymd(3,year);//年若变化则重新写入}
write_ymd(6,month);//月若变化则重新写入}
void init()//初始化函数
{ uchar num;
lcden=0;
year=13;//初始化种变量值
month=6;
day=21;
week=5;
shi=13;
fen=59;
miao=58;
count=0;
s1num=0;
s4num=0;
write_com(0x38);//初始化1602液晶
write_com(0x0c);
write_com(0x06);
write_com(0x01);
write_com(0x80);//设置显示初始坐标
for(num=0;num<15;num++)//显示年月日星期
{ write_date(table[num]);
delay(5);}
delay(5);
write_com(0x80+0x40+6);//写出时间显示部分的两个":"
write_date(':');
delay(5);
write_com(0x80+0x40+9);
write_date(':');
delay(5);
write_week(week);
write_ymd(3,year);//分别送去液晶显示
write_ymd(6,month);
write_ymd(9,day);
write_sfm(10,miao);//分别送去液晶显示
write_sfm(7,fen);
write_sfm(4,shi);
TMOD=0x01;//设置定时器0工作模式1
TH0=(65536-50000)/256;//定时器装初值
TL0=(65536-50000)%256;
EA=1; //开总中断
ET0=1; //开定时器0中断
TR0=1; //启动定时器0}
void keyscan()//按键扫描函数
{if(s1==0)
{ delay(5);
if(s1==0)//确认功能键被按下
{ s1num++;//功能键按下次数记录
while(!s1);//释放确认
if(s1num==1)//第一次被按下时
{ TR0=0; //关闭定时器
write_com(0x80+3);//光标定位到年位置
write_com(0x0f); //光标开始闪烁}
if(s1num==2)//第二次按下光标闪烁定位到月位置
{write_com(0x80+6); }
if(s1num==3)//第三次按下光标闪烁定位到日位置
{write_com(0x80+9);}
if(s1num==4)//第四次按下光标闪烁定位到星期位置
{write_com(0x80+12);}
if(s1num==7)//第七次被按下时光标定位到秒位置
{write_com(0x80+0x40+10);}
if(s1num==6)//第六次按下光标闪烁定位到分位置
{write_com(0x80+0x40+7);}
if(s1num==5)//第五次按下光标闪烁定位到时位置
{write_com(0x80+0x40+4);}
if(s1num==8)//第七次按下
{ s1num=0;//记录按键数清零
write_com(0x0c);//取消光标闪烁
TR0=1; //启动定时器使时钟开始走}}}
if(s1num!=0)//只有功能键被按下后，增加和减小键才有效
{if(s2==0)
{ delay(5);
if(s2==0)//增加键确认被按下
{ while(!s2);//按键释放
if(s1num==1)//若功能键第一次按下
{year++; //则调整年加1
if(year==100)//若满100后将清零
year=0;
write_ymd(3,year);//每调节一次送液晶显示一下
write_com(0x80+3);//显示位置重新回到调节处}
if(s1num==2)//若功能键第二次按下
{
month++;//则调整月加1
if(month==13)//若满12后将置一
month=1;
write_ymd(6,month);//每调节一次送液晶显示一下
write_com(0x80+6);//显示位置重新回到调节处
}
if(s1num==3)//若功能键第三次按下
{
day++;//则调整日加1
if(year%4==0&&month==2)
{
if(day==30)//若满29后将置一
day=1;
}
if(year%4!=0&&month==2)
{
if(day==29)//若满28后将置一
day=1;
}
if(month!=2&&month!=4&&month!=6&&month!=9&&month!=11)
{
if(day==32)//若满31后将置一
day=1;
}
if(month==4||month==6||month==9||month==11)
{
if(day==31)//若满30后将置一
day=1;
}
write_ymd(9,day);;//每调节一次送液晶显示一下
write_com(0x80+9);//显示位置重新回到调节处
}
if(s1num==4)//若功能键第四次按下
{ week++;//则调整星期加1
if(week==8)//若满8后将置一
week=1;
write_week(week);//每调节一次送液晶显示一下
write_com(0x80+12);//显示位置重新回到调节处}
if(s1num==7)//若功能键第七次按下
{ miao++; //则调整秒加1
if(miao==60)//若满60后将清零
miao=0;
write_sfm(10,miao);//每调节一次送液晶显示一下
write_com(0x80+0x40+10);//显示位置重新回到调节处}
if(s1num==6)//若功能键第二次按下
{fen++;//则调整分钟加1
if(fen==60)//若满60后将清零
fen=0;
write_sfm(7,fen);//每调节一次送液晶显示一下
write_com(0x80+0x40+7);//显示位置重新回到调节处}
if(s1num==5)//若功能键第五次按下
{shi++;
if(shi==24)//若满24后将清零
{shi=0;}
if(s4num==0)
{ write_sfm(4,shi);;//每调节一次送液晶显示一下
write_com(0x80+0x40+4);//显示位置重新回到调节处}
if(s4num==1)
{ zhuanhuan();
_shi();
write_sfm(4,pshi);;//每调节一次送液晶显示一下
write_com(0x80+0x40+4);//显示位置重新回到调节处 }}}}}
if(s3==0)
{ delay(5);
if(s3==0)//确认减小键被按下
{ while(!s3);//按键释放
if(s1num==1)//若功能键第一次按下
{ year--;//则调整秒减1
if(year==-1)//若减到负数则将其重新设置为99
year=99;
write_ymd(3,year);//每调节一次送液晶显示一下
write_com(0x80+3);//显示位置重新回到调节处}
if(s1num==2)//若功能键第二次按下
{ month--;//则调整分钟减1
if(month==0)//若减到负数则将其重新设置为59
month=12;
write_ymd(6,month);//每调节一次送液晶显示一下
write_com(0x80+6);//显示位置重新回到调节处}
if(s1num==3)//若功能键第二次按下
{day--;//则调整日加1
if(year%4==0&&month==2)
{if(day==0)//若满29后将置一
day=29;}
if(year%4!=0&&month==2)
{if(day==0)//若满28后将置一
day=28; }
if(month!=2&&month!=4&&month!=6&&month!=9&&month!=11)
{if(day==0)//若满31后将置一
day=31;}
if(month==4||month==6||month==9||month==11)
{if(day==0)//若满30后将置一
day=30;}
write_ymd(9,day);;//每调节一次送液晶显示一下
write_com(0x80+9);//显示位置重新回到调节处}
if(s1num==4)//若功能键第二次按下
{ week--;//则调整小时减1
if(week==0)//若减到负数则将其重新设置为23
week=7;
write_week(week);//每调节一次送液晶显示一下
write_com(0x80+12);//显示位置重新回到调节处}
if(s1num==7)//若功能键第一次按下
{ miao--;//则调整秒减1
if(miao==-1)//若减到负数则将其重新设置为59
miao=59;
write_sfm(10,miao);//每调节一次送液晶显示一下
write_com(0x80+0x40+10);//显示位置重新回到调节处}
if(s1num==6)//若功能键第二次按下
{ fen--;//则调整分钟减1
if(fen==-1)//若减到负数则将其重新设置为59
fen=59;
write_sfm(7,fen);//每调节一次送液晶显示一下
write_com(0x80+0x40+7);//显示位置重新回到调节处}
if(s1num==5)//若功能键第二次按下
{ shi--;
if(shi==-1)//若满24后将清零
shi=23;
if(s4num==0)
{ write_sfm(4,shi);;//每调节一次送液晶显示一下
write_com(0x80+0x40+4);//显示位置重新回到调节处}
if(s4num==1)
{ zhuanhuan();
_shi();
write_sfm(4,pshi);;//每调节一次送液晶显示一下
write_com(0x80+0x40+4);//显示位置重新回到调节处} }}}
if(s1num==0)
{if(s4==0)
{delay(5);
if(s4==0)//确认功能键被按下
{s4num++;//功能键按下次数记录
while(!s4);//释放确认
if(s4num==1)//第一次被按下时
{zhuanhuan();
_shi();
write_sfm(4,pshi);}
if(s4num==2)//第二次按下
{s4num=0;//记录按键数清零
write_com(0x80+0x40+1);
write_date(' ');
write_date(' ');
write_sfm(4,shi);}}}}}
void main()//主函数
{init();//首先初始化各数据
while(1)//进入主程序大循环
{keyscan();//不停的检测按键是否被按下
if(s1num!=0)
led=0;
else
led=miao%2;
if((shi>7&&shi<23)&&(fen==0)&&(miao==0))
{di();}}}
void timer0() interrupt 1//定时器0中断服务程序
{TH0=(65536-50000)/256;//再次装定时器初值
TL0=(65536-50000)%256;
count++; //中断次数累加
if(count==20) //20次50毫秒为1秒
{count=0;
miao++;
if(miao==60)//秒加到60则进位分钟
{miao=0;//同时秒数清零
fen++;
if(fen==60)//分钟加到60则进位小时
{fen=0;//同时分钟数清零
shi++;
if(shi==24)//小时加到24则小时清零
{shi=0;
week++;
if(week==8)
{week=1;}
write_week(week);//星期若变化则重新写入
day++;
if(year%4==0&&month==2)//判断是否为闰年的2月
{if(day==30)
{writeym(); }
write_ymd(9,day);//日若变化则重新写入}
if(year%4!=0&&month==2)//判断是否为平年的2月
{if(day==29)
{writeym();}
write_ymd(9,day);//日若变化则重新写入}
if(month!=2&&month!=4&&month!=6&&month!=9&&month!=11)
{if(day==32)
{writeym(); }
write_ymd(9,day);//日若变化则重新写入}
if(month==4||month==6||month==9||month==11)
{if(day==31)
{writeym(); }
write_ymd(9,day);//日若变化则重新写入 }}
if(s4num==1)
{zhuanhuan();
_shi();
write_sfm(4,pshi);//12小时制小时若变化则重新写入}
else write_sfm(4,shi);//24小时制小时若变化则重新写入 }
write_sfm(7,fen);//分钟若变化则重新写入}
write_sfm(10,miao);//秒若变化则重新写入}}

２１