电子技术课程设计

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1、电子技术课程设计题目名称：多功能数字钟班级：自动学号：201305165008姓名：指导教师：武达亮日期：2015.6.15-2015.6.22多功能数字钟的设计内容摘要：数字电子钟是一种用数字显示秒、分、时的计时装置，与传统的机械钟相比，它具有走时准确、显示直观、无机械传动装置等优点，因而得到了广泛的应用。小到人们日 常生活中的电子手表，大到车站、码头、机场等公共场所的大型数显电子钟。本设计实验以 中规模数字集成电路为主，介绍一种数字电子钟的设计方法。本实验用555定时器组成的多 谐振荡器、计数器、显示器和校时电路组成。本实验采用了 74LS系列中小规模集成芯片。 总体方案设计由主体电路和扩

2、展电路两大部分组成。其中主体电路完成数字钟的基本功能， 扩展电路完成数字钟的扩展功能。通过本次设计实验与制作：进一步加强数字电路综合运用能力，掌握数字电路的设计 技巧，增进实践能力；熟悉数字电子钟的工作原理；了解并掌握数字电子钟系统设计、组装、 调试及故障排除方法。关键词：数字电子钟、计数器、显示器、校时电路、调试一. 设计任务和要求（一）设计内容设计一个多功能的数字钟。（二）设计要求及技术指标1. 以数字形式显示时、分、秒的时间。2. 小时的计时要求为24进制，分钟和秒的计时要求为60进制。3 .能手动快速校时、校分。4. 具有整点报时功能。5. 具有秒表计数功能。6. 具有闹钟功能。7.

3、电路中所需的直流电源需自行设计。二. 整体设计原理及框图（1）设计原理1、主电路系统由秒信号发生器、“时、分、秒”计数器、译码器及显示器、校时电路、整点报时电路组成2、秒信号产生器是整个系统的时基信号，它直接决定计时系统的精度，一般用石英晶 体振荡器加分频器来实现。将标准秒信号送入“秒计数器”，“秒计数器”采用60进制计 数器，每累计60秒发出一个“分脉冲”信号，该信号将作为“分计数器”的时钟脉冲。“分 计数器”也采用60进制计数器，每累计60分钟，发出一个“时脉冲”信号，该信号将被送 到“时计数器”。“时计数器”采用24进制计时器，可实现对一天24小时的累计3、译码显示电路将“时”、“分”、

4、“秒”计数器的输出状态菁七段显示译码器译码， 通过六位LED七段显示器显示出来4、整点报时电路时根据计时系统的输出状态产生一脉冲信号，然后去触发一音频发生 器实现报时5、校时电路时用来对“时”、“分”、“秒”显示数字进行校对调整的（2）电路的总体原理框图根据以上的电子时钟的设计要求可以分为以下的几个硬件电路模块：单片机模块、数码显示模块与按键模块，模块之间的关系图如下面得方框电路图1所示图1硬件电路方框图（3）实现时钟计时的基本方法利用STC系列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：把定时器设为工作方式1，定时时间为50ms，则计数溢出20次即得时钟计时最小单

5、位 秒，而100次计数可用软件方法实现。假设使用T/C0,方式1, 50ms定时，fosc=12MHz。则初值 X 满足（216-X）X1/12MHzX12p s =50000|J sX=1553600111100101100003CB0H(2)采用中断方式进行溢出次数累计，计满20次为秒计时(1秒)；从秒到分和从分到时的计时是通过累加和数值比较实现。(4) 电子钟的时间显示电子钟的时钟时间在六位数码管上进行显示，因此在内部RAM中设置显示缓冲区共8个单元。LED8LED7 LED6 LED5 LED4LED3LED2 LED137H36H35H34H33H32H31H30H时十位时个位分隔分

6、十位分个位分隔秒十位秒个位(5) 电子钟的时间调整电子钟设置3个按键通过程序控制来完成电子钟的时间调整。A键按一次调整时，按第二次调整分钟，第三次推出时间调整;B键对小时或分钟进行加一;C键对小时或分钟进行减一;(6) 总体方案介绍Q计时方案利用ATC89C51单片机内部的定时/计数器进行中断时，配合软件延时实现时、分、秒 的计时。该方案节省硬件成本，且能使读者在定时/计数器的使用、中断及程序设计方面得 到锻炼与提高，对单片机的指令系统能有更深入的了解，从而对学好单片机技术这门课程起 到一定的作用。Q控制方案ATC89C51的P0 口和P1 口外接由八个LED数码管（LED8LED1）构成的显

7、示器，用 P0 口作LED的段码输出口 ,P1 口作八个LED数码管的位控输出线,P3 口外接四个按键A、 B、C构成键盘电路。ATC89C51是一种低功耗，高性能的CMOS 8位微型计算机。它带有8K Flash可编程和擦 除的只读存储器（EPROM），该器件采用ATMEL的高密度非易失性存储器技术制造，与 工业上标准的80C51和80C52的指令系统及引脚兼容，片内Flash集成在一个芯片上，可 用与解决复杂的问题，且成本较低。简易电子钟的功能不复杂，采用其现有的I/O便可完成， 所以本设计中采用此的设计方案。（7）软件设计分析在编程上，首先进行了初始化，定义程序的的入口地址以及中断的入口

8、地址，在主程序开始 定义了一组固定单元用来储存计数的时.分.秒，在显示初值之后，进入主循环。在主程序中， 对不同的按键进行扫描，实现秒表，时间调整，复位清零等功能，系统总流程图如下图：三各模块设计原理(1)最小系统Q芯片分析ATC89C51单片机引脚图如下:P112P123P134P14 P15P167P17P1D 1U1XTAL1P0.0/AD0P0.1/AD1P0.2/AD2XTAL2P0.3/AD3P0.4/AD4P0.5/AD5P0.6/AD6P07/AD7RSTP2.0/A8P2.11烟P2.2/A10PSENP2.3/A11ALEP2.4/A-12EAP2.5/A13P2.6/A1

9、4P2.7/A-15P1.0P3.0/RXDP1.1P3.1 )TXDP1.2P 3.2/INTOP3.3NT1Hl .Jp-1.4P3.4H0P1.5P3.5H1P1 6P3.6AMP1.7P3.7JRD19183ATS9C5139P叩38poT37POJ3EPOJ35poj34POJ33POJ32N1214_Li_LL-1L图3-1ATC89C51引脚图MCS-51单片机是标准的40引脚双列直插式集成电路芯片，其各引脚功能如下：VCC： +5V 电源。VSS:接地。RST：复位信号。当输入的复位信号延续两个机器周期以上的高电平时即为有效，用完 成单片机的复位初始化操作。XTAL1和XTAL

10、2:外接晶体引线端。当使用芯片内部时钟时，此二引线端用于外接石 英晶体和微调电容；当使用外部时钟时，用于接外部时钟脉冲信号。P0 口： P0 口为一个8位漏极开路双向I/O 口，当作输出口使用时，必须接上拉电阻才 能有高电平输出；当作输入口使用时，必须先向电路中的锁存器写入“1”，使FET截止， 以避免锁存器为“0 ”状态时对引脚读入的干扰。P1 口： P1 口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O 口，它不再需要多路转接电路 MUX；因此它作为输出口使用时，无需再外接上拉电阻，当作为输入口使用时，同样也需 先向其锁存器写“1”，使输出驱动电路的FET截止。P2 口： P2 口电路比P1 口电

11、路多了一个多路转接电路MUX，这又正好与P0 口 一样。P2 口可以作为通用的I/O 口使用，这时多路转接电路开关倒向锁丰存器Q端。P3 口： P3 口特点在于，为适应引脚信号第二功能的需要，增加了第二功能控制逻辑。 当作为I/O 口使用时，第二功能信号引线应保持高电平，与非门开通，以维持从锁存器到输 出端数据输出通路的畅通。当输出第二功能信号时，该位应应置“1”，使与非门对第二功 能信号的输出是畅通的，从而实现第二功能信号的输出，具体第二功能如表3-1所示。P3引脚兼用功能P3.0串行通讯输入(RXD)P3.1串行通讯输出(TXD)P3.2外部中断0 ( INT0)P3.3外部中断1 (IN

12、T1)P3.4定时器0输入(T0)P3.5定时器1输入(T1)P3.6外部数据存储器写选通WRP3.7外部数据存储器写选通RD表3-1 P3端口引脚兼用功能表晶振电路右图所示为时钟电路原理图，在AT89S51芯片内部有一个高增益反相放大器，其输入 端为芯片引脚XTAL1，输出端为引脚XTAL2。而在芯片内部，XTAL1和XTAL2之间跨接 晶体振荡器和微调电容，从而构成一个稳定的自激振荡器。时钟电路产生的振荡脉冲经过触 发器进行二分频之后，才成为单片机的时钟脉冲信号。12UHZ图3-2晶振电路复位电路单片机复位的条件是：必须使RST/VPD或RST引（9）加上持续两个机器周期（即24 个振荡周

13、期）的高电平。例如，若时钟频率为12 MHz，每机器周期为川s，则只需2p s 以上时间的高电平，在RST引脚出现高电平后的第二个机器周期执行复位。单片机常见的 复位如图所示。电路为上电复位电路，它是利用电容充电来实现的。在接电瞬间，RESET 端的电位与VCC相同，随着充电电流的减少，RESET的电位逐渐下降。只要保证RESET 为高电平的时间大于两个机器周期，便能正常复位。该电路除具有上电复位功能外，若要复 位，只需按图中的RESET键，此时电源VCC经电阻R1、R2分压，在RESET端产生一个 复位高电平。图3-3单片机复位电路（2）数码显示模块设计显示器普遍地用于直观地显示数字系统的运

14、行状态和工作数据，按照材料及产品工艺， 单片机应用系统中常用的显示器有：发光二极管LED显示器、液晶LCD显示器、CRT显示 器等。LED显示器是现在最常用的显示器之一，如下图所示。ol G S r ?叫 j 口 h qaf/ b,g ,（D F o 。P图f 5寸s3-4 LED显示器的符号图发光二极管（LED）由特殊的半导体材料砷化镓、磷砷化镓等制成，可以单 独使用，也可以组装成分段式或点阵式LED显示器件（半导体显示器）。分段式 显示器（LED数码管）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

15、形或符号。LED数码管有共阳、共阴之分。图是共阳式、共阴式 LED数码管的原理图和符号.。+5V共明德7段数码管图3-5共阳式、共阴式LED数码管的原理图和数码管的符号图系统采用动态显示方式，用P0 口来控制LED数码管的段控线，而用P2 口来控制其位 控线。动态显示通常都是采用动态扫描的方法进行显示，即循环点亮每一个数码管，这样虽 然在任何时刻都只有一位数码管被点亮，但由于人眼存在视觉残留效应，只要每位数码管间 隔时间足够短，就可以给人以同时显示的感觉。(3)按键模块下图为按键模块电路原理图，A为复位键，B为时钟调控键，C为分钟调控键。图3-6按键模块电路原理图(4)整点报时模块整点报时用蜂

16、鸣器响声来代替，当显示整点时，蜂鸣器将响一秒钟，图3-7蜂鸣器电路原理图四.电路仿真fx vrvti rsaKHi Fi mm n.-wra pm Fl (TO *3TrfV五.设计收获及体会1、设计过程中遇到的问题及解决方法本次设计的单片机电子钟系统中，其误差主要来源包括晶体频率误差，定时器溢出 误差，延迟误差。晶体频率产生震荡，容易产生走时误差；定时器溢出的时间误差，本应这 一秒溢出，但却在下一秒溢出，造成走时误差；延迟时间过长或过短，都会造成与基准时间 产生偏差，造成走时误差。2、设计体会在这次课程设计中，虽然在过程中有点磕磕绊绊。首先，给的一些题目既可以用单片机 又可以用数电的知识做，

17、我觉得单片机做起来比数电更简单，操作性和控制性更强，我对此 心生向往，但我还没有学过单片机，有关单片机的知识必须查阅相关的资料，我觉得这锻炼 了我的自学能力和动手能力。还有这个仿真软件proteus里面的操作很多都不会，包括如何 查找相应的器件以及这些器件的名称，还有单片机识别的代码的后缀文件.hex如何借用keli 生成，因为我用的都是英文版本，更显得举步维艰，但在操作过程中我也变得更熟悉这个设 计了。单片机的代码因为和c语言的语法差不多，加上查询的一些资料，代码也会写了。另 外，要做好一个课程设计，就必须做到:在设计程序之前，对所用单片机的内部结构有一个 系统的了解，知道该单片机内有哪些资

18、源;要有一个清晰的思路和一个完整的的软件流程图； 在设计程序时，不能妄想一次就将整个程序设计好，反复修改、不断改进是程序设计的必经 之路；要养成注释程序的好习惯，一个程序的完美与否不仅仅是实现功能，而应该让人一看 就能明白你的思路，这样也为资料的保存和交流提供了方便；在设计课程过程中遇到问题是 很正常德，但我们应该将每次遇到的问题记录下来，并分析清楚，以免下次再碰到同样的问 题的课程设计结束了，但是从中学到的知识会让我受益终身。发现、提出、分析、解决问题 和实践能力的提高都会受益于我在以后的学习、工作和生活中。设计过程，好比是我们人类 成长的历程，常有一些不如意，但毕竟这是第一次做，难免会遇到

19、各种各样的问题。在设计 的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固， 不能灵活运用。参考文献1 周润景，袁伟亭，景晓松.Proteus在MCS-51&ARM7系统中的应用百例M.北京：电子 工业出版社，2006.5-72 康华光.电子技术基础（模拟部分）M.高等教育出版社.20053 康华光.电子技术基础（数字部分）M.高等教育出版社.20054 靳栀，潘育山，邬芝权.单片机原理及应用C51编程技术M.成都：西南交通大学出版 社，20045 龚云新，胡长盛.单片机实用技术教程M.北京：北京师大出版社，2007.66 余发山，王福忠等.单片机原理及应用技术M.

20、徐州：中国矿业大学出版社，20037 黄继昌，乔苏文，张海贵.实用报警电路M.北京：人民邮电出版社，2005.28 徐爱钧.8051单片机实践教程一asm51汇编语言与C51高级语言应用M.北京：电子工业 出版社，2005.39 徐曼.电子基础与技能M.北京：电子工业出版社,2006.610 欧阳文.ATMEL89系列单片机的原理及开发实践M.北京：中国电力出版社，2007附录1.原器件清单表电子钟元件清单如下表所示:电子钟元器件清单元件名称规格型号数量（个）单片机ATC89C5118位一体的共阴LED显二业 示器sm4203641晶振12MHz1电容33pF2电容22 mf1按键BUTTON

21、5电阻0.2K1电阻1K1上拉电阻10K4排阻RESPACK-8/10K12.整个系统的电路图3.源程序清单#includeunsigned char code table=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x40,0x00;unsigned char temp,t0,t1,counter,hou,min,sec;sbit d1=P2A0;void delay()unsigned char x,y;for(x=2;x0;x-)for(y=100;y0;y-);voidinit()t0=0;d1=0;counter=0;hou=

22、12;min=0;sec=0;TMOD=0x01;TH0=(65536-50000)/256;TL0=(65536-50000)%256;EA=1;ET0=1;TR0=1;void display(hou,min,sec)P1=0xfe;P0=tablehou/10;delay();P1=0xfd;P0=tablehou%10;delay();P1=0xfb;P0=table10;delay();P1=0xf7;P0=tablemin/10;delay();P1=0xef;P0=tablemin%10;delay();P1=0xdf;P0=table10;delay();P1=0xbf;P0=

23、tablesec/10;delay();P1=0x7f;P0=tablesec%10;delay();P0=table11;void main()init();while(1)P3=0xff;temp=P3;while(temp=0xfb)delay();temp=P3;while(temp=0xfb) counter+;if(counter=3)counter=0;while(temp=0xfb)temp=P3;display(hou,min,sec);if(counter=0)display(hou,min,sec);elseP3=0xff;temp=P3;while(temp=0xf7|

24、temp=0xef)delay();temp=P3;while(temp=0xf7|temp=0xef)temp=P3;if(counter=1)switch(temp)case 0xf7:hou+;if(hou=24)hou=0;break;case 0xef:hou-;if(hou=-1)hou=23;break;if(counter=2)switch(temp)case 0xf7:min+;if(min=60)min=0;break;case 0xef:min-;if(min=-1)min=59;while(temp=0xf7|temp=0xef)temp=P3;display(hou,

25、min,sec);P1=0xfb;P0=table10;delay();P1=0xdf;P0=table10;delay();P1=0xbf;P0=tablesec/10;delay();P1=0x7f;P0=tablesec%10;delay();switch (counter)case 1:P1=0xf7;P0=tablemin/10;delay();P1=0xef;P0=tablemin%10;delay();if(t0=10)P1=0xfe;P0=tablehou/10;delay();P1=0xfd;P0=tablehou%10;delay();elseP1=0xfe;P0=tabl

26、e11;delay();P1=0xfd;P0=table11;delay();break;case 2:P1=0xfe;P0=tablehou/10;delay();P1=0xfd;P0=tablehou%10;delay();if(t010)P1=0xf7;P0=tablemin/10;delay();P1=0xef;P0=tablemin%10;delay();elseP1=0xf7;P0=table11; delay(); P1=0xef;P0=table11; delay(); break;void timer0() interrupt 1TH0=(65536-50000)/256;TL0=(65536-50000)%256; t0+;t1+;if(t0=20)t0=0;sec+;if(sec=60) sec=0;min+;if(min=60)min=0;hou+;d1=1;t1=0;if(hou=24) hou=0; if(t1=20) d1=0;t1=0;