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数字电子钟设计(纯硬件设计)
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我正好前几天刚做了这个课程设计,你要的话给个邮箱我发给你
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.数字电子钟电路设计
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&&设​计​任​务​：​
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​用​中​、​小​规​模​集​成​电​路​设​计​一​个​数​字​电​子​钟​。​
​
​要​求​如​下​：​
​
​()​具​有​“​时​”​、​“​分​”​、​“​秒​”​数​字​显​示​。​
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​()​具​有​“​时​”​、​“​分​”​、​“​秒​”​校​时​功​能​
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​()​具​有​整​点​报​时​功​能​,​在​离​整​点2​s​时​,​便​自​动​鸣​叫​,​声​长s​,​每​隔s​鸣​叫​一​次​,​前​面​五​声​是​低​音​(0H​Z​)​,​最​后​一​声​为​高​音​(K​H​Z​)​,​共​六​次​,​并​到​达​整​点​。
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数字电子时钟毕业设计.doc
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数字电子时钟毕业设计 个部分组成：信号源、分频器、十进制计数器、六进制计数器、二进制计数器、BCD—七段显示译码/驱动器、LED(Light-emitting-diode)七段显示数码管、时间校准电路和闹时电路。[]这是一种纯硬件电路系统，用时序逻辑电路实现时钟功能，用定时器实现闹钟报时的设定。该电路具有抗干扰强、计算精确，使用元器件种类少等优点，但是这种实现方法可靠性差、控制精度低，灵活性小、线路复杂、安装调试不方便，且不具备对测温信号进行数据处理的功能。要实现测温功能必须再添加处理芯片，系统集成度低。湖南涉外经济学院本科生毕业设计（论文）--方案二利用可编程逻辑器件PLD（ProgrammableLogicDevices）实现。可编程逻辑器件PLD具有集成度高、速度快、功耗小、可靠性高等优点。且EDA(ElectronicDesignAutomation)软件的功能和时序仿真功能使得电路的调试变得十分方便。这种方案与前一种相比，可靠性增加，同时可以很好的完成时钟的功能。但是对于温度测量，其不具备对测温数据的处理功能，无法很好的完成扩展功能的要求。同时这种方案只能选用数码管显示，显示的效果不够理想。因此，系统的灵活性不够。[]方案三利用单片机内部具有的计数器实现时钟功能。以MHz晶振为例，通过计算可知，使定时器每ms产生一次中断，当产生次中断后秒单元将加一，以此类推，从而实现时、分、秒的走时，并加以显示。虽然这种方法存在由于系统晶振误差、温漂、中断响应时间的不确定性及定时器重新装载时间常数所带来的误差等不足。而且用这种方法实现的时钟在断电的情况下将停止走时，通电后必须再初始化，需要重新调表。但是利用这种方法实现的系统具有一定的可扩展性。由于时钟的实现大部分是由软件的编程来实现的，因此没有前几种方案中来自硬件的束缚。只要对数字时钟的程序和硬件电路加以一定的修改，就可应用到一些实时控制的系统中去。系统的实用意义更大。通过以上三种方案的比较，决定采用方案三。湖南涉外经济学院本科生毕业设计（论文）--第二章主要电路模块的设计系统方框图系统方框图如图所示。系统要实现数字时钟的基本功能，单片机最小系统能启动正常，单片机最小系统能复位正常，单片机通过控制相关时钟控制芯片，在数码管上实现实时时钟显示，并且能手动调整时间。通过毕业设计进一步了解单片机特性，掌握单片机硬件系统结构以及软件对硬件的控制功能。熟练掌握单片机指令系统的应用及程序设计、开发环境。图系统方框图系统说明系统由系列单片机ATC、按键、数码管显示、电源等部分构成。单片机部分包括时钟电路、复位电路；按键部分能够实现对时间的调整、设定。三个按键的功能分别为:小时的调整，分钟的调整，复位。电源部分（试验室配备电源）可输出个电压：V。V电压给小系统硬件提供电源。总电路图电子钟总电路图见附录A所示。湖南涉外经济学院本科生毕业设计（论文）--单片机电路时钟电路时钟电路由外接谐振器的时钟振荡器、时钟发生器及关断控制信号等组成。时钟振荡器是单片机的时钟源，时钟发生器对振荡器的输出信号进行二分频。CPU的时钟振荡信号有两个来源：一是采用内部振荡器，此时需要在XTAL和XTAL脚连接一只频率范围为—MHZ的晶体振荡或陶瓷振荡器及两只pf电容。二是采用外部振荡，此时应将外部振荡器的输出信号接至XTAL脚，将XTAL脚浮空。[]利用单片机内部的定时功能来实现时钟的走时，通过编程实现每毫秒产生一次中断，中断次后，秒单元加，秒单元加到时，跳回到零再继续加，同时分单元加；当分单元加到时，跳到零再继续加，同时时单元的个位加，以次类推，从而实现秒、分、小时的走时。本次设计中采用的是内部振荡器，频率为MHZ的晶体振荡器及pf的瓷片电容。如图所示。图时钟电路复位电路复位是指在规定的条件下，单片机自动将CPU以及与程序运行相关的主要功能部件、I/O口等设置为确定初始状态的过程。如果电路参数不符合规定的条件或干扰导致单片机不能正确的复位，系统将无法进行正常的工作，因此，复位电路除了要符合厂家规定的参数外，还要滤除可能的干扰。[]ATS单片机内部有一个由施密特触发器等组成的复位电路。复位信号是从其脚，即RST脚输入的。[]ATS单片机规定，当其处于正常工作基于单片机的湖南涉外经济学院本科生毕业设计（论文）--数字时钟的设计状态，且振荡器工作稳定后，在RST端有从高电平到低电平，且高电平时间大于两个机器周期的复位信号时，CPU将完成对系统的复位。有两点需要注意：一、复位信号是高电平有效，二、高电平的保持时间必须大于两个机器周期，可见高电平保持时间与振荡频率有关。[]本次设计中采用上电复位电路，上电复位是指在系统上电时，RST端自动产生复位所需要的信号将单片机复位，本次设计中的上电复位电路如图所示。上电时，RST端高电平的维持时间取决于R(k)和C(uF)的值。要使若未到六十则退出中断，若分到六十则分清零，同时小时加一。小时加一后进行小时是否到二十四的判断，若未到二十四则退出中断，若到二十四则清零，然后退出中断。图时钟程序流程湖南涉外经济学院本科生毕业设计（论文）--第四章电路仿真proteus简介ProteusISIS是英国Labcenter公司开发的电路分析与实物仿真软件。它运行于Windows操作系统上，可以仿真、分析(SPICE)各种模拟器件和集成电路，该软件的特点是：①实现了单片机仿真和SPICE电路仿真相结合。具有模拟电路仿真、数字电路仿真、单片机及其外围电路组成的系统的仿真、RS动态仿真、IC调试器、SPI调试器、键盘和LCD系统仿真的功能；有各种虚拟仪器，如示波器、逻辑分析仪、信号发生器等。②支持主流单片机系统的仿真。目前支持的单片机类型有：系列、系列、AVR系列、PIC系列、PIC系列、PIC系列、Z系列、HC系列以及各种外围芯片。③提供软件调试功能。在硬件仿真系统中具有全速、单步、设置断点等调试功能，同时可以观察各个变量、寄存器等的当前状态，因此在该软件仿真系统中，也必须具有这些功能；同时支持第三方的软件编译和调试环境，如KeilCuVision等软件。④具有强大的原理图绘制功能。总之，该软件是一款集单片机和SPICE分析于一身的仿真软件，功能极其强大。本章介绍ProteusISIS软件的工作环境和一些基本操作。keil简介单片机开发中除必要的硬件外，同样离不开软件，我们写的汇编语言源程序要变为CPU可以执行的机器码有两种方法，一种是手工汇编，另一种是机器汇编，目前已极少使用手工汇编的方法了。机器汇编是通过汇编软件将源程序变为机器码，用于MCS-单片机的汇编软件有早期的A，随着单片机开发技术的不断发展，从普遍使用汇编语言到逐渐使用高级语言开发，单片机的开发软件也在不断发展，Keil软件是目前最流行开发MCS-系列单片机的软件，这从近年来各仿真机厂商纷纷宣布全面支持Keil即可看出。Keil提供了包括C编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，通过一个集成开发环境（uVision）将这些部分组合在一起。运行Keil软件需要Pentium或以上的CPU，MB或更多RAM、M以上空闲的硬盘空间、WIN、NT、WIN、WINXP等操作系统。掌握这一软件的使用对于使用系列单片机的爱好者来说是十分必要的，如果你使用C语言编程，那么Keil几乎就是你的不二之选（目前在国内你只能买到该软件、而你买的仿真机也很可能只支持该软件），即使不使用C语言而仅用汇编语言编程，其方便易用的集成环境、强大的软件仿真调试工具也会令你事半功倍。设计中的实际仿真步骤本设计中，用到keil和proteus实现设计的仿真，首先在keil中编译程序，生成keil湖南涉外经济学院本科生毕业设计（论文）--文件，具体步骤为：新建工程，如图图新建工程新建文件，如图图新建文件湖南涉外经济学院本科生毕业设计（论文）--编译和生成hex文件，如图图新建文件然后在proteus中画出原理图导入hex文件，步骤如下：画出原理电路图。导入hex文件,如图图导入hex文件湖南涉外经济学院本科生毕业设计（论文）--运行仿真电路图，观察仿真效果，如图图仿真效果仿真总结通过软件和硬件仿真的结合，初步确立了设计方案的可行性，基本实现了预计的设计效果，为后面的实物焊接和程序烧录打下了理论上可行性的基础。仿真的过程中也发现和解决了一些问题，如：按键抖动问题、数码管显示不稳定问题和蜂鸣器的程序设计中的问题，并通过修改程序和检查线路连接得以解决。通过这一次仿真，对proteus和keil软件有了初步的掌握，能够运用其实现一般的仿真，这两个软件在单片机方面的学习中将对我有很大帮助。湖南涉外经济学院本科生毕业设计（论文）--第五章软硬件系统的调试硬件调试的主要任务是排除硬件故障，其中包括线的连接，按键是否接了上拉电阻等。由于最小系统出了点错误，导致写好的芯片无法显示。经万用表检查，手工慢慢焊接好后接入电源。再用万用表检查各个芯片管脚的电压是否达到正常的工作电压,然后判断是否有存在短路现象等，经一步步修改后把硬件调试好。[]程序的调试是采用一个模块一个模块地进行，首先单独调试各功能子程序，检验程序是否能够实现预期的功能等；最后逐步将各子程序联接起来总调。联调需要注意的是，各程序模块间能否正确传递参数。[]在程序调试过程当中，出现了以下几个问题：）LED闪烁问题：虽然本次设计的最终方案是采用LCD显示屏实现显示功能，但是在进行方案比较时曾采用过LED显示方法，最初数码管显示不正常，出现闪烁现象。通过调试发现这是由于延时时间选择不当造成的。由于数码管是采用动态显示方式，为了使人眼产生视觉暂留效果，每一次显示时都必须加入适当的时间延时。由于一开始所选用的延时时间太短，因此出现闪烁现象，在增加显示延时之后，数码管显示正常。）闹铃蜂鸣器异常启动问题：闹铃蜂鸣器的启动/关闭是通过单片机输出的控制信号来实现的，当当前时间与整点时间比较吻合时，单片机将对闹铃控制口P执行取反命令，从而启动蜂鸣器发声。一开始编写程序时，没有对P口的最初状态作正确设置，由于系统开机复位后，P口处于高电平状态，因此出现一开机蜂鸣器就处于启动状态的情况。通过在主程序最开始加入对P口取零命令后，蜂鸣器启动/关闭控制恢复正常。[]）按键消抖问题：在最初编写程序时，键盘控制部分按照常例加入了按键消抖程序。在实际调试中，发现按键出现反应不灵敏现象。这是因为在键盘控制程序中，除了消抖程序外，还加入了按键提示音程序（每次按压键盘时，蜂鸣器发出“哔”的一声提示音）。由于在调用提示音子程序时，实际上已实现了一次时间的延时，因此再加入按键消抖程序的延时后，致使延时时间过长而出现按键反应不灵敏问题。通过调试发现提示音子程序本身所产生的延时已能够满足按键消抖时间延迟的要求，因此在键盘控制程序中无需再加入专门的按键消抖程序。在去除按键消抖程序后，按键控制灵敏度恢复正常。[]）计时显示异常问题：计时程序里面秒值显示每次达到后直接跳变到下一分钟的秒，最终会出现：：的时间显示。正确的显示应该是秒值达到后变成，时间值在显示到：：之后的下一秒显示为：：。出现这种异常显示的主要问题在于每次计时相应的时钟计时器在向高一位进位的时候没有将显存单元清湖南涉外经济学院本科生毕业设计（论文）--零。因此在计时程序里面出现进位情况时，增加相应显存清零的语句后，计时显示恢复正常。经过不断的调试以后，总体功能达到了预期效果。时间误差很小，运行一天以后时通过按键可以修改当前时间。当定时时间到小时，数码管自动的显示，然后又从开始计时。湖南涉外经济学院本科生毕业设计（论文）--参考文献[]李建民模拟电子技术基础[M]清华大学出版社,[]杨志忠数字电子技术[M]北京：高等教育出版社，，[]胡汉才单片机原理及其接口技术［M］清华大学出版社，[]康华光主编电子技术基础[M]（数字部分、模拟部分），高等教育出版社,[]李勋,刘源单片机实用教程北京航空航天大学出版社,[]王建校，杨建国系列单片机及C程序设计［M］科学出版社，[]谢嘉奎电子线路（线性部）[M]第四版北京:高等教育出版社,[]谢自美电子电路设计实验测试[M]武昌：华中理工大学出版社,[]胡宴如模拟电子技术[M]北京：高等教育出版社，，[]何立民MCS系列单片机应用系统设计［M］北京航空航天大学出版社，[]廖芳电子产品生产工艺与管理[M]电子工业出版社,[]严天峰单片机应用系统设计与仿真调试北京航空航天大学出版社,[]童诗白模拟电子技术基础[M]第二版北京：人民邮电出版社,[]苏家健,曹柏荣,汪志峰单片机原理与应用技术高等教育出版社,湖南涉外经济学院本科生毕业设计（论文）--致谢值此论文结束之际，我首先感谢我的论文导师王菁老师，本论文是在王老师的悉心指导下才完成的。王老师学识渊博，为人和善。她不仅在学习上给了我指导，在考研以及生活上也给了我无尽的关怀。这一切都是我永远不能忘怀的。再者，我感谢电气学部各位老师，在论文的完成过程中，电气学部的老师们给了我很多中肯的意见和建议，使我的论文得以顺利完成。更要感谢各位老师在四年的大学生活中对我的教育和关心。我要感谢我的所有同学，在这个团结奋斗、积极向上、充满爱心的集体中，我获得了不断进取的动力。最后我要感谢我的家人和朋友，大学四年里是你们的点点滴滴关怀让我成长，让我顺利完成大学的学业。毕业设计（论文）题目单片机的实时时钟IC的系统作者学部电气与信息工程专业通信工程学号指导教师二〇一一年五月十日--i本科生毕业设计(论文)任务书系(教研室)主任批准电气与信息工程学部通信工程系（教研室）签名:日期:年月日学生姓名:学号:专业:通信工程设计(论文)题目及专题:单片机的实时时钟IC的系统设计学生设计(论文)期限:自月日开始至月日完成设计(论文)所用原始资料:[]苏家健,曹柏荣,汪志峰单片机原理与应用技术高等教育出版社,[]严天峰单片机应用系统设计与仿真调试北京航空航天大学出版社,[]廖芳电子产品生产工艺与管理[M]电子工业出版社,[]李建民模拟电子技术基础[M]清华大学出版社,[]谢嘉奎电子线路（线性部）[M]第四版北京:高等教育出版社,[]谢自美电子电路设计实验测试[M]武昌：华中理工大学出版社,[]童诗白模拟电子技术基础[M]第二版北京：人民邮电出版社,[]康华光主编电子技术基础[M]（数字部分、模拟部分），高等教育出版社,[]胡宴如模拟电子技术[M]北京：高等教育出版社，，[]杨志忠数字电子技术[M]北京：高等教育出版社，，设计(论文)完成的主要内容:通过毕业设计进一步了解单片机特性，掌握单片机硬件系统结构以及软件对硬件的控制功能。熟练掌握单片机指令系统的应用及程序设计、开发环境。提交设计(论文)形式(设计说明书与图纸或论文等)及要求:（）独立思考，认真分析设计题目，找出最佳设计方案。（）单片机最小系统能启动正常。（）单片机最小系统能复位正常。（）单片机通过控制相关时钟控制芯片，在数码管上实现实时时钟显示，并且能手动调整时间。（）写出设计过程（包括原理、方案）。（）画出完整的电路原理图，并描述各部分的功能。（）按照规定提交符合规范要求的毕业设计论文。发题日期:年月日指导老师(签名):学生(签名):--ii摘要数字时钟在日常生活中很常见，应用也很广泛。本次设计就是设计一款数字时钟，以ATC单片机为核心，配备数码管显示模块、按键等功能模块。数字时钟采用小时制方式显示时间，在数码管上显示小时、分钟功能。设计的核心主要包括硬件设计和软件编程两个方面。硬件电路设计主要包括中央处理单元电路、时钟电路、执行电路等几部分。软件用汇编语言来实现，主要包括主程序、键盘扫描子程序、时间设置子程序等软件模块。关键词：ATC、单片机、数码显示、中断--iiiABSTRACTDigitalclockindailylifeisverycommon,andisalsowidelyused，Thisdesignisthedesignofadigitalclock,withATC,equippedwithdigitalpipedisplaymodule,keysfunctionmodulesDigitalclockwiththe-hoursystemindigitaldisplaysthetime,displayedonthehour,minutetubefunctionthecoreofdesignmainlyincludeshardwaredesignandsoftwareprogrammingtwoaspectsHardwarecircuitdesignincludesthecentralprocessingunitcircuit,clockingcircuitandexecutivecircuitsegmentsSoftwaretorealizewithassemblylanguage,includingthemainprogram,keyboardscansubroutines,timesettingsubroutinessoftwaremodulesKeywords:ATC,digitaldisplay,interrupts湖南涉外经济学院本科生毕业设计（论文）-vii-目录第一章绪论引言方案论证第二章主要电路模块的设计系统方框图--系统说明总电路图单片机电路时钟电路复位电路按键电路显示电路方案论证LED的结构与原理电源电路第三章软件设计流程图时钟主程序流程图按键扫描程序流程图时钟程序流程第四章电路仿真proteus简介keil简介设计中的实际仿真步骤仿真总结第五章软硬件系统的调试参考文献致谢附录A系统硬件电路图附录B实物图附录C程序清单湖南涉外经济学院本科生毕业设计（论文）--第一章绪论引言时钟，自从它被发明的那天起，就成为人们生活中必不可少的一种工具，尤其是在现在这个讲究效率的年代，时钟更是在人类生产、生活、学习等多个领域得到广泛的应用。然而随着时间的推移，人们不仅对于时钟精度的要求越来越高，而且对于时钟功能的要求也越来越多，时钟已不仅仅是一种用来显示时间的工具，在很多实际应用中它还需要能够实现更多其它的功能。诸如闹钟功能、日历显示功能、温度测量功能、湿度测量功能、电压测量功能、频率测量功能、过欠压报警功能等。钟表的数字化给人们的生产生活带来了极大的方便，而且大大地扩展了钟表原先的报时功能。诸如定时自动报警、按时自动打铃、时间程序自动控制、定时广播、自动起闭路灯、定时开关烘箱、通断动力设备、甚至各种定时电气的自动启用等，所有这些，都是以钟表数字化为基础的。可以说，设计多功能数字时钟的意义已不只在于数字时钟本身，更大的意义在于多功能数字时钟在许多实时控制系统中的应用。在很多实际应用中，只要对数字时钟的程序和硬件电路加以一定的修改，便可以得到实时控制的实用系统，从而应用到实际工作与生产中去。因此，研究数字时钟及扩大其应用，有着非常现实的意义。怎样让时钟更好的为我们服务？怎样让时钟更符合实际应用的需求？这就要求人们不断设计出新型时钟，不断设计出适合实际应用的多功能时钟。本毕业设计方案正是根据以上所述并结合日常生活中对时钟功能需求的分析，运用单片机技术，设计出一个适合日常生活需要的多功能数字时钟。此多功能数字时钟除了传统的显示时间功能之外还具日历功能以及定时闹钟功能。方案论证方案一采用TTL、CMOS集成电路实现的。数字钟主要由以下几个部分组成：信号源、分频器、十进制计数器、六进制计数器、二进制计数器、BCD—七段显示译码/驱动器、LED(Light-emitting-diode)七段显示数码管、时间校准电路和闹时电路。[]这是一种纯硬件电路系统，用时序逻辑电路实现时钟功能，用定时器实现闹钟报时的设定。该电路具有抗干扰强、计算精确，使用元器件种类少等优点，但是这种实现方法可靠性差、控制精度低，灵活性小、线路复杂、安装调试不方便，且不具备对测温信号进行数据处理的功能。要实现测温功能必须再添加处理芯片，系统集成度低。湖南涉外经济学院本科生毕业设计（论文）--方案二利用可编程逻辑器件PLD（ProgrammableLogicDevices）实现。可编程逻辑器件PLD具有集成度高、速度快、功耗小、可靠性高等优点。且EDA(ElectronicDesignAutomation)软件的功能和时序仿真功能使得电路的调试变得十分方便。这种方案与前一种相比，可靠性增加，同时可以很好的完成时钟的功能。但是对于温度测量，其不具备对测温数据的处理功能，无法很好的完成扩展功能的要求。同时这种方案只能选用数码管显示，显示的效果不够理想。因此，系统的灵活性不够。[]方案三利用单片机内部具有的计数器实现时钟功能。以MHz晶振为例，通过计算可知，使定时器每ms产生一次中断，当产生次中断后秒单元将加一，以此类推，从而实现时、分、秒的走时，并加以显示。虽然这种方法存在由于系统晶振误差、温漂、中断响应时间的不确定性及定时器重新装载时间常数所带来的误差等不足。而且用这种方法实现的时钟在断电的情况下将停止走时，通电后必须再初始化，需要重新调表。但是利用这种方法实现的系统具有一定的可扩展性。由于时钟的实现大部分是由软件的编程来实现的，因此没有前几种方案中来自硬件的束缚。只要对数字时钟的程序和硬件电路加以一定的修改，就可应用到一些实时控制的系统中去。系统的实用意义更大。通过以上三种方案的比较，决定采用方案三。湖南涉外经济学院本科生毕业设计（论文）--第二章主要电路模块的设计系统方框图系统方框图如图所示。系统要实现数字时钟的基本功能，单片机最小系统能启动正常，单片机最小系统能复位正常，单片机通过控制相关时钟控制芯片，在数码管上实现实时时钟显示，并且能手动调整时间。通过毕业设计进一步了解单片机特性，掌握单片机硬件系统结构以及软件对硬件的控制功能。熟 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