電氣工程學(xué)院單片機原理及應(yīng)用課程設(shè)計專業(yè)自動化設(shè)計題目電子時鐘班級學(xué)生姓名學(xué)號指導(dǎo)教師分院院長教研室主任一、課程設(shè)計任務(wù)書1課程設(shè)計項目電子時鐘（LED顯示）2設(shè)計內(nèi)容1以MCS51系列單片機為核心器件組成電子時鐘控制系統(tǒng)；2利用提供單元模塊構(gòu)成硬件系統(tǒng)。3）系統(tǒng)程序編制與調(diào)試；4）電路系統(tǒng)的綜合調(diào)試；5）撰寫課程設(shè)計論文；6）完成課程設(shè)計論文答辯。3設(shè)計要求1以STC10F04E單片機為控制核心，用單片機內(nèi)部定時器為時鐘源，設(shè)計電子時鐘，使用4位數(shù)碼管顯示時、分，后兩位數(shù)碼管（分）的閃爍顯示秒。2顯示格式為“XXXX3用4個功能鍵操作來進行對時?？勺孕卸x各鍵的功能，也可按下述方式定義K1K4鍵的功能如下。K1功能鍵，每按下一次對應(yīng)的LED閃爍。K2移位鍵，每按下一次向后移一位。K3加1鍵。K4減1鍵。4參考資料1李廣弟,朱月秀,王秀山編著單片機基礎(chǔ)北京北京航空航天大學(xué)出版社,20012何立民編著MCS51系列單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計系統(tǒng)配置與接口技術(shù)北京北京航空航天大學(xué)出版社,19993蔡美琴等編著MCS51單片機系統(tǒng)及應(yīng)用北京高等教育出版社19925設(shè)計進度（2011年6月13日至2011年6月24日）時間設(shè)計內(nèi)容第12天查閱資料，方案比較、設(shè)計與論證，理論分析與計算第35天硬件電路調(diào)試第68天系統(tǒng)調(diào)試第910天書寫報告、答辯6設(shè)計地點新實驗樓323微機實驗室二、評語及成績評分項目評分標準量化分數(shù)1獨立分析與解決問題的能力很強較強一般不具有102課程設(shè)計的答辯情況有見解回答準確回答正確基本正確有錯誤253課程設(shè)計論文及插圖的規(guī)范程度規(guī)范整潔正確雜亂有錯誤254工具軟件的使用熟練使用會使用需要學(xué)習(xí)105輔導(dǎo)答疑積極認真應(yīng)付消極106設(shè)計態(tài)度積極認真應(yīng)付消極107出勤全勤缺勤次數(shù)10附加評語量化總分成績指導(dǎo)教師單片機原理及應(yīng)用課程設(shè)計班級自動化0942姓名學(xué)號指導(dǎo)教師撰寫日期目錄第一章課程設(shè)計的內(nèi)容與要求分析111課程設(shè)計內(nèi)容112課程設(shè)計要求分析1第二章電子時鐘的硬件設(shè)計221硬件原理圖222硬件介紹3221單片機STC10F04XE介紹322274LS164介紹5223三極管的介紹6224晶振電路7第三章電子時鐘的軟件設(shè)計831系統(tǒng)軟件的設(shè)計8第四章調(diào)試與功能說明941系統(tǒng)性能測試與功能說明942軟件調(diào)試問題及解決11總結(jié)與體會12參考文獻13附錄14第一章課程設(shè)計的內(nèi)容與要求分析11課程設(shè)計內(nèi)容1以MCS51系列單片機為核心器件組成電子時鐘控制系統(tǒng)；2利用提供單元模塊構(gòu)成硬件系統(tǒng)。3系統(tǒng)程序編制與調(diào)試；4電路系統(tǒng)的綜合調(diào)試；5撰寫課程設(shè)計論文；6完成課程設(shè)計論文答辯。12課程設(shè)計要求分析1以STC10F04XE單片機為控制核心，用單片機內(nèi)部定時器為時鐘源，設(shè)計電子時鐘，使用4位數(shù)碼管顯示時、分，后兩位數(shù)碼管（分）的閃爍顯示秒。2顯示格式為“XXXX3用4個功能鍵操作來進行對時?？勺孕卸x各鍵的功能，也可按下述方式定義K1K4鍵的功能如下。K1功能鍵，每按下一次對應(yīng)的LED閃爍。K2移位鍵，每按下一次向后移一位。K3加1鍵。K4減1鍵。顯示采用共陽極LED的動態(tài)顯示方式，用擴展74LS164的并行輸出做段選，74LS164的CLK接P31TXD，數(shù)據(jù)輸入端接P30RXD。P14P17做位選。第二章電子時鐘的硬件設(shè)計21硬件原理圖采用共陽極LED的動態(tài)顯示方式，用擴展74LS164的并行輸出做段選，74LS164的CLK接P31TXD，數(shù)據(jù)輸入端接P30RXD。P14P17做位選。如圖21所示。鍵盤顯示原理圖如圖22所示21數(shù)碼管顯示原理圖22鍵盤顯示原理圖22硬件介紹221單片機STC10F04XE介紹核心單片機硬件系統(tǒng)的設(shè)計STC10F04XE單片機實物如圖23所示，STC10F04XE單片機的功能介紹與其引腳圖如圖24所示。23STC10F04XE單片機實物24STC10F04XE單片機引腳圖STC10F04XE主要性能（1）高速1個時鐘周期/機械周期/增強型8051內(nèi)核、速度比普通8051快812倍。（2）寬電壓55V41V/37V,36V24V/21V（3）低功耗設(shè)計空閑模式（可由任意一個中斷喚醒）；（4）低功耗設(shè)計掉電模式（可由任意一個外部中斷喚醒，可支持下降沿/低電平和遠程喚醒，STC10F04XE還可以通過內(nèi)部專用掉電喚醒定時器喚醒）。（5）工作頻率035HZ，相當于普通80510420HZ（6）時鐘外部晶體或內(nèi)部RC振蕩器可選，在ISP下載編程用戶程序時設(shè)置。（7）1/2/3/4/5/6/8/16/32/52/62K字節(jié)片內(nèi)FLASH程序存儲器，擦寫次數(shù)10萬次以上；（8）1280/256字節(jié)片內(nèi)RAM數(shù)據(jù)存儲器。（9）芯片內(nèi)EEPROM功能，擦寫次數(shù)10萬次以上；（10）ISP/IAP，在系統(tǒng)編程/在應(yīng)用編程，無需編程器/仿真器。（11）2個16為定時器，兼容普通8051的定時器T0/T1（12）1個獨立波特率發(fā)生器（故無需T2做波特率發(fā)生器）；（13）可編程時鐘輸出功能，T0在P34輸出時鐘，T1在P35輸出時鐘，BRT在P10輸出時鐘；（14）硬件看門狗（WDT）（15）全雙工異步串行口（UART）,兼容普通8051，可作為2個串口（串口可在P3與P1之間自由切換）；（16）先進的指令集結(jié)構(gòu)，兼容普通8051指令集，有硬件乘法/除法指令；22274LS164介紹74LS164為8位移位寄存器（串行輸入，并行輸出），其主要電特性的典型值為54/74164185MW54/74LS16480MW。當清除端（CLEAR）為低電平時，輸出端（QAQH）均為低電平。串行數(shù)據(jù)輸入端（A，B）可控制數(shù)據(jù)。當A、B任意一個為低電平，則禁止新數(shù)據(jù)輸入，在時鐘端（CLOCK）脈沖上升沿作用下Q0為低電平。當A、B有一個為高電平，則另一個就允許輸入數(shù)據(jù)，并在CLOCK上升沿作用下決定Q0的狀態(tài)。223三極管的介紹概述半導(dǎo)體三極管也稱為晶體三極管，可以說它是電子電路中最重要的器件。它最主要的功能是電流放大和開關(guān)作用。三極管顧名思義具有三個電極。二極管是由一個PN結(jié)構(gòu)成的，而三極管由兩個PN結(jié)構(gòu)成，共用的一個電極成為三極管的基極用字母B表示。其他的兩個電極成為集電極用字母C表示和發(fā)射極用字母E表示。由于不同的組合方式，形成了一種是NPN型的三極管，另一種是PNP型的三極管。三極管的種類很多，并且不同型號各有不同的用途。三極管大都是塑料封裝或金屬封裝，常見三極管的外觀，有一個箭頭的電極是發(fā)射極，箭頭朝外的是NPN型三極管，而箭頭朝內(nèi)的是PNP型。實際上箭頭所指的方向是電流的方向。在本電路里三極管的作用是位選。25三極管224晶振電路晶振電路如下圖所示26晶振電路圖晶振是石英振蕩器的簡稱，英文名為CRYSTAL,它是時鐘電路中最重要的部件，它的主要作用是向顯卡、網(wǎng)卡、主板等配件的各部分提供基準頻率，它就像個標尺，工作頻率不穩(wěn)定會造成相關(guān)設(shè)備工作頻率不穩(wěn)定，自然容易出現(xiàn)問題。晶振晶振還有個作用是在電路產(chǎn)生震蕩電流，發(fā)出時鐘信號。本設(shè)計晶振電路采用12M的晶振。晶振的作用是給單片機正常工作提供穩(wěn)定的時鐘信號。單片機的晶振并不是只能用12M，只要不超過20M就行，在準許的范圍內(nèi)，晶振越大，單片機運行越快，還有用12M的就是好算時間，因為一個機器周期為1/12時鐘周期，所以這樣用12M的話，一個時鐘周期為12US，那么定時器計一次數(shù)就是1US了，電容范圍在2040PF之間，這里連接的是30PF的電容。機器周期10晶振周期12第三章電子時鐘的軟件設(shè)計31系統(tǒng)軟件的設(shè)計系統(tǒng)的軟件設(shè)計也是工具系統(tǒng)功能的設(shè)計。單片機軟件的設(shè)計主要包括執(zhí)行軟件（完成各種實質(zhì)性功能）的設(shè)計和監(jiān)控軟件的設(shè)計。單片機的軟件設(shè)計通常要考慮以下幾個方面的問題（1）根據(jù)軟件功能要求，將系統(tǒng)軟件劃分為若干個相對獨立的部分設(shè)計出合理的總體結(jié)構(gòu)，使軟件開發(fā)清晰、簡潔和流程合理；（2）培養(yǎng)良好的編程風(fēng)格，如考慮結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計、實行模塊化、子程序化。既便于調(diào)試、鏈接，又便于移植和修改；（3）建立正確的數(shù)學(xué)模型，通過仿真提高系統(tǒng)的性能，并選取合適的參數(shù)；（4）繪制程序流程圖；（5）合理分配系統(tǒng)資源；（6）為程序加入注釋，提高可讀性，實施軟件工程；（7）注意軟件的抗干擾設(shè)計，提高系統(tǒng)的可靠性。（8）第四章調(diào)試與功能說明單片機應(yīng)用系統(tǒng)的調(diào)試包括硬件和軟件兩個部分，但是他們并不能完全分開。一般的方法是排除沒明顯的硬件故障，再進行綜合調(diào)試，排除可能的軟/硬件故障。41系統(tǒng)性能測試與功能說明1啟動KEIL，新建一個工程，然后選擇芯片，設(shè)置工作環(huán)境，編寫C語言程序，保存并添加至工程中，然后進行編譯。下圖為KEIL程序編譯運行完的截圖2采用共陽極LED的動態(tài)顯示方式，用擴展74LS164的并行輸出做段選，74LS164的CLK接P31TXD，數(shù)據(jù)輸入端接P30RXD。P14P17做位選。插好電源，插好下載線，打開實驗儀器電源開關(guān)，啟動STCISP下載軟件，單擊OPENFILE/打開文件和打開數(shù)據(jù)文件，在彈出的窗口單擊所編程軟件HEX形式的文件，在COM處選擇計算機相對應(yīng)的COM口。按DOWNLOAD/下載，將程序下載到單片機中。下圖為下載頁面下圖為顯示效果的照片41時鐘顯示42軟件調(diào)試問題及解決軟件程序的調(diào)試一般可以將重點放在分模塊調(diào)試上，統(tǒng)調(diào)是最后一環(huán)。軟件調(diào)試可以采取離線調(diào)試和在線調(diào)試兩種方式。前者不需要硬件仿真器，可借助于軟件仿真器即可；后者一般需要仿真系統(tǒng)的支持。本次課程設(shè)計，KEIL軟件來調(diào)試程序，在做課程設(shè)計的時候，我們遇到了很多問題，例如不能實現(xiàn)時鐘顯示的加1功能，減1功能。還有不能循環(huán)等問題，通過對程序的修改，最后成功完成了本次課程設(shè)計的任務(wù)?？偨Y(jié)與體會很快兩個星期的課程設(shè)計就結(jié)束了，在本次實踐中我們學(xué)到了很多寶貴的知識和經(jīng)驗。在實驗期間出現(xiàn)了很多問題，但在老師和我們共同探討中一個個問題迎刃而解，在解決之后我學(xué)到了很多東西，而且對知識的理解也更加深刻了。因為單片機很久沒復(fù)習(xí)，剛拿到題目，不知道從哪入手，后來通過對書本的回顧，加深了對單片機的記憶。課堂教學(xué)考慮到大多數(shù)同學(xué)的需求，主要強調(diào)“基本”基本知識、基本理論、基本方法、基本技能。而本次設(shè)計正是為我們提供了一個深入學(xué)習(xí)、探索的機會，成為課堂教學(xué)的有益補充。單片機理論的學(xué)習(xí)是為課程的設(shè)計作準備的，但有時學(xué)習(xí)的理論也解決不了實踐中的問題。實踐中獲得的知識能讓我對單片機的知識有更好的認識和理解。雖然這次課程設(shè)計中遇到很多問題，可以說是困難重重，遇到了各種各樣的問題，同時在設(shè)計的過程中我也發(fā)現(xiàn)了自身有很多的不足之處，對以前所學(xué)的知識還遠遠不夠，理解的也不夠深刻，掌握的不夠牢固。這次課程設(shè)計的最大收獲是只有把理論用到實踐中我們才能真正掌握好所學(xué)的知識。在這次課程設(shè)計中，我真正體會到了合作的重要性。一起的工作可以讓我們有說有笑，互相幫助，配合默契。從程序的編寫到程序的檢查，從程序的調(diào)試到實驗報告得寫作，期間每一個過程都凝聚了我們的力量。在遇到問題時，我們總是一起討論，一起把問題解決。這次課程設(shè)計終于順利完成了，當然，課設(shè)能順利完成離不開老師的指導(dǎo)和同學(xué)們的幫助，在此對給我?guī)椭睦蠋熀屯瑢W(xué)們表示衷心的感謝20120615參考文獻1李廣弟,朱月秀,王秀山編著單片機基礎(chǔ)北京北京航空航天大學(xué)出版社,20012何立民編著MCS51系列單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計系統(tǒng)配置與接口技術(shù)北京北京航空航天大學(xué)出版社,19993蔡美琴等編著MCS51單片機系統(tǒng)及應(yīng)用北京高等教育出版社19924付家才單片機控制工程實踐技術(shù)M北京化學(xué)工業(yè)出版社200435李光才單片機課程設(shè)計實例指導(dǎo)M北京北京航空航天大學(xué)出版社20046朱定華單片機原理及接口技術(shù)實驗M北京北方交通大學(xué)出版社2002117劉湘濤江世明單片機原理與應(yīng)用M北京電子工業(yè)出版社,2006附錄INCLUDE“STC10F04XEH“DEFINEUCHARUNSIGNEDCHARDEFINEUINTUNSIGNEDINTUCHARKEYFUN_FLAG,FLAG,KEYFUN,M,NSBITKEY_1FP23SBITKEY_2TP22SBITKEY_3IP21SBITKEY_4DP20UCHARCODELED_VAL0XC0,0XF9,0XA4,0XB0,0X99,0X92,0X82,0XF8,0X80,0X98/09UCHARDATANUM4UCHARDATACOD4UCHARDATALED_POINT40XEF,0XDF,0XBF,0X7FUCHARKEY1_FLAG,KEY2_FLAG,KEY3_FLAG,KEY4_FLAG,SUMLONGINTCOUNT,SECOND,MINITE,HOURVOIDDISP1UINTX,UINTYVOIDBCDUINTA,UINTBVOIDDELAY_MSUINTDELAYVOIDSYSTEM_INITVOIDKEY_SCANVOIDKEY_DEAL/顯示函數(shù)/VOIDSYSTEM_INITTMOD0X01TH06553650000/256TL06553650000256EA1ET01TR00/VOIDT0_SRVVOIDINTERRUPT1USING1TH06553650000/256TL06553650000256COUNTIFCOUNT20COUNT0SECONDIFSECOND60SECOND0MINITEIFMINITE60MINITE0/VOIDDISP1UINTX,UINTYUCHARIBCDX,YFORI0I0J/鍵盤掃描/VOIDKEY_SCANIFKEY_1F0DELAY_MS10IFKEY_1F0WHILEKEY_1F0KEY1_FLAGIFKEY1_FLAG3KEY1_FLAG1IFKEY_2T0DELAY_MS10IFKEY_2T0WHILEKEY_2T0KEY2_FLAGKEYFUN0IFKEY2_FLAG4KEY2_FLAG0/VOIDKEY_DEALIFKEY2_FLAG0/JIABUFENP1LED_POINT0DELAY_MS500P10XFFIFKEY_3I0DELAY_MS10IFKEY_3I0WHILEKEY_3I0KEYFUNIFKEYFUN10KEYFUN0IFKEY_4D0/JIANBUFENDELAY_MS10IFKEY_4D0WHILEKEY_4D0KEYFUNIFKEYFUN0KEYFUN9COD0KEYFUNSBUFLED_VALCOD0DELAY_MS500IFKEY2_FLAG1/JIABUFENP1LED_POINT1DELAY_MS500P10XFFIFKEY_3I0DELAY_MS10IFKEY_3I0WHILEKEY_3I0KEYFUNIFKEYFUN10KEYFUN0IFKEY_4D0/JIANBUFENDELAY_MS10IFKEY_4D0WHILEKEY_4D0KEYFUNIFKEYFUN0KEYFUN9COD1KEYFUNSBUFLED_V