課程設計說明書設計名稱：單片機課程設計題目：單片機電子時鐘設計學生姓名：專業(yè)：班級：學號：指導教師：日期：課程設計任務書專業(yè)年級班設計題目單片機時鐘設計主要內(nèi)容設計一個數(shù)字式電子時鐘，它具有顯示年，月，日，星期的日期功能、具有顯示時，分，秒的計時功能?？梢酝ㄟ^按鍵進行時間日期設定，可以通過多機通訊對時鐘進行修改，也可以通過上位機軟件對時鐘時間、日期修改。并且將各項數(shù)值顯示在12864LCD液晶屏上。時鐘用定時中斷方式工作，單片機晶體震蕩器頻率為22.1184Mhz。具體要求了解硬件電路組成，以及各部分的作用。熟悉作圖軟件，如protel99，本次作圖使用DXP軟件實現(xiàn)。制作電路板、焊接電路板、硬件調(diào)試。4．掌握電子鐘的計時原理，鬧鐘原理及溫度采集原理。5．設計電子鐘軟件程序，畫主程序，子程序流程圖，編寫程序清單。6．完成系統(tǒng)調(diào)試。7．撰寫課程設計報告。進度安排1．每個同學根據(jù)實驗題目，查找相應資料，并由組長組織分析任務要求，對任務進行分解，明確每個同學的具體任務。 （半天）2．基本技能培訓：熟悉作圖軟件、購買元器件、學會并熟練掌握在偉福和KeilC開發(fā)平臺上，用匯編和C語言編程和調(diào)試，并寫入CPU。（2天）3.繪制硬件原理圖,制作、焊接、調(diào)試電路板 （2天）4.程序調(diào)試（4天）5．編寫不少于3000字的課程設計總結(jié)報告及提供程序清單（電子版）。（1天）6．總結(jié)與答辯。五、完成后應上交的材料課程設計說明書源程序清單（電子版）實物六、總評成績指導教師簽名日期年月日系主任審核日期年月摘要本課程設計是設計一個基于STC15F602S單片機定時器的電子時鐘系統(tǒng)，它是以STC15F602S芯片為核心，結(jié)合12864LCD液晶顯示屏，控制鍵、顯示驅(qū)動芯片等零器件來完成其計數(shù)、顯示等功能。在設計中，我們采用液晶屏顯示年、月、日、時、分、秒，以24小時方式計時，根據(jù)液晶屏動態(tài)顯示原理來進行顯示，用22.1184MHz的晶振產(chǎn)生振蕩脈沖，定時器計數(shù)。該系統(tǒng)可以通過按鍵進行時間日期設定，可以通過多機通訊對時鐘進行修改，也可以通過上位機軟件對時鐘時間、日期修改。等功能。其特點是小巧，價格低廉，走時精度高，使用方便，功能多，便于集成化。關鍵詞：電子時鐘，STC15F2K60S2,12864LCD顯示、鍵盤、通訊 目錄TOC\o"1-2"\h\u28415摘要 129447一、任務分析與設計思路 3262581.1、設計任務 3134311.2、設計要求 368841.3、發(fā)揮部分 3230981.4、設計思路 323446二、整體設計方案 450852.1、單片機的選擇 417002.2、單片機的基本結(jié)構(gòu) 610605三、數(shù)字鐘的硬件設計 797003.1、總體電路設計 7162523.2、單片機電路設計 7198183.3、復位電路設計 8154723.4、LCD顯示電路設計 9271683.5、鍵盤控制電路設計 9248913.6、5V穩(wěn)壓電路設計 10271593.7、硬件PCB圖 10309583.8、元件清單 1113398四、軟件設計 12240054.1、系統(tǒng)軟件設計流程圖 12215584.2、主程序現(xiàn)實及框圖 12183264.3、時鐘設置子程序 1373094.4、定時器中斷子程序 14140344.5、按鍵控制子程序 14269304.6、串口控制子程序 1510361五、調(diào)試與功能說明 1665605.1、系統(tǒng)性能測試與功能說明 16252575.2、系統(tǒng)時鐘誤差分析 16301505.3、硬件調(diào)試 17262915.4、軟件調(diào)試問題及解決 1730281六、心得體會 1715586七、效果、實物圖： 1829622八、參考文獻 19一、任務分析與設計思路1.1、設計任務 設計并制作一個電子時鐘。1.2、設計要求設計能支持時、分、秒的時鐘，時鐘有時間調(diào)整功能。1.3、發(fā)揮部分 添加年、月、日、星期、功能，多機通訊，即從機設定時鐘，上位機設定時鐘。1.4、設計思路本設計主要分四個部分，其中第一部分為電路板設計，第二部分時間、日期顯示，第三部分為時間日期設定，第四部分多機通訊。各部分思路如下所示：電路板設計：搭建12864LCD顯示電路、搭建通訊電路和按鍵電路。時間設置思路：本方案完全用軟件實現(xiàn)數(shù)字時鐘。原理為：在單片機內(nèi)部存儲器設三個字節(jié)分別存放時鐘的時、分、秒信息。利用定時器與軟件結(jié)合實現(xiàn)1秒定時中斷，每產(chǎn)生一次中斷，存儲器內(nèi)相應的秒值加1；若秒值達到60，則將其清零，并將相應的分字節(jié)值加1；若分值達到60，則清零分字節(jié)，并將時字節(jié)值加1；若時值達到24，則將時字節(jié)清零。顯示部分：采用12864LCD液晶顯示屏，顯示所有數(shù)值。多機通訊：采用串口一進行通訊二、整體設計方案2.1、單片機的選擇方案一：選用PIC、或AVR、或凌陽SPCE061A等作為控制核心；這些單片機資源豐富，可以實現(xiàn)復雜的邏輯功能，功能強大，完全可以實現(xiàn)對時鐘的控制。但對于本題目而言，其優(yōu)勢資源無法得以體現(xiàn)，且成本稍高。

方案二：STC公司的STC15F2K60S2。單片機算術運算功能強，軟件編程靈活、自由度大，可用軟件編程實現(xiàn)各種算法和邏輯控制，并且由于其功耗低、體積小、技術成熟和成本低等優(yōu)點，使其在各個領域應用廣泛。且價格很便宜。

綜上所述，采用方案二。STC15F2K60S2是標準的40引腳雙列直插式集成電路芯片，主要由以下部分組成：CPU、RAM、ROM、四個并行I/O口、1個串行口、3個16位定時器/計數(shù)器、中斷系統(tǒng)、特殊功能寄存器。該單片機有以下功能：1）8位CPU·4kbytes程序存儲器(ROM)(64K)2）256bytes的數(shù)據(jù)存儲器(RAM)(52有384bytes的RAM)3）32條I/O口線·111條指令，大部分為單字節(jié)指令4）21個專用寄存器5）2個可編程定時/計數(shù)器·5個中斷源，2個優(yōu)先級(52有6個)6）一個全雙工串行通信口7）外部數(shù)據(jù)存儲器尋址空間為64kB8）外部程序存儲器尋址空間為64kB9）邏輯操作位尋址功能·雙列直插40PinDIP封裝10）單一+5V電源供電單片機管腳圖圖2-12.2、單片機的基本結(jié)構(gòu)中央處理器（CPU）：由運算和控制邏輯組成，同時還包括中斷系統(tǒng)和部分外部特殊功能寄存器。數(shù)據(jù)存儲器(RAM)：用以存放可以讀寫的數(shù)據(jù)，如運算的中間結(jié)果、最終結(jié)果以及欲顯示的數(shù)據(jù)。程序存儲器（ROM）：用以存放程序、一些原始數(shù)據(jù)和表格;并行輸入輸出(I/O)口：四個8位并行I/O口，既可用作輸入，也可用作輸出。定時/計數(shù)器(T/C）：兩個定時/記數(shù)器，既可以工作在定時模式，也可以工作在記數(shù)模式.單片機結(jié)構(gòu)圖圖2-2三、數(shù)字鐘的硬件設計3.1、總體電路設計本電路系統(tǒng)由控制器單片機，外圍電路有液晶顯示電路，按鍵電路，晶振電路，5V穩(wěn)壓電路構(gòu)成。 圖3-1系統(tǒng)電路圖圖3-13.2、單片機電路設計晶振電路：電路很多種有RC震蕩輸入，帶運放的RC震蕩，LC震蕩，無源晶振+電容起震，有源晶振。還有使用單片機內(nèi)部震蕩基本就這幾種作用是給單片機輸入時鐘信號本設計采用22.1184MHz，提高CPU的處理速度，為CPU提高脈沖時鐘。電源濾波：為了減少電源干擾，外加一個47uf的極性電容，一個0.1uF的普通電容濾波。 圖3-23.3、復位電路設計當單片機復位引腳高電平持續(xù)一定時間時，單片機復位，上電時，電源給電容充電，電容給復位引腳放電，單片機復位。鍵盤按下，電容放電也引起單片機復位。圖3-33.4、LCD顯示電路設計本設計采用12864顯示，既可以并口控制，也可以串口控制，通過第P1^3可以控制選擇并口控制，還是串口控制。P0口可以控制并口數(shù)據(jù)的輸入，P2^0--P2^3,可以控制液晶的時序和串口數(shù)據(jù)輸入。圖3-43.5、鍵盤控制電路設計該設計用4個鍵盤，該鍵盤可以實現(xiàn)時間的設定。S1A按鍵按下表示切換功能；S2A按鍵實現(xiàn)時分秒等參數(shù)的累加，每按一次秒鐘加一；S3A按鍵實現(xiàn)時分秒等參數(shù)的累減；時分秒等參數(shù)的累加，S4A按鍵實現(xiàn)退出參數(shù)設定功能。單片機不停的檢測是否按下，如果有按鍵按下，消抖，之后再檢測，確定按鍵是否真按下，松手檢測，執(zhí)行。圖3-53.6、5V穩(wěn)壓電路設計電感L1的選擇要根據(jù)LM2596的輸出電壓、最大輸入電壓、最大負載電流等參數(shù)選擇，首先，依據(jù)如下公式計算出電壓·微秒常數(shù)（E·T）：

E·T=（Vin

-

Vout）×Vout/

Vin×1000/f

(1)

上式中，Vin是LM2596的最大輸入電壓、Vout是LM2596的輸出電壓、f是LM2596的工作振蕩頻率值（150kHz）圖3-63.7、硬件PCB圖圖3-73.8、元件清單1K電阻2個10K電阻1個按鍵4個LED2個STC15F2K60S21塊開關1個12864LCD一塊其他四、軟件設計4.1、系統(tǒng)軟件設計流程圖開始開始初始化LCD、鍵盤、定時器、STC15時間、日期顯示掃描按鍵時間設定多機通訊圖4-14.2、主程序現(xiàn)實及框圖首先初始化系統(tǒng)，然后顯示起始參數(shù)，同時不停檢測按鍵是否按下和是否接收收數(shù)據(jù)，根據(jù)按鍵產(chǎn)生的鍵值或者接收到的數(shù)值來確定執(zhí)行那一步，例如鍵值為一時執(zhí)行的是設定時針。圖4-24.3、時鐘設置子程序不停檢測那個按鍵按下，每個按鍵按下產(chǎn)生對應的鍵值，從而通過判斷鍵值來判斷那個按鍵按下，接著實現(xiàn)對應功能。例如，當鍵值為1，表示選擇功能被打開。圖4-3 4.4、定時器中斷子程序當沒鍵盤按下時打開定時器，計時器計時，達到1S后，秒針加1，其它參數(shù)作相應變化。當鍵盤按下，定時關閉，設定參數(shù)后，重新打開計時。圖4-44.5、按鍵控制子程序鍵盤檢測只要要考慮誤按或干擾，通過延時檢測，松手執(zhí)行，就可以很大程度的避免上述問題。即當檢測到鍵盤按下，隔5ms再次檢測，如果還是檢測到鍵盤按下，等鍵盤松開以后，產(chǎn)生相應鍵值。否則認為此次檢測無效。圖4-54.6、串口控制子程序串口初始化，然后檢測鍵盤是否按下，如果按下，就發(fā)送相應數(shù)據(jù)。直到發(fā)送完畢，如果沒按下，就繼續(xù)檢測。圖4-6五、調(diào)試與功能說明5.1、系統(tǒng)性能測試與功能說明A、通過按鍵可以實現(xiàn)時間日期設定B、通過從機鍵盤對主機時間日期進行設定C、通過上位機對主機時間日期進行設定5.2、系統(tǒng)時鐘誤差分析A、定時器初