1、基于89C51的数字电子钟设计基于89C51的数字电子钟设计单片机系统课 程 设 计成绩评定表设计课题 ： 基于89C51的数字电子钟设计 学院名称 ： 专业班级 ： 自动 学生姓名 ： 学 号 ： 指导教师 ： 设计地点 ： 设计时间 ： 指导教师意见：成绩: 签名： 年 月 日单片机系统课 程 设 计课程设计名称： 基于89C51的数字电子钟设计 专 业 班 级 ： 自动 学 生 姓 名 ： 学 号 ： 指 导 教 师 ： 课程设计地点： 课程设计时间： 单片机系统 课程设计任务书学生姓名专业班级自动 学号题 目基于89C51的数字电子钟设计课题性质工程设计课题来源自拟指导教师 主要内容（
2、参数）利用89C51设计电子时钟，并能实现以下功能：1、能显示时、分、秒2、能对时间进行手动修正3、具有复位功能任务要求（进度）第1-2天：熟悉课程设计任务及要求，查阅技术资料，确定设计方案。第3-4天：按照确定的方案设计单元电路。要求画出单元电路图，元件及元件参数选择要有依据，各单元电路的设计要有详细论述。第5-6天：软件设计，编写程序。第7-8天：实验室调试。第9-10天：撰写课程设计报告。要求内容完整、图表清晰、文理流畅、格式规范、方案合理、设计正确，篇幅合理。主要参考资料1 张迎新单片微型计算机原理、应用及接口技术（第2版）M北京：国防工业出版社，20042伟福LAB6000系列单片机
3、仿真实验系统使用说明书3 阎石数字电路技术基础（第五版）北京：高等教育出版社，2006审查意见系（教研室）主任签字： 年 月 日 1 绪论1.1 电子时钟的概述在日新月异的21世纪里，家用电子产品得到了迅速发展。许多家电设备都趋于人性化、智能化，这些电器设备大部分都含有CPU控制器或者是单片机。单片机以其高可靠性、高性价比、低电压、低功耗等一系列优点，近几年得到迅猛发展和大范围推广，广泛应用于工业控制系统、通讯设备、日常消费类产品和玩具等。并且已经深入到工业生产的各个环节以及人民生活的各个方面，如车间流水线控制、自动化系统等、智能型家用电器（冰箱、空调、彩电）等。用单片机来控制的小型家电产品具
4、有便携实用，操作简单的特点。时钟，自从它发明的那天起，就成为人类的朋友，但随着时间的推移，科学技术的不断发展，人们对时间计量的精度要求越来越高，应用越来越广。现今，高精度的计时工具大多数都使用了石英晶体振荡器，由于电子钟，石英表，石英钟都采用了石英技术，因此走时精度高，稳定性好，使用方便，不需要经常调校，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。时钟电路在计算机系统中起着非常重要的作用，是保证系统正常工作的基础。本文设计的日历和时钟的显示广泛用于
5、小型智能家用电子产品，如电子钟。利用单片机进行控制，实时时钟芯片DS1302进行记时，外加掉电存储电路和显示电路，可实现时间的调整和显示。1.2 设计思想及基本功能该系统具有一般电子时钟的基本功能，即显示时、分、秒，通过键盘模块可以修改时间，采用24小时制，该系统本着简单实用经济的思想，尽量简化电路设计，用最简单的电路布线和选用最经济实用的器件来达到设计要求。电子时钟具有以下几个基本功能： 1、能显示时、分、秒2、能对时间进行手动修正3、采用24小时制 4、使用LED显示时间参数5、上电后，电子钟显示“12时00分00秒”2 方案设计2.1 显示模块选择方案和论证方案一：采用LED液晶显示屏,
6、液晶显示屏的显示功能强大,可显示大量文字,图形，显示多样，清晰可见，但是价格昂贵，需要的接口线多，所以在此设计中不采用LED液晶显示屏。方案二：采用点阵式数码管显示，点阵式数码管是由八行八列的发光二极管组成，对于显示文字比较适合，如采用在显示数字显得太浪费，且价格也相对较高，所以也不用此种作为显示。方案三：采用LED数码管动态扫描，LED数码管价格适中，对于显示数字最合适，而且采用动态扫描法与单片机连接时，占用的单片机口线少。所以采用了LED数码管作为显示。2.2 电路设计最终方案确定综上各方案所述，对此次作品的方案选定:以单片机AT89C51为主控制器，时间数据是通过晶振来读取，并通过LED
7、数码管显示出来，并用点控开关来完成对当前时间的调整。2.3 电路原理一个AT89C51单片机做为控制电路，用P0、P2口来控制数码管的段码和位码，利用动态扫描来实现数码管的显示。开通定时器T0中断来对数码管的查表和1秒的准确计时，然后利用P3口的低三位作为判断程序，判断是否分时秒是否溢出，若无溢出则显示当前值，若溢出则清零实现时分秒的加一。3 硬件设计3.1 单片机的复位电路在系统运行的过程中，有时可能对系统需要进行复位，为了避免对硬件系统经常加电和断电造成的损害，设计了手动的复位电路。如图3-1所示。这种电路的设计，在系统的运行过程中需要复位时，只需使开关闭合，在RST端就会出现一定时间的高
8、电平信号，从而使单片机实现复位。电路原理图如图3-1所示：图3-1 手动复位电路原理图3.2 单片机系统的晶振电路单片机必须在时钟的驱动下才能进行工作。MCS-51系列单片机内部都有一个时钟振荡电路，只需外接晶振源，就能产生一定频率的时钟信号送到单片机的内部的各个单元，决定单片机的工作速度。图3-2就是内部时钟工作方式的电路图，这是一种常用的方式。这种方式是外界振荡源，本设计就采用这种外接晶振的方法。电路中的两个电容的作用有两个：一是帮助振荡器起振（C1C2的值大起振的速度慢；反之，速度快。）；二是对振荡器的频率起到微调的作用（C1C2的值大，频率略有减少，反之，频率略有提高）。C1C2的值采
9、用22pF。其原理图如图3-2所示：图3-2 单片机系统的晶振电路原理图3.3 单片机键盘模块三个按键分别接P3.0、P3.1、P3.2，从而实现时、分、秒的加1功能。其原理图如图3-3所示：图3-3 键盘模块3.4 单片机动态数码管显示模块动态数码管段选端接AT89C51的P0口并接八个的上拉电阻；动态数码管的位选端接74LS245锁存器的B端，74LS245锁存器的A端接AT89C51的P2口，通过段选和位选实现动态数码管的数字显示。其原理图如图3-4所示：图3-4 动态数码管显示模块3.5 单片机电源电路模块直流电源的稳定性和输出电源的质量影响单片机系统运行的稳定性，所以一个完整的可靠的
10、电子设计需要可靠的电源供电。除了用市面上的干电池供电外，还可以采用市电220v变压、整流、滤波、整流和稳压后获得稳定的直流电源。本设计采用后者输出5v直流电压。图3-5为采用三端集成稳压器7805构成的正5v直流电源:图3-5 直流电源原理图4 软件设计软件的设计是设计控制系统的应用程序。其任务是在整体设计和硬件设计的基础上，确定程序结构，分配内RAM资源，划分功能模块，然后进行主程序和各模块程序的设计，最后连接起来成为一个完整应用程序，与硬件相结合完成相应功能。4.1 主程序设计主程序才用模块化设计，流程图如图4-1所示。整个程序先给数码管送初值12_00_00，然后进行初始化工作，包括定时
11、器及其初值设置、开中断等。程序通过按键扫描程序来确定是否调用中断程序来对时间进行调整，整个程序较为简短，但是时间误差很小。其流程图如图4-1所示：图4-1 主程序设计框图4.2 键盘子程序设计通过循环扫描三个按键的电平变化来判断对应按键是否按下，并带有去抖动功能，当某个按键按下时，则对应的进行增一操作。若分秒增一到底60次或者时增一到达24次，将对其清零，各个操作均实时的通过数码管显示。其流程图如图4-2所示：图4-2 键盘子程序设计框图5 调试结果 总 结不知不觉，为期两周的单片机课程设计已经结束，在这次设计过程中收获真的很多。首先要谈一下对这次设计全过程的一个认识和感受：硬件系统关系到所要
12、设计的电子产品好怀，如系统抗干扰性等，所以要合理的安排尽量减少干扰提高性能。单片机是很容易受干扰的控制器，当采用外部晶振时，应尽量让其靠近单片机减少对其干扰，防止程序乱飞现象。同时还可以采用隔离等方式减少干扰，硬件系统设计的好坏很大部分来源于经验，所以要有动手的好习惯。软件设计是核心部分，具有多样化，灵活性高，易移植等优点，要深深理会各指令的含义才能更加熟练应用，中断的合理利用可以减少CPU利用资源，具有执行效率高等优点，本设计用到定时器中断以减少对CPU的占用，更好的处理其他功能。软件的设计大部分采用模块化设计的方法以方便调试，并使其可读性大大增强，方便更改和移植。在软硬件的设计过程中，通过
13、查找各方面的相关资料，学到了很多的知识，比如学会了DS1302时钟芯片的应用，学会了74573、74138等这些芯片在电路中所起的作用，尤其是熟悉并掌握了protel、proteus和keil等软件，深刻的意识到它们在单片机开发系统中所起的作用。本次设计最大的感受就是在进行项目设计中，一定要保持严谨的头脑，总揽全局，面面俱到，每一个细节都应该深知熟虑，做到万无一失，只有这样才能完美的设计出一个具有实用的产品。自己感觉本设计就在万年历、时间牌等方面，具有现实实用价值。当然还有很多纰漏瑕疵，相信在以后的学习生涯中，一会逐步改善和完善相关功能，所以还需要继续努力。参 考 文 献1 杨家成单片机原理与
14、应用及C51程序设计.北京：清华大学出版社，20072 夏路易、石宗义Protel 99se电路原理图与电路板设计教程.北京：北京希望电子出版社，20043 邓兴成单片机原理与实践指导.北京：机械工业出版社，20104 阎石.数字电子技术基础.北京:高等教育出版社，20095 张迎新单片微型计算机原理、应用及接口技术.北京：国防工业出版社，20076 李丽荣，张常全，郑建红.51单片机应用设计.北京：北京理工大学出版社，2007附 录附录一 系统原理图附录二 元件清单AT89C51 1个8位动态数码管 1个上拉电阻 1个74LS245 1个按钮 4个电阻10K 5个极性电容10uf 1个电容2
15、2pf 2个晶振12M 1个附录三 机器码ORG 00H LJMP START ORG 0BHLJMP INT_T0START: MOV 30H,#00HMOV 31H,#00H MOV 32H,#12MOV 48H,#00H MOV 49H,#00HMOV 4AH,#00H MOV TMOD,#01HMOV TH0,#248MOV TL0,#248SETB TR0SETB ET0SETB EAADDMIAO:JB P3.2,ADDFENLCALL DELY10MSJB P3.2,ADDFENINC 30H MOV A,30HCJNE A,#60,NS60MOV 30H,#00HNS60:LC
16、ALL DISPJNB P3.2,$ADDFEN:JB P3.1,ADDSHILCALL DELY10MS JB P3.1,ADDSHI INC 31H MOV A,31HCJNE A,#60,NM60 MOV 31H,#00HNM60:LCALL DISP JNB P3.1,$ADDSHI:JB P3.0,RETURNLCALL DELY10MSJB P3.0,RETURNINC 32HMOV A,32HCJNE A,#24,NH24MOV 32H,#00HNH24:LCALL DISPJNB P3.0,$RETURN: LJMP ADDMIAO DELY10MS:MOV R6,#10MOV
17、 R6,#10D1:MOV R7,#248DJNZ R7,$ DJNZ R6,D1RETDISP: MOV A,#40HADD A,#8DEC AMOV R1,A MOV A,32H MOV B,#10 DIV ABMOV R1,A DEC R1 MOV A,B MOV R1,A DEC R1MOV A,#10 MOV R1,A DEC R1MOV A,31H MOV B,#10 DIV AB MOV R1,A DEC R1 MOV A,BMOV R1,A DEC R1MOV A,#10 MOV R1,A DEC R1 MOV A,30H MOV B,#10 DIV ABMOV R1,A DE
18、C R1 MOV A,B MOV R1,A DEC R1 RETINT_T0: MOV TH0,#248 MOV TL0,#248MOV A,#40H ADD A,48H MOV R0,A MOV A,R0MOV DPTR,#TABLEMOVC A,A+DPTR MOV P2,#0FFH MOV P0,AMOV A,48H MOV DPTR,#TABMOVC A,A+DPTR MOV P2,AINC 48H MOV A,48H CJNE A,#08H,KNAMOV 48H,#00HKNA:INC 49HMOV A,49H CJNE A,#100,DONEMOV 49H,#00H INC 4AH
19、 MOV A,4AH CJNE A,#05H,DONE MOV 4AH,#00H INC 30HMOV A,30HCJNE A,#60,NEXT MOV 30H,#00H INC 31H MOV A,31HCJNE A,#60,NEXT MOV 31H,#00H INC 32H MOV A,32HCJNE A,#24,NEXT MOV 32H,#00HNEXT:LCALL DISPDONE:RETITABLE:DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H,7FH,6FH,00HTAB:DB 0FEH,0FDH,0FBH,0F7H,0EFH,0DFH,0BFH,07FHEND
