1、东华理工大学长江学院本科生毕业设计（论文）论文题目：基于单片机的倒计时时钟设计姓名：黄良宁学号：201230320213班级：1233202年级：2012 级专业：测控技术与仪器学院：资源与环境工程系指导教师：饶利民（讲师）肖慧（副教授）完成时间：2016 年 6 月 6 日作者声明本人以信誉郑重声明：所呈交的学位毕业设计（论文），是本人在指导教师指导下由本人独立撰写完成的，没有剽窃、抄袭、造假等违反道德、学术规范和其他侵权行为。文中引用他人的文献、数据、图件、资料均已明确标注出，不包含他人成果及为获得东华理工大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。对本设计（论文）的研究做出重要贡献的个
2、人和集体，均已在文中以明确方式标明。本毕业设计（论文）引起的法律结果完全由本人承担。本毕业设计（论文）成果归东华理工大学所有。特此声明。毕业设计（论文）作者（签字）：签字日期：年月日本人声明：该学位论文是本人指导学生完成的研究成果，已经审阅过论文的全部内容，并能够保证题目、关键词、摘要部分中英文内容的一致性和准确性。学位论文指导教师签名：年月日基于单片机的倒计时时钟设计黄良宁The countdown clock design based on single chip MicrocomputerHuang，Liangning2016 年 6 月 6 日摘要单片机自公元 1970 年来，以它很高
3、的机能价值比，得到人们的正视与关心，用途很广、成长迅速。单片机个体小、不重、抗干扰本领强、外界因素请求不高、价格便宜、信赖度较高、较为灵活、制作比较简单。因为具有上述优点，在国内，单片机已大面积地使用在掌管产业自动化、电力电子、自行检测、家用电器、智能仪器仪表、电机一体化配置等方方面面，而 51 单片机是所有单片机中最为典范与最有象征性的一种。经过此次毕业设计对它的研习、操作，以 STC89C51 单片机为主旨，辅助需要的电路，制作了一个简便的倒计时的秒表，提供的直流电源为 25W，经过数码管能无误的呈现出时段，并且做时段的调解，因而达到学习、策画、制作软、硬件的本领。数字钟是采纳数字电路完成
4、对 分”、秒”数字显现的计时装配。老式机器钟的准确度、平稳性远远低于数字钟。生产，采用 LED 数码管显示，其原因是根据数码管动态显示，定时器计数形成振荡脉冲，选 12MHz 晶体振荡器。在这次设计中，电路具备体现时段的其本功效，并能够完成对时分的调解。它精巧，价格便宜，工作时 准确度高，使用简便，用途多，因方便集成化所以得到很多消费的喜好，同时获得 了普遍的应用。关键词：单片机； 数码管； 秒表ABSTRACTSince 1970, microcontroller has been getting more attention and care from us with its high f
5、unction value ratio, and now its applied widely and growing rapidly. Its small, light, cheap, flexible and trustworthy and is easy to make. It also has strong anti-interference ability and its external request is not high. With the above advantages, microcontroller is used in different areas, like i
6、ndustrial, automation, power, electronic, self-testing, domestic, appliance, intelligent instrument, motor integration and so on. Among all, 51MIC is the most typicail and the most representative one.By learning and practicing on STC89C51 through this graduation project,taking STC89C51 as the theme
7、and required circuit as auxiliary,I made a handy countdown stopwatch,supplied with 25W DC power,demonstrating a correct time interval through digital tube can,so as to reach the goal of studying and programming software or hardware by making some appropriate mediation.Digital clock is an assemble th
8、at using digital circuit to display minutes and seconds number. The accuracy and smoothness of old machine clock is far below digital clocks.This production is displayed by LED digital tube according to the dynamic display of digital tube.When counting, it forms pulse oscillation , selecting 12MHz c
9、rystal. In this design, the circuit includes a time period which reflects the effectiveness of this and be able to complete the division of mediation. It is compact, inexpensive, work accurately , also easy to use, multipurpose, and because of its convenient integration,it gets consumers preferences
10、 as well as universal applications.Keywords: microcontroller, digital tube stopwatch目录绪论11.1 倒计时时钟的背景11.2 倒计时时钟的意义11.3 倒计时时钟的现状及构成21.4 倒计时时钟发展趁势3第二章系统的整体框架及设计方案42.1 系统基本设计思路42.1.1 系统工作过程：42.1.2 倒计时的功能要求52.2 单元电路方案论证52.2.1 控制器模块52.2.2 计时模块62.2.3 显示模块62.2.4 最终方案62.3 单片机技术7第三章系统的硬件设计103.1 主设计电路原理图103.2
11、 时钟电路103.3 复位电路113.4 电源电路设计123.5 数码管驱动模块133.6 按键调时模块153.7 报警模块16第四章 系统软件设计174.1 编程软件 Keil174.2 画图软件 Protel174.3 仿真软件 proteus194.4 软件系统总体设计方案204.4.1 程序流程图204.4.2 按键模块子程序流程图214.4.3 报警模块子程序流程图224.4.4 定时器 0 的中断程序流程图234.4.5 显示子程序流程图254.4.6 计时模块流程图25调试与实现27结 论28致谢29参考文献30附录31东华理工大学毕业设计（论文）绪论绪论单片机是一种单片机，是集
12、只读存储器、内存、中央处理器、定时、计数和多类接口为一体的微控制器。其有较小的体积，价格便宜，但是有着很强的功能，普遍的用在工业的自动化与智能产业。51 系列单片机是最典型和最有代表性的一个。本次毕业设计通过对其研究、应用，从而达到学习、设计、开发软件、硬件能力。该文经过对一单片机的可以完成倒计时时间的有关功用，具体的叙述了在编程中单片机的使用思维。从而实现了对单片机相关指令的学习和理解，在各个方面的应用，提高了系统应用的有效性。1.1 倒计时时钟的背景随着信息化水平的提高和人们生活节奏的提高，为了提高工作效率，提醒大家 注意一个重大事件的开始或结束（如“高考”、“奥运会”等），以更好地安排事
13、 件。倒计时时钟的运用功效也愈来愈大，在电子技术的一步步成长的带动下，人类 有着很高的需求相对于倒计时器，不但需要其高精度的计时，而且具有好的可靠性、较低的成本、功能全等特点。1.2 倒计时时钟的意义倒计时时钟是在时钟基础上的衍生品。它表明，在当前时间之间的时间段，一个给定的未来时间（结束）增加的日期和实践的基本功能的增加。其形式也具有多样性，根据不同需求可以制作大小的产品，倒计时运用在生活军事的各个方面。例如，军事上：火箭发射需要通过倒计时控制，倒计时将用于接收卫星。工业上：产物的保质期要用倒计时来把持，机器的发动也需倒计时来操作。生活上：如运动会比赛时需要的计时，还有北京奥运会的倒计时。如
14、倒计时挂在广场上的大厅，以及合适的和便携式口袋型倒计时钟，以保持记录的重要将有一天，提醒自己调整如何完成工作，当然也能够用作数字时钟，还能够在这个基础上设置闹铃和消减成很简单但非常实用的工具。如果我们的生活没有倒计时，那将会给我们的生活带来很多不便。如我们还要每天去计算还有多久是一个重要的日子，我们在衡量到底用时多久方面也需要计时原理。我们不知道这个产品过期了，也就不知道机器是否应该停止工作，科学家不知道火箭发射的时间有多长，卫星有多长的准确。倒计时的价值是我们生活中不可缺少的一部分，我们无法估计。在此毕业时，我来做一个简单的倒计时设计。此设计的目的是掌握单片机系统的安装和调试方法，设计思路，
15、实现0东华理工大学毕业设计（论文）摘要方法，硬件调试及软件调试，1东华理工大学毕业设计（论文）绪论巩固和加强模拟与数字电子技术的课程的理论知识，培养独立分析问题与解决问题的能力以及创新能力和创新思维。1.3 倒计时时钟的现状及构成从时钟发明起，它就是人们的恩人。时间渐渐地推移，科学技术的创新，人类需要高精度的时间计量控制，得到广泛的利用。要想时钟更好的服务于人类，那么需要人类要有创新的科学技术不断制造出新型时钟。19001999 年，电子技术取得了飞快的成长，在它的推进下，如今电子产物基本渗入了社会的各个领域，有力地推进了社会生产力的成长与社会信息化水平的进 步，并且使得当代电子产品机能进一步
16、升高，产品更新换代的速度也愈来愈快。时 间对大家来讲老是那么珍贵，劳动的勤苦与繁忙性容易令人忘掉目前的时间。遗忘 了该做的工作，如果事情不紧要的时候，此种健忘无关大局。然而，万一紧要工作， 临时的延误能够造成大祸其实可以了解到，数字时钟是单片机里经常见到的，和机械式时钟相比，数字时钟是一个使用这方面电路技能达成分、秒计时的装配，拥有较高的精确性与直觉性，并无机械装配，具备很长的使用期限，因而获得了普遍的应用。当今，精度高的计时器材基本都利用了一种振荡器（石英晶体震动器），因为石英表，电子钟和石英钟都采纳了石英技术，所以工作时稳固性好，高精度，行使简便，不需要时常校对，当数字电子时钟用于计时时，
17、解码被机械传输所取代，并且通过将显示器代替显示的时间而减少时间的显示，第二时间显示功能，也可以用时分秒的校对，芯片灵活性好选择。在计算机的系统里时钟电路有着很大的效用，是保障系统正确运行的基本。由于某单片机操作体系中，时针存在两方面的含意：一个是表示保证体系正常运行的基准振荡准确信号，由关键的外围电路与晶振构成，单片机体系运行的速度由晶振频率的多少定夺的；二是指时钟体系的程序守时，即时间准时，其一般是两种达成方法：一是单片机里面的程序经编辑定时/计数器到达成，即软件达成，然而精确度好差，基本在对时间精度不是很重要的场所得到应用；二是在对时间误差请求较高的状况下，一般采纳此种方式，时钟芯片的样板
18、有：DS3231，PCF8563 等，能使要求精度高的时钟得到满意。本设计主要的讲解了倒计时时钟是由单片机里面的定时/计数器来完成的要领， 此系统的是由 LED 数码管、单片机 STC89C51 单片机、74HC573 芯片、按键等部分，3STC89C51显示模块再加上所需的各种电路，制成了简单的单片机电子时钟，可实现分、秒的显示，倒计时提醒相关信息等功能。键盘模块报警模块复位电路时钟电路1.4 倒计时时钟发展趁势目前，单片机是向着较高的性能、多类目标的趋势将逐渐向 CMOS，较低的功耗与体积，以及大容量，便宜的价格和外面对的电路，等一些创新发展。单片机使用的重要价值也在于，其从根底上转变了古
19、板的控制系统设想与制作方法。如今已能用单片机经过软件方式来达成过去必需由数字电路和模拟电路完成的很多功能。此类软件取代硬件的技术也叫做微控制技术，也是古板控制技术的更新。成功的设计倒计时时钟，代表着在数字电子技术的初学，并且这个基本电路能 够轻易的增添设计，如家庭自动定时闹钟、游戏计时器、应答器、定时开关、自动 钟装置、自动闭灯、自动控制器的编程时间、功率设备延时启动控制器、各种定时 电动自动启用，都是以此为基础的。然而，设计创新的倒计时时钟并扩大它的使用， 对于开发单片是非常重要的。东华理工大学毕业设计（论文）系统的整体框架及设计方案第二章系统的整体框架及设计方案2.1 系统基本设计思路根据
20、对目前的一些相关倒计时器的了解，还有更大的发展前途，需要应用于更多的领域，为了提高工作效率，提醒大家关注某项重大事件的开始或结束，方便较好地处理事务。当然，伴随着电子技术的飞速成长，人类有着愈来愈高的需求相对于倒计时器，不但要有很高的计时精度，而且具有很好的可靠性、便宜的价格、健全的功能等特点。要想满足各种要求，必要需求是必须要考虑到产品的价格还有它的可靠性与精确度，所以要进行合理的元器件选择。硬件系统组成框图如图2-1所示，根据设计要求和预计功能将其划分为以下功能模块：电源模块、晶振电路、数码管显示模块、报警模块、按键模块、复位电路、单片机等。晶振电路按键模块报警模块复位电路数码管驱动模块机
21、片单电源模块图 2-1 系统总体框图这种制作是能够在数码管上精确地显示出分与秒，此电路里包括了单片机、键盘与显示驱动电路。各部分说明： 键盘用于调节数码管上显示的时间。 单片微型计算机通过各种脉冲信号的输出驱动控制各部分的正常运行。 由单片微型计算机通过显示电路传输的信号通过解码最后显示在数码管上。2.1.1 系统工作过程：7时间的主要处理过程是在 CPU 中完成的。CPU 会随时对时间进行读取数据的操作。当对应的寄存器里的值被读取了之后，读取的值会被 CPU 进行管理，最后在数码管上经 I/O 口显示数据。倒计时器里倒数的分秒都是让数字来呈现的，利用 STC89c51 单片机作为主控制器。该
22、制作是用到了单片机的技能原理方面，经过硬件里各电路 的设计与编辑软件的流程，设计并制造出一个简单的计数器，包括以下功能：输出 时间，按键开始的时间，并显示在数码管显示的时间。当倒计数为 10 时，蜂鸣器就发出声响等等。2.1.2 倒计时的功能要求本论文设计的倒计时功能如下：（1） 设计出一类由数码管呈现出前面 2 位是显现分，后面 2 位显现秒的拥有倒计时功效的计数器。（2） 按键功能：秒个位加 1，秒十位加 1，暂停，开始，分个位加 1，另有一个 复位键（3） 先设置倒计时开始时间，按下开始就开始倒计时。（4） 当时间小于 8s 的时候，蜂鸣器 1s 一报警提示。2.2 单元电路方案论证根据
23、设计要求，本系统主要由控制器模块、显示驱动模块和输入模块构成。为了能使每个模块的功能得以实现，我们设计了几种解决方案。2.2.1 控制器模块方案 1：方案为 51 系列单片机系统控制器因为单片机在算术方面有着很强的运算能力，变通的软件编辑程序、较大的灵 活度，所以可以软件的编辑程序完成种种算法与掌管逻辑。由于其低功耗、体积小、技术成熟、成本低，广泛应用于各个领域。和良好的抗干扰性能。方案 2：令系统控制器为凌阳系列单片机种种繁杂的逻辑功能都能由凌阳系列单片机来达成，较大的模块，高密度，主要的是其能在某芯片上集成全部工具，使体型变小了，稳固性也抬高了。单片机提高了系统的处理速度，这是适用于大型实
24、时系统的控制核心。由于凌阳系列单片机相对 51 单片机的价钱高很多，然而该设计对处理速度的要求又不高，考虑到各方面的因素，最后选择方案 1 作为制作需求。2.2.2 计时模块依据需求，运用两种方案来完成该数字时钟一方案：此计划选用芯片 DS12C887。这芯片拥有完整的时钟闹钟功效，精度小于或等于 10ms/年，里面选用石英晶体振荡器，于是，能对它用于设置与显示，从而得到相对于简单的软件编程。为了确保在电网的时钟电压不足或突然断电等，该时钟还可以正常工作。比如忽然断电与电网中的时钟电压不够时，里面的锂电池时钟供电体系会立即代替供电。就算系统没有电，执行不了程序，其也可以正常运行芯片，准备及时供
25、给准确的时分。二方案：此计划数字时钟整体让软件来完成。其道理是将时钟里时、分、秒消息寄存在设有三个字节的单片机里面存储器。定时器和软件的使用，实现了二次中断，每次产生一个中断，相应秒的内存加 1；如果二值为 60，则清零，相应的字节值加 1；如果值为 60，则字节清零，相应的字节值加 1；假如时值为 24，那么把时字节归零。此方法具备简单电路的特征。可是得不到高的精度，因为屡屡在程序执行中，定时器绝对要从头赋初值。并且，会因为不执行程序，单片机没有电，时钟会得不到正常工作。基于硬件电路的考虑，本设计采用方案二完成数字时钟的功能。2.2.3 显示模块方案 1：采用 LED 数码管在这里 LED
26、数码管的作用，我们是用它来显示。尽管显示器的作用以及实质是限制了的，那也能够把数字与少量字母呈现出来，在这制作中是充足了的，而且价格要远低于液晶字符类型，以降低成本的设计与制作，在此设计中我们选用 LED 数码管显示。方案 2：采用液晶字符显示用液晶呈现，能够用软件得到更好的控制，不是复杂的硬件，很多的内容都能够由液晶显示器显示出来，可是相对于其它来说液晶显示器非常贵，在本设计中不需要使用复杂的显示内容，因此我们放弃了这个计划。由于价格的原因，选取了 1 方案2.2.4 最终方案经过反复论证，并最终确定了以下步骤：主要的控制器型号，我们选取型号是 stc89c51 单片机。采用单片机内部定时器
27、计时。使用数码管作为显示2.3 单片机技术STC89C51 是微控制器，具备 4K 在体系能编辑程序 Flash 存储器，功耗不高、性能较高。STC89C51 之所以能够使多种镶嵌式操纵应用体系得到较高的灵活与有用的处理方法，是因为在某芯片中，具有灵敏的 CPU与能编辑程序 Flash。并且有下面等准则：单片机里面能够给你记录程序代码的区域为 4K 的 FLASH 形式的ROM，RAM(随机存取存储器)是 512 字节，类似于看门狗的复位定时器，输入/输出口线是 32 位，即 I/O 端口，具有 4KB 的 EEPROM，微处理器复位芯片 MAX810，与定时器/计数器 16 三，中止构造是
28、6 向量的，然后 STC89c51 能够下降到 0Hz（ 静态逻辑操纵），用节约电的方式可以帮助 2 种软件操作。不运行时，在正常运转的中央处理器，且同意与串行端口，计时器/计数器，内存，暂停任何可以运行。没电的情况下，终止单片机能运行的全部工作。6T12Tshi 极高的运转频率，大概 35MHz 可以供给选。图 2-2 STC89C51 单片机引脚图美国 STC 公司开发的新式 51 内核的单片机里面有 Flash（随机存储器）标准存储器、PWM、UART、SRAMSPI 等硬件。（一）单片机的应用：单片机应用在控制领域有它自己不可替代的有点： 单片机的体积较小、性价比高、设计成产品便于灵活
29、使用，在许多智能化设备中得到了广泛应用，使之能做到机电一体化； 抗干扰能力强，在很多恶劣的环境中都可以可靠使用，外界温度哦对它的干扰也较小； 可以方便地实现多机和分布式控制，使整个控制系统的效率和可靠性大为提东华理工大学毕业设计（论文）摘要高；单片机的典型应用：8东华理工大学毕业设计（论文）系统的整体框架及设计方案工业控制仪器仪表电讯技术办公自动化和计算机外部设备导航与控制汽车与节能商用产品家用电器（二）STC89C51 主要功能、性能参数如下：有 6 时钟与 12 时钟的两种机械周期，还含有标准的 51 系列内核。与 8051 的 080MHZ 相似;它的范围大概是：040MHZ，可用空间有
30、 4KB，Flash 以内部存储器（RAM)：512B计时器计数器：3 16通用异步通信口（UART）1 个中断源:8 个不要只用编程序编辑器或仿真器，因为有 ISP 与 IAP有 32/36 个普遍可用 I/O 口一般在 3.85.5V 的情况下正常工作有几种如44 脚 PQFP、40I/O 引脚双列直插式封装(PDIP)、44 脚 PQFP 等的外形拼装（三）STC89C51 单片机的主要的引脚说明：VCC：供电电压。GND：接地。P0 口：P0 口是一个双向 I/O 口开 88TTL 门漏电流水平，该引脚可以接受。引脚高阻输入的第一次为 1。因为 P0 可以登记使用外部数据，所以程序定义为数据/地址的第八。在原代码 P0 口作为输入和输出，只有 FLASH 中的程序或学校检查， P0 外部必须拉高。P1 口：P1 口是电阻，8 双向 I / O 端口输出电流供应，4TTL 门缓冲可以接受。当 P1 口引脚写入1”，他们拉高由内部，作为输入，当 P1 口拉为低电平由外部，会有电流输出，是因为上拉的原故由内部。P1 口作为第八位地址接受 Flash 程序或检查。p2
