基于51單片機(jī)的電子鐘設(shè)計(jì)

1、摘要:（1）電子鐘的發(fā)展及應(yīng)用1957年,ventura發(fā)明了世界上第一個(gè)電子表，從而奠定了電子時(shí)鐘的基礎(chǔ)，電子時(shí)鐘開始迅速發(fā)展起來。現(xiàn)代的電子時(shí)鐘是基于單片機(jī)的一種計(jì)時(shí)工具，采用延時(shí)程序產(chǎn)生一定的時(shí)間中斷，用于一秒的定義，通過計(jì)數(shù)方式進(jìn)行滿六十秒分鐘進(jìn)一，滿六十分小時(shí)進(jìn)一，滿二十四小時(shí)小時(shí)清零。從而達(dá)到計(jì)時(shí)的功能，是人民日常生活補(bǔ)課缺少的工具。現(xiàn)在高精度的計(jì)時(shí)工具大多數(shù)都使用了石英晶體振蕩器，由于電子鐘、石英鐘、石英表都采用了石英技術(shù)，因此走時(shí)精度高，穩(wěn)定性好，使用方便，不需要經(jīng)常調(diào)試，數(shù)字式電子鐘用集成電路計(jì)時(shí)時(shí)，譯碼代替機(jī)械式傳動(dòng)，用led顯示器代替指針顯示進(jìn)而顯示時(shí)間，減小了計(jì)時(shí)誤差，

2、這種表具有時(shí)、分、秒顯示時(shí)間的功能，還可以進(jìn)行時(shí)和分的校對，片選的靈活性好。（2）電子鐘特點(diǎn)與原理電子鐘亦稱數(shù)顯鐘（數(shù)字顯示鐘），是一種用數(shù)字電路技術(shù)實(shí)現(xiàn)時(shí)、分、秒計(jì)時(shí)的裝置，與機(jī)械時(shí)鐘相比，直觀性為其主要顯著特點(diǎn)，且因非機(jī)械驅(qū)動(dòng)，具有更長的使用壽命，相較石英鐘的石英機(jī)芯驅(qū)動(dòng)，更具準(zhǔn)確性。電子鐘已成為人們?nèi)粘Ｉ钪斜夭豢缮俚谋匦杵?，廣泛用于個(gè)人家庭以及車站、碼頭、劇院、辦公室等公共場所，給人們的生活、學(xué)習(xí)、工作、娛樂帶來極大地方便。相對于其他時(shí)鐘類型，它的特點(diǎn)可歸結(jié)為“兩強(qiáng)一弱 ”：比機(jī)械鐘強(qiáng)在觀時(shí)顯著，比石英鐘強(qiáng)在走時(shí)準(zhǔn)確，但是它的弱點(diǎn)為顯時(shí)較為單調(diào)。電子鐘是一個(gè)將“ 時(shí)”，“分”，“秒”顯

3、示于人的視覺器官的計(jì)時(shí)裝置。它的計(jì)時(shí)周期為24小時(shí)，顯示滿刻度為23時(shí)59分59秒，具有校時(shí)功能和報(bào)時(shí)功能。因此，一個(gè)基本的數(shù)字鐘電路主要由譯碼顯示器、“時(shí)”，“分”，“秒”計(jì)數(shù)器、校時(shí)電路、報(bào)時(shí)電路和振蕩器組成。主電路系統(tǒng)由秒信號發(fā)生器、“時(shí)、分、秒”計(jì)數(shù)器、譯碼器及顯示器、校時(shí)電路、整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路組成。秒信號產(chǎn)生器是整個(gè)系統(tǒng)的時(shí)基信號，它直接決定計(jì)時(shí)系統(tǒng)的精度，一般用石英晶體振蕩器加分頻器來實(shí)現(xiàn)。將標(biāo)準(zhǔn)秒信號送入“秒計(jì)數(shù)器”，“秒計(jì)數(shù)器”采用60進(jìn)制計(jì)數(shù)器，每累計(jì)60秒發(fā)出一個(gè)“分脈沖”信號，該信號將作為“分計(jì)數(shù)器”的時(shí)鐘脈沖?！胺钟?jì)數(shù)器”也采 用60進(jìn)制計(jì)數(shù)器，每累計(jì)60分鐘，發(fā)出一個(gè)“時(shí)

4、脈沖”信號，該信號將被送到“時(shí)計(jì)數(shù)器”?！皶r(shí)計(jì)數(shù)器”采用24進(jìn)制計(jì)時(shí)器，可實(shí)現(xiàn)對一天24小時(shí)的累計(jì)。譯碼顯示電路將“時(shí)”、“分”、“秒”計(jì)數(shù)器的輸出狀態(tài)用七段顯示譯碼器譯碼，通過七段顯示器顯示出來。整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路時(shí)根據(jù)計(jì)時(shí)系統(tǒng)的輸出狀態(tài)產(chǎn)生一脈沖信號，然后去觸發(fā)一音頻發(fā)生器實(shí)現(xiàn)報(bào)時(shí)。校時(shí)電路時(shí)用來對“時(shí)”、“分”、“秒”顯示數(shù)字進(jìn)行校對調(diào)整。應(yīng)用proteus的isis軟件實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)電子時(shí)鐘系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真。該方法仿真效果真實(shí)、準(zhǔn)確，節(jié)省了硬件資源。1設(shè)計(jì)要求：設(shè)計(jì)一個(gè)基于51單片機(jī)的電子時(shí)鐘，并且能夠?qū)崿F(xiàn)時(shí)分秒的顯示和調(diào)節(jié)。2方案選擇：單片機(jī)的型號選擇通過對多種單片機(jī)性能的分析，最終認(rèn)為89

5、c51是最理想的電子時(shí)鐘開發(fā)芯片。89c51是一種帶4k字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的低電壓，高性能cmos8位微處理器，器件采用atmel高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的mcs-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位cpu和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，atmel的89c51是一種高效微控制器，而且它與mcs-51兼容，且具有4k字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器和1000寫/擦循環(huán)，數(shù)據(jù)保留時(shí)間為10年等特點(diǎn)，是最好的選擇。51單片機(jī)的引腳及各引腳功能介紹8051 單片機(jī)的引腳圖 引腳功能： l p0.0p0.7 p0口8位雙向口線（在引腳的3932號端子）。 l p1.0p1.7 p

6、1口8位雙向口線（在引腳的18號端子）。 l p2.0p2.7 p2口8位雙向口線（在引腳的2128號端子）。 l p3.0p3.7 p2口8位雙向口線（在引腳的1017號端子）。 p0口有三個(gè)功能： 1、外部擴(kuò)展存儲(chǔ)器時(shí)，當(dāng)做數(shù)據(jù)總線（如圖1中的d0d7為數(shù)據(jù)總線接口） 內(nèi)、2、外部擴(kuò)展存儲(chǔ)器時(shí)，當(dāng)作地址總線（如圖1中的a0a7為地址總線接口） 3、不擴(kuò)展時(shí)，可做一般的i/o使用，但內(nèi)部無上拉電阻，作為輸入或輸出時(shí)應(yīng)在外部接上拉電阻。 p1口只做i/o口使用：其內(nèi)部有上拉電阻。 p2口有兩個(gè)功能： 1、擴(kuò)展外部存儲(chǔ)器時(shí)，當(dāng)作地址總線使用 2、做一般i/o口使用，其內(nèi)部有上拉電阻；p3口有兩個(gè)

7、功能： 除了作為i/o使用外（其內(nèi)部有上拉電阻），還有一些特殊功能，由特殊寄存器來設(shè)置。數(shù)碼管顯示工作原理數(shù)碼管是一種把多個(gè)led顯示段集成在一起的顯示設(shè)備。有兩種類型，一種是共陽型，一種是共陰型。共陽型就是把多個(gè)led顯示段的陽極接在一起，又稱為公共端。共陰型就是把多個(gè)led顯示段的陰極接在一起，即為公共商。陽極即為二極管的正極，又稱為正極，陰極即為二極管的負(fù)極，又稱為負(fù)極。通常的數(shù)碼管又分為8段，即8個(gè)led顯示段，這是為工程應(yīng)用方便如設(shè)計(jì)的，分別為a、b、c、d、e、f、g、dp，其中dp 是小數(shù)點(diǎn)位段。而多位數(shù)碼管，除某一位的公共端會(huì)連接在一起，不同位的數(shù)碼管的相同端也會(huì)連接在一起。即

8、，所有的a段都會(huì)連在一起，其它的段也是如此，這是實(shí)際最常用的用法。數(shù)碼管顯示方法可分為靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)顯示兩種。靜態(tài)顯示就是數(shù)碼管的8段輸入及其公共端電平一直有效。動(dòng)態(tài)顯示的原理是，各個(gè)數(shù)碼管的相同段連接在一起，共同占用8 位段引管線；每位數(shù)碼管的陽極連在一起組成公共端。利用人眼的視覺暫留性，依次給出各個(gè)數(shù)碼管公共端加有效信號，在此同時(shí)給出該數(shù)碼管加有效的數(shù)據(jù)信號，當(dāng)全段掃描速度大于視覺暫留速度時(shí)，顯示就會(huì)清晰顯示出來。3系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)總體硬件原理圖如圖1所示 圖1 系統(tǒng)電路原理圖at89c51因?yàn)槠浜粋€(gè)可擦除的rom，以及其存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的時(shí)間長度可達(dá)10年之久所以選其作為該設(shè)計(jì)的核心控制部件

9、。3.1鍵盤電路設(shè)計(jì)該設(shè)計(jì)只用了一個(gè)鍵盤，但實(shí)現(xiàn)的功能卻是比較完善，減少了硬件資源的損耗，該鍵盤可以實(shí)現(xiàn)小時(shí)和分鐘的調(diào)節(jié)以及控制是否進(jìn)入省電模式。當(dāng)按鍵按下又松開，可以實(shí)現(xiàn)屏蔽數(shù)碼管顯示的功能，達(dá)到省電的目的；直接按下不松開，則可以通過按鍵實(shí)現(xiàn)分鐘的累加，每按一次分鐘加一；而連續(xù)兩次按下按鍵不放松，則可實(shí)現(xiàn)小時(shí)的調(diào)節(jié)，同樣每按一次小時(shí)加一。達(dá)到時(shí)間調(diào)節(jié)的目的。選擇的多功能按鍵如圖2所示。3.2主控模塊89c51 89c51是一個(gè)8位單片機(jī)，片內(nèi)rom全部采用flash rom技術(shù)，晶振時(shí)鐘為12mhz。89c51是標(biāo)準(zhǔn)的40引腳雙列直插式集成電路芯片，有4個(gè)八位的并行雙向i/o端口，分別記作p

10、0、p1、p2、p3。第31引腳需要接高電位使單片機(jī)選用內(nèi)部程序存儲(chǔ)器；第40腳為電源端vcc，接+5v電源，第20引腳為接地端vss，通常在vcc和vss引腳之間接0.1f高頻濾波電容。4系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1系統(tǒng)軟件概述在主程序的開始定義了一組固定單元用來存儲(chǔ)計(jì)數(shù)的分、秒、時(shí)的存儲(chǔ)單元。在主程序中，對不同的按鍵進(jìn)行掃描，實(shí)現(xiàn)秒表，時(shí)間調(diào)整。系統(tǒng)總體流程圖如圖3所示。開始t0中斷入口通過查表方式顯示數(shù)據(jù)數(shù)碼位選加1位選值=8ny位選數(shù)值=0秒計(jì)數(shù)加1秒計(jì)數(shù)=500ny秒計(jì)數(shù)=0second加1中斷返回圖3 總體流程圖系統(tǒng)子程序流程圖如圖4所示。yynnn子程序入口second=60second=

11、0，并minute加1minute=60minute=0，并hour加1顯示數(shù)據(jù)處理中斷返回hour=24y圖4 子程序流程圖5系統(tǒng)測試 本系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)主要可分為主程序、定時(shí)計(jì)數(shù)中斷程序、時(shí)間調(diào)整程序、延時(shí)程序四大模塊。在程序設(shè)計(jì)過程中，加強(qiáng)了部分軟件抗干擾措施，下面對部分模塊作介紹。系統(tǒng)開始仿真的仿真圖如圖5系統(tǒng)仿真圖所示。 圖5系統(tǒng)仿真圖 6 總結(jié)通過這次的設(shè)計(jì)使我認(rèn)識(shí)到本人對單片機(jī)方面的知識(shí)知道的太少了，對于書本上的很多知識(shí)還不能靈活運(yùn)用，尤其是對程序設(shè)計(jì)語句的理解和運(yùn)用，不能夠充分理解每個(gè)語句的具體含義，導(dǎo)致編程的程序過于復(fù)雜，使得需要的存儲(chǔ)空間增大。損耗了過多的內(nèi)存資源。本次的設(shè)計(jì)

12、使我從中學(xué)到了一些很重要的東西，那就是如何從理論到實(shí)踐的轉(zhuǎn)化，怎樣將我所學(xué)到的知識(shí)運(yùn)用到我以后的工作中去。在大學(xué)的課堂的學(xué)習(xí)只是在給我們灌輸專業(yè)知識(shí)，而我們應(yīng)把所學(xué)的用到我們現(xiàn)實(shí)的生活中去，此次的電子時(shí)鐘設(shè)計(jì)給我奠定了一個(gè)實(shí)踐基礎(chǔ)，我會(huì)在以后的學(xué)習(xí)、生活中磨練自己，使自己適應(yīng)于以后的競爭，同時(shí)在查找資料的過程中我也學(xué)到了許多新的知識(shí)，在和同學(xué)協(xié)作過程中增進(jìn)同學(xué)間的友誼，使我對團(tuán)隊(duì)精神的積極性和重要性有了更加充分的理解。 我知道，今后我的路還是很長，我要學(xué)的東西也有很多。通過這次實(shí)習(xí)，我深刻的認(rèn)識(shí)到計(jì)算機(jī)專業(yè)的路的不平坦，但我會(huì)以一種良好的態(tài)度去迎接每一個(gè)挫折和挑戰(zhàn)。參考文獻(xiàn)1 謝自美電子線路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)測試m武漢：華中理工大學(xué)出版社，1992.2 何立民單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)m北京：