基于單片機的數(shù)字鐘設計 (1)

1、內(nèi)蒙古大學鄂爾多斯學院12級電子信息科學與技術(shù)學年論文基于單片機的數(shù)字時鐘摘要20世紀末，電子技術(shù)獲得了飛速的發(fā)展，在其推動下，現(xiàn)代電子產(chǎn)品幾乎滲透了社會的各個領域，有力地推動了社會生產(chǎn)力的發(fā)展和社會信息化程度的提高，同時也使現(xiàn)代電子產(chǎn)品性能進一步提高，產(chǎn)品更新?lián)Q代的節(jié)奏也越來越快。 單片機模塊中最常見的是數(shù)字鐘，數(shù)字鐘是一種用數(shù)字電路技術(shù)實現(xiàn)時、分、秒計時的裝置，與機械式時鐘相比具有更高的準確性和直觀性，且無機械裝置，具有更更長的使用壽命，因此得到了廣泛的使用。本課題主要研究的是基于單片機的數(shù)字鐘設計，采用AT89C51單片機作為系統(tǒng)的主控芯片,外接LED顯示電路,按鍵電路，晶振電路，復位電

2、路模塊構(gòu)成一個簡單的數(shù)字鐘。通過按鍵電路能對時、分、秒分別進行設置和實時調(diào)整，并將結(jié)果顯示在數(shù)碼管上。關鍵詞：數(shù)字鐘，單片機，數(shù)碼管17Abstract Author：cheng dong Tutor：wang xinElectronic technology has been developed rapidly in the 20 century,with its modern electronic products, pushed by almost permeated every area of society has vigorously promoted social product

3、ive forces development and improvement of social informatization level, also make modern electronic product performance further improved, and the rhythm of upgrade its products is becoming more and more quickly. The most common SCM module is a digital clock, a digital clock is a kind of digital circ

4、uit technology implementation, minutes and seconds, the timing device with mechanical clock compared with higher accuracy and intuitive and no mechanical device, has more longer service life, so it has been widely used. This topic research is the digital clock design based on SCM, AT89C51 SCM as the

5、 main control chip system, external LED display circuit, key circuits, crystals circuit, reset circuit module constitute a simple digital clock. Through the key circuits can respectively the diffculties, minutes and seconds setting and real-time adjustment, and the result showed that in the digital

6、tube.Key words: digital clock SCM ; digital目錄1 引 言12 單片機介紹23 數(shù)字鐘硬件設計33.1 系統(tǒng)方案的確定33.2功能分析33.3數(shù)字鐘設計原理33.3.1晶振電路43.3.2復位電路53.3.3數(shù)碼顯示電路64.數(shù)字鐘的軟件設計74.1程序設計內(nèi)容74.2 系統(tǒng)設計流程圖74.2.1主程序流程74.2.2定時器中斷流程84.2.3時間顯示流程圖95.系統(tǒng)調(diào)試105.1 Keil C51軟件環(huán)境簡介105.2 Proteus軟件環(huán)境簡介105.3 數(shù)字鐘系統(tǒng)PROTEUS仿真調(diào)試結(jié)果11參考文獻13致謝14附錄15元件列表15源程序15 1

7、 引 言在單片機技術(shù)日趨成熟的今天，其靈活的硬件電路和軟件電路的設計，讓單片機得到廣泛的應用，幾乎是從小的電子產(chǎn)品，到大的工業(yè)控制，單片機都起到了舉足輕重的作用。單片機小的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)幾乎是所有具有可編程硬件的一個縮影，可謂是“麻雀雖小，肝膽俱全”，單片機的學習和研究是對微機系統(tǒng)學習和研究的簡捷途徑?；趩纹瑱C的定時和控制裝置在許多行業(yè)有著廣泛的應用，而數(shù)字鐘是其中最基本的，也是最具有代表性的一個例子 ，用數(shù)字電路實現(xiàn)對時、分、秒數(shù)字顯示的計時裝置。因為機具有體積小、功耗低、功能強、性價比高、易于推廣應用的優(yōu)點，在自動化裝置、智能儀器表、過程控制、通信、家用電器等許多領域得到日益廣泛的應用，因此具

8、有很大的研究價值。2 單片機介紹單片機是一種集成在電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器CPU、隨機存儲器RAM、只讀存儲器ROM、多種I/O口和中斷系統(tǒng)、定時器/計時器等功能（可能還包括顯示驅(qū)動電路、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器等電路）集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個小而完善的計算機系統(tǒng)。由于單片機的這種結(jié)構(gòu)形式及它所采取的半導體工藝，使其具有很多顯著的特點，因而在各個領域都得到了迅猛的發(fā)展。單片機主要有如下特點：（1）性價比高；（2）集成度高、體積小、可靠性強。機把各功能部件集成在一塊芯片上，內(nèi)部采用總線結(jié)構(gòu)，減少了各芯片之間的連線，大大提高了單片機的可

9、靠性與抗干擾能力。另外，其體積小，對于強磁場環(huán)境易于采取屏蔽措施，適合在惡劣環(huán)境下工作；（3）控制功能強；（4）功耗小、電壓低、便于生產(chǎn)的攜式產(chǎn)品。；（5）外部總線采用串行總線連接，以此縮小了體積；（6）單片機的系統(tǒng)擴展和系統(tǒng)配置典型、規(guī)范，容易構(gòu)成各種規(guī)模的應用系統(tǒng)。3 數(shù)字鐘硬件設計3.1 系統(tǒng)方案的確定硬件電路是一個系統(tǒng)的重要部分，在本次設計中主要是以AT89C51為核心控制器，外加一些控制電路來實現(xiàn)數(shù)字鐘的基本功能。單片機芯片作為控制系統(tǒng)的核心部件，它除了具備微機CPU的數(shù)值計算功能外，還具有靈活強大的控制功能，以便實時檢測系統(tǒng)的輸入量、控制系統(tǒng)的輸出量，實現(xiàn)自動控制，外圍控制電路主要

10、包括晶振電路模塊、復位電路模塊、按鍵電路模塊以及數(shù)碼管顯示電路模塊，通過這些控制電路的連接構(gòu)成完整的電路，其結(jié)構(gòu)框圖如圖3.1所示。80C51單片機控制器晶振電路 8位數(shù)碼管顯示 復位電路 圖3.1 數(shù)字鐘系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖3.2功能分析1準確計時，以數(shù)字形式顯示時、分的時間；2. 小時的計時為24小時制，分和秒的計時要求為60進位；3. 四位數(shù)碼管 顯示HH-MM(時分)， 4.晶振電路起到減小誤差，提高精確度的作用；5.復位電路是對單片機的初始化操作。3.3數(shù)字鐘設計原理 數(shù)字鐘的實現(xiàn)一般有兩種方法：其一是直接用單片機的定時計數(shù)器產(chǎn)生固定時間，這種方法的優(yōu)點是可以省去一些外圍的芯片，其缺點是只能適

11、用于一些要求不是十分精確、不作長期保留的場合；而對于要求較高的場合，則必須選用專用的芯片,本設計采用的是第一種方法。直接用單片機的定時計數(shù)器產(chǎn)生固定時間,這種方法的工作原理是利用單片機芯片的定時器產(chǎn)生固定時間，模擬時鐘的時、分、秒?；谶@一原理構(gòu)成的數(shù)字鐘系統(tǒng)主要由以下幾部分組成：89C51單片機控制器電路， 4位數(shù)碼管顯示電路，復位電路，晶振電路四部分構(gòu)成。其工作原理電路圖如圖3.3所示。 圖3.3 數(shù)字鐘設計原理圖3.3.1晶振電路晶振的全稱叫晶體振蕩器，它在單片機系統(tǒng)里作用非常大，主要作用是產(chǎn)生單片機所需的時鐘頻率，單片機執(zhí)行程序所需的時間完全取決于單片機晶振所提供的時鐘頻率，時鐘頻率越

12、高，那么單片機運行速度就越快。在通常工作條件下，普通的晶振頻率絕對精度可達百萬分之五十。高級的精度更高。有些晶振還可以由外加電壓在一定范圍內(nèi)調(diào)整頻率，稱為壓控振蕩器（VCO）。晶振用一種能把電能和機械能相互轉(zhuǎn)化的晶體在共振的狀態(tài)下工作，以提供穩(wěn)定，精確的單頻振蕩。晶振電路如圖3.3.1所示。圖3.3.1 晶振電路3.3.2復位電路復位是單片機的初始化操作。單片機啟動運行時，都需要先復位，其作用是使CPU和系統(tǒng)中其他部件處于一個確定的初始狀態(tài)，并從這個狀態(tài)開始工作。因而，復位是一個很重要的操作方式。 當MCS-5l系列單片機的復位引腳RST(全稱RESET)出現(xiàn)2個機器周期以上的高電平時，單片機

13、就執(zhí)行復位操作：07H寫入堆棧指針SP，P0口P3口均置1，程序計數(shù)器PC和其他特殊功能寄存器SFR全部清零。只要RST持續(xù)為高電平，單片機就處于循環(huán)復位狀態(tài)。單片機的復位方式有上電自動復位和手工復位兩種，本設計采用的是手動復位方式，其電路圖如圖3.3.2所示。 圖3.3.2 復位電路3.3.3數(shù)碼顯示電路發(fā)光二極管顯示器驅(qū)動（點亮）的方法有兩種。一種是靜態(tài)驅(qū)動法，即給欲點亮的LED通以恒定的定流。這種驅(qū)動方法要有寄存器，譯碼器，驅(qū)動電路等邏輯部件。當需要顯示的位數(shù)增加時，所需的邏輯部件及連線也相應增加，成本也增加。另一種是動態(tài)驅(qū)動方法，這種方法是給欲點亮的LED通過通以電流，此時LED的亮度

14、是通斷的平均亮度。為保證亮度，通過LED的脈沖電流應數(shù)倍于其額定電流值。利用動態(tài)驅(qū)動法可以減少需要的邏輯部件和連線，單片機應用系統(tǒng)中常采用動態(tài)驅(qū)動法。數(shù)碼管有兩種接法即共陽極接法和共陰極接法。所謂共陽共陰，是針對數(shù)碼管的公共腳而言的。一個1位典型的數(shù)碼管，一般有10個腳，8個段碼（7段加1個小數(shù)點），剩下兩個腳接在一起。共陽指的是公共腳是正極（陽極），所有的段碼實際上是負極，當某一個或某幾個段碼位接低電平，公共腳接高電平時，對應的段碼位就能點亮，進而組合形成我們看到的數(shù)字或字母。共陰剛好相反，也就是公共腳是負極（陰極），段碼位是陽極，當公共腳接地，段碼位接高電平時，對應段碼位點亮,本次設計選擇

15、共陰極數(shù)碼管，其中有4位顯示“時”，“分”，數(shù)碼管ADP接單片機P0端口用于段選，14接單片機P2端口用于位選。4位共陰極LED數(shù)碼顯示電路如圖3.3.3所示。 圖3.3.3 八位8段共陰極LED數(shù)碼顯示4.數(shù)字鐘的軟件設計4.1程序設計內(nèi)容單片機軟件設計主要包括執(zhí)行軟件（完成各種實質(zhì)性功能）的設計和監(jiān)控軟件的設計。設計步驟如下所示。1. 采用模塊化程序結(jié)構(gòu)設計軟件，首先將整個軟件分成若干功能模塊；2. 根據(jù)流程圖，編寫源程序；3. 上機調(diào)試各模塊程序；4. 與硬件一起聯(lián)調(diào)，最后完成全部調(diào)試工作。 4.2 系統(tǒng)設計流程圖開始啟動定時器開始計數(shù)時間顯示4.2.1主程序流程圖4.2.1主程序流程圖

16、4.2.2定時器中斷流程 開始60分鐘到？分單元清零，時單元加1 一秒時間到？ 秒單元加160秒時間到？秒單元清零，分單元加1 時單元清零 時間顯示 中斷返回24小時NNNYNYYY圖4.2.2 定時器中斷流程圖定時器中斷時是先檢測1秒是否到，1秒如果到，秒單元就加1；如果沒到，就檢測1分鐘是否到，1分鐘如果到，分單元就加1；如果沒到，就檢測1小時是否到，1小時如果到，時單元就加1，如果沒到，就顯示時間，定時器中斷流程圖如圖4.2.2所示。4.2.3時間顯示流程圖時間顯示是先秒十位計算顯示，再是分個位計算顯示，再然后是分十位顯示，再就是時個位計算顯示，最后是時十位顯示.，時間顯示流程圖如圖4.

17、2.3所示。時十位計算顯示 結(jié)束開始秒個位計算秒十位計算分個位計算顯示分十位計算顯示時個位計算顯示 圖4.2.3 時間顯示流程圖 5.系統(tǒng)調(diào)試5.1 Keil C51軟件環(huán)境簡介Keil C51集成開發(fā)環(huán)境是基于80C51內(nèi)核的微處理器軟件平臺，內(nèi)嵌多種符合當前工業(yè)標準的開發(fā)工具，可以完成從工程建立、管理、程序編譯、鏈接、目標代碼生成、軟硬件仿真等完整的開發(fā)流程。尤其是C編譯工具在產(chǎn)生代碼的準確性和效率方面達到了較高水平，而且可以附加靈活的控制選項，在開發(fā)大型項目時非常理想。Keil C51集成開發(fā)環(huán)境的主要功能有以下幾點：（1）uVision2 for Windows 一個集成開發(fā)環(huán)境，它將

18、項目管理、源代碼編輯和程序調(diào)試等組合在一個功能強大的環(huán)境中；（2）C51國際標準優(yōu)化C交叉編譯器。代碼產(chǎn)生可重定位的目標模塊；（3）A51宏匯編器。從80C51匯編源代碼產(chǎn)生可重定位的目標模塊；（4）BL51鏈接/定位器。組合由C51和A51產(chǎn)生可重定位的目標模塊，生成絕對目標模塊；（5）LIB庫管理器。從目標模塊生成連接器可以使用的庫文件；（6）OH51目標文件至HEX格式的轉(zhuǎn)換器。從絕對目標模塊生成Intel HEX文件；（7）RTX-51實時操作系統(tǒng)。簡化了復雜的實時應用軟件項目的設計。keil C51軟件編譯環(huán)境如圖5.1所示。圖5.1 keil C51軟件編譯環(huán)境5.2 Proteu

19、s軟件環(huán)境簡介本系統(tǒng)的硬件設計首先是在Proteus軟件環(huán)境中仿真實現(xiàn)的。Proteus軟件集成了高級原理繪圖、混合模式SPICE電路仿真，PCB板設計以及自動布線來實現(xiàn)一個完整的電子設計系統(tǒng)。Proteus軟件由ISIS和ARES兩個軟件構(gòu)成，其中ISIS是一款便捷的電子系統(tǒng)仿真平臺軟件，ARES是一款高級的布線編輯軟件。Proteus軟件主要具有以下幾個方面的特點：（1）設計和仿真軟件Proteus 是一個很有用的工具，它可以幫助學生和專業(yè)人士提高他們的模擬和數(shù)字電路的設計能力。（2）它允許對電路設計采用圖形環(huán)境，在這種環(huán)境中，可以使用一個特定符號來代替元器件，并完成不會對真實電路造成任何

20、損害的電路仿真操作。（3）它可以仿真儀表以及可描述在仿真過程中所獲得的信號的圖表。（4）它可以仿真目前流行的單片機，如PICS, ATMEL-AVR, MOTOROLA, 8051 等。（5）在設計綜合性方案中,還可以利用ARES開發(fā)印制電路板。Proteus軟件仿真環(huán)境如圖5.2所示。 圖5.2Proteus軟件仿真環(huán)境5.3 數(shù)字鐘系統(tǒng)PROTEUS仿真調(diào)試結(jié)果 仿真結(jié)果（電路原理圖）用PROTUES軟件，根據(jù)數(shù)字電子鐘的原理圖，選擇如圖按鈕開始仿真，畫出仿真圖，如果顯示如圖，則說明沒有錯誤，即仿真成功得到仿真結(jié)果如圖5.3如下所示。圖5.3 數(shù)字鐘的PROTES仿真參考文獻【1】 林志琦

21、，郎建軍，等基于Proteus的單片機可視化軟硬件仿真【M】.北京：北京航空航天大學出版社，2009:25.【2】 俞存錫，曹國華，單片機原理及接口技術(shù). 西安：西安電子科技大學出版社，2008:32.致謝歷時將近半個月的時間終于將這篇論文寫完，在論文的寫作過程中遇到了很多的困難和障礙，都在同學和老師的幫助下度過了。尤其要感謝我的論文指導老師王鑫老師，她對我進行了無私的指導和幫助，不厭其煩的幫助進行論文的修改和改進。在此向幫助和指導過我的各位老師表示最衷心的感謝！感謝這篇論文所涉及到的各位學者。本文引用了數(shù)位學者的研究文獻，如果沒有各位學者的研究成果的幫助和啟發(fā)，我將很難完成本篇論文的寫作。感

22、謝我的同學和朋友，在我寫論文的過程中給予我了很多素材，還在論文的撰寫和排版的過程中提供熱情的幫助。由于我的學術(shù)水平有限，所寫論文難免有不足之處，懇請各位老師和學友批評和指正！附錄元件列表序號器件名稱數(shù)量備注1主控芯片AT89C51124位共陰極數(shù)碼管17SEG-MPX8-CC-RED5電阻81K6晶振112kHZ7電容31個1uf，2個30uf源程序#include<reg52.h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit w1=P24;sbit w2=P25;sbit w3=P26;sbit w4=P27;/共陰數(shù)碼管段選/uchar table22=0x3F,0x06,0x5B,0x4F,0x66,0x6D,0x7D,0x07,0x7F,0x6F,0x77,0x7C,0x39,0x5E,0x79,0x71,0x40,0x38,0x76,0x00,0xff,0x37;/'-',L,H,滅,全亮，n 16-21uchar num,miao,fen,shi;uchar d1,d2,d3,d4;void delay(uint ms)uchar x;for(ms;ms&g