基于51單片機數(shù)字時鐘設(shè)計

1、單片機系統(tǒng) 設(shè)計與制作論文2020年6月21日單片機數(shù)字時鐘【摘要】數(shù)字鐘是采用數(shù)字電路實現(xiàn)對“時”、“分”、“秒”數(shù)字顯示的計時裝置。數(shù)字鐘 的精度、穩(wěn)定度遠遠超過老式機械鐘。在這次設(shè)計中，我們采用LED數(shù)碼管顯示時、分、秒，根據(jù)數(shù)碼管動態(tài)顯示原理來進行顯示，用晶振產(chǎn)生振蕩脈沖，定 時器計數(shù)。在此次設(shè)計中，電路具有顯示時間的其本功能，還可以實現(xiàn)對時間的 調(diào)整。數(shù)字鐘是其小巧，價格低廉，走時精度高，使用方便，功能多，便于集成 化而受廣大消費的喜愛，因此得到了廣泛的使用。關(guān)鍵詞：單片機 數(shù)字時鐘 仿真 模塊引言目前，單片機正朝著高性能和多品種方向發(fā)展趨勢將是進一步向著CMOS化、低功耗、小體積、

2、大容量、高性能、低價格和外圍電路內(nèi)裝化等幾個方面發(fā) 展。下面是單片機的主要發(fā)展趨勢。 單片機應(yīng)用的重要意義還在于，它從根本上 改變了傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)設(shè)計思想和設(shè)計方法。從前必須由模擬電路或數(shù)字電路實 現(xiàn)的大部分功能，現(xiàn)在已能用單片機通過軟件方法來實現(xiàn)了。 這種軟件代替硬件 的控制技術(shù)也稱為微控制技術(shù)，是傳統(tǒng)控制技術(shù)的一次革命。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。數(shù)字時鐘的核心數(shù)字鐘是采用數(shù)字電路實現(xiàn)對時、分、秒數(shù)字顯示的計時裝置，廣泛用于個 人家庭

3、、車站、碼頭、辦公室等公共場所，已成為人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢缮俚谋匦?品，由于數(shù)字集成電路的發(fā)展和石英晶體與振蕩器的廣泛應(yīng)用，使得數(shù)字鐘的精度遠遠超過老式鐘表。而且大大地擴展了鐘表原先的報時功能。諸如定時自動報 警、按時自動打鈴、時間程序自動控制、定時廣播、通斷動力設(shè)備以及各種定時電氣的自動啟用等，所有這些，都是以鐘表數(shù)字化為基礎(chǔ)的。因此，研究數(shù)字鐘及擴大其應(yīng)用，有若非?，F(xiàn)實的意義。本次做的數(shù)字鐘是以單片機（STC12C2052AD）為核心，結(jié)合相關(guān)的元器件（LED數(shù)碼顯示器、驅(qū)動器 DS1302、74HC595集成電路等）單片機（STC12C2052AD）簡介STC12C2052AD單片機（圖1

4、）是單時鐘/機器周期（1T）的單片機，是高速/ 低功耗、抗干擾的新時代8051單片機。單片機中包含中央處理器（CPU）、程序存 儲器（Flashb數(shù)據(jù)存儲器（SRAM卜定時/計數(shù)器、UART串口、I/O接口、高速A/DR/C振蕩器和外部晶體振蕩電路等模塊。轉(zhuǎn)換、SPI接口、PCA、看 具體管腳分布圖（見圖2）圖1 單片機（STC12C2052AD ）外部圖U720OCTvcc ADC7/SCL1CP17 ADC6AnSQPIl5 ADC5YOSIP 行 ADCnSrPblADC3 P13 ADC2P12 CKOUTLADCLP” CKOLTOADCdPlUPWMOPCAO.P；72叩FDXTA

5、L2XTAL1P/1NT0P33IKIIP54TaEClP55,T1KA1 Pail19313d1?516615HEp9121011SIC12C2fl52AD2 單片機（STC12C2052AD ）管腳分配DS1302芯片簡介可設(shè)置備用電源充電方式，提供了采用雙電源供電（主電源和備用E對后背電源進行涓細電流充電的能力。DS1302的外部引腳分配如圖1所示及內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示。DS1302可以用于數(shù)據(jù)記錄，特別是對某些具有特殊意義的 數(shù)據(jù)點的記錄，能實現(xiàn)數(shù)據(jù)與出現(xiàn)該數(shù)據(jù)的時間同時記錄。這種記錄對長時間的連續(xù)測控系統(tǒng)結(jié)果的分析及對異常數(shù)據(jù)出現(xiàn)的原因的查找具有重要意義。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)記錄方式是隔時采樣或

6、定時采樣，沒有具體的時間記錄，因此，只能記錄數(shù)據(jù)而無法準確記錄其出現(xiàn)的時間；若采用單片機計時，一方面需要采用計數(shù)器， 占用硬件資源，另一方面需要設(shè)置中斷、查詢等，同樣耗費單片機的資源，而且, 某些測控系統(tǒng)可能不允許。但是，如果在系統(tǒng)中采用時鐘芯片DS1302,則能很好地解決這個問題。VCC2 匚 1X1 2X2 口 3VCC1SCLKI/OGNDU 4圖4 DS1302芯片功能結(jié)構(gòu)圖3 DS1302芯片的外部分配圖1.1.3 74HC595芯片簡介74HC595芯片（圖3所示）是硅結(jié)構(gòu)的CMOS器件，兼容低電壓TTL電路74HC595芯片的特點是：8位串行輸入、8為串行并行輸出、存儲狀態(tài)寄存器

7、具體各管腳作用見（圖4）。輸出能力有：并行輸出總線驅(qū)動、用行輸出、標準中等規(guī)模集成電路。5Om叵rn叵小3中第050&9時回回BEIIElEilaH魯崢號署MF女期晚1、7、4、5 6、 7、15QA-QH檢出言部8GND曷詼地9SQh豐行的1居確出管抑toSCLR蜂也寄存霹浩霜11SCK”艮帝仁旭拜.12RCK通，存松兼殛行時嬸以13OF墉已席非1491城酉海15vcc電牌端圖6 74HC595管腳功能表圖5 74HC595芯片的外部分配圖1.1.4數(shù)碼管簡介LED數(shù)碼管要正常顯示，就要用驅(qū)動電路來驅(qū)動數(shù)碼管的各個段碼，從而顯 示出我們要的數(shù)字，因此根據(jù) LED數(shù)碼管的驅(qū)動方式的不同，可以分

8、為靜態(tài)式 和動態(tài)式兩類。led數(shù)碼管（LED Segment Displays）由多個發(fā)光二極管封裝在一 起組成8”字型的器件，引線已在內(nèi)部連接完成，只需引出它們的各個筆劃，公 共電極。數(shù)碼管實際上是由七個發(fā)光管組成8字形構(gòu)成的，加上小數(shù)點就是8個。這些段分別由字母a,b,c,d,e,f,g,dp來表示。（見圖5）7643圖8數(shù)碼管內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖SEG7_L8圖7數(shù)碼管外部分配圖ABCDEFGD9101.2數(shù)字時鐘的基本組成電路構(gòu)成該電路由于使用單片機內(nèi)部具有定時/計數(shù)功能，STC12C2052AD單片機有 已下特點：性價比高集成度高，體積小、可靠性高控制能強低電壓低功 耗。因此采用STC12C2

9、052AD單片機和LED數(shù)碼管為核心，加以必要的電路和 驅(qū)動部分，來構(gòu)成了一個單片機時鐘。單片機控制時鐘基本電路要實現(xiàn)一定功能必須又已下幾個模塊組成：1、電源模塊2、顯示模塊3、驅(qū)動模塊4、單片機模塊5、晶振模塊。電源模塊 為主要芯片以及輔助電路提供 5V/12V不等的直流電壓。（圖8）VCC12V1FF9FEEDBACVINL1L2+C11 N ZT470UFO3OUT33UH5VLM2596D6SS3410UH+ C12 220UF/35VVCC5VTU22圖9 電源模塊2、單片機模塊 主要利用變成軟件進行程序編寫，來驅(qū)動電路實現(xiàn)一定的 功能。（圖9）R16 10K1-RXD-2TX D3

10、XTA L24XTAL156P33-7P34-8P359lO一RSTVCCP30/RX DADC7/SC LK/P17P31/TX DA DC6/MISO /P16XTA L2A DC5/MO SI/P15XTAL1ADC4/SS/P14P32/INT0ADC3/P1 3P33/INT1ADC 2/P1 2P34/T0/EC 1CKOUT1/ADC1/P1 1P35/T1/PC A1/PWMKOUT0/A DC0/P1 0GNDPWM0/PC A0 /P37U7STC1 2C 205 2AD18CLK17STR16KEY115KEY214131211圖10單片機模塊3、驅(qū)動模塊和顯示模塊利用晶

11、振電路和單片機的時序信號輸出顯示的信號。我們米用六路獨立的電路來完成時分秒的顯示（圖9）U 218C 1IN1OUT1IN2OUT2IN3OUT3IN4OUT4IN5OUT5IN6OUT6IN7OUT7IN8OUT8GNDC OM-Q-153|16E1-Q-13514A-r-Q-117|12F1-_ 910|V CC 12 V1U LN 280 3U 518C2IN1OUT1IN2OUT2IN3OUT3IN4OUT4IN5OUT5IN6OUT6IN7OUT7IN8OUT8GNDC OMQ 26217D2Q 25316E2-Q24 41 5B 2-Q235P2-Q22 61 3D P2Q2I71

12、2F2Q 20811G2II910|V CC 12 V1U LN 280 3U 9Q 371IN1OUT 118C 3Q 362IN2OUT 2Q 353IN3OUT 316E3IN4OUT 4Q 335IN5OUT 514A 3Q 326IN6OUT 6Q 317IN7OUT 712F3Q 308IN8OUT 89GNDC OM10IV CC 12 VU LN 280 3時鐘程序介紹。#include reg52.h#includesbit clk=P2A0;sbit dat=P2A1；sbit latch=P2A2;/* 定義變量 */圖11 驅(qū)動模塊和顯示模塊局部圖程序構(gòu)成我們利用kei

13、l軟件進行編寫程序，是51系列兼容單片機C語言軟件開發(fā)系 統(tǒng)。C語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護性上有明顯的優(yōu)勢。一下是數(shù)字unsigned char const table10=0 xfc,0 x60,0 xda,0 xf2,0 x66,0 xb6,0 xbe,0 xe 0,0 xff,0 xf6;/* 定義數(shù)組 */unsigned char sec,min,hour;void Letlatch(void)latch=0;void send(unsigned char k)unsigned char i;for(i=0;i=1;void delay(void)unsigned char

14、 i,j,k;for(i=0;i10;i+)for(j=0;j100;j+) for(k=0;k100;k+);void main()unsigned char i;2.1數(shù)字時鐘的仿真latch=1; ds1302_init();ds1302_write_time();while(1)ds1302_read_time();hour=time_buf14;min=time_buf15;sec=time_buf16;for(i=0;i10;i+)send(tablesec%10);send(tablesec/10);send(tablemin%10); send(tablemin/10); se

15、nd(tablehour%10) send(tablehour/10);/*輸出時分秒的邏輯*/Letlatch();利用仿真功能強大、仿真元件模型豐富的Proteus軟件對數(shù)字鐘各個單元電路和整體電路進行了設(shè)計和詳盡的仿真分析，縮短了設(shè)計周期，提高了設(shè)計效率降低了設(shè)計成本同時，Proteus軟件對于電子技術(shù)的教學(xué)演示和實際設(shè)計都具有很圖12數(shù)字時鐘仿真3總結(jié)我在這一次數(shù)字電子鐘的設(shè)計過程中，很是受益匪淺。通過對自己在大學(xué)三 年時間里所學(xué)的知識的回顧，并充分發(fā)揮對所學(xué)知識的理解和對畢業(yè)設(shè)計的思考 及書面表達能力，最終完成了。這為自己今后進一步深化學(xué)習， 積累了一定寶貴 的經(jīng)驗。撰寫論文的過程也

16、是專業(yè)知識的學(xué)習過程，它使我運用已有的專業(yè)基礎(chǔ) 知識，對其進行設(shè)計，分析和解決一個理論問題或?qū)嶋H問題， 把知識轉(zhuǎn)化為能力 的實際訓(xùn)練。培養(yǎng)了我運用所學(xué)知識解決實際問題的能力。通過這次課程設(shè)計我發(fā)現(xiàn)，只有理論水平提高了；才能夠?qū)⒄n本知識與實踐 相整合，理論知識服務(wù)于教學(xué)實踐，以增強自己的動手能力。這個實驗十分有意 義我獲得很深刻的經(jīng)驗。通過這次課程設(shè)計，我們知道了理論和實際的距離， 也 知道了理論和實際想結(jié)合的重要性，也從中得知了很多書本上無法得知的知識。我們的學(xué)習不但要立足于書本，以解決理論和實際教學(xué)中的實際問題為目 的，還要以實踐相結(jié)合，理論問題即實踐課題，解決問題即課程研究，學(xué)生自己 就是一個專家，通過自己的手來解決問題比用腦子解決問題更加深刻。 學(xué)習就應(yīng) 該采取理論與實踐結(jié)合的方式，理論的問題，也就是實踐性的課題。有助于完成 理論知識的鞏固，又有助于帶動實踐，解決實際問題，加強我們的動