數(shù)字時(shí)鐘的設(shè)計(jì)報(bào)告

數(shù)字時(shí)鐘設(shè)計(jì)報(bào)告課程名稱：《單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)》實(shí)訓(xùn)題目：數(shù)字時(shí)鐘專業(yè)班級(jí):智能101

小組成員：錢宏張慧李瑤趙登摘要

時(shí)鐘，自從它發(fā)明的那天起，就成為人類的朋友，但隨著時(shí)間的推移，科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對(duì)時(shí)間計(jì)量的精度要求越來(lái)越高，應(yīng)用越來(lái)越廣。怎樣讓時(shí)鐘更好的為人民服務(wù)，怎樣讓我們的老朋友煥發(fā)青春呢？這就要求人們不斷設(shè)計(jì)出新型時(shí)鐘。 現(xiàn)今，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，石英表，石英鐘都采用了石英技術(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)校，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，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(duì)，片選的靈活性好。

時(shí)鐘電路在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中起著非常重要的作用，是保證系統(tǒng)正常工作的基礎(chǔ)。在一個(gè)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，時(shí)鐘有兩方面的含義：一是指為保障系統(tǒng)正常工作的基準(zhǔn)振蕩定時(shí)信號(hào)，主要由晶振和外圍電路組成，晶振頻率的大小決定了單片機(jī)系統(tǒng)工作的快慢；二是指系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)定時(shí)時(shí)鐘，即定時(shí)時(shí)間，它通常有兩種實(shí)現(xiàn)方法：一是用軟件實(shí)現(xiàn)，即用單片機(jī)內(nèi)部的可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器來(lái)實(shí)現(xiàn)，但誤差很大，主要用在對(duì)時(shí)間精度要求不高的場(chǎng)合；二是用專門的時(shí)鐘芯片實(shí)現(xiàn)，在對(duì)時(shí)間精度要求很高的情況下，通常采用這種方法，典型的時(shí)鐘芯片有：DS1302，DS12887，X1203等都可以滿足高精度的要求。 本系統(tǒng)利用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)具有計(jì)時(shí)、校時(shí)等功能的數(shù)字時(shí)鐘，是以單片機(jī)AT89S51為核心元件同時(shí)采用LED數(shù)碼管顯示器動(dòng)態(tài)顯示“時(shí)”，“分”，“秒”的現(xiàn)代計(jì)時(shí)裝置。與傳統(tǒng)機(jī)械表相比，它具有走時(shí)精確,顯示直觀等特點(diǎn)。另外具有校時(shí)功能，秒表功能，和定時(shí)器功能，利用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的數(shù)字時(shí)鐘具有編程靈活，便于功能的擴(kuò)充等優(yōu)點(diǎn)。關(guān)鍵詞：數(shù)字鐘系統(tǒng)；單片機(jī)AT89S51；LED液晶顯示器第一章：緒論 本章介紹的是數(shù)字時(shí)鐘的設(shè)計(jì)目的及意義和未來(lái)的發(fā)展前景和現(xiàn)狀及在各領(lǐng)域的應(yīng)用第一章：緒論1.1設(shè)計(jì)的目的及意義1.2發(fā)展現(xiàn)狀1.3設(shè)計(jì)的任務(wù)1.1設(shè)計(jì)的目的及意義 1.實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘的修正和鬧鐘報(bào)時(shí)兩項(xiàng)任務(wù)。 2.通過(guò)單片機(jī)課程設(shè)計(jì)，加深對(duì)單片機(jī)的更深層次的理解，熟悉單片機(jī)的內(nèi)部硬件資源，掌握單片機(jī)的編程方法，要學(xué)會(huì)對(duì)單片機(jī)的各部硬件資源的控制，特別是掌握單片機(jī)中斷，定時(shí)器的編程方法。 3.通過(guò)這次設(shè)計(jì)，要學(xué)會(huì)怎么利用所學(xué)單片機(jī)知識(shí)獨(dú)立設(shè)計(jì)系統(tǒng)的能力，達(dá)到學(xué)于致用的目的，要學(xué)會(huì)發(fā)創(chuàng)設(shè)計(jì)編程思想，要學(xué)會(huì)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)的一般過(guò)程，并不斷創(chuàng)新。

4.鞏固、加深和擴(kuò)大單片機(jī)應(yīng)用的知識(shí)面，提高綜合及靈活運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決工業(yè)控制的能力。 5.培養(yǎng)針對(duì)課題需要，選擇和查閱有關(guān)手冊(cè)、圖表及文獻(xiàn)資料的自學(xué)能力，提高組成系統(tǒng)、編程、調(diào)試的動(dòng)手能力。 6.通過(guò)對(duì)課題設(shè)計(jì)方案的分析、選擇、比較、熟悉單片機(jī)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)、研制的過(guò)程，軟硬件設(shè)計(jì)的方法、內(nèi)容及步驟。 1.2設(shè)計(jì)的意義本設(shè)計(jì)使用單片機(jī)作為核心進(jìn)行控制。單片機(jī)具有集成度高，通用性好，功能強(qiáng)，特別是體積小，重量輕，耗能低，可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)和使用方便等獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，在數(shù)字、智能化方面有廣泛的用途。1.2發(fā)展現(xiàn)狀1.在智能儀器儀表上的發(fā)展應(yīng)用單片機(jī)具有體積小、功耗低、控制功能強(qiáng)、擴(kuò)展靈活、微型化和使用方便等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于儀器儀表中，結(jié)合不同類型的傳感器，可實(shí)現(xiàn)諸如電壓、功率、頻率、濕度、溫度、流量、速度、厚度、角度、長(zhǎng)度、硬度、元素、壓力等物理量的測(cè)量。采用單片機(jī)控制使得儀器儀表數(shù)字化、智能化、微型化，且功能比起采用電子或數(shù)字電路更加強(qiáng)大。例如精密的測(cè)量設(shè)備（功率計(jì)，示波器，各種分析儀）。2.在工業(yè)控制中的發(fā)展應(yīng)用 用單片機(jī)可以構(gòu)成形式多樣的控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。例如工廠流水線的智能化管 理，電梯智能化控制、各種報(bào)警系統(tǒng)，與計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成二級(jí)控制系統(tǒng)等。

3.在家用電器中的發(fā)展應(yīng)用 可以這樣說(shuō)，現(xiàn)在的家用電器基本上都采用了單片機(jī)控制，從電飯煲、洗衣機(jī)、電冰箱、空調(diào)機(jī)、彩電、其他音響視頻器材、再到電子秤量設(shè)備，五花八門，無(wú)所不在。4.在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通信領(lǐng)域中的發(fā)展應(yīng)用 現(xiàn)代的單片機(jī)普遍具備通信接口，可以很方便地與計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，為在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通信設(shè)備間的應(yīng)用提供了極好的物質(zhì)條件，現(xiàn)在的通信設(shè)備基本上都實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)智能控制，從手機(jī)，電話機(jī)、小型程控交換機(jī)、樓宇自動(dòng)信呼叫系統(tǒng)、列車無(wú)線通信、再到日常工作中隨處可見(jiàn)的移動(dòng)電話，集群移動(dòng)通信，無(wú)線電對(duì)講機(jī)等。5.單片機(jī)在醫(yī)用設(shè)備領(lǐng)域中的發(fā)展應(yīng)用 單片機(jī)在醫(yī)用設(shè)備中的用途亦相當(dāng)廣泛，例如醫(yī)用呼吸機(jī)，各種分析儀，監(jiān)護(hù)儀，超聲診斷設(shè)備及病床呼叫系統(tǒng)等等。1.3設(shè)計(jì)的任務(wù)

1.鞏固、加深和擴(kuò)大單片機(jī)應(yīng)用的知識(shí)面，提高綜合及靈活運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決工業(yè)控制的能力。 2.培養(yǎng)針對(duì)課題需要，選擇和查閱有關(guān)手冊(cè)、圖表及文獻(xiàn)資料的自學(xué)能力，提高組成系統(tǒng)、編程、調(diào)試的動(dòng)手能力。 3.通過(guò)對(duì)課題設(shè)計(jì)方案的分析、選擇、比較、熟悉單片機(jī)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)、研制的過(guò)程，軟硬件設(shè)計(jì)的方法、內(nèi)容及步驟。第二章：設(shè)計(jì)要求和方案論證2.1設(shè)計(jì)的要求2.2方案論證2.3數(shù)碼管顯示方案2.4時(shí)鐘的選擇方案和論證2.1設(shè)計(jì)的要求 基于AT89S51單片機(jī)的設(shè)計(jì)。當(dāng)程序執(zhí)行后，LCD顯示即時(shí)時(shí)間、年月日、星期。 了解單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，熟悉數(shù)字時(shí)鐘模塊的工作原理； 2、選擇適當(dāng)?shù)男酒驮骷?，確定系統(tǒng)電路，繪制電路原理圖，尤其是各接口電路； 3、熟悉單片機(jī)使用方法和C語(yǔ)言的編程規(guī)則，編寫出相應(yīng)模塊的應(yīng)用程序； 4、分別在各自的模塊中調(diào)試出對(duì)應(yīng)的功能，在Proteus軟件上進(jìn)行仿真。單片機(jī)主板電路等組成。并具有以下功能：1．具備在液晶上顯示年、月、日、星期、時(shí)、分、秒的功能；2．并且具備年、月、日、星期、時(shí)、分、秒校準(zhǔn)功能；3．具有與實(shí)時(shí)時(shí)間同步的功能；2.2方案論證方案一: 采用AT89C51芯片作為硬件核心，內(nèi)部具有4KBROM存儲(chǔ)空間,能于3V的超低壓工作,而且與MCS-51系列單片機(jī)完全兼容,但是運(yùn)用于電路設(shè)計(jì)中時(shí)由于不具備ISP在線編程技術(shù)，所以在對(duì)電路進(jìn)行調(diào)試時(shí)，對(duì)芯片的多次拔插會(huì)對(duì)芯片造成一定的損壞。方案二: 采用AT89S52芯片,AT89S52是一種低功耗、高性能的8位CMOS微控制器，具有4K的可編程Flash存儲(chǔ)器。同樣兼容AT89C51的功能，且具有ISP在線編程可技術(shù)，當(dāng)對(duì)電路進(jìn)行調(diào)試時(shí)，因此選擇采用AT89S51作為主控制系統(tǒng)核心。2.3數(shù)碼管顯示方案方案一：靜態(tài)顯示。所謂靜態(tài)顯示，就是當(dāng)顯示器顯示某一字符時(shí)，相應(yīng)的發(fā)光二極管恒定的導(dǎo)通或截止。該方式每一位都需要一個(gè)8位輸出口控制。靜態(tài)顯示時(shí)較小的電流能獲得較高的亮度，且字符不閃爍。但當(dāng)所顯示的位數(shù)較多時(shí)，靜態(tài)顯示所需的I/O口太多，造成了資源的浪費(fèi) 案二：動(dòng)態(tài)顯示。所謂動(dòng)態(tài)顯示就是一位一位的輪流點(diǎn)亮各個(gè)位，對(duì)于顯示器的每一位來(lái)說(shuō)，每隔一段時(shí)間點(diǎn)亮一次。利用人的視覺(jué)暫留功能可以看到整個(gè)顯示，但必須保證掃描速度足夠快，字符才不閃爍。顯示器的亮度既與導(dǎo)通電流有關(guān)，也于點(diǎn)亮?xí)r間與間隔時(shí)間的比例有關(guān)。調(diào)整參數(shù)可以實(shí)現(xiàn)較高穩(wěn)定度的顯示。動(dòng)態(tài)顯示節(jié)省了I/O口，降低了能耗。 從節(jié)省I/O口和降低能耗出發(fā)，本設(shè)計(jì)采用方案二。2.4時(shí)鐘的選擇方案和論證方案一： 采用74HC244N時(shí)鐘芯片實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘，74HC244N芯片是一種高性能的時(shí)鐘芯片，可自動(dòng)對(duì)秒、分、時(shí)、日、周、月、年進(jìn)行計(jì)數(shù)，而且精度高,位的RAM做為數(shù)據(jù)暫存區(qū)，工作電壓2.5V～5.5V范圍內(nèi)，2.5V時(shí)耗電小于300nA。方案二：直接采用單片機(jī)定時(shí)計(jì)數(shù)器提供秒信號(hào)，使用程序?qū)崿F(xiàn)時(shí)、分、秒計(jì)數(shù)。采用此種方案雖然減少芯片的使用，但節(jié)約成本，本實(shí)驗(yàn)采用方案二第三章：系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1.系統(tǒng)說(shuō)明3.2.單片機(jī)最小系統(tǒng)3.1.系統(tǒng)說(shuō)明利用單片機(jī)（AT89S52）制作簡(jiǎn)易電子時(shí)鐘，由六個(gè)LED數(shù)碼管分別顯示小時(shí)十位、小時(shí)個(gè)位、分鐘十位、分鐘個(gè)位、秒鐘十位、秒鐘個(gè)位。6個(gè)PNP管（9012）分別控制六個(gè)數(shù)碼管的亮滅，一個(gè)按鍵用于時(shí)間調(diào)整3.1.1系統(tǒng)框圖顯示部分控制部分單片機(jī)（AT89C52）按鍵復(fù)位電路電源部分直流電源5V6個(gè)七段共陽(yáng)極數(shù)碼管顯示秒，分鐘及小時(shí)位位選部分6個(gè)PNP三極管（9012）3.1.2總體電路圖3.2.單片機(jī)最小系統(tǒng)從外部引入5V的直流電，為單片機(jī)、復(fù)位電路提供電源。1.電源電路2.時(shí)鐘電路在單片機(jī)XTAL1，XTAL2（18腳，19腳）引腳上接一塊石英晶體諧振器和兩只30pF電容就搭建好了內(nèi)部時(shí)鐘電路，它們配合單片機(jī)內(nèi)部反向放大器形成自激振蕩電路，產(chǎn)生時(shí)鐘序列。3復(fù)位電路就是將單片機(jī)回到初始狀態(tài)，重新開(kāi)始執(zhí)行程序。復(fù)位就是通過(guò)給RST引腳一段時(shí)間高電平來(lái)實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)復(fù)位后單片機(jī)正常工作時(shí)又要要求保持低電平。4ISP下載電路如圖3-5所示，由AT89SISP構(gòu)成的兩排十針下載口，板圖上有一個(gè)小方框，為1號(hào)引角；下載線的凸口為正方向，凸口的右側(cè)邊的第一個(gè)插孔為1號(hào)引角。3.3數(shù)字時(shí)鐘顯示部分3.3.1位選部分3.3.2段選部分74HC244N邏輯電路，三態(tài)八路緩沖器和線路驅(qū)動(dòng)器，電源電壓2V到6V，緩沖類型：緩沖、非反相3.2.4數(shù)碼管的連接電路圖為數(shù)碼管的引腳圖，每位的段碼線（a,b,c,d,e,f,g,dp），由AT89S52控制組合0－9十個(gè)數(shù)據(jù)，如令其顯示1則b,c引腳（即2，3引腳）送高電平，此時(shí)數(shù)碼管顯示1。由于各位的段碼線并聯(lián)，8位I/O口輸出段碼對(duì)各個(gè)顯示位來(lái)說(shuō)都是相同的。3.2.5控制部分

RST——復(fù)位輸入，高電平有效，在晶振工作時(shí)，在RST引腳上作用2個(gè)機(jī)器周期以上的高電平，將使單片機(jī)復(fù)位。WDT溢出將使該引腳輸出高電平，設(shè)置SFTAUXR的DISRTO位（地址8EH）可打開(kāi)或關(guān)閉該功能。DISRTO位缺省為RESET輸出高電平打開(kāi)狀態(tài)。

EA/VPP——片外程序存儲(chǔ)器訪問(wèn)允許信號(hào)。欲使CPU僅訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器（地址為0000H-FFFFH），EA端必須保持低電平（接地），如果EA端為高電平（接Vcc端），CPU則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器中的指令。

ISP,下載接口（p1.5，p1.6,p1.7)p1.5是輸入引腳傳輸程序，p1.6是輸出引腳傳輸數(shù)據(jù),p1.7是傳輸時(shí)鐘信號(hào)。

P1口,P2口——P1，P2是一組帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口。運(yùn)行時(shí)通過(guò)P1口控制驅(qū)動(dòng)電路的工作，將數(shù)據(jù)送到數(shù)碼管，顯示相應(yīng)的段碼，為了達(dá)到減少功耗或滿足端口對(duì)最大電流的限制，應(yīng)加上一限流電阻。P2.0——P2.5口控制數(shù)碼管的位選，使六個(gè)數(shù)碼管輪流顯示數(shù)據(jù)，等于1時(shí)位選三極管導(dǎo)通，等于0時(shí)位選三極管截止。第四章：仿真與調(diào)試

4.1軟件簡(jiǎn)介

4.2Keil軟件調(diào)試流程

4.3Proteus軟件運(yùn)行流程

4.4數(shù)字時(shí)鐘的功能仿真4.1.1Keil軟件簡(jiǎn)介

KeilC51是美國(guó)KeilSoftware公司出品的51系列兼容單片機(jī)C語(yǔ)言軟件開(kāi)發(fā)系統(tǒng)。這款軟件提供了豐富的庫(kù)函數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開(kāi)發(fā)調(diào)試工具，全Windows界面。另外重要的是，KeilC51軟件編譯后生成的匯編代碼，就能展現(xiàn)出生成的目標(biāo)代碼效率非常高，多數(shù)語(yǔ)句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開(kāi)發(fā)大型軟件時(shí)更能體現(xiàn)高級(jí)語(yǔ)言的優(yōu)勢(shì)。Keil軟件中uVision與Ishell分別是C51forWindows和forDos的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境(IDE)，可以完成編輯、編譯、連接、調(diào)試、仿真等整個(gè)開(kāi)發(fā)流程。開(kāi)發(fā)人員可用IDE本身或其它編輯器編輯C或匯編源文件。然后分別由C51及A51編譯器編譯生成目標(biāo)文件(.OBJ)。目標(biāo)文件可由LIB51創(chuàng)建生成庫(kù)文件，也可以與庫(kù)文件一起經(jīng)L51連接定位生成絕對(duì)目標(biāo)文件(.ABS)。ABS文件由OH51轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的Hex文件，可載入Proteus仿真軟件中的MCU中，進(jìn)行功能仿真。

Keil使用“工程”（Project）的概念，對(duì)工程（而不能對(duì)單一的源程序）進(jìn)行編譯/匯編、連接等操作。工程的建立、設(shè)置、編譯/匯編及連接產(chǎn)生目標(biāo)文件的方法非常易于掌握。應(yīng)用Keil進(jìn)行軟件仿真開(kāi)發(fā)的主要步驟為：1.編寫源程序并保存；2.建立工程并添加源文件；3.設(shè)置工程；4.編譯/匯編、連接，產(chǎn)生目標(biāo)文件；5.程序調(diào)試。4.1.2ProteusISIS簡(jiǎn)介 ProteusISIS是英國(guó)LabcenterElectronics公司開(kāi)發(fā)的電路分析與實(shí)物仿真軟件。它由ISIS和ARES兩個(gè)軟件構(gòu)成，其中ISIS是一款便捷的電子系統(tǒng)仿真平臺(tái)軟件，它運(yùn)行于Windows操作系統(tǒng)上，用戶可以對(duì)模擬電路、數(shù)字電路、模數(shù)混合電路，以及基于微控制器的系統(tǒng)連同所有外圍接口電子元器件一起仿真。 該軟件的特點(diǎn)是： （1）全部滿足我們提出的單片機(jī)軟件仿真系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)，并在同類產(chǎn)品中具有明顯的優(yōu)勢(shì)。 2）具有模擬電路仿真、數(shù)字電路仿真、單片機(jī)及其外圍電路組成的系統(tǒng)的仿真、RS－232動(dòng)態(tài)仿真、I2C調(diào)試器、SPI調(diào)試器、鍵盤和LCD系統(tǒng)仿真的功能；有各種虛擬儀器，如示波器、邏輯分析儀、信號(hào)發(fā)生器等。 （3）目前支持的單片機(jī)類型有：ARM7系列、68000系列、8051系列、AVR系列、PIC12系列、PIC16系列、PIC18系列、Z80系列、HC11系列以及各種外圍芯片。 （4）支持大量的存儲(chǔ)器和外圍芯片。總之，該軟件是一款集單片機(jī)和SPICE分析于一身的仿真軟件，功能極其強(qiáng)大，可仿真ARM、51、AVR、PIC。Proteus啟動(dòng)畫面： 此外，ARES軟件是一款高級(jí)的布線編輯軟件，它采用了32位數(shù)據(jù)庫(kù)的高性能PCB設(shè)計(jì)系統(tǒng)，以及高性能的自動(dòng)布局和自動(dòng)布線方法。集成了高級(jí)原理布線圖、混合模式SPICE電路仿真、PCB設(shè)計(jì)以及自動(dòng)布線來(lái)實(shí)現(xiàn)一個(gè)完整的電子設(shè)計(jì)。4.2Keil軟件調(diào)試流程首先選擇菜單File-New…，在源程序編輯器中輸入?yún)R編語(yǔ)言或C語(yǔ)言源程序（或選擇File-Open…，直接打開(kāi)已用其它編輯器編輯好的源程序文檔）并保存，注意保存時(shí)必須在文件名后加上擴(kuò)展名.asm（.a51）或.c。 然后選擇菜單Project-NewProject…，建立新工程并保存（保存時(shí)無(wú)需加擴(kuò)展名，也可加上擴(kuò)展名.uv2），工程保存后會(huì)立即彈出一個(gè)設(shè)備選擇對(duì)話框，選擇CPU后點(diǎn)確定返回主界面。 展開(kāi)“SourceGroup1”前面+號(hào)，就會(huì)看到所加入的文件，雙擊文件名，即可打開(kāi)該源程序文件。 緊接著對(duì)工