基于單片機(jī)的電子時(shí)鐘設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)樣本

摘要單片機(jī)自20世紀(jì)70年代問世以來，以其極高性能價(jià)格比，受到人們注重和關(guān)注，應(yīng)用很廣、發(fā)展不久。單片機(jī)體積小、重量輕、抗干擾能力強(qiáng)、環(huán)境規(guī)定不高、價(jià)格低廉、可靠性高、靈活性好、開發(fā)較為容易。由于具備上述長處，在國內(nèi)，單片機(jī)已廣泛地應(yīng)用在工業(yè)自動(dòng)化控制、自動(dòng)檢測、智能儀器儀表、家用電器、電力電子、機(jī)電一體化設(shè)備等各個(gè)方面，而51單片機(jī)是各單片機(jī)中最為典型和最有代表性一種。這次畢業(yè)設(shè)計(jì)通過對它學(xué)習(xí)、應(yīng)用，以AT89S51芯片為核心，輔以必要電路，設(shè)計(jì)了一種簡易電子時(shí)鐘，它由4.5V直流電源供電，通過數(shù)碼管可以精確顯示時(shí)間，調(diào)節(jié)時(shí)間，從而到達(dá)學(xué)習(xí)、設(shè)計(jì)、開發(fā)軟、硬件能力。電子時(shí)鐘是采用數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)對“時(shí)”、“分”、“秒”數(shù)字顯示計(jì)時(shí)裝置。電子時(shí)鐘精度、穩(wěn)定度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過老式機(jī)械鐘。在這次設(shè)計(jì)中，咱們采用LED數(shù)碼管顯示時(shí)、分、秒，以24小時(shí)計(jì)時(shí)方式，依照數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示原理來進(jìn)行顯示，用12MHz晶振產(chǎn)生振蕩脈沖，定期器計(jì)數(shù)。在本次設(shè)計(jì)中，電路具備顯示時(shí)間其本功能，還可以實(shí)現(xiàn)對時(shí)間調(diào)節(jié)。電子時(shí)鐘是其小巧，價(jià)格低廉，走時(shí)精度高，使用以便，功能多，便于集成化而受廣大消費(fèi)愛慕，因而得到了廣泛使用。核心詞：單片機(jī)；AT89S51

ABSTRACTSincethe1970schipsincetheadvent，withitshighcostperformanceandattentionbypeopleandattention，itiswidelyusedandfastdevelopment.SCMsmallvolume，lightweight，stronganti-jammingcapability，environmentaldemandisnothigh，lowcost，highreliability，flexibilityisgood，developmentmoreeasy.Becauseoftheabovefeatures，inourcountry，themicrocontrolleriswidelyusedinindustrialautomationcontrol，automaticdetection，intelligentinstrumentandapparatus，householdappliances，powerelectronics，mechanicalandelectricalequipment，andotheraspects，and51SCMisthemosttypicalchipandmostrepresentativeone.Thegraduationdesignthroughtoitsstudy，applicationtoAT89S51chipsasthecore，withthenecessarycircuit，designofasimpleelectronicclock，itby4.5Vdcpowersupply，throughtheelectronictubecanshowtime，adjustthetime，thustolearning，thedesign，thedevelopmentofsoftwareandhardwareintheability.ElectronicClockisaelectroniccircuitimplementationofthe"when"，"sub"，"seconds"Thefiguresshowthetimingdevice.Electronicclockprecision，stability，farmorethantheoldmechanicalclock.Inthisdesign，weuseLEDelectronicdisplayhours，minutes，seconds，to24-hourtimemode，accordingtoelectroniccontroltheorytodynamicdisplaytodisplay，usethe12MHzcrystaloscillationpulse，thetimercount.Inthisdesign，thecircuithasadisplaytimeofthethisfunction，youcanalsorealizethetimeadjustment.Electronicclockisitscompact，lowcost，traveltimeandhighprecision，easytouse，featuresandmore，easyintegrationandlovedbythegeneralconsumer，sowidelyused.Keywords：Single-chipmicrocomputer；AT89S51

目錄1緒論 11.1電子時(shí)鐘背景 11.2電子時(shí)鐘意義 21.3電子時(shí)鐘應(yīng)用 22整體設(shè)計(jì)方案 32.1單片機(jī)選取 32.1.1多功能 32.1.2高效率和高性能 42.1.3低電壓和低功耗 42.1.4低價(jià)格 52.2單片機(jī)電子時(shí)鐘功能擬定 52.3LED顯示模塊 72.4按鍵模塊 73PCB原理圖與仿真圖 93.1PCB原理圖 93.2仿真圖 104程序設(shè)計(jì) 115結(jié)論 286參照文獻(xiàn) 307道謝 311緒論1.1電子時(shí)鐘背景20世紀(jì)末，電子技術(shù)獲得了飛速發(fā)展，在其推動(dòng)下，當(dāng)代電子產(chǎn)品幾乎滲入了社會(huì)各個(gè)領(lǐng)域，有力地推動(dòng)了社會(huì)生產(chǎn)力發(fā)展和社會(huì)信息化限度提高，同步也使當(dāng)代電子產(chǎn)品性能進(jìn)一步提高，產(chǎn)品更新?lián)Q代節(jié)奏也越來越快。時(shí)間對人們來說總是那么寶貴，工作忙碌性和繁雜性容易使人忘掉當(dāng)前時(shí)間。忘掉了要做事情，當(dāng)事情不是很重要時(shí)候，這種遺忘無傷大雅。但是，一旦重要事情，一時(shí)耽誤也許釀成大禍。當(dāng)前，單片機(jī)正朝著高性能和多品種方向發(fā)展趨勢將是進(jìn)一步向著CMOS化、低功耗、小體積、大容量、高性能、低價(jià)格和外圍電路內(nèi)裝化等幾種方面發(fā)展。下面是單片機(jī)重要發(fā)展趨勢。單片機(jī)應(yīng)用重要意義還在于，它從主線上變化了老式控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)辦法。從前必要由模仿電路或數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)大某些功能，當(dāng)前已能用單片機(jī)通過軟件辦法來實(shí)現(xiàn)了。這種軟件代替硬件控制技術(shù)也稱為微控制技術(shù)，是老式控制技術(shù)一次革命。單片機(jī)模塊中最常用是電子時(shí)鐘，電子時(shí)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)裝置，與機(jī)械式時(shí)鐘相比具備更高精確性和直觀性，且無機(jī)械裝置，具備更更長使用壽命，因而得到了廣泛使用。1.2電子時(shí)鐘意義電子時(shí)鐘是采用數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)對.時(shí),分,秒.數(shù)字顯示計(jì)時(shí)裝置,廣泛用于個(gè)人家庭,車站，碼頭辦公室等公共場合,成為人們尋常生活中不可少必須品,由于數(shù)字集成電路發(fā)展和石英晶體振蕩器廣泛應(yīng)用,使得電子時(shí)鐘精度,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過老式鐘表，鐘表數(shù)字化給人們生產(chǎn)生活帶來了極大以便，并且大大地?cái)U(kuò)展了鐘表原先報(bào)時(shí)功能。諸如定期自動(dòng)報(bào)警、準(zhǔn)時(shí)自動(dòng)打鈴、時(shí)間程序自動(dòng)控制、定期廣播、自動(dòng)起閉路燈、定期開關(guān)烘箱、通斷動(dòng)力設(shè)備、甚至各種定期電氣自動(dòng)啟用等，所有這些，都是以鐘表數(shù)字化為基本。因而，研究電子時(shí)鐘及擴(kuò)大其應(yīng)用，有著非?，F(xiàn)實(shí)意義。1.3電子時(shí)鐘應(yīng)用電子時(shí)鐘已成為人們尋常生活中：必不可少必須品，廣泛用于個(gè)人家庭以及車站、碼頭、劇場、辦公室等公共場合，給人們生活、學(xué)習(xí)、工作、娛樂帶來極大以便。由于數(shù)字集成電路技術(shù)發(fā)展和采用了先進(jìn)石英技術(shù)，使電子時(shí)鐘具備走時(shí)精確、性能穩(wěn)定、攜帶以便等長處，它還用于計(jì)時(shí)、自動(dòng)報(bào)時(shí)及自動(dòng)控制等各個(gè)領(lǐng)域。

2整體設(shè)計(jì)方案2.1單片機(jī)選取單片機(jī)微型計(jì)算機(jī)是微型計(jì)算機(jī)一種重要分支，也是頗具生命力機(jī)種。單片機(jī)微型計(jì)算機(jī)簡稱單片機(jī)，特別合用于控制領(lǐng)域，故又稱為微控制器。普通，單片機(jī)由單塊集成電路芯片構(gòu)成，內(nèi)部包具有計(jì)算機(jī)基本功能部件：中央解決器、存儲(chǔ)器和I/O接口電路等。因而，單片機(jī)只需要和恰當(dāng)軟件及外部設(shè)備相結(jié)合，便可成為一種單片機(jī)控制系統(tǒng)。單片機(jī)通過1、2、3、3代發(fā)展，正朝著多功能、高性能、低電壓、低功耗、低價(jià)格、大存儲(chǔ)容量、強(qiáng)I/O功能及較好構(gòu)造兼容性方向發(fā)展。其發(fā)展趨勢不外乎如下幾種方面：2.1.1多功能單片機(jī)中盡量地把所需要存儲(chǔ)器和I/O口都集成在一塊芯片上，使得單片機(jī)可以實(shí)現(xiàn)更多功能。例如A/D、PWM、PCA（可編程計(jì)數(shù)器陣列）、WDT（監(jiān)視定期器看家狗）、高速I/O口及計(jì)數(shù)器捕獲/比較邏輯等。有單片機(jī)針對某一種應(yīng)用領(lǐng)域，集成了有關(guān)控制設(shè)備，以減少應(yīng)用系統(tǒng)芯片數(shù)量。例如，有芯片以51內(nèi)核為核心，集成了USB控制器、SMARTCARD接口、MP3解碼器、CAN或者I*I*C總線控制器等，LED、LCD或VFD顯示驅(qū)動(dòng)器也開始集成在8位單片機(jī)中。2.1.2高效率和高性能為了提高執(zhí)行速度和執(zhí)行效率，單片機(jī)開始使用RISC、流水線和DSP設(shè)計(jì)技術(shù)，使單片機(jī)性能有了明顯提高，體現(xiàn)為：單片機(jī)時(shí)鐘頻率得到提高；同樣頻率單片機(jī)運(yùn)營效率也有了很大提高；由于集成度提高，單片機(jī)尋址能力、片內(nèi)ROM（FLASH）和RAM容量都突破了以往數(shù)量和限制。由于系統(tǒng)資源和系統(tǒng)復(fù)雜限度增長，開始使用高檔語言（如C語言）來開發(fā)單片機(jī)程序。使用高檔語言可以減少開發(fā)難度，縮短開發(fā)周期，增強(qiáng)軟件可讀性和可移植性，便于改進(jìn)和擴(kuò)充功能。2.1.3低電壓和低功耗單片機(jī)嵌入式應(yīng)用決定了低電壓和低功耗特性十分重要。由于CMOS等工藝大量采用，諸多單片機(jī)可以在更低電壓下工作（1.2V或0.9V），功耗已經(jīng)減少到uA級。這些特性使得單片機(jī)系統(tǒng)可以在更小電源支持下工作更長時(shí)間。2.1.4低價(jià)格單片機(jī)應(yīng)用面廣，使用數(shù)量大，帶來直接好處就是成本減少。當(dāng)前世界各大公司為了提高競爭力，在提高單片機(jī)性能同步，十分注意減少其產(chǎn)品價(jià)格。2.2單片機(jī)電子時(shí)鐘功能擬定單片機(jī)電子時(shí)鐘計(jì)時(shí)功能單片機(jī)電子時(shí)鐘計(jì)時(shí)功能計(jì)時(shí)調(diào)整定時(shí)顯示定時(shí)調(diào)整定時(shí)鬧鈴計(jì)時(shí)顯示

所需元器件如表2.1所示。表2.1電子元件列表序號名稱數(shù)量序號名稱數(shù)量1AT89S511片92.7K電阻7只212M晶振1個(gè)10104瓷片電容4只3共陽數(shù)碼管4只1130P瓷片電容2只4PN管85507只12200Ω電阻1只574LS2441片13560Ω電阻8只6蜂鳴器1個(gè)1410K電阻12只7微動(dòng)按鍵5個(gè)15100Ω電阻4只810UF電容1只單片機(jī)電子時(shí)鐘，是運(yùn)用單片機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)計(jì)時(shí)、時(shí)間顯示、時(shí)間調(diào)節(jié)、定期調(diào)節(jié)、鬧鈴等功能。項(xiàng)目完畢過程中使用了外部中斷技術(shù)、定期器中斷技術(shù)、鍵盤查詢及動(dòng)態(tài)顯示技術(shù)。2.3LED顯示模塊圖2.2七段共陽極數(shù)碼管七段共陽極數(shù)碼管及功能如圖1所示：如圖1所示數(shù)碼管為共陽極數(shù)碼管，其3腳和8腳均接電源正極，而共陰極數(shù)碼管3腳和8腳均接電源負(fù)極。其端口所標(biāo)數(shù)據(jù)與數(shù)碼管顯示條處所標(biāo)相應(yīng)，當(dāng)端口接入高電平時(shí)，相應(yīng)共陽極數(shù)碼管顯示條即點(diǎn)亮。2.4按鍵模塊矩陣式鍵盤（也稱行列式鍵盤）合用于按鍵數(shù)目較多場合，它由行線和列線構(gòu)成。按鍵位于行列交點(diǎn)上。一種3*3行列構(gòu)造可以構(gòu)成一種有9個(gè)按鍵鍵盤。同理，一種4*4行列構(gòu)造構(gòu)造可以構(gòu)成一種16鍵鍵盤。獨(dú)立式按鍵就是各按鍵互相獨(dú)立，每個(gè)按鍵各接入一根輸入線，一根輸入線上案件工作狀態(tài)不會(huì)影響其她輸入線上工作狀態(tài)。因而，通過檢測輸入線電平狀態(tài)可以很容易判斷哪個(gè)按鍵按下了。獨(dú)立式按鍵電路配備靈活，軟件簡樸。但每個(gè)按鍵需要占用一種輸入口線，在按鍵數(shù)量較多時(shí)，需要較多輸入口線且電路構(gòu)造復(fù)雜，故此種鍵盤合用于按鍵較少或操作速度較高場合。由于此種系統(tǒng)中共有啟動(dòng)兩條生產(chǎn)線“啟動(dòng)1”鍵和“啟動(dòng)2”鍵、分選取鍵、秒選取鍵、時(shí)間設(shè)立加、時(shí)間設(shè)立減、時(shí)間設(shè)立鍵、擬定鍵。只有這8個(gè)就鍵，比較簡樸。因此就采用獨(dú)立式按鍵接口電路。

3PCB原理圖與仿真圖3.1PCB原理圖圖3.1時(shí)鐘PCB圖284253.2仿真圖圖3.2時(shí)鐘仿真圖4程序設(shè)計(jì)#include"reg51.h"#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedint #definesmplayP2sbitsm1out=P0^0;sbitsm2out=P0^1;sbitsm3out=P0^2;sbitsm4out=P0^3;sbitspeak=P0^4;sbitaddtime=P3^4;sbitsubtime=P3^5;sbitsled1=P1^3;sbitsled2=P1^4;ucharcodetabsm[]={0x03,0x9F,0x25,0x0D,0x99,0x49,0x41,0x1F,0x01,0x09};ucharcodetabds[]={0x02,0x9E,0x24,0x0C,0x98,0x48,0x40,0x1E,0x00,0x08};uchardatamd,datamg,datahd,datahg;ucharddatamd,ddatamg,ddatahd,ddatahg;uchargethour,getmin;ucharsecdata=0x00;uchart1num=10;uchart0num1=10;uchart0num2=2;ucharfselect=0;bitflagplay;bitflagflash;bitflagspk=0;voiddlysys(){uchari,j,k;for(i=0;i<50;i++)for(j=0;j<100;j++) for(k=0;k<100;k++); }voiddlyplay(){uchari,j;for(i=0;i<10;i++)for(j=0;j<100;j++); }voiddlyint(){uchari,j;for(i=0;i<200;i++)for(j=0;j<200;j++); }voidmain(){ucharchgi=0;ucharchkkey=10;P0=P1=P2=P3=0xff;dlysys();datamd=9;datamg=5;datahd=3;datahg=2;ddatamd=0;ddatamg=0;ddatahd=0;ddatahg=0;flagplay=0;flagflash=0;EA=EX0=EX1=ET0=ES=IT0=IT1=1;TMOD=0x21;SCON=0x50;TH1=0xe6;TL1=0xe6;TH0=0x3c;TL0=0xb0;TR0=1;TR1=1;sled1=sled2=0;while(1){chgi=0;while(flagplay==0){sm1out=sm2out=sm3out=sm4out=1; smplay=tabsm[datamd];if(fselect==2) sm1out=flagflash; else sm1out=0; dlyplay(); sm1out=sm2out=sm3out=sm4out=1; smplay=tabsm[datamg]; if(fselect==2) sm2out=flagflash; else sm2out=0; dlyplay(); sm1out=sm2out=sm3out=sm4out=1; smplay=tabsm[datahd]; if(fselect==1) sm3out=flagflash; else sm3out=0; dlyplay(); sm1out=sm2out=sm3out=sm4out=1; smplay=tabsm[datahg]; if(fselect==1) sm4out=flagflash; else sm4out=0; dlyplay();if(fselect==2) { TR0=0; chkkey--; if(chkkey==0) { chkkey=10; if(addtime==0) { datamd++; if(datamd==10) { datamd=0; datamg++; if(datamg==6) datamg=0; }} if(subtime==0) { datamd--; if(datamd==255) { datamd=9; datamg--; if(datamg==255) datamg=5；}} } } if(fselect==1) { TR0=0; chkkey--; if(chkkey==0) { chkkey=10; if(addtime==0) { datahd++; if((datahg!=2)&&(datahd==10)) {datahd=0; datahg++; } if((datahg==2)&&(datahd==4)) {datahd=0; datahg=0; } } if(subtime==0) { datahd--; if(datahd==255) {datahd=9; datahg--; if(datahg==255) {datahg=2; datahd=3；}}} } }if(flagspk==1){ if((addtime==0)||(subtime==0)) flagspk=0; speak=~speak；} else speak=1; } while(flagplay){sm1out=sm2out=sm3out=sm4out=1; smplay=tabds[ddatamd]; if(fselect==2) sm1out=flagflash; else sm1out=0; dlyplay(); sm1out=sm2out=sm3out=sm4out=1; smplay=tabds[ddatamg]; if(fselect==2) sm2out=flagflash; else sm2out=0; dlyplay(); sm1out=sm2out=sm3out=sm4out=1; smplay=tabds[ddatahd]; if(fselect==1) sm3out=flagflash; else sm3out=0; dlyplay(); sm1out=sm2out=sm3out=sm4out=1; smplay=tabds[ddatahg]; if(fselect==1) sm4out=flagflash; else sm4out=0; dlyplay(); if(fselect==2) { chkkey--; if(chkkey==0) { chkkey=10; if(addtime==0) { ddatamd++; if(ddatamd==10) { ddatamd=0; ddatamg++; if(ddatamg==6) ddatamg=0; }} if(subtime==0) { ddatamd--; if(ddatamd==255) { ddatamd=9; ddatamg--; if(ddatamg==255) ddatamg=5；}} } } if(fselect==1) { chkkey--; if(chkkey==0) { chkkey=10； if(addtime==0) { ddatahd++; if((ddatahg!=2)&&(ddatahd==10)) {ddatahd=0; ddatahg++; } if((ddatahg==2)&&(ddatahd==4)) {ddatahd=0; ddatahg=0; } } if(subtime==0) { ddatahd--; if(ddatahd==255) {ddatahd=9; ddatahg--; if(ddatahg==255) {ddatahg=2; ddatahd=3；}}} } } if(fselect==0) { chgi++; if(chgi==255) { flagplay=0; chgi=0; } }if(flagspk==1){ if((addtime==0)||(subtime==0)) flagspk=0; speak=~speak；} else speak=1; } }}voidint0zd()interrupt0{if(flagspk==1)flagspk=0; else {flagplay=~flagplay;fselect=0;dlyint();IE0=0; }}voidint1zd()interrupt2{if(flagspk==1)flagspk=0; else {fselect++;fselect%=3;if(fselect!=0){TMOD=0x11;TH1=0x3c;TL1=0xb0;ET1=1;ES=0;TR1=1;}else{TMOD=0x21;TH1=0xe6;TL1=0xe6;ET1=0;ES=1;TR1=1； TR0=1;}dlyint();IE1=0; }}voidt0zd()interrupt1{TH0=0x3c;TL0=0xb0;t0num1--;if(t0num1==0){t0num1=10; sled1=~sled1; sled2=~sled2; t0num2--; if(t0num2==0) { t0num2=2; secdata++; if(secdata==60) { secdata=0; datamd++; if(datamd==10) { datamd=0; datamg++; if(datamg==6) { datamg=0; datahd++; if((datahg!=2)&&(datahd==10)) { datahd=0; datahg++;} if((datahg==2)&&(datahd==4)) {datahd=0; datahg=0; } }}if((ddatahg!=0)||(ddatahd!=0)||(ddatamg!=0)||(ddatamd!=0)) { if((datahg==ddatahg)&&(datahd==ddatahd)&&(datamg==ddatamg)&&(datamd==ddatamd)) flagspk=1;else flagspk=0; } }} } }