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1、摘 要单片机是一个由微处理器（CPU） 、片内数据储存(RAM)与特殊功能寄存器(SFR)、片内程序存储器（ROM） 、并行输入输出（I/O） 、定时/计数器、串行通信口、总线控制器、中断控制系统、片内振荡器和内部总线组成的集成电路芯片。它体积小、重量轻、抗干扰能力强、环境要求不高、价格低廉、可靠性高、灵活性好、开发较为容易，广泛应用于智能生产和工业自动化上。本论文采用的 MCS-51 单片机来实现电子时钟的设计，由 C 语言进行编程，由片内定时器与两位一体七段的 LED 显示时分秒，另外由 DS1302 温度集成块显示两位的温度。本论文通过电子时钟设计的实例，介绍了单片机系统总体方案的设计方
2、法，软硬件的设计方法，并给出了与之对应的程序流程图。关键词：单片机，电子时钟，定时器，数码管，DS1302I目 录摘摘 要要.I绪绪 论论.11 1 单片机概述单片机概述.21.1 单片机简述.21.2 单片机结构.21.3 单片机发展过程与趋势.32 2 电子时电子时钟钟设计设计.42.1 设计思路.42.2 整体设计方案.43 3 硬件设计硬件设计.53.1 电路原理.53.2 系统设计.54 4 软件设计软件设计.74.1 流程设计.74.2 主程序设计.10结束语结束语.14参考文献参考文献.15致致 谢谢.160绪 论近年来，随着高性能单片机技术的不断发展，单片机在微机领域中占据了不
3、可替代的重要地位。经过几十年的发展，从性能、指令功能、运算速度、控制能力等方面都有很大提高。单片机体积小、重量轻、抗干扰能力强、环境要求不高、价格低廉、可靠性高、灵活性好、开发较为容易。目前 MCS-51 兼容的产品多达百种，单片机的应用日益广泛，具有广泛的前景。单片机问世迄今的 30 多年间，单片机得到了迅速的发展，各种新型、高性能的单片机不断地推陈出新冲向市场，已成为计算机发展和应用的一个重要方面。单片机的应用重要意义还在于，它从根本上改变了传统控制系统的设计思想和设计方案。以前必须由模拟电路或数字电路实现的大部分功能，现已能用单片机通过软件方法来实现。这种软件代替硬件的控制技术也成微控制
4、技术。11 单片机概述1.1 单片机简述单片机微型计算机简称单片机。单片机示微型计算机的一个重要分支，主要面向控制，因此又称为微控制器（MCU） 。智能控制与自动控制的核心就是单片机。由于单片机具有体积小、功能强、价格低、电源单一、功耗低、运算速度快、控制功能强、可靠性高、抗干扰能力强、开发方便、研制周期短等特点，在我国，已广泛地应用在工业自动化控制、自动检测、智能仪器仪表、家用电器、电力电子、机电一体化设备等各个方面1。1.2 单片机结构51 系列单片机在结构上基本相同，只是个别模块和功能上有些区别。它包含了作为微型计算机所必须的基本功能部件，各功能部件通过片内总线连成一个整体，集成在一块芯
5、片上。AT89C51 单片机的内部结构方框图【3】如 1-1 所示：图 1-1 单片机基本结构框图外部时钟源振荡器和时序 OSI8051 CPU中断控制内中断外中断片内程序存储器 4KB ROM片内程序存储器 128 RAM/SFR外部事件计数2 个*16 位定时/计数器64KB 总线扩展控制器控制可编程全双工串行口可编程 I/O并行口串行通信21.3 单片机发展过程与趋势单片机从诞生以来，发展十分迅速，其发展过程主要经历了如下 3 个主要阶段：（1）8 位单片机诞生和产品形成阶段（19761978）（2）8 位单片机性能完善阶段（19781982）（3）单片机微控制化阶段（1982现在）目前
6、，单片机正向着高性能和多品种方向发展，具体有如下主要发展趋势：（1）高性能化采用精简指令集和流水线技术，增加数据总线的宽度，以大幅度提高 CPU 的运行速度。（2）片内存储大容量化以往单片机的片内 RAM 只有 64128 B，ROM 只有14 KB。而新型存储大容量化单片机的片内 RAM 可达 4 KB，ROM 可达 64 KB。（3）程序储存器采用 Flash 和系统调试技术 Flash 型程序存储器可以方便地进行多次编程和修改，在系统开发阶段十分便利。此外，具有系统调试（ISD）功能的单片机，实现了 PC 通过单片机的JTAG 接口或串行接口直接进行程序的仿真调试。（4）外围电路内装化随
7、着集成电路集成度的不断提高，一些单片机将 A/D转换器、D/A 转换器、语音芯片、LCD 驱动器等接口电路集成在单片机内，使得单片机应用系统的开发更方便，系统性能也得以提高。（5）外围接口串行化单片机一般通过三总线的结构来进行扩展，导致它的对外引脚过多，对外连接比较麻烦。而 I、SPI 串行总线的引入和一些并行外围器件的串行化，可以使得它的引脚减少，对外连接得到简化2。（6）低功耗化342 电子时钟设计2.1 设计思路电子时钟的理论基础主要涉及了 51 单片机应用中的数据转换显示，数码管显示原理。另外，也涉及到了单片机的动态扫描显示原理等一些内容。 单片机体积小、重量轻、可靠性高、灵活性好、开
8、发较为容易。它功能强大，提供了相当多的相关功能模块，所以使用非常方便，用 51 单片机来设计电子时钟是完全可行的。基于单片机应用系统的电子时钟设计，要有明确的设计目的和设计方案，要设计出硬件总体框架图，经过资料的查找，得到系统框架。设计一个能直接显示“时” 、 “分” 、 “秒”的数字时钟，以 24 时为计时周期。该设计还具有温度显示功能，通过 DS18B20 集成块实现。通过四个按键实现“时” 、 “分” “秒”的调整。2.2 整体设计方案此次设计的实时电子时钟显示系统一 AT89C51 单片机为控制核心，实时显示时、分、秒通过 DS1302、数码管完成，实时温度显示通过 DS18B20 集
9、成块完成。完成这些功能的实现需要设计以下内容:（1）时钟芯片电路：此电路由专门的集成块组成，为系统提供实时的时钟信息。（2）温度控制电路：此电路也由专门的集成块组成，为系统提供实时的温度信息。（3）数码管显示装置：能够实时的显示时钟和温度信息。（4）51 单片机的一些外围电路53 硬件设计3.1 电路原理采用单片机实现的电子时钟设计电路如图 3-10 所示【4】。GNDDQVccX1X2Vcc I/O SK RST4.7K84.7K4.7KDS1302LS18B2051074.7K 4.7K图 3-10 电子时钟原理图四个两位一体 LED 数码管显示可以采用 P0、P2 口实现。图 3-10
10、中 P0 口用于控制 LED 数码显示器的段选信号，P2 口用于控制 LED 数码显示器的位选信号。利用 P1 口的 P1.0P1.6 处理各个所需的信号，利用按键实现时间的修改。P3.0和 P3.1 用于时间修改和工作状态标志指示。63.2 系统设计系统时间显示说明.电子时钟工作状态显示参数如图 3-20 所示，四个两位一体 LED 数码显示器每两位分别显示小时、分钟、秒。温度显示示意图如图3-21所示，一个两位一体 LED 数码显示器显示温度。分分分图 3-20 工作状态显示示意图分分图 3-21 温度显示示意图系统按键说明。系统有 4 个键盘，其定义见表 3-22.表 3-22 系统按键
11、说新键盘功能K1进入模式K2加K3减K4退出模式74 软件设计4.1 流程设计电子时钟的程序主要包括三个方面：一是利用片内定时器完成时钟的定时周期，二是利用按键进行时间的调整及闹铃时间的设置，三是单片机控制 LED数码管显示时间。系统主程序流程如图 4-10【5】所示。主程序主要完成 24h 时钟的调整、闹铃时间的设置、闹铃时间比较与打铃处理、电子时钟的工作起/停控制、时间的数码管显示等。主程序的初始化程序主要包括以下几个方面。片内数据存储器初始化、显示缓存区初始化、定时计数器初始化、闹铃时间存储单元初始化等。始终定时初始化。时钟定时程序设计利用单片机片内定时器 T0 或 T1 作时钟源进行计时，定时的基本思路如下。
