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1、数理与信息工程学院单片机原理及应用期末课程设计基于单片机的新颖电子时钟系统1数理与信息工程学院数理与信息工程学院 单片机原理及应用单片机原理及应用期末课程设计期末课程设计题题 目：目： 基于单片机的新颖电子时钟系统 专专 业：业： 计算机科学与技术 班班 级：级： 计算机 姓姓 名：名： 学学 号：号： 指导老师：指导老师： 成成 绩：绩： ( 2009.6 )数理与信息工程学院单片机原理及应用期末课程设计基于单片机的新颖电子时钟系统2目目 录录第 1 节 引 言.3 1.1 本设计任务和主要内容.3 1.2 系统主要功能.3 第 2 节 系统的硬件构成及功能.4 2.1 电子钟的原理框图.4
2、 2.2 AT89C2051 单片机及其引脚说明.5 2.3 时分显示部件.6 第 3 节 系统的软件设计.8 31 系统主程序设计.8 3.2 中断程序设计.9 3.3 程序设计.10 第 4 节 系统的调试.25 结 束 语.26 参考文献.27数理与信息工程学院单片机原理及应用期末课程设计基于单片机的新颖电子时钟系统3基于单片机的新颖电子时钟系统基于单片机的新颖电子时钟系统数理与信息工程学院 09 计算机专升本 胡琼琼指导教师：余水宝 第第 1 1 节节 引引 言言 时钟是人们日常生活中必不可少的生活用品，无论在何地都需要精确地了解当前的具体时间。现在市场上的时钟类型多种多样，可是它们都
3、存在一个相当大的缺陷，那就是无论是机械钟还是石英钟在晚上都无法实现在无照明的情况下可见的状态。使用的人要想知道当前的时间，就必须先开灯，因此使用起来比较麻烦。此外，无论是机械钟、石英钟还是电子钟，都存在着共同的问题：时间误差。目前单片机在各行各业领域的使用非常广泛，因为它的体积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。运用基于单片机的形式来设计电子时钟会更加的方便有效。针对以上的分析，我们设计了一款采用 LED 显示器件显示的电子时钟，有效克服了时钟存在的误差问题，并且能在夜间不必其它照明就能看到时间，且以 60 只发光管实现秒显示，接近于传统的秒针来显示秒的形式，使用者容易接受
4、，而且美观大方。另加七只装饰用的 LED 灯，使整个时钟显的相当美观新颖，故还可作为室内装饰用。这款电子时钟具有相当大的市场发展前景。1.11.1 本设计任务和主要内容本设计任务和主要内容本论文主要是针对单片机控制的电子时钟系统，分别对时钟的时间显示、闹钟 报鸣等功能以及系统设备的软、硬件各个部分进行了研究。主要设计要求如下： 用 4 只 LED 数码管输出显示时和分。 可通过按键设置闹钟功能，且停闹无须手工操作。 可通过按键设置分校时。 月计时误差小于 45 秒。 模拟“秒针”行走的“嘀哒”声。 增加停（掉）电保护功能。 提高计时精度，使年计时误差小于 30 秒。 增加日自动校准功能，使得该
5、电子钟“永无误差” 。 可通过按键设置一天两闹（比如早晨、中午各一次） 。数理与信息工程学院单片机原理及应用期末课程设计基于单片机的新颖电子时钟系统41.21.2 系统主要功能系统主要功能电子钟的外观是周边 60 只发光管顺时旋转来显示秒，中间四只 LED 数码管用于显示时间，中下方的七只 LED 灯顺时旋转，供装饰用。其主要功能有：整点报时；四只 LED 数码管显示当前时分。当发生停电事件时，由后备电池供电，系统进入低功耗状态，所有显示部件停止显示，这样即延长了电池的寿命，同时又保证了 CPU 继续计数，不至于因停电而时钟停止运行。当恢复供电后，系统自动恢复工作状态，不影响计时。闹钟功能，设
6、定好所需的时间，时间到时时钟发出蜂鸣声。校时，调整时间差。温度显示功能，检测空气中的温度并显示在四只 LED 数码管上。时间显示和温度显示交替进行。数理与信息工程学院单片机原理及应用期末课程设计基于单片机的新颖电子时钟系统5第第 2 2 节节 系统的硬件构成及功能系统的硬件构成及功能2.12.1 电子钟的原理框图电子钟的原理框图它由以下几个部件组成：单片机 89C2051、电源、时分显示部件、60 秒旋转译码驱动电路。时分显示采用动态扫描，以降低对单片机端口数的要求，同时也降低系统的功耗。时分显示模块、60 秒旋转译码驱动电路以及显示驱动都通过 89C2051 的 I/O 口控制。电源部分：电
7、源部分有二部分组成。一部分是由 220V 的市电通过变压、整流稳压来得到+5V 电压，维持系统的正常工作；另一部分是由 3V 的电池供电，以保证停电时正常走时。正常情况下电池是不提供电能的，以保证电池的寿命。AT89C2051时间显示(时,分)显示驱动60秒旋转译码驱动电路电源图 2-1 电子钟系统原理框图2.22.2 AT89C2051AT89C2051 单片机及其引脚说明单片机及其引脚说明AT89C2051 单片机是 51 系列单片机的一个成员，是 8051 单片机的简化版。内部自带 2K 字节可编程 FLASH 存储器的低电压、高性能 COMS 八位微处理器，与Intel MCS-51
8、系列单片机的指令和输出管脚相兼容。AT89C2051 构成的单片机系统是具有结构最简单、造价最低廉、效率最高的微控制系统，省去了外部的 RAM、ROM和接口器件，减少了硬件开销，节省了成本，提高了系统的性价比。AT89C2051 是一个有 20 个引脚的芯片，引脚配置如图2-2所示。与 8051 相比，AT89C2051 减少了两个对外端口（即 P0、P2 口） ，使它最大可能地减少了对外引脚下，因而芯片尺寸有所减小。AT89C2051 芯片的几个主要引脚功能为：数理与信息工程学院单片机原理及应用期末课程设计基于单片机的新颖电子时钟系统6图 2-2 AT89C2051 引脚配置 图 2-3 C
9、D4017 引脚图RST 复位输入。当 RST 变为高电平并保持 2 个机器周期时，所有 I/O 引脚复位至“1” 。XTAL1 反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2 来自反向振荡放大器的输出。P1 口 8 位双向 I/O 口。引脚 P1.2P1.7 提供内部上拉，当作为输入并被外部下拉为低电平时，它们将输出电流，这是因内部上拉的缘故。P1.0 和 P1.1 需要外部上拉，可用作片内精确模拟比较器的正向输入（AIN0）和反向输入（AIN1） ，P1 口输出缓冲器能接收 20mA 电流，并能直接驱动 LED 显示器；P1 口引脚写入“1” 后，可用作输入。在闪速编程与编程校验
10、期间，P1 口也可接收编码数据。P3 口 引脚 P3.0P3.5 与 P3.7 为 7 个带内部上拉的双向 I/0 引脚。P3.6 在内部已与片内比较器输出相连，不能作为通用 I/O 引脚访问。P3 口的输出缓冲器能接收 20mA 的灌电流；P3 口写入“1”后，内部上拉，可用输入。P3 口也可用作特殊功能口，其功能见表 1。P3 口同时也可为闪速存储器编程和编程校验接收控制信号。表 1 P3 口特殊功能P3 口引脚特殊功能P3.0RXD（串行输入口）P3.1TXD（串行输出口）P3.2（外部中断 0）P3.3（外部中断 1）P3.4T0（定时器 0 外部输入）P3.5T1（定时器 1 外部输
11、入）数理与信息工程学院单片机原理及应用期末课程设计基于单片机的新颖电子时钟系统72.32.3 时分显示部件时分显示部件由于系统要显示的内容较简单，显示量不多，所以选用数码管既方便又经济。LED 有共阴极和共阳极两种。如图2-6所示。二极管的阴极连接在一起，通常此公共阴极接地，而共阳极则将发光二极管的阳极连接在一起，接入+5V 的电压。一位显示器由 8 个发光二极管组成，其中 7 个发光二极管构成字型“8”的各个笔划（段）ag，另一个小数点为 dp 发光二极管。当在某段发光二极管施加一定的正向电压时，该段笔划即亮；不加电压则暗。为了保护各段 LED 不被损坏，需外加限流电阻。图 2-6 LED 数码管结构原理图众所周知，LED 显示数码管通常由硬件 7 段译码集成电路，完成从数字到显示码的译码驱动。本系统采用软件译码，以减小体积，降低成本和功耗，软件译码的另一优势还在于比硬件译码有更大的灵活性。所谓软件译码，即由单片机软件完成从数字到显示码的转换。从 LED 数码管结构原理可知，为了显示字符，要为 LED 显示数码管提供显示段码，组成一个“8”字形字符的 7 段，再加上 1 个小数点位，共计 8 段，因此提供给 LED 数码管的显示段码为 1 个字节。各段码位与显示段的对应关系如表 2。表
