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1、基于单片机的数字钟设计基于单片机的数字钟设计摘要在单片机技术日趋成熟的今天，其灵活的硬件电路的设计和软件的设计，由于它具有功能强，体积小，功耗低，价格便宜，工作可靠，使用方便等特点，因此特别适合于与控制有关的系统，越来越广泛地应用于自动控制，智能化仪器，仪表，数据采集，军工产品以及家用电器等各个领域，单片机往往是作为一个核心部件来使用，在根据具体硬件结构，以及针对具体应用对象特点的软件结合，以作完善。其中钟表的数字化给人们生产生活带来了极大的方便，诸如定时自动报警、按时自动打铃、时间程序自动控制、定时广播、定时启闭电路、定时开关烘箱、通断动力设备，甚至各种定时电气的自动启用等，所有这些，都是以
2、钟表数字化为基础的。因此，研究数字钟及扩大其应用，有着非常现实的意义。关键词数字钟、单片机、动态显示、调时、调分、蜂鸣器目录第一章 概述41.1 设计目的41.2 设计任务及要求4设计要求及基本功能41.3 任务分析51.4 方案选择与论证61.4.1 单片机芯片的选择方案和论证61.4.2 时钟芯片的选择方案和论证71.4.3 电路设计最终方案决定7第二章 硬件电路设计82.1系统硬件概述82.2单片机主控制模块的设计82.3控制器的选择82.4 数码管的选择92.4.1产品分类92.4.2显示方式112.5.石英晶体振荡器112.6.蜂鸣器的介绍122.6.1蜂鸣器的作用122.6.2蜂鸣
3、器的分类122.7 复位电路132.8元件清单142.9 原理图14第三章 软件设计153.1中断方式应注意的问题：153.2 定时准确性的讨论：153.3软件消抖：163.4原理框图17第四章 调试22心得体会22附录一 ：电路原理图23附录二 ：程序24参考文献36第一章 概述1.1 设计目的通过数字钟的制作，进一步熟悉LED数码管与单片机的接口方式以及定时/计数器、中断技术的综合运用,并学会键盘的使用.1.2 设计任务及要求本次毕业设计要求设计一个数字钟，基本要求为数字钟的时间周期为24小时，数字钟显示时、分、秒，数字钟的时间基准一秒对应现实生活中的时钟的一秒。键盘是单片机应用系统中最常
4、用的输入设备，用它输入数据或命令。显示器是单片机应用系统中最常见的输出设备，用它显示单片机输出的视觉信息。本课题制作的数字钟，利用按键实现数字钟的校时，定时等操作，利用蜂鸣器输出音频信息，利用LED数码管显示时间。设计要求及基本功能1.掌握数字钟的设计、组装与调试方法。2.熟悉单片机逻辑功能及使用方法。3.掌握面包板结构及其接线方法4.熟悉仿真软件的使用。5.设计要求及指标6.时钟显示功能，能够正确显示“时”、“分”、“秒”。7.具有快速校准时、分、秒的功能。8.具有整点报时的功能,具有闹钟的功能。 1.3 任务分析此部分主要介绍定时模块，和显示模块。定时部分采用经典的定时器定时。它实现了数字
5、钟的主要部分，和秒表的主要部分，以及产生报时信号，定时设置。显示模块是实现数字钟的又一重要部分，其模块的的独立程度直接影响到数字钟的可视化程度。在此部分的设计中，设置专用显示数据缓冲区，与分，时及其他数据缓冲区数据区别，在其中存放的是显示段码，而其他缓冲区存放的是时间数据。在显示时，首先将时间十进制数据转化为显示段码，然后送往数码管显示。显示段码采用动态扫描的方式。在要求改变显示数据的类别数据调整有多种方式。一，可以直接进入相关状态进行有关操作，二，将调整分两步，先进入状态，然后执行操作，这两步分别由两个键控制。方式一，比较直接，设计思想也比较简单，但是，这种方式存在操作时间和控制键数目的矛盾
6、。如果用比较少的键，那么可能会在进入状态后处于数据调整等待状态，这样会影响到显示的扫描速度。 当然在这种方式下，还可以使用多个状态键，每个状态键，完成一个对应数据的调整。如果采用二的方式，就不会出现这种情况。因为状态的调整，与状态的操作可以分别由两个键控制，其状态的调整数可以多达256个（理论上），操作的完成是这样的，一键控制状态的调整，一键控制数据的调整。以上两种方式的实现都可以采用查询和中断的方式。两种方式必须注意的问题是两者进行相关操作的过程不能太长否则会影响显示的扫描。利用查询的方式，方法传统，对此就不作过多的讨论，以下是采用中断的方式实现的数字钟的一些讨论和有关问题作的一些处理。基于
7、以上的讨论可以设计如下：将调整分为状态调整和数据调整两部分，每次进入中断只执行一次操作，然后返回，这样，就不必让中断处于调整等待状态，这样，可以使中断的耗时很小。将定时器中断的优先级设置为最高级，那么中断的方式和查询的方式一样不会影响到时钟的记数。1.4 方案选择与论证1.4.1 单片机芯片的选择方案和论证方案一: 采用89C51芯片作为硬件核心，采用Flash ROM，内部具有4KB ROM 存储空间,能于3V的超低压工作,而且与MCS-51系列单片机完全兼容,但是运用于电路设计中时由于不具备ISP在线编程技术, 当在对电路进行调试时，由于程序的错误修改或对程序的新增功能需要烧入程序时，对芯
8、片的多次拔插会对芯片造成一定的损坏。方案二:采用AT89S521,片内ROM全都采用Flash ROM；能以3V的超底压工作；同时也与MCS-51系列单片机完全该芯片内部存储器为8KB ROM 存储空间，同样具有89C51的功能，且具有在线编程可擦除技术，当在对电路进行调试时，由于程序的错误修改或对程序的新增功能需要烧入程序时，不需要对芯片多次拔插，所以不会对芯片造成损坏。所以选择采用AT89S521作为主控制系统.1.4.2 时钟芯片的选择方案和论证方案一： 直接采用单片机定时计数器提供秒信号，使用程序实现年、月、日、星期、时、分、秒计数。采用此种方案虽然减少芯片的使用，节约成本，但是，实现
9、的时间误差较大。所以不采用此方案。方案二： 采用DS1302时钟芯片实现时钟，DS1302芯片是一种高性能的时钟芯片，可自动对秒、分、时、日、周、月、年以及闰年补偿的年进行计数，而且精度高,位的RAM做为数据暂存区，工作电压2.5V5.5V范围内，2.5V时耗电小于300nA.1.4.3 电路设计最终方案决定综上各方案所述,对此次作品的方案选定: 采用AT89S521作为主控制系统; DS1302提供时钟;LED数码管动态扫描作为显示。第二章 硬件电路设计2.1系统硬件概述本电路是由AT89S521单片机为控制核心，具有在线编程功能，低功耗，能在3V超低压工作；时钟电路由DS1302提供，它是
10、一种高性能、低功耗、带RAM的实时时钟电路，它可以对年、月、日、周日、时、分、秒进行计时，具有闰年补偿功能，工作电压为2.5V5.5V。采用三线接口与CPU进行同步通信，并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号或RAM数据。DS1302内部有一个31*8的用于临时性存放数据的RAM寄存器。可产生年、月、日、周日、时、分、秒，具有使用寿命长，精度高和低功耗等特点，同时具有掉电自动保存功能。2.2单片机主控制模块的设计 AT89S521单片机为40引脚双列直插芯片,有四个I/O口P0,P1,P2,P3, MCS-51单片机共有4个8位的I/O口（P0、P1、P2、P3），每一条I/O线都能独立地
11、作输出或输入。18引脚和19引脚接时钟电路,XTAL1接外部晶振和微调电容的一端,在片内它是振荡器倒相放大器的输入,XTAL2接外部晶振和微调电容的另一端,在片内它是振荡器倒相放大器的输出.第9引脚为复位输入端,接上电容,电阻及开关后够上电复位电路,20引脚为接地端,40引脚为电源端.2.3控制器的选择单片机算术运算功能强，软件编程灵活、自由度大，可用软件编程实现各种算法和逻辑控制。由于其功耗低、体积小、技术成熟和成本低等优点，各个领域应用广泛。2.4 数码管的选择2.4.1产品分类数码管按段数分为七段数码管和八段数码管，八段数码管比七段数码管多一个发光二极管单元（多一个小数点显示）；按能显示
12、多少个“8”可分为1位、2位、4位等等数码管；按发光二极管单元连接方式分为共阳极数码管和共阴极数码管。共阳数码管是指将所有发光二极管的阳极接到一起形成公共阳极(COM)的数码管。共阳数码管在应用时应将公共极COM接到+5V，当某一字段发光二极管的阴极为低电平时，相应字段就点亮。当某一字段的阴极为高电平时，相应字段就不亮。共阴数码管是指将所有发光二极管的阴极接到一起形成公共阴极(COM)的数码管。共阴数码管在应用时应将公共极COM接到地线GND上，当某一字段发光二极管的阳极为高电平时，相应字段就点亮。当某一字段的阳极为低电平时，相应字段就不亮。LED显示方式有共阴极和共阳极两种。在本实验中采用共
13、阳极数码管。以共阳极为例， LED七段数码管的每一段接高电平时亮，不同的组合可以显示不同的数字，有一定的对应关系。具体的对应关系如下图2-1，表2-1：af b g e c d 图2-10Gfedcba10000001Gfedcba11110012Gfedcba01001003Gfedcba01100004Gfedcba00110015Gfedcba00100106Gfedcba00000107Gfedcba11110008Gfedcba00000009Gfedcba0010000表2-1 数码管段码2.4.2显示方式 (1)静态显示 在静态显示方式下，每一位显示器的字段控制线是独立的。当显示
14、某一字时，该位的各字段线和字位线的电平不变，也就是各字段的亮灭状态不变。静态显示方式下LED显示器的电路连接方法是：每位LED的字位控制线门共阴极点或共阳极点连在一起，接地或接 5V；由于显示的是整数，所以小数点那位可以不接，所以其字段控制线 （ag）分别接到一个7位口。(2)动态显示 利用人眼的视觉暂留效应,通过位选分时显示不同的数码管，这样可以看到正常的显示。调用延时子程序循环显示各路水压值， 使能清楚的看到八路水压的大小。2.5.石英晶体振荡器 石英晶体振荡器的特点是振荡频率准确、电路结构简单、频率易调整。它被广泛应用于彩电、计算机、遥控器等各类振荡电路中。它还具有压电效应：在晶体某一方向加一电场，晶体就会产生机械变形；反之，若在晶片的两侧施加机械压力，则在晶片相应的方向上将产生电场，这种物理现象称为压电效应。在这里，我们在晶体某一方向加一电场，从而在与此垂直的方向产生机械振动，有了机械振动，就会在相应的垂直面上产生电场，从而使机械振动和电场互为因果，这种循环过程一直持续到晶体的机械强度限制时，才达到最后稳定，这种压电谐振的频率即为晶体振荡器的固有频率。2.6.蜂鸣器的介绍2.6.1蜂鸣器的作用
