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1、电子时钟设计作者：杨荣 指导教师：胡国华摘 要：电子时钟设计主要以EL-MUT-III型单片机实验箱为平台，并运用80C51汇编语言编程技术进行设计开发。80C51汇编语言具有执行速度快、占用内存小等优点。EL-MUT-III型单片机实验箱采用模块化结构，通过对不同模块的灵活组合，可完成从单元到系统，从基础到尖端的不同层面、不同复杂程度的实验。使用EL-MUT-III型单片机实验箱留给了学生足够的思维发展空间，可让学生充分的发挥个人的能动性。 该实验是由时间模块、日期模块、秒表模块、温度模块四部分组成。模块间可以通过按键切换，在各模块中实现了对时间和日期的正确显示与修改，秒表的计时、暂停和清零
2、，LED数码管和LCD液晶显示屏同步显示，自动检测外界温度并显示等基本功能。本设计运行稳定、不易出错，外型美观、操作简便，对80C51的综合编程有较高的指导意义。关键词：单片机 LCD LED 电子时钟 1引言1.1开发背景及研究意义在高科技发展的今天，电器产品在市场上飞速涌现，并给人们带来了生产和生活的巨大飞跃。电器产品能迅速发展关键在于其芯片技术更新，而芯片的更新却依赖于单片机开发的技术含量。无论在航天、军事、数控机床上还是洗衣机、电风扇，都离不开对单片机的研究和开发。高校对单片机人才的培养是通过硬件实验来实现，所以说硬件实验质量的高低直接影响着我国电器产品的更新速度。相对而言，我国的硬件
3、水平与发达国家还有很大的差距。在电脑硬件人才的培养和硬件科研开发方面还有很多的不足，关于硬件开发方面的参考资料、文献和相关系统还很少。一个国家军事强大与否，关键在于是否具有高科技含量武器装备，一个企业经济腾飞与否，关键在于是否具有高科技含量的产品生产。因此对单片机人才的培养是任何国家发展的必要课题，也是信息时代的发展趋势。高校硬件实验教学是单片机人才培养中很重要的一部分，而提高未来单片机人才的设计能力、动手能力又是高校硬件实验教学的首要任务。因为当学生走上工作岗位后，会接触到多种多样的设计任务。其中绝大部分是教学实验案例中没有的。如何让学生通过实验中提高动手能力和设计能力，掌握一定的设计方法和
4、操作技巧。我认为设计性实验的引入是搞好硬件实验的关键环节。目标不局限于让学生完成每个实验，而是要让学生在实验中掌握汇编程序，知道如何进行硬件设计步骤，能在原实验基础上进行改进和扩展。电子时钟设计属于设计性实验，在实验过程中我深深地体会到该实验给我带来的益处。电子时钟的分析、设计和开发，促进对所学计算机知识的综合应用；深入理解和掌握有关单片机方面的相关知识；培养了对单片机实验和汇编语言编程产生浓厚的兴趣；为以后的学习、工作打下坚实的理论基础；积累丰富的实践经验和培养良好的实践能力。1.2单片机发展概述随着大规模继承电路技术的不断发展，中央CPU、随机存取存储器RAM、只读存储器ROM、I/O接口
5、、定时器/计数器以及串行通信接口等集成在一块芯片上，构成了一个单片微型计算机，简称单片机（single-chip microcomputer）。单片机的这种特殊的结构形式，在某些应用领域中，它承担了大中型计算机和通用微型计算机无法完成的一些工作。因此，单片机在各个领域中得到了广泛应用和迅猛的发展。1.2.1单片机的特点单片机是在一块超大规模集成电路芯片上，集成了CPU、存储器（包括RAM/ROM）、I/O接口、定时器/计数器、串行通讯接口等电路。片内各功能部件通过内部总线相互连接起来。就其组成而言，一块单片机芯片就是不带外部设备的微型计算机。它的特点归纳以下几个方面：1、集成度高、体积小、可靠
6、性高。单片机把各功能部件集成在一块芯片上，内部采用总线结构，减少了各芯片之间的连接，大大提高了单片机的可靠性与抗干扰能力。其体积小，对于强磁场环境易于采用屏蔽措施，适合于在恶劣环境下工作。2、有优良的性能价格比。单片机高性能/低价格，是单片机推广应用的重要因素，也是各公司竞争的主要策略。3、控制功能强。单片机是微型计算机的一个品种，它的体积虽小，但“五脏具全”，它适用于专门的控制用途。在工业测控应用中，单片机的逻辑控制功能及运行速度均高于同一档次的微型计算机。4、系统配置较典型、规范。单片机的系统扩展容易，易构成各种规模的计算机应用系统。5、低功耗。适用于携带式产品和家用电器产品。1.2.2
7、单片机的应用领域正是由于单片机具有上述的特点，它已经成为科技领域的智能化工具。在许多行业中得到了广泛应用。参考达盛科技的EL-MUT-单片机/微型机实验系统指导书，现将单片机的应用大致归纳为以下几个方面。1、单片机在智能仪器仪表中的应用。单片机具有体积小、功耗小、功能强等特点，故广泛应用于各类仪器仪表中（包括电压、频率、温度、湿度、流速、元素、位移、压力等测定），引入单片机使得仪表仪器数字化、智能化、微型化，提高测试的自动化程度和精度。例如：微机多功能电位分析仪、微机温度测控仪、智能电度表、智能流速仪等。2、单片机在工业测控中的应用。 单片机广泛用于工业过程监测、过程控制、工业控制器、机电一体
8、化控制系统等。例如：MCS-51单片机控制电镀生产线，温室的温度自动控制系统、报警系统控制、工业机器人的控制系统等。3、单片机在日常生活及家电中的应用。 单片机广泛用于日常生活中的智能电器产品及家电中。例如：洗衣机、电冰箱、彩色电视机控制、心率监护仪、空调、微波炉、电饭煲、收音机、电风扇等。4、单片机在计算机网络与通信技术中的应用。单片机的通讯接口，为在计算机网络与通讯设备中的应用提供了良好的条件。例如：单片机控制的自动呼叫应答系统、列车无线通信系统、单片机无线遥控系统等。5、在其他方面的应用。 单片机除了以上各方面的应用外，它还应用于办公自动化领域、汽车自动驾驶系统、计算机外部设备、航空航天
9、器电子系统等。1.2.3、单片机的发展概况单片机作为微型机的一个重要分支，应用面很广，发展很快，它的产生和发展和微处理器的产生发展同步，现以8位单片机为起点，那么，单片机的发展历史大致可分为3个阶段。第一阶段（1976年-1978年）：以Intel公司的MCS-48系列单片机为代表成为计算机发展史上的里程碑，开始了工业控制领域的智能化控制时代。第二阶段（1978年-1983年）：以Intel公司的MCS-51系列单片机为代表，结构和性能在不断改进和发展。第三阶段（1983年- 至今）：高档8位单片机巩固发展及16位单片机推出阶段。此阶段主要特征是，一方面不断完善高档8位单片机，改善其性能结构以
10、满足不同用户的需要；另一方面发展16位单片机及专用单片机。单片机的发展趋势是：向着大容量、高性能化；小容量低价格和外围电路内装化等几个方面发展。2设计分析开发电子时钟设计的第一步是进行设计分析。设计分析的好坏直接关系到设计能否实现，有一个好的设计分析，有利于设计的进一步深入。2.1设计要求及分析2.1.1设计要求1、能正常显示时间，由于我们采用6个数码管，故时间格式为“时，分，秒”。2、具备秒表的功能，即可作为一个计时器。3、可以对小时、分和秒进行调整。4、在实现2、3功能时，需用到键盘。2.1.2设计要求分析经过设计要求的分析，本设计由时间模块和秒表模块2部分组成。需要用到硬件设备有LED数
11、码管、键盘。设计中技术性的要求有8279控制7段LED数码管显示时间和秒表、中断技术等。2.2 实验雏形规划2.2.1 MCS-51单片机的概述MCS-51单片机芯片有许多种，其典型产品有8031、8051、8751等。它由多个部件组成，即中央处理器（CPU）、电路、程序存储器（ROM/EPROM）、数据存储器（RAM）、并行I/O接口（P0-P3口）、串行口、定时器/计数器及中断系统。它们都是通过总线连接，并被集成在一块半导体芯片上，即为单片微型计算机（Single-chip Microcomputer）。2.2.2实验箱接口分析EL-MUT-III实验箱是MCS-51单片机的一种，它是北京
12、达盛科技有限公司的科研成果。其实验系统CPU插座、LCD显示电路、键盘输入电路、系统及用户CPLD、8279键盘/显示接口、8255并行接口、244/273 I/O电路外扩展模块、简单输入输出电路等接口组成。系统板结构如图2.1所示。 2.2.3实验的实用性分析基于80C51CPU电子时钟设计的开发与实现主要原因有：一、目前，我国关于单片机实验方面的资料文献，无论在报刊杂志上、图书管还是在互联网上寻找都非常困难，同时全国各高校硬件实验爱好者对这方面资料急切的期待。鉴于此原因我完成该实验，希望我的努力能为我国单片机爱好者们提供一个参考资料。二、一个国家军事强大与否，关键在于是否具有高科技含量武器
13、装备，一个企业经济腾飞与否，关键在于是否具有高科技含量的产品生产。综上所述，为了我们国家的强大，为了我们企业日益腾飞，我努力做好实验，立志要为我国的单片机事业而奋斗。图2.1系统板结构图 2.2.4设计雏形演化通过对系统设计要求的分析，本设计主要由2个模块组成（图2.2）。时间模块和秒表模块。在时间模块中，实现对时间的正确走时和修改；在秒表模块中，实现秒表的计时、暂停、清零功能。显示模块是7段LED数码管。2.2.5设计雏形演化经过几个月实验，我不断地学习和总结，运用所学知识把实验室现有设备充分的利图2.2 设计要求模块关系图用起来，我粗略的估计自己能实现4个模块（图2.3）。各模块的详细功能
14、与规划如下：1、在设计要求的基础上，我充分利用实验室有限资源再加上2个模块，分别是日期模块和温度模块。2、各模块间通过按键进行单向循环切换。3、在时间和日期模块中，可以对六位数码管的任意位进行修改。并且在修改某位时，该位的LED数码管闪烁，对应的发光二极管点亮，以指示该位被激活，可以对该位进行修改。4、在各模块中，实现在LED数码管上和LCD液晶显示器上同步显示数据。5、在温度模块中，实现温度的自动检测，显示屏幕上的数据并随外界温度变化而变化。6、在LCD液晶显示屏幕上，为各模块配有标志型图案。图2.3 预计实现模块关系图 3系统硬件设计3.1实验连线设计在单片机实验中，实验连线是一个重要的环
15、节。对比较复杂的实验，其实验连线相当复杂。所以，连线时一般要画好实验连线图，按照图示进行连线，下面就该实验连线图（图3.1）和连线方法总结如下：1、硬件模块间连线图示中，EL-MUT-实验箱右侧为输出设备，包括：LCD液晶显示器、LED数码管显示器、发光二极管指示灯显示器；EL-MUT-实验箱左侧为输入设备，包括：3X8键盘、DS18B20温度感应器。图3.1 硬件模块间连线图2、按照硬件模块图示进行实验连线：（1）CS273接片选接口CS1；CS273的00-05依次接LED1-LED6。（2）8279的RL0-RL7依次接键盘RL10-RL17。 （3）8279的KA0-KA2分别接键盘的KA10-KA12。（4）8255的A口PA0-PA7依次接LCD的DB0-DB7。（5）BUSY接PC7,REQ接PC0；8255CS接片选接口CS0。（6）DS18B20温度传感器模块的DOUT接8051CPU中的P1.0。3.2系统开发环境3.2.1系统开发环境硬件环境：PC机一台（586以上CPU、内存640K、VGA、硬盘2M以上），EL-MUT-型单片机实验箱一台，8051CPU模块和温度传感器模块各一
