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1、单片机数字钟设计报告数字电子钟总体设计说明书目 录1.引言11.1背景11.2参考资料22.总体设计22.1开发与运行环境22.2硬件功能描述22.2.1HOT51增强型单片机开发板2 2.2.2AT89C51单片机23.硬件模块设计53.1系统硬件框图53.2数据流图54.硬件电路设计64.1晶体振荡器电路64.2蜂鸣器驱动电路64.3复位电路设计74.4位选及数码管驱动电路74.5单片机最小系统84.6电源电路85.PCB板的制作95.1 PCB板的制作规则95.2飞线的处理95.3 PCB制作中的注意事项95.4制作后的PCB板如下106.软件模块的设计10 6.1 数字钟总体设计框图1
2、1 6.2 源程序147.设计中的问题分析与解决148.设计总结与心得15附录 系统源程序17附录 程序校正261、引言20世纪末，电子技术获得了飞速的发展，在其推动下，现代电子产品几乎渗透了社会的各个领域，有力地推动了社会生产力的发展和社会信息化程度的提高，同时也使现代电子产品性能进一步提高，产品更新换代的节奏也越来越快。 时间对人们来说总是那么宝贵，工作的忙碌性和繁杂性容易使人忘记当前的时间。忘记了要做的事情，当事情不是很重要的时候，这种遗忘无伤大雅。但是，一旦重要事情，一时的耽误可能酿成大祸。目前，单片机正朝着高性能和多品种方向发展趋势将是进一步向着CMOS化、低功耗、小体积、大容量、高
3、性能、低价格和外围电路内装化等几个方面发展。下面是单片机的主要发展趋势。单片机应用的重要意义还在于，它从根本上改变了传统的控制系统设计思想和设计方法。从前必须由模拟电路或数字电路实现的大部分功能，现在已能用单片机通过软件方法来实现了。这种软件代替硬件的控制技术也称为微控制技术，是传统控制技术的一次革命。单片机模块中最常见的是数字钟，数字钟是一种用数字电路技术实现时、分、秒计时的装置，与机械式时钟相比具有更高的准确性和直观性，且无机械装置，具有更更长的使用寿命，因此得到了广泛的使用。数字钟是采用数字电路实现对时,分,秒数字显示的计时装置,广泛用于个人家庭,车站, 码头办公室等公共场所,成为人们日
4、常生活中不可少的必需品,由于数字集成电路的发展和石英晶体振荡器的广泛应用,使得数字钟的精度,远远超过老式钟表, 钟表的数字化给人们生产生活带来了极大的方便，而且大大地扩展了钟表原先的报时功能。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、自动起闭路灯、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。1.1背景本次设计以89C51单片机为平台，利用C语言编程，并充分利用单片机的优势中断技术，设计并研究了单片机数字钟的设计方法。设计名称：数字钟提出者：王全州设计者：张满归1.2参考资料【1
5、】单片机原理及接口技术（第3版）李朝青 编著 北京航空航天大学出版社 2008年5月【2】C语言编程(第三版) （美）Stephen G.Kochan著 张小潘译 电子工业出版社 2006年3月【3】51单片机C语言教程 郭天祥 编著 电子工业出版社 2009年12月2、总体设计2.1开发与运行环境本系统是以单片机为平台，利用Keil uVision3开发环境，采用C语言编程，基于HOT51增强型单片机开发板来实现的。在单片机开发板上顺利实现之后，后期还将针对本次设计数字钟小系统做PCB板，PCB板的制作是利用orCAD开发环境，画出PCB板，通过刻板机实现电路板的制作。2.2硬件功能描述2.
6、2.1 HOT51增强型单片机开发板 51单片机开发板HOT-51增强型开发板的标配器件为STC89C54RC+，但它完全可以使用于别的51系列芯片。开发板上资源丰富，并且可以转接ARM。板上芯片有：AD-DA芯片：PCF8591T ，温度传感器：1-WIRE协议控制芯片DS18B20，红外接头：PC 838(配合遥控器做解码试验），时钟芯片：SPI协议控制芯片DS1302，储存芯片：I2C协议控制芯片AT24C02，通讯芯片：MAX232，USB转串口芯片：PL2303HX，达林顿管：ULN2003(驱动步进电机，直流电机，继电器，蜂鸣器），三态缓冲门电路：74HC245，三八译码器：74H
7、C138，锁存器：74HC573，稳压芯片：7805、LM1117-3.3；显示类：彩屏液晶，八位LED灯，八位共阴数码管，8*8点阵，1602液晶，12864液晶（带汉字字库）；其他：精致独立按键， 4*4矩阵键盘，双复位电路，继电器，蜂鸣器，时钟电池，标准JTAG接口等。2.2.2 AT89C51单片机单片机诞生于20世纪70年代末，经历了SCM、MCU、SoC三大阶段。单片机是嵌入式系统的独立发展之路，向MCU阶段发展的重要因素，就是寻求应用系统在芯片上的最大化解决；因此，专用单片机的发展自然形成了SoC化趋势。随着微电子技术、IC设计、EDA工具的发展，基于SoC的单片机应用系统设计会
8、有较大的发展。因此，对单片机的理解可以从单片微型计算机、单片微控制器延伸到单片应用系统。单片机作为微型计算机的一个重要分支，应用面很广，发展很快。自单片机诞生至今，已发展为上百种系列的近千个机种。单片机是通过内部总线把计算机的各主要部件接为一体，其内部总线包括地址总线、数据总线和控制总线。其中，地址总线的作用是在进行数据交换时提供地址，CPU通过它们将地址输出到存储器或I/O接口；/数据总线的作用是在CPU与存储器或I/O接口之间，或存储器与外设之间交换数据；控制总线包括CPU发出的控制信号线和外部送入CPU的应答信号线等。由于单片机的这种结构形式及它所采取的半导体工艺，使其具有很多显著的特点
9、，因而在各个领域都得到了迅猛的发展。单片机主要发如下特点： （1）有优异的性能价格比。 （2）集成度高、体积小、有很高的可靠性。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线，大大提高了单片机的可靠性与抗干扰能力。另外，其体积小，对于强磁场环境易于采取屏蔽措施，适合在恶劣环境下工作。 （3）控制功能强。为了满足工业控制的要求，一般单片机的指令系统中均有极丰富的转移指令、I/O口的逻辑操作以及位处理功能。单片机的逻辑控制功能及运行速度均高于同一档次的微机。 （4）低功耗、低电压，便于生产便携式产品。 （5）外部总线增加了IC（Inter-IntegratedCirc
10、uit）及SPI（SerialPeripheralInterface）等串行总线方式，进一步缩小了体积，简化了结构。 （6）单片机的系统扩展和系统配置较典型、规范，容易构成各种规模的应用系统。由于单片机具有显著的优点，它已成为科技领域的有力工具，是我们生活中的得力助手。它的应用遍及各个领域，主要表现在以下几个方面：(1)单片机在智能仪表中的应用单片机广泛地用于各种仪器仪表，使仪器仪表智能化，并可以提高测量的自动化程度和精度，简化仪器仪表的硬件结构，提高其性能价格比。 (2)单片机在机电一体化中的应用机电一体化是械工业发展的方向。机电一体化产品是指集成机械技术、微电子技术、计算机技术于一体，具有
11、智能化特征的机电产品，例如微机控制的车床、钻床等。单片机作为产品中的控制器，能充分发挥它的体积小、可靠性高、功能强等优点，可大大提高机器的自动化、智能化程度。 (3)单片机在实时控制中的应用单片机广泛地用于各种实时控制系统中。例如，在工业测控、航空航天、尖端武器、机器人等各种实时控制系统中，都可以用单片机作为控制器。单片机的实时数据处理能力和控制功能，可使系统保持在最佳工作状态，提高系统的工作效率和产品质量。 (4)单片机在分布式多机系统中的应用在比较复杂的系统中，常采用分布式多机系统。多机系统一般由若干台功能各异的单片机组成，各自完成特定的任务，它们通过串行通信相互联系、协调工作。单片机在这
12、种系统中往往作为一个终端机，安装在系统的某些节点上，对现场信息进行实时的测量和控制。单片机的高可靠性和强抗干扰能力，使它可以置于恶劣环境的前端工作。 (5)单片机在人类生活中的应用自从单片机诞生以后，它就步入了人类生活，如洗衣机、电冰箱、电子玩具、收录机等家用电器配上单片机后，提高了智能化程度，增加了功能，倍受人们喜爱。单片机将使人类生活更加方便、舒适、丰富多彩。 综合所述，单片机已成为计算机发展和应用的一个重要方面。另一方面，单片机应用的重要意义还在于，它从根本上改变了传统的控制系统设计思想和设计方法。从前必须由模拟电路或数字电路实现的大部分功能，现在已能用单片机通过软件方法来实现了。这种软
13、件代替硬件的控制技术也称为微控制技术，是传统控制技术的一次革命。单片机引脚图和结果框图如下图1和图2所示： 图1 AT89C51引脚图图2 内部结构图3、硬件模块设计3.1系统硬件框图蜂鸣器8位数码管振荡器复位电路80C51CPU 闹钟设置及开关控制外部中断对时/设置闹钟 电源其核心部件是89C51单片机，由89C51单片机内部定时器及循环延时确定时间，并且通过扫描驱动8位数码管来显示计数器时间，还可以通过外部中断校对时间和设置闹钟，并且检测闹钟开关，如果闹钟时间到，则驱动蜂鸣器。3.2数据流图80C51CPU处理晶 振外中断各种按键数据输入数据输出数据输出数据输出数码管蜂鸣器闹钟指示4、硬件
14、电路设计4.1晶体振荡器电路 晶体振荡器电路给数字钟提供一个频率稳定准确的12MHz的方波信号,可保证数字钟的走时准确及稳定.不管是指针式的电子钟还是数字显示的电子钟都使用了晶体振荡器电路。给单片机提供时钟的电路图有如下两种： 由于我本次设计主要是针对数字钟的设计，并且外部时钟源不好加到电路中，精度又不是特别高，所以我选用内部时钟方式。4.2蜂鸣器驱动电路 为了能在设置的闹钟时间很方便的提示我们，需要通过蜂鸣器的报警来提醒，由于单片机输出的方波驱动能力太弱，要使蜂鸣器发出的声音更亮些，需要加上驱动电路。驱动电路我采用PNP管9012，具体电路图如下所示：4.3复位电路设计 复位电路分两种方式，分别是上电自动复位和按键手动复位。 上电自动复位电路是在加电瞬间电容通过充电来实现的，其电路图如下所示。在通电瞬间，电容C通过电阻R充电，RST端出现正脉冲，用以复位。只要电源VCC的上升时间不超过1ms，就可以实现自动上电复位，即接通电源就完成了系统的复位初始化。手动复位是指通过一按钮开关，使单片机进入复位状态。系统上电运行后，若需要复位，一般是通过手动复位来实现的。通常采用手动复位和上电自动复位组合，其电路如下图所示。 a.上电复位 b.按键电平复位由于设计的数字钟无需上电复位，所以采用按键电平复位，如上b图所示。4.4位选及数码管驱动电路 为了
