基于单片机的多功能数字钟设计1

《基于单片机的多功能数字钟设计1》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于单片机的多功能数字钟设计1（63页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、测控系统原理与设计课程设计报告课题：基于单片机的多功能数字钟设计班级 自动化1071班 学号 1071205635 学生姓名 袁 伟 指导教师 朱霞 严石 淮阴工学院电子与电气工程学院2011年12月目 录第1章 绪 论11.1 前言11.2 设计的目的及意义1第2章 数字钟的功能实现与设计方案22.1 数字钟的功能及设计要求22.2 数字钟的实现形式22.3 方案的确定32.3.1 微处理器32.3.2 显示电路32.3.3 按键电路4第3章 数字钟的硬件系统设计53.1 数字时钟的硬件系统框架53.2 数字时钟的主机电路设计53.2.1 系统控制芯片CPU（AT89C2051）的选择53.

2、2.2 系统时钟电路设计103.2.3 系统复位电路设计123.2.4 按键与按钮电路设计133.2.5 闹铃声光指示电路设计133.2.6 数字钟的显示电路设计133.3 校时电路设计173.3.1 校时原理173.3.2 国家授时中心183.3.3 窗口比较器183.3.4 校时电路电路图193.4 电源设计20第4章 程序设计244.1 主控模块设计244.2 基本现实模块设计254.3 当前编辑位闪烁功能的实现264.4 时间设定模块设计264.5 脉冲发生器原理与走时处理274.6 闹铃功能的实现28第5章 系统的调试及结果305.1 系统调试环境305.2 软件调试305.3 硬件

3、调试305.4 调试结果30结 论31致 谢32参考文献33附录1：完整的汇编语言源程序34附录2：系统设计原理图57附录3：系统设计PCB图58附录4：实物照片59西南科技大学本科生毕业论文第1章 绪 论1.1前言计算机尤其是以微细加工技术支持的微型计算机技术飞速发展，其应用渗透到了各行各业。以单片机、嵌入式处理器、数字信号处理器（DSP）为核心的计算机系统，以其软硬件可裁剪、高度的实时性、高度的可靠性、功能齐全、低功耗、适应面广等诸多优点而得到极为广泛的应用。目前计算机硬件技术向巨型化、微型化和单片机化三个方向告诉发展1。自1975年美国德州仪器公司（Texas Instruments）第

4、一块微型计算机芯片TMS-1000问世以来，在短短的20年间，单片机技术已发展成为计算机领域一个非常有前途的分之，它有自己的技术特征、规范和应用领域。单片机是自动控制系统的核心部件，主要用于工业控制、智能化仪器仪表、家用电器中。它具有体积小、性能突出可靠性高（某些方面的性能指标大大优于通用微机中央处理器）、价格低廉等一系列优点，应用领域不断扩大，除了工业控制、智能化仪表、通信、家用电器外，在智能化高档电子玩具产品中也大量采用单片机芯片作为核心控制部件，已经渗入到人们工作和生活的各个角落，有力地推动了各行业的技术改造和产品的更新换代，前景广阔。数字钟具备单片机最小系统的基本组成，对于我们了解单片

5、机有很大的帮助2。 1.2 设计的目的及意义本设计通过用对一个能实现定时，时钟显示功能的时间系统的设计学习，详细介绍了51单片机应用中的数据转换显示，数码管显示原理，静态扫描显示原理，单片机的定时中断原理等，从而达到学习、了解单片机相关指令在各方面的应用。对于单片机学习者而言，这个程序基本上是一道门槛，掌握了电子钟程序，基本上就可以说把51单片机掌握了80%。第2章 数字钟的功能实现与设计方案2.1 数字钟的功能及设计要求（1） 可以实现时/分/秒/百分秒的显示，可以调整时/分（2） 使用LED显示（3） 有表示时钟正常工作的装置（4） 能稳定工作，可控制时钟的启动复位（5） 有实现闹铃功能2

6、.2 数字钟的实现形式数字钟既可以通过纯硬件实现，也可以通过软硬结合实现，根据电子时钟的核心部件秒信号的产生原理，通常有三钟形式：（1） 用NE555时基电路的形式采用NE555时基电路或其他震荡电路产生秒脉冲信号，作为秒加法电路的时钟信号或微处理器的外部中断输入信号，可构成电子时钟。由555构成的秒脉冲发生器电路如图1-1所示。输出的脉冲信号V0的频率F=1.443/（RA+2RB）C,可通过调节这3个参数,使输V0的频率为精确的1Hz3。图2-1 基于555的秒脉冲发生器（2） 采用石英钟专用芯片的实现形式采用石英钟专用计时芯片实现的电子钟，具有实现简单、计时精度高的特点。石英计时芯片（简

7、称“机芯”）比较多，常见的有STP5512F、SM5546A和D60400等4。现基于5512F的2秒输出信号作为秒加法电路的计时脉冲，可实现电子时钟。5512F的引脚如图1-2所示。 12348765图2-2 5512F引脚图V+ SCAK SC1M0 BPM1 GND其中，引脚7、8为外接晶振及振荡电路，引脚1接电源正极，电源为1.5伏，引脚3、4原为指针用步进电机线圈的输出驱动端，这里可用3脚作为脉冲输出，频率决定于外接晶振的频率。（3） 采用基于单片机的实现形式利用单片机的智能性，可方便的实现具有智能数字钟的设计。而且，微处理系统具有时钟振荡系统，利用系统时钟并借助微处理器的定时/计数

8、器功能可以实现数字钟的功能。本设计采用AT89C2051单片机设计。2.3 方案的确定可以从以下几个方面来确定电子闹钟的设计方案。2.3.1 微处理器采用ATMEL的AT89C2051微处理器，是基于以下几个因素：内含Flash 存储器,这在系统的开发过程中,可随意进行程序修改,既便错误编程之后仍可以重新编程,故不存在废品且大大缩短了程序的开发周期;同时在系统工作过程中能有效地保存数据信息。采用静态时钟方式,节省电能,这对于降低便携式产品的功耗十分有利。由于它是以8031 核构成的,所以它与MCS251 系列单片机是兼容的AT89C2051为51内核，仿真调试软硬件资源丰富；性价比高，货源充足

9、；DIP20封装，体积小，便于产品小型化；为E2PROM程序存储介质，1000次以上擦/写周期，便于变成调试；具有IDLE和POWER-DOWN两种工作模式，便于进行低功耗设计；工作电压范围宽：2.76V，便于交直流供电5。2.3.2 显示电路就时钟而言，通常可采用液晶显示或数码管显示。对于一般的段式液晶屏，需要专门的驱动电路，而且也经显示作为一种被动显示，可视性相对较差；对于具有驱动电路和微处理器接口的液晶显示模块（字符或点阵），一般多采用并行机接口，对于微处理器的接口要求较高，占用资源多。另外，89C2051本身没有专门的液晶驱动接口，因此，本时钟设计采用了数码管显示方式。数码管作为一种主

10、动显示器件，具有亮度高、价格便宜等优点，而且市场上也有专门的时钟显示组合数码管。2.3.3 按键电路考虑到对时和设定闹铃时间这两种操作的使用频率不是很高，为了精简系统和节省成本，本时钟系统只设两个按键：（1） SET键，对应系统的不同工作状态，具有三个功能： 在复位后的待机状态下，用于启动设定时间参数（对时和定闹）； 在设定时间参数状态而且不是设定最低位（即分个位）的状态下，用于结束当前位的设定，当前设定为下移； 在设定最低位（分个位）的状态下，用于结束本次时间设定。（2）+1键，用于对当前设定位（编辑位）进行加1操作，根据12/24小时工作模式和正在编辑的当前位的含义（时十位、时各位、分十位

11、、分个位）自动进行 数据的上限和下限判断。例如，对12小时制，小时的十位只能是0、1，如果当前值为0，则按+1键后为1，再按+1键后为0。第3章 数字钟的硬件系统设计 电子时钟硬件部分的设计应包括秒信号发生器、时间显示电路、按键电路、供电电路，以及闹铃指示电路等几部分。3.1 数字时钟的硬件系统框架电子时钟的系统框架入图3-1所示。CPU按键电路复位等辅助电路电源系统数码管显示电路闹铃声光指示电路 图3-1 数字钟的系统框架3.2 数字时钟的主机电路设计数字时钟的主电路指的是图1中框内部分，主要涉及到微处理器电路和按键县按钮电路。主机的设计具体地说有：（1）系统控制芯片的选择（2）系统时钟电路

12、设计；（3）系统复位电路设计；（4）按键与按钮电路设计；（5）闹铃声光指示电路设计。3.2.1 系统控制芯片CPU（AT89C2051）的选择AT89C系列单片机是Atmel公司1993年开始研制生产的，优越的性能价格比使其成为颇受欢迎的8位单片机。AT89C系列与MCS-51系列单片机相比有两大优势：第一，片内程序存储器采用闪速存储器，使程序的写入更加方便；第二，提供了更小尺寸的芯片（AT89C2051/1051），使整个电路的体积更小6。（1）AT89C2051主要性能：AT89C2051是Atmel公司生产的戴2KB闪速可编程可擦除只读存储器（PEROM）的8位单片机，它具有如下主要特征

13、： AT89C2051为51内核； 内部带2KB可编程闪速存储器（E2PROM），寿命为1000次擦/写循环，据保留时间为10年； DIP20封装，体积小 工作电压范围为2.76V； 全静态工作频率为0Hz24Hz； 两极程序存储器锁定； 位内部RAM； 15条可编程I/O线；、 2个16位定时器/计数器； 5个两级终端源； 可编程全双工串行UART通道； 直接对LED驱动输出 片内精确的模拟比较器； 片内振荡器和时钟电路； 低功耗的休眠和掉电模式；（2）AT89C2051内部结构及引脚描述 AT89C2051单片机的内部与8051单片机的内部结构基本一致，区别只是增加了一个模拟比较器7，减少

14、了两个对外的端口（P0、P2口），输出端口P1、P3有独特的功能。AT89C2051减少了两个外部端口，因而芯片的外部引脚可以大大减少，芯片尺寸可以很小，其引脚配置如图3-2所示。图3-2 AT89c2051引脚配置它是一个有20个引脚排列直插式的芯片，其引脚描述如下：VCC：电源电压；GND：接地；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引脚复位至高阻状态。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P1.1和P1.2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）8。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。在闪速编程和编程校验期间，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/O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