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1、目录电子时钟课程设计3摘要3第一章 设计的目的和要求41.1设计的目的41.2设计的基本要求4第二章 方案设计42.1.设计任务分析及方案设计42.2.硬件总体设计52.3、软件总体设计6第三章 硬件设计83.1 AT89C51单片机介绍83.2晶振电路113.3复位电路113.4数码显示模块设计12第四章 软件设计134.1软件设计思路134.2程序模块13第五章 系统仿真与调试175.1Keil编译175.2.2硬件电路总图与仿真18第六章 操作方法21第七章 课程设计总结21附录22参 考 文 献26全套设计加扣3012250582 基于AT89C51的电子时钟设计摘要单片机自20世纪7
2、0年代问世以来，以其极高的性能价格比，受到人们的重视和关注，应用很广、发展很快。单片机体积小、重量轻、抗干扰能力强、环境要求不高、价格低廉、可靠性高、灵活性好、开发较为容易。由于具有上述优点，在我国，单片机已广泛地应用在工业自动化控制、自动检测、智能仪器仪表、家用电器、电力电子、机电一体化设备等各个方面，而51单片机是各单片机中最为典型和最有代表性的一种。这次课程计通过对它的学习、应用，以AT89C51芯片为核心，辅以必要的电路，设计了一个简易的电子时钟，它由5V直流电源供电，通过数码管能够准确显示时间，调整时间，从而到达学习、设计、开发软、硬件的能力。关键字单片机 AT89C51 电子时钟
3、第一章 设计的目的和要求1.1设计的目的（1）掌握51系列单片机的基本硬件结构及工作原理；（2）掌握51系列单片机的汇编语言及基本程序设计方法；（3）学习并掌握使用51系列单片机开发控制系统的基本步骤及方法;（4）能灵活运用Keil进行软件编程调试以及用proteus软件仿真；（5）设计组成电子时钟系统，画出系统硬件电路图，设计编写程序。1.2设计的基本要求能熟练运用51单片机实现硬件与软件结合完成电子时钟的设计，把理论真正运用于实践，会用Keil等软件编程调试运行，熟悉应用Proteus软件仿真。设计一个电子时钟，可以显示时间，并做到调节总控，调秒，调分，调时。 第二章 方案设计2.1.设计
4、任务分析及方案设计2.1.1电子时钟简介1957年,Ventura发明了世界上第一个电子表，从而奠定了电子时钟的基础，电子时钟开始迅速发展起来。现代的电子时钟是基于单片机的一种计时工具，采用延时程序产生一定的时间中断，用于一秒的定义，通过计数方式进行满六十秒分钟进一，满六十分小时进一，满二十四小时小时清零。从而达到计时的功能，是人民日常生活补课缺少的工具。2.1.2电子时钟的基本特点现在高精度的计时工具大多数都使用了石英晶体振荡器，由于电子钟、石英钟、石英表都采用了石英技术，因此走时精度高，稳定性好，使用方便，不需要经常调试，数字式电子钟用集成电路计时时，译码代替机械式传动，用LED显示器代替
5、指针显示进而显示时间，减小了计时误差，这种表具有时、分、秒显示时间的功能，还可以进行时和分的校对，片选的灵活性好。2.1.3电子时钟的原理该电子时钟由AT89C51，BUTTON，八段数码管等构成，采用晶振电路作为驱动电路，由延时程序和循环程序产生的一秒定时，达到时分秒的计时，并且秒计算到60时，要自己清零并向分进1；分计算到60时，要自己清零并向时进1，时计算到24时，要清零。这样，才能循环计时。该电子时钟还可以做到调节总控，调秒，调分，调时：2.1.4方案论证与比较（1）数字时钟方案数字时钟是本设计的最主要的部分。根据需要，可利用两种方案实现。方案一：本方案采用Dallas公司的专用时钟芯
6、片DS12887A。该芯片内部采用石英晶体振荡器，其芯片精度不大于10ms/年，且具有完备的时钟闹钟功能，因此，可直接对其以用于显示或设置，使得软件编程相对简单。为保证时钟在电网电压不足或突然掉电等突发情况下仍能正常工作，芯片内部包含锂电池。当电网电压不足或突然掉电时，系统自动转换到内部锂电池供电系统。而且即使系统不上电，程序不执行时，锂电池也能保证芯片的正常运行，以备随时提供正确的时间。方案二：本方案完全用软件实现数字时钟。原理为：在单片机内部存储器设三个字节分别存放时钟的时、分、秒信息。利用定时器与软件结合实现1秒定时中断，每产生一次中断，存储器内相应的秒值加1；若秒值达到60，则将其清零
7、，并将相应的分字节值加1；若分值达到60，则清零分字节，并将时字节值加1；若时值达到24，则将十字节清零。该方案具有硬件电路简单的特点。但由于每次执行程序时，定时器都要重新赋初值，所以该时钟精度不高。而且，由于是软件实现，当单片机不上电，程序不执行时，时钟将不工作。基于硬件电路的考虑，本设计采用方案二完成数字时钟的功能。（2）数码管显示方案方案一：静态显示。所谓静态显示，就是当显示器显示某一字符时，相应的发光二极管恒定的导通或截止。该方式每一位都需要一个8 位输出口控制。静态显示时较小的电流能获得较高的亮度，且字符不闪烁。但当所显示的位数较多时，静态显示所需的I/O口太多，造成了资源的浪费。方
8、案二：动态显示。所谓动态显示就是一位一位的轮流点亮各个位，对于显示器的每一位来说，每隔一段时间点亮一次。利用人的视觉暂留功能可以看到整个显示，但必须保证扫描速度足够快，字符才不闪烁。显示器的亮度既与导通电流有关，也于点亮时间与间隔时间的比例有关。调整参数可以实现较高稳定度的显示。动态显示节省了I/O口，降低了能耗。从节省I/O口和降低能耗出发，本设计采用方案二。2.2.硬件总体设计2.2.1.系统组成方案电子时钟是利用单片机内部的定时器计数器来实现的，它的处理过程如下：首先设定单片机内部的一个定时器计数器工作于定时方式，对机器周期计数形成基准时间，然后用另一个定时器计数器或软件计数的方法对基准
9、时间计数形成秒，秒计60次形成分，分计60次形成小时，小时计24次则计满一天。然后通过数码管把它们的内容在相应位置显示出来即可。为实现定时控制以及对外界事件进行计数，在单片机应用系统中，常需要用到实时时钟和计数器。51系列的单片机内部都具有着两种功能，有的型号还具有捕获和监视定时的功能。51系列的单片机内部都设有两个16位的可编程定时/计数器，可简称为定时器0（T0）和定时器1（T1）。可编程是指其功能如工作方式、定时时间、量程、启动方式等均可由指令来确定和改变。一般中断系统都伴随着定时/计数器的出现而出现。中断技术是单片机工作中的一项重要技术，在有些场合采用“中断技术”可使单片机的工作更加灵
10、活、效率更高。中断功能是在硬件基础上再配以相应的软件而实现的。不同的单片机其硬件结构和软件指令时不完全相同的，因而中断结构一般是不相同的。但同一系列的单片机即使型号不同，中断系统的基本结构也是类似的，只是中断源个数不完全一样。中断系统大体分为3类中断，即外部中断类（外部中断0和外部中断1）、定时中断类（定时器T0中断、定时器T1中断、定时器T2中断）、串行口中断类（RI或TI）。中断处理过程可分为3个阶段，即中断响应、中断处理和中断返回，所有的单片机的中断都有这样的3个阶段。本次课程设计还用到了扩充外部中断源的知识，利用定时器扩展的外部中断源法。将计数器设置成计数方式，计数初值设定为满量程，一
11、旦从外部计数引脚输入一个跳变信号，计数器加1产生溢出中断。把外部计数输入端T0（P3.4）或T1（P3.5）作为扩充中断源输入。2.2.2.键盘、显示功能的定义在一个单片机应用系统中，往往都会输入信息和显示信息，这就涉及键盘和显示器。在单片机应用系统中，一般都根据系统的要求配置相应的键盘和显示器。配置键盘和显示器一般都没有统一的规定，有的系统功能复杂，需输入的信息和显示的信息量大，配置的键盘和显示器功能相对强大，而有些系统输入/输出的信息少，这时可能用几个按键和几个LED指示灯就可以进行处理了。在单片机应用系统在中配置的键盘可以是独立键盘，也可能是矩阵键盘。显示器可以是LED指示灯，也可以是L
12、ED数码管，也可以是LCD显示器，还可以使用CRT显示器。单片机应用系统中键盘一般用的比较多的是矩阵键盘，显示器用的比较多的是LED数码管和LCD显示器。调节总控：控制总的中断的允许和屏蔽，打开三个功能按键的中断响应。调秒：在总开关打开时，调节电子时钟的秒数。调分：在总开关打开时，调节电子时钟的分数。调时：在总开关打开时，调节电子时钟的时数。2.3、软件总体设计2.3.1.存储单元的分配、标志位的定义电子时钟原理图可以分为三个模块：动态显示模块：单片机对数码管的位选以及循环显示。单片机的p0口跟数码管的连接，用于数码管的显示。单片机的p1口跟数码管的连接用于对数码管的位选。定时模块：设置50m
13、s定时时间，计算初值，对TH1和TL1赋值，进行时分秒的计数。功能按键模块：三个功能按键和一个控制总控。三个功能开关为调秒，调分，调时，分别接在单片机的p3.2，p3.3，p3.4口。调节总控接在p2.0口。数码管显示可以采用静态显示方法或动态显示方法。静态显示方法需要数据锁存器等硬件，接口复杂，时钟显示用8个数码管。由于系统没有其他的复杂的任务处理，而且显示的时钟信息随时都可能变化，一般采用动态显示方式。动态显示方法线路相对简单，但需动态扫描，扫描频率要大于人眼视觉暂留频率，信息看起来才稳定。译码方式可分为软件译码和硬件译码，软件译码通过译码程序查得显示信息的字段码；硬件译码通过硬件译码器得
14、到显示信息的字段码，实际中通常采用软件译码。在具体处理时，定时器计数器采用中断方式工作，对时钟的形成在中断服务程序中实现。在主程序中只需对定时器计数器初始化、调用显示子程序和控制子程序。另外，为了使用方便，设计了简单的按键，可以通过按键实现时、分的调整，这样在主程序中就加入了键盘设置子程序。 2.3.2.主程序框图及清单（1）系统框图图2-1 系统框图（2）元件清单表2-1 元器件清单元器件数量AT89C511LED数码管111.0592M晶振1电源410K 电阻1333PF 电容21uF 电容1开关4导线若干 第三章 硬件设计在单片机应用系统中，单片机是整个系统的核心，对整个系统的信息输入、
15、处理、信息输出进行控制。与单片机配套的有相应的复位电路、时钟电路以及扩展的存储器和IO接口，使单片机应用系统能够运行。3.1 AT89C51单片机介绍3.1.1 AT89C51芯片简介AT89C51是MCS51系列单片机中的一种低功耗、高性能的片内含有4KB快闪可编程/擦除只读存储器的8位CMOS微控制器，使用高密度、非易失存储技术制造，并且与80C51引脚和指令系统完全兼容。 主要性能：与MCS-51 微控制器产品系列兼容。 片内有4KB可在线重复编程的快闪擦写存储器存储数据保存时间为10年。宽工作电压范围：Vcc可为2.7V到6V全静态工作；可从0Hz至16MHz 程序存储器具有3级加密保护 128*8位内部RAM 32条可编程I/O线、两个16位定时器/计数器、中断结构具有5个中断源和2个优先级、可编程全双工串行通道、空闲状态维持低功耗和掉电状态保存存储内容。89C51单片机是把那些作为控制应用所必需的基本内容都集成在一个尺寸有限的集成电路芯片上。如果按功能划分，它由如下功能部件
