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1、基于C51单片机的数字时钟设计设计者：熊兵设计者：熊兵指导老师：高二金指导老师：高二金砺苦谨信砺苦谨信 技精图强技精图强技术支持：现代教育技术中心技术支持：现代教育技术中心设计简介设计简介一一设计背景设计背景二二AT89C51单片机简介单片机简介 三三主要内容设计方案设计方案四四硬件电路设计硬件电路设计五五软件设计与程序代码软件设计与程序代码 六六砺苦谨信砺苦谨信 技精图强技精图强技术支持：现代教育技术中心技术支持：现代教育技术中心一、设计简介一、设计简介第一部分本设计利用本设计利用Atmel公司的公司的AT89C52单片机单片机对电子时钟进行开发，设计了实现所需功能对电子时钟进行开发，设计了
2、实现所需功能的硬件电路，应用的硬件电路，应用C语言进行软件编程，并用语言进行软件编程，并用Proteus软件进行演示、验证。主要介绍用单软件进行演示、验证。主要介绍用单片机内部的定时片机内部的定时/计数器来实现电子时钟的方计数器来实现电子时钟的方法，本设计由单片机法，本设计由单片机80C51芯片和芯片和LED数码管数码管为核心，辅以必要的电路，构成了一个单片为核心，辅以必要的电路，构成了一个单片机的数字电子时钟。它的计时周期为机的数字电子时钟。它的计时周期为24小时，小时，显满刻度为显满刻度为“23时时59分分59秒秒”，且配有，且配有4个独个独立键盘，可以灵活地调节时间和日期，并具立键盘，可
3、以灵活地调节时间和日期，并具有一定的扩展性。有一定的扩展性。 砺苦谨信砺苦谨信 技精图强技精图强技术支持：现代教育技术中心技术支持：现代教育技术中心二、设计背景二、设计背景第一部分单片机自从1976年由Intel公司推出MCS-48开始，迄今已有二十多年之久了。由于单片机集成度高、功能强、可靠性高、体积小、功耗低、使用方便、价格低廉等一系列优点，目前已经渗入到人们工作和生活的方方面面，单片机应用领域已经从面向工业控制、通讯、交通、智能仪表等方面迅速发展到家用消费产品、办公自动化、汽车电子、PC机外围以及网络通讯等广大领域。本文讨论的单片机数字电子时钟系统的核心是目前应用极为广泛的51系列单片机
4、，配置了外围设备，构成了一个可编程的计时定时系统，具有体积小，可靠性高，功能多等多种特点。不仅能满足所需要求而且还有很多功能可供扩展，有着广泛的应用实践领域。 砺苦谨信砺苦谨信 技精图强技精图强技术支持：现代教育技术中心技术支持：现代教育技术中心三、三、AT89C51单片机简介单片机简介 第一部分单片机又称单片微控制器,它不是完成某一个逻辑功能的芯片,而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。它的体积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。单片机是靠程序的，并且可以修改。通过不同的程序实现不同的功能，尤其是特殊的独特的一些功能。砺苦谨信砺苦谨信 技精图强技精图强技术支持：现代教育技
5、术中心技术支持：现代教育技术中心四、设计方案四、设计方案第一部分电子时钟的系统软件程序有、由主程序和子程序组成，主程序包含初始化参数设置，按键处理，数码管显示模块等。在设计时候、各个模块都采用子程序结构设计。在主程序种调用。由于定时器，计数器采用中断方式处理，应此还用辨析定时器，中断服务子程序，在定时器，计数器中断服务子程序种对时钟进行调整。 砺苦谨信砺苦谨信 技精图强技精图强技术支持：现代教育技术中心技术支持：现代教育技术中心四、设计方案四、设计方案第一部分主程序执行流程图如图1所示。主程序先对显示单元和定时器计数器初始化，然后重复调用数码管显示模块和按键处理模块，当有建按下，则转入相应的功
6、能程序。 1、主程序、主程序图 17砺苦谨信砺苦谨信 技精图强技精图强技术支持：现代教育技术中心技术支持：现代教育技术中心四、设计方案四、设计方案第一部分本设计的显示模块采用8位一体共阳极数码管，显示分为时钟显示和日期星期两种模式，当为显示时钟模式时，从右到左依次显示秒个位，秒十位，横线，分个位，分十位，横线，时个位，时十位；当为显示日期和星期模式时，从右到左一次显示星期，不显示，横线，日个位，日十位，月个月，月十位。数码管显示的信息用8个内存单元存放，这8个内存单元为显示缓冲区，其中秒个位和秒十位，分个位和分十位，时个位和时十位分别由秒数据，分数据和小时数据分拆得到。在本系统种数码管显示采用
7、软件译码动态显示。在存储器中首先建立一张显示信息字段码表，显示的时候，先从显示缓冲区中取出显示的信息，然后通过查表程序在字段码表中查出的所显示的字段码。从P0口输出，同时在P2口将对应的位选码输出，选中显示的数码管，就能在相应的数码管上显示显示缓冲区的内容。 2、数码管显示模块数码管显示模块 砺苦谨信砺苦谨信 技精图强技精图强技术支持：现代教育技术中心技术支持：现代教育技术中心四、设计方案四、设计方案第一部分定时器计数器T0用于时间计时，选择方式1，重复定时，定时时间设为100MS，定时时间到则溢出中断，在中断服务程序中用一个计数器对100MS计数，计10次则对秒单元加1，秒单元加到60则对分
8、单元加1，同时秒单元清零。分单元加到60的时候，则对时单元加1，同时分单元清零，时单元加到24的时候则对时单元清零，标志一天时间计满，此时所以单元清零。在对各单元计数的同时，把它们的值放到存储器单元的制定位置 3、定时器计数器定时器计数器T0中断服务程序中断服务程序 砺苦谨信砺苦谨信 技精图强技精图强技术支持：现代教育技术中心技术支持：现代教育技术中心四、设计方案四、设计方案第一部分按键处理设置为：如果没有按键，则为时钟模式，时钟正常走时，当按下shijia按键的时候，时单元每次加1，当加到24后跳为00，当按下shijian按键的时候，时单元每次减1，当减到00的时候跳到23；当按下fenj
9、ia按键的时候，分单元每次加1，当加到60的时候跳为00，按下fenjian按键的时候，分单元每次减1，当减到00的时候跳为59；当xianshiqih建按下时，为显示日期模式，此时数码管显示日期和星期，当同时按下shijia按键的时候，月单元每次加1，当加到13后跳为00，当同时按下shijian按键的时候，日单元每次加1，如果月份为：1月、3月、5月、7月、8月、10月、12月的时候，当日加到32的时候跳到1；如果月份为4月、6月、9月、11月的时候，当日加到31的时候跳到1，如果月份为2月的时候，当日加到29时跳到1。当同时按下fenjia按键的时候，星期单元每次加1，当加到6的时候跳为
10、0，“0”表示星期日。 4、按键处理模块按键处理模块 砺苦谨信砺苦谨信 技精图强技精图强技术支持：现代教育技术中心技术支持：现代教育技术中心五、五、硬件电路设计硬件电路设计第一部分复位是由外部的复位电路来实现的。分为上电自动复位和按键复位。上电复位：上电复位电路是种简单的复位电路，只要在RST复位引脚接一个电容到VCC，接一个电阻到地就可以了。上电复位是指在给系统上电时，复位电路通过电容加到RST复位引脚一个短暂的高电平信号，这个复位信号随着VCC对电容的充电过程而回落，所以RST引脚复位的高电平维持时间取决于电容的充电时间。为了保证系统安全可靠的复位，RST引脚的高电平信号必须维持足够长的时
11、间。按键复位：电路在运行过程中，也可以通过按键进行复位。当按下复位按键，复位引脚RST通过按键与地相接，得到低电平，从而实现复位。 1、复位电路复位电路图 2 复位电路砺苦谨信砺苦谨信 技精图强技精图强技术支持：现代教育技术中心技术支持：现代教育技术中心五、五、硬件电路设计硬件电路设计第一部分时钟是单片机的心脏，单片机各功能部件的运行都是以时钟频率为基准，有条不紊的一拍一拍地工作。因此，时钟频率直接影响单片机的速度，时钟电路的质量也直接影响单片机系统的稳定性。常用的时钟电路有两种方式：一种是内部时钟方式，另一种为外部时钟方式。本文用的是内部时钟方式。电路图如图3所示： 2、时钟电路时钟电路 图
12、 3 时钟电路 砺苦谨信砺苦谨信 技精图强技精图强技术支持：现代教育技术中心技术支持：现代教育技术中心五、五、硬件电路设计硬件电路设计第一部分 按键的开关状态通过一定的电路转换为高、低电平状态。按键闭合过程在相应的I/O端口形成一个负脉冲。闭合和释放过程都要经过一定的过程才能达到稳定，这一过程是处于高、低电平之间的一种不稳定状态，称为抖动。抖动持续时间的常长短与开关的机械特性有关，一般在5-10ms之间。为了避免CPU多次处理按键的一次闭合，应采用措施消除抖动。本文采用的是独立式按键，直接用I/O口线构成单个按键电路，每个按键占用一条I/O口线，每个按键的工作状态不会产生互相影响。电路图如图4
13、所示： 3、按键电路按键电路 图 4 按键电路 砺苦谨信砺苦谨信 技精图强技精图强技术支持：现代教育技术中心技术支持：现代教育技术中心五、五、硬件电路设计硬件电路设计第一部分采用8位一体共阳极数码管作为显示，用74HC573作为驱动。电路如图5所示：4、数码管显示电路数码管显示电路 图 5 数码显示电路 4、数码管显示电路数码管显示电路 砺苦谨信砺苦谨信 技精图强技精图强技术支持：现代教育技术中心技术支持：现代教育技术中心五、五、硬件电路设计硬件电路设计第一部分电源电路的设计，采用了4只1N4007整流二极管，它的作用除了将交流变为脉动直流外，还能将直流变为直流，也就是当电源输入为上正下负是，
14、输出也为上正下负；当输入为上负下正是，输出还是为上正下负，这能有效的防止在操作过程中不小心将电源接反，烧坏电路及CPU；采用了一个LM7805三端集成稳压器，由于单片机的供电电源为5伏，采用LM7805可以保证单片机所需电源的稳定，在使用时，如果没有5V直流电源，就可以使用5V到30V不等的直流电源或5V到24V不等的交流电源，这时输出都可以得到5V稳定的直流电源。电路中几个电容的作用是当输入电源为交流时，可以虑出通过4只二极管后得到的脉动直流电的波形，以保证得到5V稳定的直流电源。本电源电路的设计在使用过程中安全，方便，稳定和可靠。电路如图6所示： 5、电源电路电源电路 砺苦谨信砺苦谨信 技
15、精图强技精图强技术支持：现代教育技术中心技术支持：现代教育技术中心五、五、硬件电路设计硬件电路设计5、电源电路电源电路 图 6 电源电路 砺苦谨信砺苦谨信 技精图强技精图强技术支持：现代教育技术中心技术支持：现代教育技术中心六、六、软件设计与程序代码软件设计与程序代码 Proteus7.8是一款电路分析实物仿真系统，可仿真各种电路和IC，并支持单片机，元件库齐全，使用方便，是不可多得的专业的单片机软件仿真系统 。1、软件选择与介绍软件选择与介绍 砺苦谨信砺苦谨信 技精图强技精图强技术支持：现代教育技术中心技术支持：现代教育技术中心六、六、软件设计与程序代码软件设计与程序代码 2、软件仿真电路全图软件仿真电路全图 图7 软件仿真电路全图 此图为时钟显示模式，显示内容为此图为时钟显示模式，显示内容为15时时9分分49秒秒 砺苦谨信砺苦谨信 技精图强技精图强技术支持：现代教育技术中心技术支持：现代教育技术中心六、六、软件设计与程序代码软件设计与程序代码 2、软件仿真电路全图软件仿真电路全图 图7 软件仿真电路全图 此图为日期和星期显示模式，显示内容为此图为日期和星期显示模式，显示内容为6月月4日星期二日星期二 砺苦谨信砺苦谨信 技精图强技精图强技术支持：现代教育技术中心技术支持：现代教育技术中心谢谢谢谢! !
