1、 I 本科毕业论文 TH714 The Design of Electronic Clock Based on MCU 分类号 学号 密级 10722 公开 题 目 (中、英文 ) 基于单片机的电子时钟设计 作者姓名 指导教师 学科门类 提交论文日期 专业名称 学校代码 成绩评定 电气工程及其自动化 郝海燕 工 科 二一三年五 月 I 摘 要 单片机是 一种数字集成电路芯片，是指集成在一块芯片上的微型计算机。一个比较完整的单片机应该包括微处理器（ CPU）、存储器（ RAM 和 ROM）、并行输入/输出接口 （ I/O 接口）电路、可编程全双工串行口、定时 /计数器、中断系统以及 复位电路。
2、由于它具有 小巧灵活 ，成 本低，可靠性好，控制功能强，易扩展等一系列优点，所以被 越来越广泛地应用于各个领域 。而 51 系列的单片机 就 是最为典型和具有代表性的一种单片机 。 本设计 是基于单片机的简单电子时钟的设计 ， 系统主要以单片机 AT89C51为核心 ， 结合按键模块来显示相应的时间，并 可以对时、分、秒进行单独校对，使其达到标准时间 。 本次 设计 以软件控制硬件以及软硬件结合为指导思想，充分发挥单片机功能。同时，该系统的诸多优点使其具有很强的实用性，由于 该系统实现的功能简单，因此具有很好的可扩展性。 关键词 : AT89C51； 电子时钟 ； 按键控制 II Abstra
3、ct That the microcontroller is integrated on a single chip microcomputer is a digital integrated circuit chip. Should be a more complete include single-chip microprocessor (CPU), memory (RAM and ROM), parallel input / output interface (I / O interface) circuit, a programmable full-duplex serial port
4、, timer / counter, interrupt system, and reset circuit. Because of its compact and flexible, low cost, reliability, and control functions, easy to expand a series of advantages, it is more and more widely used in various fields. The 51 series is the most typical and representative of a single-chip m
5、icrocontroller. The project is the design of simple electronic clock based on microcontroller. It is as the core of AT89C51 microcontroller, with key module to display relative time and make hour, minutes, seconds separate proofreading to make it up to standard time. The design control hardware and
6、software combination of hardware and software as the guiding ideology, give full play to the microcontroller features. Meanwhile, the system has so many advantages that it has a strong practicability, because of its simple function, and therefore it has good scalability. Key words: AT89C51 ; Electro
7、nic clock ； Key control III 目 录 1引言 . 1 1.1 单片机的发展历程 . 1 1.2 设计任务 . 1 1.3 设计意义 . 1 2.电子时钟的设计原理 . 2 2.1 电子时钟的特点 . 2 2.2 电子时钟的应用 . 2 2.3 电子钟的工作原理 . 2 2.4 电子时钟的设计流程 . 3 3.设计方案 . 3 3.1 硬件电路的设计方案 . 3 3.2 硬件电路的原理图 . 4 3.3 硬件电路说明 . 5 3.3.1 主控制模块 . 5 3.3.2 按键模块 . 7 3.3.3 复位电路 . 8 3.3.4 振荡电路 . 8 3.3.5 发声模块 .
8、 9 3.3.6 时间显示模块 . 9 4.控制系统的软件设计 . 11 4.1 KEIL 集成开发环境的应用与操作 . 11 4.1.1 KEIL 集成开发环境简介 . 11 4.1.2 KEIL 集成开发环境的基本仿真流程 . 11 4.2 Proteus 软件简介 . 12 4.3 程序流程图 . 12 4.4 仿真结果 . 13 4.5 仿真结果分析 . 13 5.总结 . 13 参考文献 . 15 附录 I程序 . 16 附录 II 实物 . 26 谢 辞 . 27 咸阳师范学院 2013 届本科毕业毕业论文（设计） 1 1 引言 1.1 单片机的发展历程 单片机是计算 机技术、大规
9、模集成电路技术和控制技术的综合产物。经过30 多年的发展历程，单片机应用已广泛深入人们生活中的方方面面 。 根据Motorola 公司的统计， 1990 年，平均每辆汽车使用 12 个单片机，而到了 2000年就增加到 35 个。所以可以毫不夸张的说，任何设备和产品的自动化、数字化和智能化都离不开单片机。现在，凡是电脑控制的设备和产品，必有单片机嵌入在其中。这一切表明，单片机已经成为人们生活中必不可少的助手。 单片机有两种基本结构：一种是在通用计算机中广泛 应 用的，程序和数据存储器共用一个存储器空间的结构，称为 Von Neumann 结构。另一种是将程序存储器和数据存储器分开，分别寻址的结
10、构，称为 Harvard 结构，目前的单片机 多 采用 这 种结构 1。 本文 设计 的单片机 电子 时钟系统的核心是 当前 应用 很 广泛的 51 系列单片机，配置了外围设备，构成了一个 简单 的计时系统， 它 具有体积小， 可靠性 比较高 的 特点， 不仅能满足 要求而且还可以扩展 很多功能 ，在实际生活中应用很广泛 。 1.2 设计任务 本设计采用 AT89C51 单片机对 电 子时钟进行开发，通过 Proteus 软件来实现电子时钟系统的设计与仿真 ，并应用 LED 显示相应的时间 。 1.3 设计 意义 在日 常生活和工作中，我们常常用到定时控制。早期常用的一些时间控制单元都 是 使
11、用模拟电路设计 而成 的， 它的 定时准确性和重复精度都不很理想， 而 现在基本上都是 一些 基于数字技术的新 型 产品，随着单片机性 本身 价比的不断提高，新 型 产品的应用也越来越广泛。 有的 可以 运用于大 工业 里的 过程控制系统，具有强大 的控制功能； 有的 可以 运用于智能家居 控制，甚至可以用于 小孩的 电子玩具 中 。它功能强大、体积小、质量轻、灵活好用， 给它连接各种不同 的 控制 芯片， 就 可以 实现各种不同的功能 2。 根据这些 情况，设计了一个单片机 电子 时钟系统，它有基本的 时间 显示 功 能 ，还有定时功能，可扩展 多种功能用来 方便人们的生活。 基于单片机的电
12、子时钟设计 2 2.电子时钟的 设计 原理 2.1 电子时钟的特点 随着电子工业的发展，电子产品日新月异。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功能。诸如数字钟、万年历、电子表、定时自动报警、定时启闭电路、通断动力设备，甚至各种定时电气的自动启用、通信、网络等众多领域，所有这些都是以钟表数字化为基础的。由于其功能的不断增加，使用方便性不断提高，很多产品已经成为人类日常生活中不可或缺的助手 。 现在许多高精度的计时工具都使用了石英晶体振荡器，由于电 子钟，电子表，石英表都采用了石英技术，因此工作时精度高，稳定性能好，用起来方便，不需要经常调试，数字电子时钟用集成电
13、路计时时，译码代替机械式传动，用 LED 显示代替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 显示的功能，还可以进行时和分的校对，片选的灵活性好 3。 2.2 电子时钟的应用 电子时钟除了在城市的主要营业场所、车站、码头等公共场所使用，还可以改装在摩托车和汽车上， LCD 显示，带蓝色背光，白天在太阳光下也能非常清楚的看到显示时间，关钥匙可以关闭蓝色背光，时间还能显示也不会清零，因 LCD的显示耗电量很省的，所以工作时也不用担心耗电问题。在行路上，如果司机看时间可能会很麻烦甚至影响其他人的生命安危。现在车上改装了一个蓝色的液晶电子钟，不管白天还是黑夜，随时可以看时间，非常方便
14、4。 2.3 电子钟的工作原理 本设计的 电子 时钟是由 AT89C51,八 段数码管等构成，采用晶振电路作为驱动电路，由 计时 程序 和循环程序产生的一秒 定时，达到时分秒的计时，六十秒为一分钟，六十分钟为一小时，满二十四小时为一天。电路中 的四 个 控制键拥有多种不同的功能，按下又松开，可以实现 校对时间以及定时 的功能， 还可以 达到省电的 目的。 咸阳师范学院 2013 届本科毕业毕业论文（设计） 3 2.4 电子时钟的设计流程 图 1 设计流程图 3.设计方案 3.1 硬件电路的设计方案 本设计的 硬件电路设计框图 如图 2所示： 图 2 总体结构框图 由图 2 可以看出： 本设计电
15、路 的 硬件部分共 由 五部分组成 ，分别为 按键模块、复位电路模块、振荡电路模块、发声模块、时间显示模块。振荡电路模块负责给单片机提供时钟周期。复位电路模块负责上电后自动复位，或按键后强制复位。Proteus 电路设计 源程序设 计生成目标代码 基于 proteus 仿真 AT89C51 时间显示 按键电路 振荡 电路 复位电路 蜂鸣器 基于单片机的电子时钟设计 4 上电后，由单片机内部 定时器计时，同时通过动态显示函数自动将时分秒显示到数码管上。与此同时，按键扫描函数一直扫描按键引脚状态，一旦扫描按键被按下，即 进入相应的功能函数。如果检测到定时时间到，则驱动蜂鸣器发生提示 。 3.2 硬
16、件电路的原理图 由上面的设计框图可以进一步得出本系统的电路原理图。 原理图如 图 3所示 ： 图 3 电路原理图 本设计 是 采用晶振电路作为驱动电路，由计时程序和循环程序产生的一秒定时，达到时分秒的计时，六十秒为一分钟，六十分钟为一小时，满二十四小时为一天。电路中的四个控制键拥有多种不同的功能，按下又松开，可以实现校对时间以及 定时 的功能 。 咸阳师范学院 2013 届本科毕业毕业论文（设计） 5 3.3 硬件电路说明 3.3.1主控制模块 AT89C51 是一种带 4K 字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压，高性能CMOS8 位微处理器，俗称单片机 5。 AT89C51 单片机引脚介绍
17、： Vcc：电源 Vss:地线 P0 口： P0口地址为 80H,位地址为 80H 87H。各位口线是有完全相同但又相互独立的逻辑电路。 P0 口的逻辑电路主要由 D 触发器构成的锁存器， FET(场效应管 )构成的输出驱动电路，用于引脚数据输入缓冲的缓冲器，一个多路转接开关（ MUX）构成。 8位口线的锁存器位构成一个口的锁存器，所谓的口地址就是锁存器的地址。锁存器的功能是使数据在口中保留一段时间。 MUX 的一个输入来自锁存器，另一个输入为 “ 数据 /地址 ” 。输入转接由控制信号控制，设置多路转接开关的原因是 P0 口既可以作为通用 I/O 口进行数据输入 /输出，又可以作为单片 机系
18、统的地址 /数据线使用。设置多路转接开关可以方便的实现转换。 P1 口： P1 是一个带有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口。 P1 口地址为 90H,位地址为 90H 97H。 P1 口只能作为通用数据 I/O 口使用所以在电路结构上与 P0口有些不同。 第一， 因为它只能传送数据，所以不再需要多路转接开关（ MUX）； 第二， 驱动电路中有上拉电阻。其上拉电阻并不是真正的电阻，而是一个能起到上拉电阻作用的 由 两个场效应管构成的电路。 P2 口： P2 是一个带有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口， P2 口地址为 A0H，位地址为 A0H A7H。 P2 口既可作为系统高位地址线
19、使用，也可作为通用 I/O 口使用，所以 P2 口的电路逻辑与 P0 口类似，也有一个多路转接开关。 但多路转接开关的一个输入端不再是地址 /数据，而是单一的地址，因为在构造系统总线时，P2口只能作为高位地址而不能作为数据线使用。当 P2口作为高位地址线使用时，多了开关倒向地址端；而当通用 I/O 口使用时，多路开关倒向锁存器的 Q端。 基于单片机的电子时钟设计 6 图 4 AT89C51 引脚排列 图 P3口： P3口是一组带有内部上拉电阻的 8位双向 I/O口。 P3口的地址为 B0H，位地址为 BOH B7H。虽然 P3口可以作为通用 I/O 口使用，但在实际应用中我们更多的使用的是他的
20、第二功能信号。 P3.0 RXD（串行数据接收） P3.1 TXD（串行数据发送） P3.2 INT0（外部中断 0申请） P3.3 INT1（外部中断 1申请） P3.4 T0（定时器 /计时器 0计数输入） P3.5 T1（定时器 /计时器 1计数输入） P3.6 /WR（外部 RAM 写选通） P3.7 /RD（外部 RAM 读选通） RST：复位信号。当输入的复位信号延续 2 个机器周期以上的高电平时即为有效，用于单片机的复位操 作。 ALE：地址锁存控制信号。在系统扩展时， ALE 用于把 P0 口输出的低八位地址送入锁存器锁存起来，以实现低位地址和数据的分时传送。此时由于 ALE 是以
