1、 中图分类号：基于单片机控制的电子时钟设计专 业 名 称： 应用电子技术学生姓名： 王明宗导师姓名： 王春霞 职 称： 讲 师焦作大学机电工程学院2012 年 12 月毕业设计中图分类号： 密级：UDC： 单位代码：基于单片机控制的电子时钟设计Based on single-chip microcomputer control the design of the electronic clock 焦作大学机电工程学院姓 名 王明宗 学 制 3 年专 业 应用电子技术 研究方向 电子技术导 师 王春霞 职 称 讲 师论文提交日期 2012.12.20 论文答辩日期 2012.12.31焦作大学机
2、电工程学院毕业设计 摘要摘要现代生活的人们越来越重视起了时间观念，可以说是时间和金钱划上了等号。对于那些对时间把握非常严格和准确的人或事来说，时间的不准确会带来非常大的麻烦，所以以数码管为显示器的时钟比指针式的时钟表现出了很大的优势。数码管显示的时间简单明了而且读数快、时间准确显示到秒。所以数字电子钟的精度、稳定度远远超过老式机械钟。而机械式的依赖于晶体震荡器，可能会导致误差。在这次设计中，我们采用 LED 数码管显示时、分、秒，以 24 小时计时方式，根据数码管动态显示原理来进行显示，以 AT89S51 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 4.5V 直流电源供电，通过
3、数码管能够准确显示时间，调整时间，并在数码管上显示相应的时间。关键词：单片机 AT89S51 电子时钟焦作大学机电工程学院毕业设计 摘要ABSTRACTModern life people pay more and more attention to up the concept of time, can say time and money off the equal sign. For those who grasp of time is very strict and accurate person or thing, it is not accurate time will bring
4、 very big trouble, so to digital tube for display clock than pointer clock showed a lot of advantages. Digital tube display time simple and fast reading, time accurate display to seconds. So the digital clock accuracy, stability is far more than the old mechanical clock. And mechanical dependent on
5、the crystal oscillators, may lead to error. In this design, we adopt LED digital tube display, points, SEC to 24 hours time way, according to the principle of dynamic display of digital tube to show that AT89S51 chip as the core, with the necessary circuit, design a simple electronic clock, it consi
6、sts of 4.5 V dc power supply, through the digital tube can accurately display the time, adjusting time, and in the digital tube display the corresponding time. Key word: SCM AT89S51 electronic clock 焦作大学机电工程学院毕业设计 目录目 录第一章 引言 .11.1 数字电子钟的背景 .11.2 数字电子钟的意义 .11.3 数字电子钟的应用 .1第二章 设计方案 .32.1 数字时钟方案 .32.2
7、 数码管显示方案 .3第三章 系统设计 .43.1 总体设计 .43.2 单片机外围控制电路 .43.2.1 单片机的选择 .43.2.2 控制电路 .63.2.3 电源部分 .73.2.4 复位电路 .83.2.5 程序下载接口 .83.2.6 位选部分 .93.2.7 数码管的连接电路 .9第四章 软件设计 .114.1 程序流程图 .114.2 源程序 .13第五章 使用调试 .20第六章 设计总结 .21参考文献 .22附录 .23致谢 .24焦作大学机电工程学工程学院毕业设计 第一章 引言0第一章 引言1.1 数字电子钟的背景 20 世纪末，电子技术获得了飞速的发展，在其推动下，现代
8、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。而单片机模块中最常见的就是数字电子钟，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。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
9、、小体积、大容量、高性能、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。1.2 数字电子钟的意义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
10、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。焦作大学机电工程学工程学院毕业设计 第一章 引言11.3 数字电子钟的应用 数字钟已成为人们日常生活中：必不可少的必需品，广泛用于个人家庭以及车站、码头、剧场、办公室等公共场所，给人们的生活、学习、工作、娱乐带来极大的方便。由于数字集成电路技术的发展和采用了先进的石英技术，使数字钟具有走时准确、性能稳定、携带方便等优点，它还用于
11、计时、自动报时及自动控制等各个领域。现今，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，石英表，石英钟都采用了石英技术，因此走时精度高，稳定性好，使用方便，不需要经常调校，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 显示器代替显示器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，秒显示时间的功能，还可以进行时和分的校对，片选的灵活性好。时钟电路在计算机系统中起着非常重要的作用，是保证系统正常工作的基础。在一个单片机应用系统中，时钟有两方面的含义：一是指为保障系统正常工作的基准振荡定时信号，主要由晶振和外围电路组成，晶振频率的大小决定了单片机系统工作的快
12、慢；二是指系统的标准定时时钟，即定时时间，它通常有两种实现方法：一是用软件实现，即用单片机内部的可编程定时/计数器来实现，但误差很大，主要用在对时间精度要求不高的场合；二是用专门的时钟芯片实现，在对时间精度要求很高的情况下，通常采用这种方法，典型的时钟芯片有：DS1302，DS12887，X1203等都可以满足高精度的要求。本文主要介绍用单片机内部的定时/计数器来实现电子时钟的方法，本设计由单片机 AT89S51 芯片和 LED 数码管为核心，辅以必要的电路，构成了一个单片机电子时钟。焦作大学机电工程学院毕业设计 第二章 设计方案2第二章 设计方案2.1 数字时钟方案数字时钟是本设计的最主要的
13、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
14、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，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。2.2 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
15、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。焦作大学机电工程学院毕业设计 第三章 系统设计1第三章 系统设计3.1 总体设计利用单片机（AT89S51）制作简易
16、电子时钟，由六个 LED 数码管分别显示小时十位、小时个位、分钟十位、分钟个位、秒钟十位、秒钟个位。6 个 PNP 管（9012）分别控制六个数码管的亮灭，其中一个按键（S1）用于系统复位,另一个按键（S2）用于时间调整。显示部分控制部分单片机（AT89S51）按键 S2复位电路电源部分直流电源 4.5V6 个七段共阴极数码管显示秒，分钟及小时位位选部分6 个 PNP 三极管（ 9012）图 3-1 系统框图Figure 3-1 system block diagram 3.2 单片机外围控制电路 3.2.1 单片机的选择单片机微型计算机是微型计算机的一个重要分支，也是颇具生命力的机种。单片机
17、微型计算机简称单片机，特别适用于控制领域，故又称为微控制器。焦作大学机电工程学院毕业设计 第三章 系统设计2通常，单片机由单块集成电路芯片构成，内部包含有计算机的基本功能部件：中央处理器、存储器和 I/O 接口电路等。因此，单片机只需要和适当的软件及外部设备相结合，便可成为一个单片机控制系统。单片机经过 1、2、3、3 代的发展，正朝着多功能、高性能、低电压、低功耗、低价格、大存储容量、强 I/O 功能及较好的结构兼容性方向发展。其发展趋势不外乎以下几个方面：1、多功能 单片机中尽可能地把所需要的存储器和 I/O 口都集成在一块芯片上，使得单片机可以实现更多的功能。比如 A/D、PWM、PCA
18、（可编程计数器阵列）、WDT（监视定时器-看家狗）、高速 I/O 口及计数器的捕获/比较逻辑等。有的单片机针对某一个应用领域，集成了相关的控制设备，以减少应用系统的芯片数量。例如，有的芯片以 51 内核为核心，集成了 USB 控制器、SMART CARD 接口、MP3 解码器、CAN 或者 I*I*C 总线控制器等，LED、LCD 或 VFD 显示驱动器也开始集成在 8 位单片机中。2、高效率和高性能为了提高执行速度和执行效率，单片机开始使用 RISC、流水线和 DSP 的设计技术，使单片机的性能有了明显的提高，表现为：单片机的时钟频率得到提高；同样频率的单片机运行效率也有了很大的提升；由于集
19、成度的提高，单片机的寻址能力、片内 ROM（FLASH）和 RAM 的容量都突破了以往的数量和限制。由于系统资源和系统复杂程度的增加，开始使用高级语言（如 C 语言）来开发单片机的程序。使用高级语言可以降低开发 难度，缩短开发周期，增强软件的可读性和可移植性，便于改进和扩充功能。3、低电压和低功耗单片机的嵌入式应用决定了低电压和低功耗的特性十分重要。由于 CMOS 等工艺的大量采用，很多单片机可以在更低的电压下工作（1.2V 或 0.9V），功耗已经降低到 uA 级。这些特性使得单片机系统可以在更小电源的支持下工作更长的时间。4、低价格单片机应用面广，使用数量大，带来的直接好处就是成本的降低。目前世界各大公司为了提高竞争力，在提高单片机性能的同时，十分注意降低其产品的价格。
