1、本科毕业设计（论文）（20 届）基于 AT89C51 单片机数字钟所在学院专业班级 电子信息科学与技术学生姓名指导教师完成日期目录摘要 .IIIAbstract .IV第一章 绪论 .11.1 研究目的及意义 .11.2 国内外研究的现状 .11.3 数字钟 .2第二章 硬件简介 .32.1 单片机介绍 .32.1.1 单片机特点 .32.1.2 AT89C51 介绍 .32.1.3 89C51 各引脚功能 .42.1.4 计数器/定时器原理 .52.2 LED 显示器 .62.3 蜂鸣器 .72.4 键盘 .7第三章 硬件设计 .83.1 设计介绍 .83.2 硬件电路 .93.2.1 时钟
2、振荡电路设计 .93.2.2 复位电路设计 .113.2.3 键盘电路设计 .123.2.4 蜂鸣器电路设计 .123.2.5 显示电路设计 .133.2.6 译码电路 .14第四章 软件程 序 .154.1 程序流程图 .154.2 汇编语言 .16参考文献 .17附录 .18附录 1 数字钟硬件电路图 .18附录 2 程序 .19致谢 .30基于 AT89C51 单片机数字钟摘要随着现代生活节奏的逐渐加快，人们对时间的运用和把握显得越发的重要。能更为高效的解决事情会使我们在竞争激烈的当今社会中取得先机。本文研究的重点在于通过 MCS-51 单片机控制的数字钟。对 AT89C51 单片机为主
3、的控制器，整个单片机系统，LED 显示，键盘，蜂鸣器等附件进行深入的学习，研究后，再对各个硬件模块分析，调试，安装，最后编写一段相关的汇编语言程序输入单片机中，使单片机控制整个数字钟运作，完成整个设计。设计出来的电子钟能够实现的功能为时间的修改，显示当前时间，闹铃，通过键盘来实现对时间的调校和闹铃的设置。将多种功能集于一身，是单片机的主要优势之一，除此外，它相对的运算速度和精确度都比较高，能够满足我们对时钟的一切要求。本系统中大部分功能都是由程序控制完成，硬件电路的复杂性降低了很多。采用此种方法来实现数字钟，也符合当代数字钟设计的主流趋势。关键字：数字钟 ；AT89C51 单片机 ；LED 显
4、示 ；闹铃AT89C51 Microcontroller Based Digital ClockAbstractNowadays the tempo of our life is becoming faster and faster. Its important to us to be good at using time. If we can make things more efficient solution to our society in todays highly competitive head start.The focus of this paper is the digi
5、tal clock which is controlled by MCS-51.The by AT89C51 microcontroller-based controller is the microcontroller in the system, LED display, keyboard, buzzer-depth look at other accessories for study, research, and then analysis of the various hardware modules, debugging, installation, and finally wri
6、te a related to enter the microcontroller assembly language program to complete the entire design.The time clock designed by us can achieve such as change, display, alarm, through the keyboard to adjust and set the alarm time. One of the main advantages of microcontroller is there are a variety of f
7、unctions rolled into one. Besides , it is relatively the speed and high accuracy. We can meet all the requirements on the clock. Most of the functionality of the system is procedures complete control, do reduce the complexity of the circuit a lot. So the use of such methods to achieve this digital c
8、lock combined contemporary design trends.Keywords ：digital clock ，AT89C51 microcontroller ，LED display ，alarm第一章 绪论1.1 研究目的及意义数字钟的设计方法是多种多样的，用小规模集成电路组成，利用电子时钟芯片DS1308 等配上显示电路，还有就是利用单片机通过程序控制。基于单片机的数字钟设计,看似是对数字钟来进行制作，实际上主角确是单片机，整篇论文也是围绕着单片机在数字钟系统中的运用来进行研究的。如今的电子产品都逐渐在向着智能化，轻便，简洁等方面发展。单片机由于其内部集成度高，体积小
9、，高功率，高性能等特点集于一身，使得它将会在以后成为各类电子产品主要的控制工具。伴随着这种趋势的发展，对单片机更深入的研究和学习都显得很有必要了。通过基于单片机数字钟的设计能使我们对 51 型单片机有更进一步的了解，可以从中找到许多单片机的特性和优点。单片机在各类电子产品中都有被使用，从航空航天事业到汽车上各种仪表的控制，从计算机的数据传输到工业自动化过程的控制和数据处理，以及生活中广泛使用的各种储蓄卡、银行取款机等，这些都离不开单片机工作。单片机的使用将会让我们的生活更加的多姿多彩并且更加的智能化。所以,现在对单片机的研究和学习都是很有意义的，本次论文的宗旨也是希望通过电子钟的设计能对单片机
10、有更为直观的认识和体会，最终从实践中巩固理论知识。1.2 国内外研究的现状1976 年 INTEL 公司研制出 MCS-48 系列 8 位单片机，这标志着第一台单片机的问世。在 20 世 纪 80 年 代 初 期 ， Intel 公 司 在 原 有 MCS-48 系 列 单 片 机 的 基 础 上 ， 推 出了 MCS-51 系 列 8 位 高 档 单 片 机 。 MCS-51 系 列 单 片 机 无 论 是 片 内 I/O 口 功 能 ，RAM 容 量 和 系 统 扩 展 方 面 都 有 了 很 大 的 提 高 。随着单片机的发展趋势，现在研究的基于单片机的数字钟也摆脱了原有的功能单一，体积
11、庞大，走时不精确的缺点，逐渐变得低功耗，功能更为完善，体积变小，成本也在降低。现在，所见到的数字钟已经能够显示更多的信息，也增添了许多新的功用，如：电子的日历，电子的闹钟，温度计，湿度计等。这些都和单片机的升级是分不开的。1.3 数字钟数字钟是一种用数字电路技术实现“时” 、 “分” 、 “秒”计时的装置，一般由振荡器、分频器、译码器等几部分组成。其中, 振荡器和分频器组成标准的秒信号发生器, 由不同进制的计数器、译码器和显示器组成计时系统。把秒信号送入计数器进行计数, 把累积的结果以“时”、“分”、“秒”的数字显示出来。“小时”的显示由二十四进制计数器、译码器和显示器构成，“分”、“秒”的显
12、示分别由六十进制计数器、译码器和显示器组成 1。高精度的计时工具大多数都使用了石英晶体振荡器产生原始的时钟频率，例如：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 显示器代替指针显示进而显示时间，减小了计时误差 2。在进入电子时代后，相对于机械时钟，更为直观，准确的电子钟得到了广大人群的青睐，无数大小不一，外观不同的电子式时钟充斥着大街小巷，这给人们的生活带来了不小的便利。由于数字集成电路和石英晶体振荡器的使用的日趋成熟与广泛，使得数字钟无论从使用寿命还是从精确等角度都将超过老式的时钟。现
13、如今，电子钟的使用率是越来越高，它给人们带来的便利也越来越多，使人们的生活也越来越离不开它了。第二章 硬件简介2.1 单片机介绍2.1.1 单片机特点单片机具有体积小，价格便宜，可靠性高等特点。它把计算机的基本部件微型化，并集成到一块芯片上，通常片内都含有中央处理器部件（CPU） ，数据存储器（RAM） ，程序存储器（ROM、EPROM 、FLASH ROM） 、还有定时器/计数器，总线如 RS-232 串行通信口、系统时钟、中断控制、系统总线等 3。但在功能性方面比家用机要弱了不少，相对的价格也低廉了不少，适合大量的生产和使用。单片机从采用 PMOS 工艺逐渐发展到现在的 CMOS 半导体工
14、艺技术。慢慢的提高了其集成度，使其功耗大大的降低，工作电压的范围也在随之加宽。伴随着电子时代的到来，我们身边被各种电子产品充斥着，琳琅满目的电子仪器、仪表，洗衣机、电视机等，在其中都多少的加入了单片机的成分，除此外在当今的社会对电子产品的要求逐渐向小，快，灵发展，由于其价格低廉，体积小等特点，更加推动了单片机将会在今后大有可为。单片机系统结构简单，使用方便，实现功能模块化，更主要的是其更适合嵌入式系统，所谓的嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础,并且软硬件可裁剪,适用于应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统 4。单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且
15、价廉的方案。这些优势都使单片机的使用更加广泛。2.1.2 AT89C51 介绍AT89C51 如图 2.1 所示，是一种带 4K 字节闪存可编程，可擦除只读存储器的低电压、高性能 CMOS 8 位微处理器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1000 次。该器件采用 ATMEL 高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51 指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能 8 位 CPU 和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL 的 AT89C51 是一种高效微控制器。除此外，它还是一款单片封装的微控制器，适合于许多要求高集成度、低成本的场合。图 2.1 AT89C512.1.3 89
16、C51 各引脚功能 VCC：用于电压的提供 GND：用于接地 P0 口：P0 口为一个 8 位漏级开路双向 I/O 口，每个引脚可吸收 8TTL 门电流。当P0 口的管脚第一次写 1 时，被定义为高阻输入。P0 能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在 FIASH 编程时，P0 口作为原码输入口，当 FIASH 进行校验时，P0 输出原码，此时 P0 外部必须被拉高。 P1 口 ： P1 口 是 个 带 内 部 上 拉 电 阻 的 8 位 双 向 I/O 口 ， P1 口 的 缓 冲 器 能 够 接 收 输出 4 个 TTL 门 电 流 。 当 P1 口 的 管 脚 被
17、 写 入 “1”， 内 部 上 拉 会 为 高 ， 可 被 用 作 为输 入 ， 当 P1 口 被 外 部 下 拉 为 低 电 平 时 ， 输 出 电 流 ， 由 于 内 部 上 拉 的 缘 故 。 在FLASH 编 程 和 校 验 时 ， P1 口 将 会 作 为 第 八 位 的 地 址 来 接 收 。 P2 口：P2 口为一个内部上拉电阻的 8 位准双向口， P2 口 的 缓 冲 器 能 接 收 ， 输 出4 个 TTL 门 电 流 ， 当 P2 口 被 写 入 “1”时 ， 其 管 脚 被 内 部 上 拉 电 阻 拉 高 ， 且 作 为输 入 。 并 作 为 输 入 时 ， P2 口 的
18、 管 脚 会 被 外 部 拉 低 ， 将 输 出 电 流 。 由 于 内 部 上 拉的 缘 故 。 P2 口 当 用 于 外 部 程 序 存 储 器 或 16 位 地 址 外 部 数 据 存 储 器 进 行 存 取 时 ，P2 口 输 出 地 址 的 高 八 位 。 在 给 出 地 址 “1”时 ， 它 将 会 利 用 内 部 上 拉 优 势 ， 当 对 外部 八 位 地 址 数 据 存 储 器 进 行 读 写 时 ， P2 口 输 出 其 特 殊 功 能 寄 存 器 的 内 容 。 P3 口 ： P3 口 是 一 个 带 有 内 部 上 拉 电 阻 的 8 为 准 双 向 I/O 口 ， 且
19、 是 个 双 功 能 口 。当 作 为 第 一 功 能 口 使 用 时 ， 工 作 原 理 和 P1， P2 口 差 不 多 ， 但 第 二 输 出 功 能 线 保持 为 高 电 平 ， 使 与 非 门 N3 对 锁 存 器 输 出 （ Q 端 ） 畅 通 。 表 2.1 P3 口作为 AT89C51 的第二功能端口引脚 第二功能P3.0 RXD（ 串 行 输 入 口 ）P3.1 TXD（ 串 行 输 出 口 ）P3.2 INT0（ 外 部 中 断 0）P3.3 INT1（ 外 部 中 断 1）P3.4 T0（ 记 时 器 0 外 部 输 入 ）P3.5 T1（ 记 时 器 1 外 部 输 入
20、 ）P3.6 WR（ 外 部 数 据 存 储 器 写 选 通 ）P3.7 RD（ 外 部 数 据 存 储 器 读 选 通 ） RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持 RST 脚两个机器周期的高电平时间。 XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 XTAL2：来自反向振荡器的输出。 运算器：实现 4 位、8 位、16 位数据完成算术和逻辑运算。 累加器：8 位的寄存器，其中精彩存放一个操作数、中间结果和运算结果。 控制器：计算机的控制指挥部件，使计算机的每个部件能协调工作。 寄存器：用于存放程序和数据。 中央处理器：MCS-51 的 CPU 能处理 8 位二进制数或代码。
21、 定时器/计数器：8051 有 2 个 16 位的定时器/计数器，用于实现定时或计数的功能，并以其定时或计数的结果对计算机进行控制。定时的时候靠内部分频时钟频率计数实现，做计数器时，对 P3.4（T0）或 P3.5(T1)端口的低电平脉冲计数。 中断：MCS-51 中共有 5 个中断源，其中外中断 2 个，定时中断 2 个，串行中断 1个，全部中断分为高级和低级共两个优先级别。2.1.4 计数器/定时器原理在 51 单片机中有 2 个 16 位的定时器/计数器分别是 T0 和 T1 它由加法计数器、方式寄存器 TMOD、控制寄存器 TCON 等组成。方式寄存器用于设定定时计数器 T0 和T1 的工作方式，控制寄存器用于对定时计数器启动、停止进行控制。每个定时计数器
