1、本科毕业论文基于单片机的数字钟设计专 业： 电子信息科学与技术 指导教师： 学生姓名： 学生学号： 目录摘要 .IIIAbstract .IV第一章 绪论 .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 主要工具和器件 .22.1 单片机的选择 .22.1.1 多功能 .22.1.2 高效率和高性能 .32.1.3 低电压和低功耗 .32.1.4 低价格 .32.2 仿真软件 Proteus .32.2.1 概述 .32.2.2 Proteus 主要功能 .32.2.3 Proteus 的用途及其在本系统中的作用 .42.3 调试软件 Ke
2、il C51 .42.4 液晶显示屏 .42.5 晶振 .52.6 蜂鸣器 .52.7 DS12C887.62.8 键盘 .7第三章 系统总体设计与分析 .83.1 系统整体设计 .83.2 键盘控制电路模块 .83.3 时钟周期设计模块 .93.4 复位电路设计模块 .103.5 显示器模块 .113.6 蜂鸣器模块 .123.7 DS12C887 闹钟模块 .123.8 电阻模块 .143.9 硬件的总体设计 .153.10 系统的软件设计 .163.10.1 主程序模块图 .163.10.2 时间调整与显示流程图 .173.10.3 闹钟定时流程图 .18第四章 系统调试 .204.1
3、软件调试 .204.2 硬件部分 .214.3 软硬联调 .23总结 .26参考文献 .27附录 .28致谢 .33基于单片机的数字钟设计摘要现代生活的人们越来越重视起了时间的观念，可以说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 LCD 为显示器的时钟比指针式的时钟表现出了很大的优势，LCD 显示的时间简单明了而且读数快、时间准确显示到秒。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。数字钟的精度稳定度远远超出老式机械钟。在这次设计中我们采用了 AT89C51 作为主控机器，采用DS12C887 来实现闹钟的功能，采用了一
4、个按键进行复位时使用，三个按键来随时随地的调节逆隋需要的时间，平且使用了 LCD 液晶显示时、分、秒，以 24 小时计时方式，用 12MHZ 的晶振产生脉冲，定时器计数。在此次设计中 ,电路除了具有显示时间的基本功能外，还可以实现对时间的调整以及闹钟提醒功能，数字钟是其小巧，价格低廉，走时精度高，使用方便，多功能，便于集成化而受到广大消费的喜爱，因此得到了广泛的使用。关键词：单片机；数字钟；液晶显示Clock Design Of Based On SCM Digital AbstractModern life of people pay more and more attention to u
5、p the concept of time, can say time and money off of equality. For those very strict to time and accurate grasp the person or thing for, time is not accurate will bring very big trouble, so the clock with LCD for display than the clock pointer type showed a lot of advantage, LCD display time reading
6、 simple and quick, time accurately display to seconds.A digital clock is adopting digital circuit implementation provides the diffculties digital display timer. A digital clock precision stability far beyond old mechanical clock. In this design we adopted AT89C51 as the master machine, using DS12C88
7、7 to achieve the alarm clock function, adopted a button to reset use anytime and anywhere, three button to adjust the time required to inverse sui, flat and USES the LCD display, minutes and seconds, with 24 hours, with the way 12MHZ clock crystals produce pulse, the timer counting. In this design,
8、circuit besides have show time basic functions, but also can make the time adjustment and alarm clock reminded function, a digital clock is its small, inexpensive, high precision, easy to use and walking, multi-function, facilitate integration and receives the general consumers favorite, so it has b
9、een widely used.Keywords: SCM, A Digital Cclock,Liquid Crystal Display第一章 绪论1.1 数字电子钟的背景21 世纪，社会生产力的发展和社会信息化程度的有了很大程度上的提高。 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，一旦有重要事情，一时的耽误可能酿成大祸，而闹钟就可以在关键时刻起到提醒的作用。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低功耗、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。单片机应用
10、的重要还在于，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。数字钟模块中最常见的是单片机，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，具有更长的使用寿命，因此得到了广泛的使用。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
11、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来了极大的方便，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。1.3 数字电子钟的应用数字钟已成为人们生活中必不可少的一部分，广泛用于生活的各个方面和公共场所，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，它还用于计时、自动控制等各个领域。第二章 主要工具和器件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。单片机微型计算机简称单片机，特别适用
12、于控制领域，故又称为微控制器。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，单片机只需要和外部设备及适当的软件相结合，便可成为一个单片机控制系统。在此，我们采用型号为 AT89C51 的单片机。AT89C51 是一个低电压，高性能CMOS 8 位单片机带有 4K 字节的可反复擦写的程序存储器和 128 字节的存取数据存储器（RAM） ，这种器件采用 ATMEL 公司的高密度、不容易丢失存储技术生产，并且能够与 MCS-51 系列的单片机兼容。片内含有 8 位中央处理器和闪存，有较强的功能的 AT89C51 单片机能够被应用到
13、控制领域中，AT89C51 单片机实物图如图 2.1 所示：图 2.1 AT89C51 实物图单片机经过前几代的发展，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。2.1.1 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（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
14、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 1。2.1.2 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
15、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。2.1.3 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。2.1.4 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。 2.2 仿真软件 Proteus2.2.1 概述Proteus 是世界上著名的 EDA 工具(
16、仿真软件)，从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到 PCB 设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB 设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台，其处理器模型支持8051、HC11、PIC 10/12/16/18/24/30/DSPIC33、AVR、ARM、8086 和 MSP430 等，2010 年增加 Cortex 和 DSP 系列处理器，并持续增加其他系列处理器模型。在编译方面，它也支持 IAR、KeilC 和 MPLAB 等多种编译器 2。2.2.2 Proteus 主要功能Proteus 软件具有其它 EDA 工具软件（例：
17、multisim）的功能。这些功能是： 原理布图； PCB 自动或人工布线； SPICE 电路仿真。革命性的特点： 互动的电路仿真用户甚至可以实时采用诸如 RAM，ROM，键盘，马达，LED ，LCD，AD/DA，部分 SPI 器件，部分 IIC 器件。 仿真处理器及其外围电路可以仿真 51 系列、AVR、PIC、ARM 、等常用主流单片机。还可以直接在基于原理图的虚拟原型上编程，再配合显示及输出，能看到运行后输入输出的效果。配合系统配置的虚拟逻辑分析仪、示波器等，Proteus 建立了完备的电子设计开发环境。2.2.3 Proteus 的用途及其在本系统中的作用单片机在很多产品中得到广泛的应
18、用，无论是 51 系列、AVR、还是 PIC 系列，他们各有各的特点，学习者也是逐年增加，但是在学习开发过程中，我们往往在确定方案后做试验的开支往往比较大，尤其是对于一些学生或者初学者这就可能成为他们学习的障碍。我们使用 Proteus 软件进行模拟仿真，这样大大节省了时间和开发费。尤其将此软件用在单片机开发中是一个不错的选择。2.3 调试软件 Keil C51Keil C51 是德国 Keil Software 公司出品的 51 系列兼容单片机 C 语言软件开发系统，与汇编相比，C 语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，因而易学易用。用过汇编语言后再使用 C 来开发，体会更加
19、深刻 3。Keil C51 生成的目标代码效率非常之高，多数语句生成的汇编代码很紧凑，容易理解。在开发大型软件时更能体现高级语言的优势。在本设计中 Keil C51 主要是实现程序的编译、与 Proteus 的联合调试。2.4 液晶显示屏液晶显示器具有功耗低， 寿命长的特点。是目前单片机应用的重要领域，无论机器，仪表，等都可以看到他的身影，然而，想要找一个适合于自己玩的液晶还真的比较困难，在这里我们选用了 1602 液晶显示器 ，因为它具有使用简单，容易掌握的特点，更适合初始实践者使用。1602 液晶显示屏实物图如图 2.2 所示：图 2.2 1602 液晶显示屏实物2.5 晶振没有晶振，就没有时钟周期，没有时钟周期，就无法执行程序代码，单片机就无法工作。 单片机工作时，是一条一条地从 RoM 中取指令，然后一步一步地执行。单片机访问一次存储器的时间，称之为一个机器周期，这是一个时间基准。个机器周期包括12 个时钟周期。如果一个单片机选择了 12MHz 晶振，它的时钟周期是 112us，它的一个机器周期是 12(112)us，也就是 1us。所以我们这里采用的是 12MHZ 晶振，他正好满足我们整个实验的要求。 12MHZ晶振实物图如图 2.3 所示：图 2.3 12MHZ 晶振实物
