1、 基于单片机的电子时钟设计 摘 要 20 世纪末，电子技术获得了飞速的发展，在其推动下，现代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。 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。而机械式的依赖于晶体震荡器，可能会导致误差。 数字钟是采用数字电路实现对“时”、
2、“分”、“秒”数字显示的计时装置。数字钟的精度、 稳定度远远超过老式机械钟。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，用 12MHz 的晶振产生振荡脉冲，定 时器计数。在此次设计中，电路具有显示时间的其本功能，还可以实现对时间的调整。数字 钟是其小巧，价格低廉，走时精度高，使用方便，功能多，便于集成化而受广大消费的喜爱 ， 因此得到了广泛的使用。 关键字：数字电子钟 单片机 Abstract The late 20th century, electronic technology has been rapid develop
3、ment in its promotion, penetration of modern electronic products will almost Fields, a strong impetus to the development of social productive forces and social improvement in the level of information, while also further improve the performance of modern electronic products, replacement products have
4、 become increasingly fast pace. Growing emphasis on modern life from the time the concept of time and money can be said to draw the equal sign. For those who are very strict and accurate grasp of time and things, time will not exactly bring a very big trouble, so as to control the display of digital
5、 clock than the clock pointer showed a big advantage. Digital display of time reading simple and fast, accurate display of time to seconds. The mechanical oscillator depends on the crystal may lead to errors. Digital Clock is a digital circuit implementation of the “when“, “sub“, “seconds“ The figur
6、es show the timing device. Digital clock precision, stability, far more than the old mechanical clock. In this design, we use LED digital display hours, minutes, seconds, to 24-hour time mode, according to digital control theory to dynamic display to display, use the 12MHz crystal oscillation pulse,
7、 the timer count. In this design, the circuit has a display time of the this function, you can also realize the time adjustment. Digital clock is its compact, low cost, travel time and high precision, easy to use, features and more, easy integration and loved by the general consumer, so widely used.
8、 Keywords: digital electronic clock SCM 目 录 第一章 绪论 1.1 数字电子钟的 背 景 4 1.2 数字电子钟的 意义 4 1.3 数字 电子 钟的应用 4 第 二章 整体设计方案 2.1 单片机的选择 6 2.2 单片机的基本结构 8 第三章 数字钟的硬件设计 3.1 最小系统设计 12 3.2 LED 显示电路 15 第四章 数字钟的软件设计 4.1 系统软件设计流程图 18 4.2 数字电子钟的原理图 21 4.3 主程序 22 4.4 时钟设置子程序 21 4.5 定时器中断子程序 21 4.6 LED显示子程序 22 4.7 按键控制子程序
9、 24 第五章 系统仿真 5.1 PROTUES 软件介绍 31 5.2 电子钟系统 PROTUES仿真 31 第六章 调试与功能说明 6.2 系统性能测试与功能说明 32 6.3 系统时钟误差分析 32 6.1 硬盘调试 32 6.4 软件调试问题及解 决 32 结 束语 .34 参考文献 35 致谢 .36 第一章 绪论 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
10、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。 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、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。 单片机模块中最常见的是数字钟，数字钟是一种用数字电路
11、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。 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
12、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。 1.3 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，它还用于计时、自动报时及自动控制等各个领域。 第二章 整体设计方案 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，特别适用于控制领域，故又称为
13、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（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
14、 /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
15、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
16、品的价格。 下面大致介绍一下单片机的主要应用领域和特点。 （ 1）家用电器领域 用单片机控 制系统取代传统的模拟和数字控制电路，使家用电器（如洗衣机、空调、冰箱、微波炉、和电视机等）功能更完善，更加智能化和易于使用。 （ 2）办公自动化领域 单片机作为嵌入式系统广泛应用于现代办公设备，如计算机的键盘、磁盘驱动、打印机、复印机、电话机和传真机等。 （ 3）商业应用领域 商业应用系统部分与家用和办公应用系统相似，但更加注重设备的稳定性、可靠性和安全性。商用系统中广泛使用的电子计量仪器、收款机、条形码阅读器、安全监测系统、空气调节系统和冷冻保鲜系统等，都采用了单片机构成的专用系统。与通用计算 机相比
17、，这些系统由于比较封闭，可以更有效地防止病毒和电磁干扰等，可靠性更高。 （ 4）工业自动化 在工业控制和机电一体化控制系统中，除了采用工控计算机外，很多都是以单片机为核心的单片机和多机系统。 （ 5）智能仪表与集成智能传感器 目前在各种电气测量仪表中普遍采用了单片机应用系统来代替传统的测量系统，使得测量系统具有存储、数据处理、查询及联网等智能功能。将单片机和传感器相结合，可以构成新一代的智能传感器。它将传感器变换后的物理量作进一步的变化和处理，使其成为数字信号，可以远距离传输并与计算机接口 。 （ 6）现代交通与航空航天领域 通常应用于电子综合显示系统、动力监控系统、自动驾驶系统、通信系统以及
18、运行监视系统等。这些领域对体积、功耗、稳定性和实时性的要求往往比商用系统还要高，因此采用单片机系统更加重要。 目前，我国生产很多型号的单片机，在此，我们采用型号为 STC89C52 的单片机。因为： STC89C52是一个低电压，高性能 CMOS 8位单 片机，片内含 4k bytes 的可反复擦写的Flash 只读程序存储器和 128 bytes 的随机存取数据存储器（ RAM），器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准 MCS-52指令系统，片内置通用 8位中央处理器和Flash 存储单元，内置功能强大的微型计算机的 AT89C52提供了高 性价比的解决方案。 S
19、TC89C52是一个低功耗高性能单片机， 40 个引脚， 32个外部双向输入 /输出（ I/O）端口，同时内含 2个外中断口， 2个 16位可编程定时计数器 ,2个全双工串行通信口， STC89C51可以 按照常规方法进行编程，也可以在线编程。其将通用的微处理器和 Flash 存储器结合在一起，特别是可反复擦写的 Flash存储器可有效地降低开发成本 。 2.2 单片机的基本结构 MCS-52单片机内部结构 8052 单片机包含中央处理器、程序存储器 (ROM)、数据存储器 (RAM)、定时 /计数器、并行接口、串行接口和中断系统等几大单元及数据总线、地址总线和控制总线等三大总线，现在我们分别
20、加以说明： 中央处理器： 中央处理器 (CPU)是整个单片机的核心部件，是 8 位数据宽度的处理器，能处理 8位二进制数 据或代码， CPU 负责控制、指挥和调度整个单元系统协调的工作，完成运算和控制输入输出功能等操作。 数据存储器 (RAM) 8052内部有 128个 8位用户数据存储单元和 128个专用寄存器单元，它们是统一编址的，专用寄存器只能用于存放控制指令数据，用户只能访问，而不能用于存放用户数据，所以，用户能使用的 RAM 只有 128 个，可存放读写的数据，运算的中间结果或用户定义的字型表 。 图 2-1 单片机 8052 的内部结构 程序存储器 (ROM)： 8052共有 40
21、96个 8位掩膜 ROM，用于存放用户程序，原始数据或表格。 定时 /计数器 (ROM)： 8052有两个 16位的可编程定时 /计数器，以实现定时或计数产生中断用于控制程序转向。 并行输入输出 (I/O)口： 8052共有 4组 8位 I/O口 (P0、 P1、 P2或 P3)，用于对外部数据的传输。 全双工串行口： 8052内置一个全双工串行通信口，用于与其它设备间的串行数据传送，该串行口既可以用作异步通信收发器，也可以当同步移位器使用。 中断系统： 8052 具备较完善的中断功能，有两个外中断、两个定时 /计数器中断和一个串行中断，可满足不同的控 制要求，并具有 2级的优先级别选择。 时
22、钟电路： 8052 内置最高频率达 12MHz 的时钟电路，用于产生整个单片机运行的脉冲时序，但 8052 单片机需外置振荡电容。 单片机的结构有两种类型，一种是程序存储器和数据存储器分开的形式，即哈佛 (Harvard)结构，另一种是采用通用计算机广泛使用的程序存储器与数据存储器合二为一的结构，即普林斯顿 (Princeton)结构。 INTEL 的 MCS-52 系列单片机采用的是哈佛结构的形式，而后续产品 16位的 MCS-96系列单片机则采用普林斯顿结构。 下图是 MCS-52 系列单片机的 内部结构示意图。 图 2-2 MCS-52系列单片机的内部结构 MCS-52的引脚说明： MC
23、S-52系列单片机中的 8031、 8051及 8751均采用 40Pin封装的双列直接 DIP结构，右图是它们的引脚配置， 40 个引脚中，正电源和地线两根，外置石英振荡器的时钟线两根， 4组 8位共 32个 I/O口，中断口线与 P3口线复用。现在我们对这些引脚的功能加以说明： MCS-51的引脚说明： MCS-52系列单片机中的 8031、 8051及 8751均采用 40Pin封装的双列直接 DIP结构 ，右图是它们的引脚配置， 40 个引脚中，正电源和地线两根，外置石英振荡器的时钟线两根， 4组 8位共 32个 I/O口，中断口线与 P3口线复用。现在我们对这些引脚的功能加以说明：
24、图 2-3 单片机的引脚图 Pin9:RESET/Vpd复位信号复用脚，当 8052 通电，时钟电路开始工作，在 RESET 引脚上出现 24 个时钟周期以上的高电平，系统即初始复位。初始化后，程序计数器 PC 指向 0000H，P0-P3 输出口全部为高电平，堆栈指 针 写入 07H，其它专用寄存器被清 “0” 。 RESET 由高电平下降为低电平后，系统即从 0000H 地址开始执行程序。然而，初始复位不改变 RAM（包括工作寄存器 R0-R7）的状态， 8052的初始态 。 8051的复位方式可以是自动复位，也可以是手动复位，见下图 4。此外， RESET/Vpd还是一复用脚， Vcc掉电其间，此脚可接上备用电源，以保证单片机内部 RAM的数据不丢失。
