基于51单片机的电子时钟设计与实现

河南工业职业技术学院毕业论文I摘要单片机自20世纪70年代问世以来，以其极高的性能价格比，受到人们的重视和关注，应用很广、发展很快。单片机体积小、重量轻、抗干扰能力强、环境要求不高、价格低廉、可靠性高、灵活性好、开发较为容易。由于具有上述优点，在我国，单片机已广泛地应用在工业自动化控制、自动检测、智能仪器仪表、家用电器、电力电子、机电一体化设备等各个方面，而51单片机是各单片机中最为典型和最有代表性的一种。这次毕业设计通过对它的学习、应用，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，通过数码管能够准确显示时间，调整时间，从而到达学习、设计、开发软、硬件的能力。电子时钟是采用数字电路实现对“时”、“分”、“秒”数字显示的计时装置。电子时钟的精度、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。电子时钟是其小巧，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。关键词：单片机；AT89S51河南工业职业技术学院毕业论文IIABSTRACTSincethe1970schipsincetheadvent,withitshighcostperformanceandattentionbypeopleandattention,itiswidelyusedandfastdevelopment.SCMsmallvolume,lightweight,stronganti-jammingcapability,environmentaldemandisnothigh,lowcost,highreliability,flexibilityisgood,developmentmoreeasy.Becauseoftheabovefeatures,inourcountry,themicrocontrolleriswidelyusedinindustrialautomationcontrol,automaticdetection,intelligentinstrumentandapparatus,householdappliances,powerelectronics,mechanicalandelectricalequipment,andotheraspects,and51SCMisthemosttypicalchipandmostrepresentativeone.Thegraduationdesignthroughtoitsstudy,applicationtoAT89S51chipsasthecore,withthenecessarycircuit,designofasimpleelectronicclock,itby4.5Vdcpowersupply,throughtheelectronictubecanshowtime,adjustthetime,thustolearning,thedesign,thedevelopmentofsoftwareandhardwareintheability.ElectronicClockisaelectroniccircuitimplementationofthewhen,sub,secondsThefiguresshowthetimingdevice.Electronicclockprecision,stability,farmorethantheoldmechanicalclock.Inthisdesign,weuseLEDelectronicdisplayhours,minutes,seconds,to24-hourtimemode,accordingtoelectroniccontroltheorytodynamicdisplaytodisplay,usethe12MHzcrystaloscillation河南工业职业技术学院毕业论文IIIpulse,thetimercount.Inthisdesign,thecircuithasadisplaytimeofthethisfunction,youcanalsorealizethetimeadjustment.Electronicclockisitscompact,lowcost,traveltimeandhighprecision,easytouse,featuresandmore,easyintegrationandlovedbythegeneralconsumer,sowidelyused.Keywords:Single-chipmicrocomputer;AT89S51河南工业职业技术学院毕业论文IV目录1绪论................................11.1电子时钟的背景.................11.2电子时钟的意义.................21.3电子时钟的应用.................22整体设计方案........................32.1单片机的选择...................32.1.1多功能...................32.1.2高效率和高性能...........42.1.3低电压和低功耗...........42.1.4低价格...................52.2单片机电子时钟功能确定.........52.3LED显示模块...................72.4按键模块.......................73PCB原理图与仿真图..................93.1PCB原理图.....................93.2仿真图........................104程序设计...........................115结论...............................286参考文献...........................307致谢...............................31河南工业职业技术学院毕业论文11绪论1.1电子时钟的背景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电子时钟，电子时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，且无机河南工业职业技术学院毕业论文2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电子时钟的意义电子时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,使得电子时钟的精度,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，研究电子时钟及扩大其应用，有着非常现实的意义。1.3电子时钟的应用电子时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，使电子时钟具有走时准确、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。河南工业职业技术学院毕业论文32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：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，集成了相关的河南工业职业技术学院毕业论文4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、SMARTCARD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。2.1.2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。河南工业职业技术学院毕业论文52.1.4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单片机电子时钟功能确定图2.1时钟整体布局图单片机电子时钟计时功能计时调整定时显示定时调整定时闹铃计时显示河南工业职业技术学院毕业论文6所需元器件如表2.1所示。表2.1电子元件列表序号名称数量序号名称数量1AT89S511片92.7K电阻7只212M晶振1个10104瓷片电容4只3共阳数码管4只1130P瓷片电容2只4PN管85507只12200Ω电阻1只574LS2441片13560Ω电阻8只6蜂鸣器1个1410K电阻12只7微动按键5个15100Ω电阻4只810UF电容1只单片机电子时钟，是利用单片机技术实现计时、时间显示、时间调整、定时调整、闹铃等功能。项目完成过程中使用了外部中断技术、定时器中断技术、键盘查询及动态显示技术。河南工业职业技术学院毕业论文72.3LED显示模块图2.2七段共阳极数码管七段共阳极数码管及功能如图1所示：如图1所示数