基于AT89C51单片机数字时钟

1广东农工商职业技术学院毕业论文（设计）题目基于单片机89c51时钟设计姓名蒋祖承黄烈专业2009电子信息工程技术年级班级一班学号2009330911920093309124指导教师完成日期2012年4月目录摘要……………………………………………………………………1第一章绪论1.1数字电子钟的发展与历史………………………………………………………………41.2数字电子时钟的基本特点…………………………………………………………41.3数字电子钟的应用……………………………………………………………………4数字钟的构成与原理第二章选择与介绍2.1单片机的选择……………………………………………………………………………62.289C51单片机介绍………………………………………………………………………82第三章数字钟的硬件设计3.1最小系统设计……………………………………………………………………………123.2LED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……………………………………………………………………184.2数字电子钟的原理图……………………………………………………………………214.3主程序……………………………………………………………………………………224.4时钟设置子程序…………………………………………………………………………214.5定时器中断子程序………………………………………………………………………214.6LED显示子程序…………………………………………………………………………224.7按键控制子程序…………………………………………………………………………24第五章系统仿真5.1PROTUES软件介绍………………………………………………295.2电子钟系统PROTUES仿真………………………………………29第六章调试与功能说明6.2系统性能测试与功能说明………………………………………………………………326.3系统时钟误差分析………………………………………………………………………326.1硬盘调试…………………………………………………………………………………326.4软件调试问题及解决……………………………………………………………………32结束语………………………………………………………………………………………….34参考文献………………………………………………………………………………………35致谢……………………………………………………………………………………………..363摘要单片计算机即单片微型计算机。由RAM,ROM,CPU构成，定时，计数和多种接口于一体的微控制器。它体积小，成本低，功能强，广泛应用于智能产业和工业自动化上。而51系列单片机是各单片机中最为典型和最有代表性的一种，这次课程设计通过对它的学习，应用，从而达到学习、设计、开发软、硬件的能力；本设计主要设计了一个基于AT89C51单片机的电子时钟。数字钟实际上是一个对标准频率（1Hz）进行计数的计数电路。振荡器产生的时钟信号经过分频器形成秒脉冲信号，秒脉冲信号输入计数器进行计数，并把累计结果以“时”、“分”、“秒”的数字显示出来。秒计数器电路计满60后触发分计数器电路，分计数器电路计满60后触发时计数器电路，当计满24小时后又开始下一轮的循环计数。一般由振荡器、分频器、计数器、译码器、数码显示器等几部分组成。振荡电路：主要用来产生时间标准信号，因为时钟的精度主要取决于时间标准信号的频率及稳定度，所以采用石英晶体振荡器。分频器：因为振荡器产生的标准信号频率很高，要是要得到“秒”信号，需一定级数的分频器进行分频。计数器：有了“秒”信号，则可以根据60秒为1分，24小时为1天的进制，分别设定“时”、“分”、“秒”的计数器，分别为60进制，60进制,24进制计数器，并输出一分，一小时，一天的进位信号。译码显示：将“时”“分”“秒”显示出来。将计数器输入状态，输入到译码器，产生驱动数码显示器信号，呈现出对应的进位数字字型。由于计数的起始时间不可能与标准时间（如北京时间）一致，故需要在电路上加一个校时电路可以对分和时进行校时。另外，计时过程要具有报时功能，当时间到达整点前10秒开始，蜂鸣器1秒响1秒停地响5次。为了使数字钟使用方便，在设计上使用了一个变压器和一个整流桥来实现数4字钟电能的输入，使得可以方便地直接插入220V的交流电就可以正常地使用了。关键词数字钟振荡计数校正报时1.1数字电子钟的发展与历史单片机诞生于20世纪70年代末，经历了SCM、MCU、SoC三大阶段。1、SCM即单片机微型计算机（SingleChipMicrocomputer）阶段，主要是寻求最佳的单片形态嵌入式系统的最佳体系结构。“创新模式”获得成功，奠定了SCM与通用计算机完全不同的发展道路。在开创嵌入式系统独立发展道路上，Intel公司功不可没。2、MCU即微控制器（MicroControllerUnit）阶段，主要的技术发展方向是：不断扩展满足嵌入式应用时，对象系统要求的各种外围电路与接口电路，突显其对象的智能化控制能力。它所涉及的领域都与对象系统相关，因此，发展MCU的重任不可避免地落在电气、电子技术厂家、从这一角度来看，Intel逐渐淡出MCU的发展也有其客观因素。在发展MCU发展，最著名的厂家当数Philips公司。Philips公司以其在嵌入式应用方面的巨大优势，将MCS-51从单片微型计算机迅速发展到微控制器。因此，当我们回顾嵌入式系统发展道路时，不要忘记Intel和Philips的历史功绩。3、单片机是嵌入式系统的独立发展之路，向MCU阶段发展的重要因素，寻求应用系统在芯片上的最大化解决；因此专用单片机的发展自然形成了SoC化趋势。随着微电子技术、IC设计、EDA工具的发展，基于SoC的单片机应用系统设计会有较大的发展。因此，对单片机的理解可以从单片微型计算机、单片微控制器延伸到单片机应用系统。单片机作为微型计算机的一个重要分支，应用面很广，发展很快。自单片机诞生至今，已发展为上百种系列的近千个机种。53.2单片机的发展历程3.2.1第一阶段（1976-1978）：单片机的控索阶段以Intel公司的MCS-48为代表。MCS-48的推出实在工控领域的控索，参与这一控索的公司还有Motorola、Zilog等，都取得了满意的效果。这就是SCM的诞生时代，“单片机”一词即由此而来。3.2.2第二阶段（1978-1982）：单片机的完善阶段Intel公司在MCS-48基础上推出了完善的、典型的单片机系列MCS-51。它在以下几个方面奠定了典型的通用总线型单片机体系结构。（1）完善的外部总线。MCS-51设置了经典的8位单片机的总线结构，包括8位数据总线、16位地址总线、控制总线及具有很多机通信功能的串行通信接口。（2）CPU外围功能单元的集中管理模式。（3）体现工控特性的位地址空间及位操作方式。（4）指令系统趋于丰富和完善，并且增加了许多突出控制功能的指令。3.2.3第三阶段（1982-1990）：单片机向微控制器发展的阶段Intel公司推出的MCS-96系列单片机，将一些用于测控系统的模数转换器、程序运行监视器、脉宽调制器等纳入片中，体现了单片机的微控制器特征。随着MCS-51系列的广泛应用，许多电气厂商竞相使用80C51为内核，将许多测控系统中使用的电路技术、接口技术、多通道A/D转换部件、可靠性技术等应用到单片机中，增强了外围电路功能，强化了智能控制的特征。3.2.4第四阶段（1990-）：微控制器的全面发展阶段随着单片机在各个领域全面深入地发展和应用，出现了高速、大寻址范围、强运算能力的8位/16位/32位通用型单片机，以及小型廉价的专用型单片机。61.2数字电子时钟的基本特点现在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，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。1.3数字电子钟的应用…1家用电器领域目前国内各种家用电器已普遍采用单片机控制取代传统的控制电路，如洗衣机、电冰箱、空调机、微波炉、电饭煲、电视机、录像机及其他视频音像设备的控制器。1.2办公自动化领域现代办公室中所使用的大量通信、信息产品多数都采用了单片机，如通用计算机系统中的键盘、磁盘驱动器、打印机、绘图仪、复印机、电话、传真机及考勤机等。.1.3智能产品领域单片机微处理器与传统的机械产品相结合，使用传统机械产品结构简化、控制智能化，构成新一代的机电一体化的产品。例如传真打字机采用单片机，可以取代近千个机械器件；缝纫机采用单片机控制，可执行多功能自动操作、自动调速，控制缝纫花样的选择。51单片机还可以应用于智能仪表，用单片机微处理器改良原有的测量、控制仪表，能使仪表数字化、智能化、多功能化、综合化，而测量仪器中的误差修正、线性化等问题也可迎刃而解。7数字钟的构成与工作原理数字钟实际上是一个对标准频率（1HZ）进行计数的计数电路，由于计数的起始时间不可能与标准时间一致，故需要在电路上加一个校时电路，同时标准的1MHZ时间信号必须做到准确稳定，通常使用石英晶体振荡器电路构成数字钟。（1）晶体振荡器电路晶体振荡器电路给数字钟提供一个频率稳定准确的12MHZ的方波信号，可保证数字钟的走时准确及稳定，不管是指针式的电子中还是数字显示的电子钟都使用了晶体振荡器电路。（2）时间计数器电路时间计数器电路由分个位和分十位计数器，时各位和时十位计数器电路构成，分个位和分十位计数器为60进制计数器，时各位和时十位计数器为24位进制计数器。（3）译码驱动器译码驱动器电路将计数器输出的8421BCD码转换为数码管需要的逻辑状态，并且为保证数码管正常工作提供足够的工作电流。（4）数码管数码管通常有发光二极管（LED）数码管和液晶（LCD）数码管，本设计提供的为LED数码管。数字钟的工作原理图如图1所示：8图1数字钟的工作原理图第二章选择与介绍单片机型号的选择通过对多种单片机性能的分析，最终认为89C51是最理想的电子时钟开发芯片。89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压，高性能CMOS8位微处理器，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89C51是一种高效微控制器，而且它与MCS-51兼容，且具有4K字节可编程闪烁存储器和1000写/擦循环，数据保留时间为10年等特点，是最好的选择。89C51单片机介绍VCC：电源。GND：接地。P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1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口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。时显示器时译码器时显示器时译码器分显示器分译码器分显示器分译码器振荡器89C519P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是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