基于89C51单片机的数字钟设计

武汉大学电子信息学院电子系统综合设计课程论文基于89C51单片机的数字钟设计专业：年级：作者：指导教师：2012年6月6日目录1作品的背景与意义.....................................错误!未定义书签。2功能指标设计.........................................................23作品方案设计.........................................................23.1总体方案的选择...................................................23.2控制方案的选择...................................................23.3显示方案的选择...................................................34硬件设计.............................................................44.1模块设计.........................................................44.1.1晶体振荡器电路..............................................44.1.2分频器电路..................................................44.1.3时间计数器电路..............................................44.1.4内部时钟电路................................................54.1.5复位电路....................................................54.1.6按键部分....................................................64.2原理电路图.......................................................64.3工作环境.........................................................75软件设计.............................................................75.1主程序流程图.....................................................75.2显示模块流程图...................................................96系统测试............................................................116.1测试环境........................................................116.2测试步骤........................................................116.2.1硬件测试..................................................116.2.2软件测试..................................................117实验总结............................................................118发展前景............................................................12电子系统综合设计课程论文参考文献..............................................................12附录1系统电路图.....................................................13附录2系统软件代码...................................................14附录3系统器件清单...................................................22电子系统综合设计课程论文11作品的背景及意义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，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。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。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的领域LED，对于许多的用户而言可能是一个并不算新鲜的名词了，不过这种技术存在的历史可能远远超过了我们的想像---早在19世纪末，奥地利植物学家就发现了液晶，即液态的晶体，也就是说一种物质同时具备了液体的流动性和类似晶体的某种排列特性。现在的时代其实还是模拟时代，而未来的时代从目前的发展趋势来看是数字时代。显示器智能化操作，数字控制、数码显示是未来显示器的必要条件。电子系统综合设计课程论文12功能指标设计本设计准备实现的功能：(1)显示公历日期功能（年、月、日、时、分、秒以及星期）。(2)可通过按键切换年、月、日及时、分、秒的显示状态。(3)可随时调校年、月、日或时、分、秒。(4)可动态完整显示年份，实现真正的万年历显示。(5)可实现闹钟功能。3作品方案设计3.1总体方案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。单片机有丰富的中断源准确度相当高，并且C语言和汇编兼容的编程环境也很方便来实现一些递归调用。I/O口功能也比较强大，方便使用。这些都方便对设计进行扩展，使设计更加完善。成本也相对低一些。但是，在控制与显示的结合上有些复杂，显示模组资源相对有限，而且单片机的稳定性不是很高，而且就需要完成万年历这个不太复杂的设计可以用单片机来完成，采用单片机既能够实现既定功能，成本也不高。单片机经过1、2、3，三代的发展，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。综合考虑最后选择用单片机来作为中心控制器件。3.2控制方案的选择89C51是一个8位单片机，片内ROM全部采用FLASHROM技术，晶振时钟为12MHz。89C51是标准的40引脚双列直插式集成电路芯片，有4个八位的并行双向I/O端口，分别记作P0、P1、P2、P3。第31引脚需要接高电位使单片机选用内部程序存储器；第40脚为电源端VCC，接+5V电源，第20引脚为接地端VSS，通常在VCC和VSS引脚之间接0.1μF高频滤波电容。电子系统综合设计课程论文189C51采用寄存器分配、不同存储器的寻址及数据类型等细节可由编译器管理；程序有规范的结构，可分成不同的函数，这种方式可使程序结构化；提供的库包含许多标准子程序，具有较强的数据处理能力；由于具有方便的模块化编程技术，使已编好程序容易移植。通过对C51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。C51单片机功能框图如下：3.3显示方案的选择本实验中的C51单片机上采用8位8段LED数码管显示，数码管引脚如下:电子系统综合设计课程论文1LED数码管实际上是由七个发光管组成8字形构成的，加上小数点就是8个。这些段分别用字母a,b,c,d,e,f,g,dp表示。当数码管特定的段加上电压后，这些特定的段就会发亮，以形成我们眼睛看到的2个8数码管字样了。如：显示一个“2”字，那么应当是a亮b亮g亮e亮d亮f不亮c不亮dp不亮。LED数码管有一般亮和超亮等不同之分，也有0.5寸、1寸等不同的尺寸。小尺寸数码管的显示笔画常用一个发光二极管组成，而大尺寸的数码管由二个或多个发光二极管组成，一般情况下，单个发光二极管的管压降为1.8V左右，电流不超过30mA。发光二极管的阳极连接到一起连接到电源正极的称为共阳数码管，发光二极管的阴极连接到一起连接到电源负极的称为共阴数码管。常用LED数码管显示的数字和字符是0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F。4硬件设计4.1模块设计4.1.1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32768Hz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钟还是数字显示的电子钟都使用了晶体荡器电路。4.1.2分频器电路分频器电路将高频方波信号经分频后得到1Hz的方波信号供秒计数器进行计数，分频器实际上也就是计数器。4.1.3时间计数器电路电子系统综合设计课程论文1时间计数电路由秒个位和秒十位计数器，分个位和分十位计数器及时个位和时十位计数器电路构成，其中秒个位和秒十位计数器，分个位和分十位计数器为60进制计数器而根据设计要求，时个位和时十位计数器为24进制计数器。4.1.4内部时钟电路内部时钟电路是单片机的心脏，它控制着单片机的工作节奏，CPU就是通过复杂的时序电路完成不同的