基于数码管的电子时钟设计

2012~2013学年第2学期《单片机原理及应用》课程设计报告题目：基于数码管的电子时钟设计专业：自动化班级：电气工程系2013年5月1日1、任务书课题名称基于数码管的电子时钟设计指导教师（职称）执行时间2012~2013学年第2学期第10周学生姓名学号承担任务设计目的1.学习8051单片机定时器时间计时处理、按键扫描及LED数码管显示的设计方法。2.能够较全面地巩固和应用单片机课程中所学的基本理论和基本方法，锻炼动手能力。3.培养学生独立思考、独立收集资料、独立设计的能力；培养分析、总结及撰写技术报告的能力。设计要求要求：1、用8个数码管显示一个电子时钟格式为00-00-00，分别表示时钟、分钟和秒钟；2、要求有暂停，能进行时钟、分钟和秒钟的调节；3、到整时（如1点整，2点整）时蜂鸣器发出“滴答”声，同时一个发光二极管发出闪烁。摘要随着人类科技文明的发展，人们对于时钟的要求在不断地提高。时钟已不仅仅被看成一种用来显示时间的工具，在很多实际应用中它还需要能够实现更多其它的功能。本设计主要基于单片机技术原理，设计制作出一个电子时钟系统。6位LED数码管显示，使用按键扫描进行时间校准。这种实现方法的优点是电路简单，性能可靠，实时性好，时间精确，操作简单，编程容易。最后将设计的时钟系统在Protues仿真软件上进行仿真验证所设计的时钟系统稳定可靠。关键词:AT89C51单片机；电子时钟；数码管；按键扫描基于数码管的电子时钟设计目录摘要........................................................................................错误!未定义书签。第一章绪论................................................................................错误!未定义书签。1.1单片机的应用和特点............................................................错误!未定义书签。1.2单片机的发展趋势.........................................................错误!未定义书签。1.3电子时钟简介及其基本特点.........................................错误!未定义书签。第二章控制系统的硬件设计......................................................错误!未定义书签。2.1总方案设计.....................................................................错误!未定义书签。2.2单片机芯片的选择.........................................................错误!未定义书签。2.2.1AT89C51的功能概述.........................................错误!未定义书签。2.2.2AT89C51引脚功能说明.....................................错误!未定义书签。2.3单片机系统电路设计.....................................................错误!未定义书签。2.4按键电路设计.................................................................错误!未定义书签。2.5蜂鸣器电路设计.............................................................错误!未定义书签。2.6LED数码管显示电路......................................................错误!未定义书签。第三章控制系统的软件设计......................................................错误!未定义书签。第四章系统仿真..........................................................................错误!未定义书签。第五章总结与体会......................................................................错误!未定义书签。参考文献........................................................................................错误!未定义书签。附录................................................................................................错误!未定义书签。附录二元件清单........................................................................错误!未定义书签。插图清单图2-1电子时钟设计框图.............................................3图2-2AT89C51引脚说明.............................................4图2-3单片机系统电路...............................................6图2-4按键设计电路.................................................7图2-5蜂鸣器设计电路...............................................7图2-6LED数码管..................................................8图2-7显示电路设计.................................................9图2-8总体设计电路.................................................9图3-1主程序框图..................................................10图3-2显示子程序框图...............................................11图4-1整点报时仿真................................................12图4-2调时仿真.....................................................12表格清单表2-1数码管字型与字段关系表......................................81第一章绪论1.1单片机的应用和特点20世纪末，单片机技术获得了飞速的发展，渗透到我们生活的每个领域，几乎很难找到那个领域没有单片机的踪迹。导弹的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的各种IC卡，民用豪华轿车的安全控制系统，录像机、摄像机、全自动洗衣机的控制等等，这些都离不开单片机的控制还有医疗器械、功能仪表都需要单片机。可见，单片机关系到我们生活的方方面面。单片机广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、专用设备的智能化管理及过程控制等领域，大致可分为如下几个范畴：智能仪器、工业控制，家用电器、网络和通信、设备领域、模块系统以及汽车电子。随着单片机的广泛应用，在其在推动下，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，同时也使得现代电子产品性能进一步提高。单片机有以下特点：1.单片机的存储器ROM和RAM是严格区分的。ROM称为程序存储器，只存放程序、固定常数及数据表格。RAM则为数据存储器，用作工作区及存放用户数据[1]2.采用面向控制的指令系统。为满足控制需要，单片机有更强的逻辑控制能力，特别是单片机具有很强的位处理能力；3.单片机的I/O口通常是多功能的。由于单片机芯片上引脚数目有限，为了解决实际引脚数和需要的信号线的矛盾，采用了引脚功能复用的方法，引脚处于何种功能，可由指令来设置或机器状态来区分；4.单片机的外部扩展能力很强。在内部的各种功能部件不能满足应用的需求时，均可在外部进行扩展，与许多通用的微机接口芯片兼容，给应用系统设计带来了很大的方便。1.2单片机的发展趋势目前，单片机正朝着高性能和多品种方向发展趋势是进一步向着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。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。在以前，是必须由模拟或是数字电路实现的大部分功能的，而现在已经能用单片机通过软件的方法来实现了。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。21.3电子时钟简介及其基本特点随着社会经济的急速发展，给人们的生活带来巨大压力的同时迫使人们加快自己工作、生活的步伐，使时间对于人们来说总是那么宝贵，工作的忙碌性和繁杂性容易是人忘记当前时间。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，一旦是重要的事情，一时的耽误可能酿成大祸。1957年，Ventura发明了世界上第一只电子表，从而奠定了电子时钟的基础，电子时钟也飞速的发展起来。现代的电子时钟的基于单片机的一种计时工具采用延时程序产生一定的时间中断，用于一秒定义，通过计数方式进行六十秒分钟进一，满六十分小时进一，满二十四小时清零，从而达到计时的功能，是人们日常生活不可缺少的工具。现在高精度的计时工具大多数采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LCD显示器或数码管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。3第二章控制系统的硬件设计2.1总方案设计根据课设的要求，我们设计了如图2-1所示的整体框图，包括外部震荡电路模块、复位电路模块、按键电路模块、蜂鸣器电路模块（起整点报时的功能）、单片机芯片以及显示模块。其中单片机芯片是核心模块，与外部晶振电路和复位电路组成单片机系统电路。图2-1电子时钟电路设计框图2.2单片机芯片的选择经过多种单片机性能的分析及现有实验设备的限制，在本设计中单片机芯片采用了AT89C51单片机芯片。AT89C51是一种带4K字节FLASH存储器（FPEROM—FlashProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低电压、高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。AT89C2051是一种带2K字节闪存可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1000次。该器件采用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AT89C51是一种高效微控制器，AT89C2051是它的一种精简版本。AT89C51单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。2.2.1AT89C51的功能概述AT89C51提供以下标准功能：4k字节Flash闪速存储器，128字