基于51单片机的数字时钟设计

一设计要求及方案证.......................................................................................1二系统基本方案选择和论证...........................................................................22.1单片机芯片的选择方案和论证..........................................................22.2显示模块选择方案和论证.................................................................32.3时钟芯片的选择方案和论证..............................................................4三系统的硬件设计和实现...............................................................................53.1电路设计框图......................................................................................53.2主要单元电路的设计.........................................................................53.2.1晶体振荡电路.........................................................................53.2.2分频器电路.............................................................................63.2.3时间计数器电路.....................................................................63.2.4内部时钟电路.........................................................................63.2.5复位电路..................................................................................73.2.6按键部分.................................................................................83.2.7声光报警电路..........................................................................8四、电路原理分析.............................................................................................94.1显示原理..............................................................................................94.2键盘及读数原理..................................................................................94.3连击功能的实现..................................................................................9五、程序设计思想和相关指令介绍.................................................................95.1数据和代码转换..................................................................................95.2计时功能的实现和中断服务程序....................................................105.3时间控制功能和比较指令................................................................10六、系统的软件设计.......................................................................................106.1主程序部分........................................................................................116.2计时显示中断子程序部分................................................................136.3调时功能流程图...............................................................................146.4程序....................................................................................................15七设计心得.....................................................................................................24一设计要求及方案证设计制作和调试一个由8051MCU单片机组成的数字时钟系统。通过这个过程学习熟悉键盘控制和七段数码管得使用，掌握51系列单片机控制和测试的方法。设计以89S51单片机为核心，以LED为显示方式的万年历时钟显示，完成基本要求。1）数码管显示：年月日时分秒。2）键盘输入修改时间、日期设置。二系统基本方案选择和论证2.1单片机芯片的选择方案和论证方案一：采用89C51芯片作为硬件核心，其内部采用FlashROM，具有4KBROM存储空间,能于3V的超低压工作，但运用于电路设计中时由于不具备ISP在线编程技术,烧入程序时需要专门的C编程器（当前可用的实验烧写开发板只支持具有ISP在线编程功能的AT89S＊＊系列的芯片），当在对电路进行调试时，更显麻烦，并且增加了造价，方案二：采用89S51芯片作为主控模块，AT89S51是MCS-51系列单片机目前运用较多的一种芯片，采用FlashROM，内部具有4KBROM存储空间,能于3V的超低压工作，而且具备ISP在线编程技术，方便对电路进行调试.但由于程序的错误修改或对程序的新增功能需要烧入程序时，对芯片的多次拔插会对芯片造成一定的损坏。针对该问题，可采用易于插拔的芯片插槽，芯片的程序烧写用专门的实验板进行烧写（当前可用的实验烧写开发板支持AT89S＊＊系列）.AT89S51单片机的功能引脚图如下图所示:AT89S51单片机的功能引脚图所以选择采用AT89S51作为主控制系统.2.2显示模块选择方案和论证方案一：采用LED液晶显示屏,液晶显示屏的显示功能强大,可显示大量文字,图形,显示多样,清晰可见,但是价格昂贵,需要的接口线多,所以在此设计中不采用LED液晶显示屏.方案二：采用点阵式数码管显示，点阵式数码管是由八行八列的发光二极管组成，对于显示文字比较适合,如采用在显示数字显得太浪费,且价格也相对较高,所以也不用此种作为显示.方案三：采用LED数码管进行静态显示,LED数码管价格适中,对于显示数字最合适,而且采用静态显示法和单片机连接时,占用的单片机口线少（采用十二小时制显示，以P0、P1、P2口分别作为分、十分、小时位显示段码输出，而十小时位只需要显示1或者不显示，故只要用到P3口的两个引脚P3.1和P3.2作为显示段码输出即可）。共阳极8段数码管引脚图所以采用了LED数码管作为显示。2.3时钟芯片的选择方案和论证方案一：采用DS1302时钟芯片实现时钟，DS1302芯片是一种高性能的时钟芯片，可自动对秒、分、时、日、周、月、年以及闰年补偿的年进行计数，精度也较高,工作电压2.5V～5.5V范围内，功耗也较低，但价格比较贵，且目前市场上采购不到方案二：直接采用单片机定时计数器提供秒信号，使用程序实现时、分、秒计数。采用此种方案实现虽然有一定的时间误差，但可减少少芯片的使用，节约成本，易于实现，符合初学者实验选用。所以采用方案二。综上各方案所述,对此次作品的方案选定:采用AT89S51作为主控制系统;通过软件编程采用定时器定时实现秒.分.时计时;LED数码管静态显示时间。三系统的硬件设计和实现3.1电路设计框图3.2主要单元电路的设计3.2.1晶体振荡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。本设计中的震荡电路如图3.1所示复位电路AT89S51主控制模块LED数码管显示时间时钟振荡电路外部中断校时＼校分电路电源电路图3.1晶振电路3.2.2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。3.2.3时间计数器电路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12进制计数器。3.2.4内部时钟电路内部时钟电路如图3.2所示，在XTAL1和XTAL2引脚上外接定时元件，内部振荡电路就产生自激振荡。定时元件通常石英晶体和电容组成的并联谐振回路，晶体振荡器选择12MHZ，电容采用30PF。图3.2内部时钟电路3.2.5复位电路MCS-51单片机的复位是由外部的复位电路来实现的。复位引脚RST通过一个斯密特触发器和复位电路相连，斯密特触发器用来抑制噪声，在每个机器周期的S5P2，斯密特触发器的输出电平由复位电路采样一次，然后才能得到内部复位操作所需要的信号。上电复位：上电复位电路是—种简单的复位电路，只要在RST复位引脚接一个电容到VCC，接一个电阻到地就可以了。上电复位是指在给系统上电时，复位电路通过电容加到RST复位引脚一个短暂的高电平信号，这个复位信号随着VCC对电容的充电过程而回落，所以RST引脚复位的高电平维持时间取决于电容的充电时间。为了保证系统安全可靠的复位，RST引脚的高电平信号必须维持足够长的时间。图3.3复位电路RC上电自动复位是通过外部复位电路的电容充电来实现的。只要Vcc的上升时间不超过1ms，就可以实现自动上电复位。电路如图3.3所示。3.2.6按键部分本设计总的用了五个按扭开关作为键盘，用于调整时间和设置状态。电路如图3.4所示。图3.4按键电路3.2.7声光报警电路利用单片机的IO口控制一个8550的三极管，三极管控制蜂鸣器的电源通断。从而实现输出声音。声光报警电路如图3.5所示。图3.5声光报警电路四、电路原理分析4.1显示原理电原理图见附图1。由6个共阴极的数码管组成时、分、秒的显示。P0口的8条数据线P0.0至P0.7分别和两个CD4511译码的ABCD口相接，P2口的P2.0至P2.2分别通过电阻R10至R13和VT