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畢業(yè)設計（論文）院 校： 學院 專 業(yè)： 應用電子技術 學 號： 學生姓名： 指導老師： 年 月 日單片機電子鐘專 業(yè)：應用電子技術班 級： 指導教師： 職稱：作 者： 答辯日期： 摘 要近年來隨著計算機在社會領域的滲透和大規(guī)模集成電路的發(fā)展，單片機的應用正在不斷地走向深入，由于它具有功能強，體積小，功耗低，價格便宜，工作可靠，使用方便等特點，因此特別適合于與控制有關的系統(tǒng)，越來越廣泛地應用于自動控制，智能化儀器，儀表，數(shù)據(jù)采集，軍工產(chǎn)品以及家用電器等各個領域，單片機往往是作為一個核心部件來使用，在根據(jù)具體硬件結構，以及針對具體應用對象特點的軟件結合，以作完善。本設計是定時鬧鐘的設計，由單片機AT89C51芯片和LED數(shù)碼管為核心，輔以必要的電路，構成的一個單片機電子定時鬧鐘。電子鐘設計可采用單片機來完成。數(shù)字電子鐘是用數(shù)字集成電路構成的，用數(shù)碼管顯示“時”，“分”，“秒”的現(xiàn)代設計裝置。若用數(shù)字電路完成，所設計的電路相當復雜，大概需要十幾塊數(shù)字集成塊，其功能也主要依賴于數(shù)字電路的各功能模塊的組合來實現(xiàn)，焊接的過程比較復雜，成本也非常高。若用單片機來設計制作完成，由于其功能的實現(xiàn)主要通過軟件編程來完成，那么就降低了硬件電路的復雜性，而且其成本也有所降低，所以在該設計中采用單片機利用AT89C51，它是低功耗、高性能的CMOS型8位單片機。AT89C51單片機結合七段顯示器設計的簡易定時鬧鈴時鐘，可以設置現(xiàn)在的時間及顯示鬧鈴設置時間，若時間到則發(fā)出一陣聲響，進一步可以擴充控制電器的啟停。設計內(nèi)容包括了秒信號發(fā)生器、時間顯示電路、按鍵電路、供電電源以及鬧鈴指示電路等幾部分的設計。采用四個開關來控制定時鬧鐘的工作狀態(tài)，分別為：K1、設置時間和鬧鐘的小時：K2、設置小時以及設置鬧鐘的開關：K3、設置分鐘和鬧鐘的分鐘：K4、設置完成退出。本次做的數(shù)字鐘是以單片機（AT89C51）為核心，結合相關的元器件,再配以相應的軟件，達到制作簡易數(shù)字鐘的目的，其硬件部分難點在于元器件的選擇、布局及焊接。關鍵字：單片機 AT89C51 共陽極LED數(shù)碼管顯示器AbstractIn recent years, with computers in the infiltration and the development of large-scale integrated circuits. SCM application is steadily deepening, as it has strong function, small size, low power dissipation, low prices, reliable, easy to use features, it is particularly suited to and control of the system, increasingly widely used in automatic control, intelligent instruments, gauges, data acquisition, military products and household appliances, and other areas, is often microcontroller as a core component to use, In light of specific hardware architecture, and application-specific software features object combine to make perfect.This design is the design of timing clock from the microcontroller AT89C51 chip and LED digital tube as the core, supplemented by the necessary circuitry, consisting of a microcontroller electronic time clock. MCU clock design can be used to complete. Digital electronic clock is composed of digital integrated circuits using digital tube displays time, sub, seconds of modern design unit. If using digital circuits to complete, the design of the circuit quite complex takes about 10 a few number of Manifold and its functions are mainly dependent on the digital circuit a combination of the various functional blocks to achieve the welding process is relatively complex and cost is very high. If designed with the MCU to complete, due to the realization of its functions mainly through software programming to complete, then reduce the complexity of the hardware circuitry, and its cost has decreased, so the use of the design used in microcontroller AT89C51, it is a low - power, high-performance CMOS 8-bit microcontroller. AT89C51 microcontroller with seven-segment display designed for simple timing alarm clock, you can set the current time and display the alarm set-up time, if the time to sound a while is issued, and further could expand the start-stop control of electrical appliances.Designed to include a second signal generator, the time display circuit, key circuits, power supply and the alarm instruction circuit design of several parts. Use of four switches to control the timing clock working state, respectively: K1, set the time and clock hours: K2, set the hours and set the alarm switch: K3, set the minute and alarm clock minutes: K4, is set to complete withdrawal.The figures do bell on SCM (AT89C51) at the core, Combined with the componentsand factoring in the corresponding software, Easy to produce digital clock purposes, as part of the hardware components is a difficult choice, layout and welding.Key words: Single Chip MicrocomputerAT89C51 Atotal of anode LED digital tube display目錄前言6第一章 AT89C51單片機概述71.1 AT89C51單片機的特點71.2 AT89 C51單片機的引腳功能7第二章總體方案設計102.1 系統(tǒng)設計102.1.1電路組成及工作原理102.2 硬件系統(tǒng)102.2.1單片機系統(tǒng)102.3 時鐘芯片的選擇113.1 輸入部分133.1.1電源模塊133.3 輸出部分153.3.1 顯示模塊153.3.2 LED顯示驅(qū)動153.3.3 鬧鈴模塊163、LED燈顯示模塊163.4 電路相關參數(shù)173.4.1 LED數(shù)碼顯示器17第四章 系統(tǒng)軟件設計184.1 主程序流程圖18第五章 系統(tǒng)調(diào)試215.1 系統(tǒng)功能215.2 時鐘精度分析21第六章 系統(tǒng)設計總結23致謝24參考文獻25附錄261、系統(tǒng)原理圖：262、系統(tǒng)PCB圖：263、仿真圖274、主程序：28前言20世紀末，電子技術獲得了飛速的發(fā)展，在其推動下，現(xiàn)代電子產(chǎn)品幾乎滲透了社會的各個領域，有力地推動了社會生產(chǎn)力的發(fā)展和社會信息化程度的提高，同時也使現(xiàn)代電子產(chǎn)品性能進一步提高，產(chǎn)品更新?lián)Q代的節(jié)奏也越來越快。 時間對人們來說總是那么寶貴，工作的忙碌性和繁雜性容易使人忘記當前的時間。忘記了要做的事情，當事情不是很重要的時候，這種遺忘無傷大雅。但是，一旦重要事情，一時的耽誤可能釀成大禍。目前，單片機正朝著高性能和多品種方向發(fā)展趨勢將是進一步向著CMOS化、低功耗、小體積、大容量、高性能、低價格和外圍電路內(nèi)裝化等幾個方面發(fā)展。下面是單片機的主要發(fā)展趨勢。單片機應用的重要意義還在于，它從根本上改變了傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)設計思想和設計方法。從前必須由模擬電路或數(shù)字電路實現(xiàn)的大部分功能，現(xiàn)在已能用單片機通過軟件方法來實現(xiàn)了。這種軟件代替硬件的控制技術也稱為微控制技術，是傳統(tǒng)控制技術的一次革命。單片機模塊中最常見的是數(shù)字鐘，數(shù)字鐘是一種用數(shù)字電路技術實現(xiàn)時、分、秒計時的裝置，與機械式時鐘相比具有更高的準確性和直觀性，且無機械裝置，具有更更長的使用壽命，因此得到了廣泛的使用。數(shù)字鐘是采用數(shù)字電路實現(xiàn)對.時,分,秒.數(shù)字顯示的計時裝置,廣泛用于個人家庭,車站, 碼頭辦公室等公共場所,成為人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢缮俚谋匦杵?由于數(shù)字集成電路的發(fā)展和石英晶體振蕩器的廣泛應用,使得數(shù)字鐘的精度,遠遠超過老式鐘表, 鐘表的數(shù)字化給人們生產(chǎn)生活帶來了極大的方便，而且大大地擴展了鐘表原先的報時功能。諸如定時自動報警、按時自動打鈴、時間程序自動控制、定時廣播、自動起閉路燈、定時開關烘箱、通斷動力設備、甚至各種定時電氣的自動啟用等，所有這些，都是以鐘表數(shù)字化為基礎的。因此，研究數(shù)字鐘及擴大其應用，有著非?，F(xiàn)實的意義。本文通過對一個能實現(xiàn)按鍵開關可調(diào)整時、分、秒，且具有定時報警的24小時制的時間系統(tǒng)的設計學習，詳細介紹了51單片機應用中的定時中斷原理、數(shù)碼管顯示原理、動態(tài)掃描顯示原理等進一步學習、應用單片機C語言系統(tǒng)的實現(xiàn)了各種功能。從而使自身明白使用單片機匯編語言和C語言之間的效率、整體性問題。系統(tǒng)由AT89C51、獨立式按鍵、二極管LED數(shù)碼管、蜂鳴器等部分構成，能實現(xiàn)24小時制時、分、秒的時鐘顯示。同時也可以進行時、分、秒的校準、定時報警。第一章 AT89C51單片機概述 1.1 AT89C51單片機的特點 單片機在很多方面具有顯著的優(yōu)點和特點，具體有：1、控制功能強 單片機的指令系統(tǒng)中大都有機豐富的轉移指令、I/O口的邏輯作以及位處理功能。其實時控制功能特強。2、集成度大、體積小、可靠性高由于CPU、存儲器及I/O接口等各功能部件集成在同一芯片內(nèi)，內(nèi)部采用總線結構你，減小了體積，易于對強磁場環(huán)境采用屏蔽，大大提高了單片機的可靠性與抗干擾能力。3、低功耗、低電壓、性價比高、易于產(chǎn)品化單片機大部分產(chǎn)品都就具有低功耗、低電壓的特點，有較高的性能價格比，從而易于產(chǎn)品化，滿足各個領域廣泛的需要。4、易于進行系統(tǒng)擴展單片機的系統(tǒng)擴展、系統(tǒng)配置較典型、規(guī)范，容易構成各種規(guī)模的應用系統(tǒng)。5、串行擴展總線系統(tǒng)具有串行口，具有通訊功能，增加了（I2C）（Inter Integrated Circuit）串行總線、SPI(Serial Peripheral Interface)串行接口等。近來推出的單片機產(chǎn)品，內(nèi)部集成具有高速I/O口、ADC、PWM、WDT等部件，并在低電壓、低功耗、串行擴展總線和網(wǎng)絡控制總線等方面都有了進一步的增強。正是由于單片機的這些特點，使其在各個領域得到了廣泛的應用。1.2 AT89 C51單片機的引腳功能AT89C51是標準的40引腳雙列直插式集成電路芯片，如圖1-1所示。按其功能可分為電源、時鐘、控制和I/O接口四大部分。（1）電源引腳VCC：芯片主電源，外接+5V；GND：電源地線。（2）時鐘引腳XTAL1與XTAL2是內(nèi)部振蕩器的兩條引出線（3）控制引腳a、ALE/：地址鎖存控制信號/編程脈沖端。圖1-1：AT89C51管腳圖在擴展系統(tǒng)時，ALE用于控制把P0口輸出的低8位地址鎖存起來，以實現(xiàn)低8位地址和數(shù)據(jù)的隔離。P0口作為數(shù)據(jù)地址復用口線。當訪問單片機外部程序、數(shù)據(jù)存儲器或外接I/O口時，ALE輸出脈沖的負跳用于低8位地址的鎖存信號。即使不訪問單片機外部程序、數(shù)據(jù)存儲器或外接I/O口，ALE端仍以晶振頻率的1/6輸出正脈沖信號。因此可作為外部時鐘或外部定時信號使用。但應注意，此時不能訪問單片機外部程序、數(shù)據(jù)存儲器或外設I/O接口。ALE端可以驅(qū)動8個TTL負載。b、：片外程序存儲器讀選通有效信號。當CPU向片外程序存儲器讀取指令和常數(shù)期間，每個機器周期兩次低電平有效。但在此期間，每當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器或I/O接口時，該兩次低電平有效信號將不出現(xiàn)。端可以驅(qū)動8個TTL負載。c、/VPP：訪問程序存儲器控制信號/編程電源輸入端。當此引腳信號為低電平時，只訪問片外程序存儲器，不管片內(nèi)是否有程序存儲器。當此引腳為高電平時，單片機訪問片內(nèi)的程序存儲器，但對AT89C51來說，當PC（程序計數(shù)器）值超出4K地址時，自動轉到片外程序存儲器1000H開始順序讀取指令。d、RST/VPD：復位/掉電保護信號輸入端。當振蕩器運行時，在此引腳加上一個高電平信號2個機器周期，就能使單片機回到初始狀態(tài)，即進行復位。（4）I/O引腳P0口（P0.0P0.7）：8位雙向并行I/O接口。擴展片外存儲器或I/O口時，作為低8位地址總線和8位數(shù)據(jù)總線的分時復用接口，它為雙向三態(tài)。P1口（P1.0P1.7）：8位準雙向并行I/O接口。P1口每一位都可以獨立設置成輸入、輸出位。P2口(P2.0P2.7)：8位準雙向并行I/O接口。擴展外部數(shù)據(jù)、程序存儲器時，作為高8位地址輸出端口。P3口(P3.0P3.7)：8位準雙向并行I/O接口。除了與P1口有一樣的I/O功能外，每一個引腳還兼復第二功能，如表所示：P3口的第二功能信號都是單片機的重要控制信號。因此，在實際使用時，都是先按需要選用第二功能信號，剩下的才以第一功能的身份作為數(shù)據(jù)位的I/O使用。P1、P2、P3口線片內(nèi)均有固定的上拉電阻，故稱為準雙向并行I/O接口。P0口片內(nèi)無固定的上拉電阻，有兩個MOS管串接，既開路輸出，又可處于高阻的“懸空”狀態(tài)，故稱為雙向三態(tài)并行I/O接口。第二章 總體方案設計2.1 系統(tǒng)設計2.1.1電路組成及工作原理本文數(shù)字時鐘設計原理主要利用AT89C51單片機，由單片機的P0口控制數(shù)碼管的位顯示，P2口控制數(shù)碼管的段顯示，P1口與按鍵相連用于時間的校正。在設計中引入兩個電源電路，一個是外部電源系統(tǒng)產(chǎn)生的+5V電壓，用于給CPU及顯示電路提供工作電壓，這是數(shù)字時鐘正常工作時的總電壓。另一個是備用電源，當能使計時保持正常，不會造成掉電時計時清零的現(xiàn)象。針對內(nèi)外兩個電源情況MC34064電壓檢測電路，用于實際判斷是哪個電源在工作。整個系統(tǒng)工作時，秒信號產(chǎn)生器是整個系統(tǒng)的時基信號，它直接決定計時系統(tǒng)的精度，將標準秒信送入“秒計數(shù)器”，“秒計數(shù)器”采用60進制計數(shù)器，每累計60秒發(fā)出一個“分脈沖”信號，該信號將作為“分計數(shù)器”的時鐘脈沖?！胺钟嫈?shù)器”也采用60進制計數(shù)器，每累計60分鐘，發(fā)出一個“時脈沖”信號，該信號將被送到“時計數(shù)器”?！皶r計數(shù)器”采用24進制計時器，可實現(xiàn)對一天24小時的累計。顯示電路將“時”、“分”、“秒”計數(shù)器的輸出，通過六個七段LED顯示器顯示出來。校時電路是直接加一個脈沖信號到時計數(shù)器或者分計數(shù)器或者秒計數(shù)器來對“時”、“分”、“秒”顯示數(shù)字進行校對調(diào)整。2.2 硬件系統(tǒng)2.2.1單片機系統(tǒng)單片機是一種集成電路芯片，采用超大規(guī)模技術把具有數(shù)據(jù)處理能力（如算術運算、邏輯運算、數(shù)據(jù)傳送、中斷處理）的微型處理器（CPU），隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（ROM）輸入輸出電路（I/O口），可能還包括定時計數(shù)器，串行通信口（SCI），顯示驅(qū)動電路（LCD或LED驅(qū)動電路），脈寬調(diào)制電路（PWM），模擬多路轉換器及A/D轉換器等電路集成到一塊單塊芯片上，構成一個最小然而完善的計算機系統(tǒng)。這些電路能在軟件的控制下準確、迅速、高效地完成程序設計者事先規(guī)定的任務。本文采用的單片機為AT89C51，AT89C51是一種低功耗、高性能的片內(nèi)含有4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能CMOS8位微型處理器，俗稱單片機。它可擦除只讀存儲器可以反復擦除100次。該器件ATMEL高密度非易失存儲器制造技術制造，與工業(yè)標準的MCS-51是一種指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，AT89C2051是它的一種精簡版本。AT89C系列單片機為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供一種靈活性高且價廉的方案。AT89C51的主要性能參數(shù)：與MCS-51產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼容4K字節(jié)可重擦寫FLASH閃速存儲器1000次擦寫周期全靜態(tài)操作：0HZ24MHZ三級加密程序存儲器1288字節(jié)內(nèi)部RAM32個可編程I/O口線2個16位定時/計數(shù)器6個中斷源可編程串行URAR通道低功耗空閑和掉電模式AT89C51提供以下標準功能：4K字節(jié)FLASH閃速存儲器，128字節(jié)內(nèi)部RAM，32個I/O口線，2個16位定時/計數(shù)器，一個5向量兩級中斷結構，一個全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時鐘電路。同時AT89C51降至0HZ的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種可選的節(jié)電工作模式?？臻e方式體制CPU的工作，但允許RAM，定時/計數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存RAM中的內(nèi)容，但振蕩器體制工作并禁止其他所有不見工作直到下一個硬件復位。2.3 時鐘芯片的選擇本次設計根據(jù)實驗要求設計數(shù)字時鐘?？衫萌缦聝煞N方案實現(xiàn)。方案一：本方案采用美國DALLAS公司的專用時鐘芯片DS1302。該芯片主要特點是采用串行數(shù)據(jù)傳輸，可為掉電保護電源提供可編程的充電功能，并且可以關閉充電功能。其內(nèi)部采用石英晶體振蕩器，其芯片精度不大于10ms/年，且具有完備的時鐘鬧鐘功能，因此，可直接對其以用于顯示或設置，使得軟件編程相對簡單。為保證時鐘在電網(wǎng)電壓不足或突然掉電等突發(fā)情況下仍能正常工作，芯片內(nèi)部包含鋰電池。當電網(wǎng)電壓不足或突然掉電時，系統(tǒng)自動轉換到內(nèi)部鋰電池供電系統(tǒng)。而且即使系統(tǒng)不上電，程序不執(zhí)行時，鋰電池也能保證芯片的正常運行，以備隨時提供正確的時間。方案二：本方案完全用軟件實現(xiàn)數(shù)字時鐘。原理為：在單片機內(nèi)部存儲器設三個字節(jié)分別存放時鐘的時、分、秒信息，并通過程序控制掃描輸出顯示數(shù)據(jù)。利用定時器0與軟件結合實現(xiàn)1秒定時中斷，每產(chǎn)生一次中斷，存儲器內(nèi)相應的秒值加1；若秒值達到60，則將其清零，并將相應的分字節(jié)值加1；若分值達到60，則清零分字節(jié)，并將時字節(jié)值加1；若時值達到24，則將時字節(jié)清零。該方案具有硬件電路簡單的特點，但當單片機不上電，程序?qū)⒉粓?zhí)行。且由于每次執(zhí)行程序時，定時器都要重新賦初值，所以該時鐘精度不高。鑒于以上兩種方案，雖然時鐘芯片DS1302具有更多的優(yōu)點，由于實驗硬件的因素，現(xiàn)有的硬件缺少DS1302,為不影響實驗進度，本設計采用方案二完成數(shù)字時鐘的功能。根據(jù)題目要求設計的總體框圖，如圖2-1所示：圖2-1單片機數(shù)字鐘硬件系統(tǒng)的總體設計框圖第三章 系統(tǒng)硬件設計3.1 輸入部分3.1.1電源模塊方案一：采用200W/5V直流穩(wěn)壓電源作為系統(tǒng)電源和3節(jié)干電池串聯(lián)作為單片機電源，不僅功率上可以滿足系統(tǒng)需要，不需要更換電源，并且比較輕便、斷電后電子鐘還能夠照常運行，使用更加安全可靠。方案二：采用普通的USB線連接微型計算機作為系統(tǒng)電源，雖然功率上可以滿足稍大于系統(tǒng)需要，但同樣不需要更換電源，并且比直流穩(wěn)壓電源更輕便，可隨時使用、調(diào)試系統(tǒng)。基于以上分析,由于本次設計系統(tǒng)都是軟硬件相結合和實際需要的考慮，所以我們決定采用方案一。3.2 鍵盤工作模塊鍵盤是人與單片機打交道的主要設備，按鍵的讀取容易引起誤動作?？刹捎密浖ザ秳拥姆椒ㄌ幚恚浖挠|點在閉合和斷開的時候會產(chǎn)生抖動，這時觸點的邏輯電平是不穩(wěn)定的，如不采取妥善處理的話，將引起按鍵命令錯誤或重復執(zhí)行，在這里采用軟件延時的方法來避開抖動，延時時間為20ms ().按鍵按照結構原理可分為兩類，一類是觸點式開關按鍵，如機械時開關、導線橡膠時開關等：另一類是無觸點式開關按鍵，如電氣式按鍵，磁感應按鍵等。前者造價低，后者壽命長。目前，微型系統(tǒng)中最常見的是觸點式開關按鍵。按鍵按照接口原理可分編碼鍵盤與非編碼鍵盤兩類，這兩類鍵盤的主要區(qū)別是識別鍵符及給出相應鍵碼的方法。編碼鍵盤主要是用硬件來實現(xiàn)對鍵識別，非編碼鍵盤主要是有軟件來實現(xiàn)鍵盤的定義與識別。全編碼鍵盤能夠由硬件邏輯自動提供與鍵對應的編碼，此外，一般還具有去抖動和多建、竄鍵保護電路。這種鍵盤使用方便，但需要較多的硬件，價格較貴，一般的單片機應用系統(tǒng)較少采用。非編碼鍵盤只簡單地提供行和列的矩陣，其它工作均由軟件完成。由于其經(jīng)濟實用，較多地應用于單片機系統(tǒng)中。在本套設計中由于只需要幾個功能鍵，此時，可采用獨立式按鍵結構。獨立式按鍵結構獨立式按鍵是直接用I/O口線構成的單個按鍵電路，其特點是每個按鍵單獨占用一根I/O口線，每個按鍵的工作不會影響其它I/O口線的狀態(tài)。獨立式按鍵的典型應用獨立式按鍵電路配置靈活，軟件結構簡單，但每個按鍵必須占用一根I/O口線，因此，在按鍵較多時，I/O口線浪費較大。獨立式按鍵電路獨立式按鍵的軟件結構獨立式按鍵的軟件常采用查詢式結構。先逐位查詢每根I/O口線的輸入狀態(tài)，如某一根I/O口線輸入為低電平，則可確認該I/O口線所對應的按鍵已按下，然后，再轉向該鍵的功能處理程序。電壓檢測電路（MC34064電路如圖32所示）電路核心元件是MC34064，它具有電壓檢測功能。工作方式是低電平有效，因此將其1腳與單片機的P1.7相接，2腳接VCC，3腳接地。當外部電源+5V供電時，P1.7為高電平送入累加器C，此時C=0單片機進入空閑方式，關斷顯示但內(nèi)部計時仍在進行。這樣就能很好地判斷是外部+5V電源供電還是備用電池供電，根據(jù)CPU的工作狀態(tài)進而實現(xiàn)時鐘斷電仍能及時，當重新接入+5V電源時實現(xiàn)計時顯示同步運行的功能。圖3-1：MC34064芯片 圖3-2：MC340614電路備用電池功耗問題在設計方案中采用+3.6V可充電電池作為備用電源，但若把電池直接并聯(lián)在外部+5V電源引腳兩端時，存在著電池功耗問題如：1.接入+5V是會對電池B1進行電流很大的強充電過程，這會直接影響電池的使用壽命。2.停止外部+5V電源供電時，此時外部電源等效于一個電壓源，充電電池B1既要對CPU供電又要對電壓源供電，這樣會使電池電量消耗過大，使得電池供電效率大大降低。為解決上述問題，我們引入兩個1N5819如圖所示3-1：1.若+5V接入時，一方面為顯示部分和復位電路提供+5V工作電壓，另一方面通過V8、R15對電池B1進行涓流充電，同時通過V7向CPU提供工作電壓。從而很好地解決電池充電時電流過大影響電池使用壽命的問題。2.當外部+5V電源斷開時，由電池B1經(jīng)V7向CPU提供工作電壓，同時由于V8截此故不會造成電池B1對外部的放電，從而提高了電池的供電效率，能夠長時間地為CPU提供工作電壓。圖3-3電子鐘外圍IN5819電路3.3 輸出部分3.3.1 顯示模塊顯示模塊是本次單片機課程設計最核心的部分。方案一：采用LCD1602。LCD1602為工業(yè)字符型液晶，能夠同時顯示16x02即32個字符。其采用標準的16腳接口，該液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲器（CGROM)已經(jīng)存儲了160個不同的點陣字符圖形，所以可分容易的實現(xiàn)數(shù)字鐘數(shù)碼顯示。方案二：采用LED共陽極數(shù)碼管。共陽數(shù)碼管在應用時將公共極COM接到髙電位VCC上，當某一字段發(fā)光二極管的陽極為低電平時，相應字段就點亮。當某一字段的陽極為低電平時，相應字段就不亮。基于以上分析，我們考慮到現(xiàn)實經(jīng)濟因素，所以選擇了方案二。3.3.2 LED顯示驅(qū)動對于6路共陽極數(shù)碼管數(shù)碼管要正常顯示，就要用驅(qū)動電路來驅(qū)動數(shù)碼管的各個段碼，從而顯示出我們要的數(shù)字，因此根據(jù)數(shù)碼管的驅(qū)動方式的不同，可以分為靜態(tài)式和動態(tài)式兩類：方案一：靜態(tài)顯示驅(qū)動。就是每一個數(shù)碼管顯示器都要占用單獨的具有鎖存功能的I/O接口用于筆劃段字形代碼。這樣單片機只要把要顯示的字形代碼發(fā)送到接口電路，直到要顯示新的數(shù)據(jù)時，再發(fā)送新的字形碼，因此，使用這種辦法單片機中CPU的占用較小。但對于靜態(tài)顯示方式,所需的數(shù)據(jù)鎖存裝置很多,引線多而復雜,且可靠性也較低。方案二：動態(tài)顯示驅(qū)動。通過單片機對數(shù)碼管位選通COM端電路的控制，只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開，該位就顯示出字形，沒有選通的數(shù)碼管就不會亮。通過分時輪流控制各個數(shù)碼管的的COM端，就使各個數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動態(tài)驅(qū)動。動態(tài)顯示可以大幅度地降低硬件成本和電源的功耗，因為某一時刻只有一個數(shù)碼管工作，也就是所謂的分時顯示，故顯示所需要的硬件電路可分時復用。動態(tài)顯示方式,可以避免靜態(tài)顯示的問題。但設計上如果處理不當,易造成亮度低,閃爍問題。因此合理的設計既應保證驅(qū)動電路易實現(xiàn),又要保證顯示后的數(shù)據(jù)穩(wěn)定,無閃爍。動態(tài)顯示采用多路復用技術的動態(tài)掃描顯示方式, 復用的程度不是無限增加的, 因為利用動態(tài)掃描顯示使我們看到一幅穩(wěn)定畫面的實質(zhì)是利用了人眼的暫留效應和發(fā)光二極管發(fā)光時間的長短, 發(fā)光的亮度等因素. 我們通過實驗發(fā)現(xiàn), 當掃描刷新頻率(發(fā)光二極管的停閃頻率) 為50Hz, 發(fā)光二極管導通時間1m s 時, 顯示亮度較好, 無閃爍感.。 鑒于上述的方案分析, 我們采用方案二。3.3.3 鬧鈴模塊方案一：采用語音芯片ISD1110鬧鈴。ISD1110 具有多種采樣率對應，多種錄放時間，可以利用振蕩電阻自已決定采樣率。操作簡單，靈活。音質(zhì)好，適應電壓范圍廣?？上葘︿浄乓粼O備錄入一段音樂或其他報時方式，當?shù)皆O定時間時，單片機控制錄放音設備放音。方案二：采用有源+5V蜂鳴器做鬧鈴，當?shù)皆O定時間時，單片機向蜂鳴器送出低電平，蜂鳴器響鈴。采用蜂鳴器鬧鈴結構簡單，只需要單路信號控制，發(fā)出的鬧鈴聲音可以根據(jù)響和不響的不同的軟件延時時間來控制，當然也能發(fā)出音樂聲音?；趦煞N方案分析，雖然語音芯片ISD1110具備更多優(yōu)點，但鑒于經(jīng)濟因素，我們本次設計還是決定采用方案二。當然如果在大型比賽和產(chǎn)品上市的話，還是偏向于采用方案一的。 3、LED燈顯示模塊采用LED燈可以方便的用不同的流水方式或單個LED燈來判斷系統(tǒng)的工作狀態(tài)，實現(xiàn)不同的顯示功能，是一種經(jīng)濟又實用的方式。3.4 電路相關參數(shù)3.4.1 LED數(shù)碼顯示器通常用的七段數(shù)碼顯示器的內(nèi)部有8個發(fā)光二極管，其中7個發(fā)光二極管組成了數(shù)字“8”，剩下一個發(fā)光二極管就是這位數(shù)字所帶的小數(shù)點。數(shù)碼管結構圖如圖1 - 2所示。各段碼位與顯示段的對應關系如表1。 圖1-2 LED數(shù)碼管結構引腳圖表1 各段碼位的對應關系段碼位D7D6D5D4D3D2D1D0顯示段dpgfedcba第四章 系統(tǒng)軟件設計4.1 主程序流程圖如圖1-4所示： 圖4-1 主程序流程圖第五章 系統(tǒng)調(diào)試5.1 系統(tǒng)功能本系統(tǒng)已符合設計課程基本要求，即可以實現(xiàn)24小時方式;可用六位LED數(shù)碼管顯示時、分、秒;可使用按鍵開關可實現(xiàn)時、分調(diào)整。除了滿足這些基本要求外，本系統(tǒng)還做了一些創(chuàng)新:（1）通過1功能按鍵KEY1開關可使系統(tǒng)具有加密功能。加密前后可通過觀察LED二極管的顯示方式來判斷。當LED做流水燈顯示方式時，為加密前的狀態(tài);當只有LED燈中的LED2（由P0.1口控制亮滅）時，代表已對系統(tǒng)進行加密。（2）通過功能按鍵開關KEY1進入可進入時間校準系統(tǒng)。KEY2控制秒的校準，KEY3控制分的校準，KEY4控制時的校準。每次一有校準按鍵按下時，系統(tǒng)會發(fā)出不同的聲響，以提示用戶目前正在校準的是時、分、秒的哪一種。校準完成后仍然是通過功能按鍵KEY1返回時鐘顯示。（3）通過更改主程序中定時器的定時初值，可實現(xiàn)不同樣式的數(shù)字鐘顯示方式。通過實驗測得以下參數(shù)如表2所示(程序中定時參數(shù)CYCLE在以下簡稱C)： C （ms）數(shù)碼管顯示方式 靜態(tài) 閃爍 拉幕式（4）可實現(xiàn)整點鬧鳴功能。整點到時，可短蜂鳴一次。5.2 時鐘精度分析 為進一步使本次的系統(tǒng)做得更完美，我使用了標準的秒表對自己設計的時間進行了精度測量。本次設計系統(tǒng)使用的晶振為12MHZ.數(shù)碼管顯示00：10：00時，用秒表測得相應的數(shù)據(jù)如表3所示：表3序號12345T(min)10.00.578110.00.478710.00.504010.00.30969.59.2587序號678910T(min)10.01.433510.00.20039.59.455610.01.202610.00.2597序號1112131415T(min)9.58.975010.00.118110.00.960410.02.50609.59.8985序號1617181920T(min)10.00.108110.01.054510.00.956010.00.785410.00.4355通過計算可得數(shù)碼管顯示:00：10：00時，秒表測得的數(shù)值平均值為:00：10:2343 。以上數(shù)據(jù)表明了本次系統(tǒng)的精度基本符合實驗課程精度要求。因為以上共有20組，測量時已去除了粗大誤差。當然，如果將測量時間加長，所測得的精度將更精確。第六章 系統(tǒng)設計總結本次課程從基本方案的制定，再到硬件電路的選擇，到制作電路完成，最后進行程序調(diào)試。在此期間我遇到很多困難，尤其是在做仿真時結果經(jīng)常出不來。經(jīng)過仔細檢查，仿真線路是沒有錯的，可結果就是不行。但當我將實物做出來后，進行了調(diào)試，實物上卻可以出來成果。這說明了可能是仿真軟件的。經(jīng)過一次又一次品嘗到了解決問題的喜悅,最終提前完成了要求的全部功能，并在空閑的時間里加入了一些創(chuàng)新的部分。在此次課程設計中我發(fā)現(xiàn)了自己知識的不足，通過一周的學習、實踐，我學到了很多東西。 通過此次課程設計的教學實踐，進一步學習、掌握單片機應用系統(tǒng)的有關知識，加深了解單片機的工作原理。初步掌握簡單單片機應用系統(tǒng)的設計、制作、調(diào)試的方法。提高動手實踐能力。通過這次對數(shù)字時鐘的設計，讓我系統(tǒng)的了解和學會應用單片機C語言來對所需實現(xiàn)的功能進行編程。 在調(diào)試時遇到了一些問題，比如，剛開始進行按鍵輸入檢測時，我們直接用萬用表測量按鍵兩端的電平，剛測時，萬用表顯示高電平，當有按鍵按下時，則萬用表顯示低電平，這說明了按鍵是正常的，但當直接用按鍵時，系統(tǒng)板則不能正常使用按鍵。后面重新焊接了按鍵，系統(tǒng)板則才能正常使用按鍵。還有，LED燈顯示模塊的上拉電阻，也是出現(xiàn)了同樣的情況。原先焊接時發(fā)現(xiàn)了電阻的管腳比之前看到的同阻值電阻管腳細。后面經(jīng)過萬用表調(diào)試后，重新焊接了電阻，部里就解決了。上述電子鐘，無論在外觀上還是功能上都實現(xiàn)了較為完善的設計。特別值得一提的是本系統(tǒng)的加密效果，可與現(xiàn)實生活中的數(shù)字鐘相媲美，因為有了加密效果，可以使用戶在購買時知道其產(chǎn)品是否是新的，還是二手貨。但本系統(tǒng)在定時鬧鳴時，聲音不過響應，因為我為了讓蜂鳴器鬧鳴時系統(tǒng)時間不受到影響，而是繼續(xù)走動，所以把鬧鳴時間控制在定時器0 1s定時里面，所以定時時間到了時，響的時間不到1s，通過的電流過小，要解決此問題，可在蜂鳴器的放大電路中多加一級放大電路，使定時時間到了時，通過的電流足夠大以驅(qū)動蜂鳴器。亦或通過軟件設置蜂鳴，則可以正常實現(xiàn)蜂鳴器的功能。致謝通過幾個月的不斷努力，終于完成了此次畢業(yè)設計。在設計過程中，通過針對性地查找資料，了解了些電子方面的資料，既增長了自己的見識，補充最新的專業(yè)知識，又提高了自己的應用能力。這次對AT89C51有了一個全面的認識，在此基礎上結合以前所學的專業(yè)知識，從而把我所學的知識貫穿到一起，對電子專業(yè)有了一個更全面的認識！總之這次畢業(yè)設計讓我把理論設計和工程實踐相結合、鞏固基礎知識與培養(yǎng)創(chuàng)新意識相結合、個人作用和集體協(xié)作相結合等方面全面培養(yǎng)學生素質(zhì)。這些在我今后的學習和工作當中都會有很大的幫助。在此，我要感謝我的課任教師和我這次的畢業(yè)設計指導教師，正是他們在百忙之中還抽出寶貴的時間對我進行精心的指導，才使我順利完成了我的畢業(yè)設計。同時也感謝學校各個領導和老師對我?guī)啄陙淼年P心和幫助。使我在大學中學到了各種寶貴的知識。在此，衷心地謝謝你們！參考文獻1丁輝、姚慶文 實用單片機電子鐘的設計 無線電2003年合訂本（下）2于海生 微型計算機控制技術 清華大學出版社 13程繼興、楊光永、李泰 單片機原理及應用 中國傳媒大學出版社 4孫津平 數(shù)字電子技術 西安電子科技大學出版社5孔凡東、蔣卓勤 電路基礎 西安電子科技大學出版社6陳疑 電子材料與元器件 電子工業(yè)出版社7黃正謹 綜合電子設計與實踐 東南大學出版社8楊欣等 電子設計從零開始 清華大學出版社9吳慎山 電子線路設計與實踐 電子工業(yè)出版社10計算機輔助電路設計與Protel DXP 高等教育出版社11溫希東、路勇 計算機控制技術 西安電子科技大學出版社12孫津平 數(shù)字電子技術 西安電子科技大學出版社13孔凡東、蔣卓勤 電路基礎 西安電子科技大學出版社14陳疑 電子材料與元器件 電子工業(yè)出版社15 唐新國 李遠敏 C語言程序設計實用教程附錄1、系統(tǒng)原理圖：2、系統(tǒng)PCB圖：3、仿真圖4、主程序：#includechar data d,data temp;/void key1();void key2();void key3();void key4();void gets(); bit rebutton();void display();/void main()TMOD=0x02; TH0=0x06; TL0=0x06; IE=0x82; TR0=1; while(1)if(rebutton()switch(d)case 0x0e:key1(); break; case 0x0d:key2(); break; case 0x0b:key3(); break; case 0x07:key4(); break; default:break; void gets()display(); P1=P1|0x0f; temp=P1&0x0f; temp=temp0x0f;bit rebutton()gets();if(temp!=0)display();display();gets();if(temp!=0)d=P1&0x0f; while(temp!=0)display(); display(); gets();return 1;else return 0; else return 0;#includechar bdata FLAG=0x00;sbit F1=FLAG0;/進入、退出校準模式標志位sbit F2=FLAG1;/加、減調(diào)整標志位sbit F3=FLAG2;/鬧鐘啟停標志位sbit F4=FLAG3;sbit F5=FLAG4;/鬧鐘調(diào)整進入、退出標志位sbit F6=FLAG5;/12小時制、24小時制(默認)標志位sbit F7=FLAG6;/12小時上、下午標志位(0為上午、1為下午)sbit F8=FLAG7;/12小時制上、下午起鬧標志位(0為上午、1為下午)sbit bell=P30;char data b=200,data c=20,data select=0;char idata sec=0,idata min=0,idata hou=0,idata bellmin=0,idata bellhou=0;int 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