基于51單片機(jī)的電子時(shí)鐘設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1、摘要單片機(jī)自20世紀(jì)70年代問世以來，以其極高的性能價(jià)格比，受到人們的重視和關(guān)注，應(yīng)用很廣、發(fā)展很快。單片機(jī)體積小、重量輕、抗干擾能力強(qiáng)、環(huán)境要求不高、價(jià)格低廉、可靠性高、靈活性好、開發(fā)較為容易。由于具有上述優(yōu)點(diǎn)，在我國，單片機(jī)已廣泛地應(yīng)用在工業(yè)自動化控制、自動檢測、智能儀器儀表、家用電器、電力電子、機(jī)電一體化設(shè)備等各個方面，而51單片機(jī)是各單片機(jī)中最為典型和最有代表性的一種。這次畢業(yè)設(shè)計(jì)通過對它的學(xué)習(xí)、應(yīng)用，以AT89S51芯片為核心，輔以必要的電路，設(shè)計(jì)了一個簡易的電子時(shí)鐘，它由4.5V直流電源供電，通過數(shù)碼管能夠準(zhǔn)確顯示時(shí)間，調(diào)整時(shí)間，從而到達(dá)學(xué)習(xí)、設(shè)計(jì)、開發(fā)軟、硬件的能力。電子時(shí)鐘是采

2、用數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)對“時(shí)”、“分”、“秒”數(shù)字顯示的計(jì)時(shí)裝置。電子時(shí)鐘的精度、穩(wěn)定度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過老式機(jī)械鐘。在這次設(shè)計(jì)中，我們采用LED數(shù)碼管顯示時(shí)、分、秒，以24小時(shí)計(jì)時(shí)方式，根據(jù)數(shù)碼管動態(tài)顯示原理來進(jìn)行顯示，用12MHz的晶振產(chǎn)生振蕩脈沖，定時(shí)器計(jì)數(shù)。在此次設(shè)計(jì)中，電路具有顯示時(shí)間的其本功能，還可以實(shí)現(xiàn)對時(shí)間的調(diào)整。電子時(shí)鐘是其小巧，價(jià)格低廉，走時(shí)精度高，使用方便，功能多，便于集成化而受廣大消費(fèi)的喜愛，因此得到了廣泛的使用。關(guān)鍵詞：單片機(jī)； AT89S51ABSTRACTSince the 1970 s chip since the advent, with its high cost perfo

3、rmance and attention by people and attention, it is widely used and fast development. SCM small volume, light weight, strong anti-jamming capability, environmental demand is not high, low cost, high reliability, flexibility is good, development more easy. Because of the above features, in our countr

4、y, the microcontroller is widely used in industrial automation control, automatic detection, intelligent instrument and apparatus, household appliances, power electronics, mechanical and electrical equipment, and other aspects, and 51 SCM is the most typical chip and most representative one. The gra

5、duation design through to its study, application to AT89S51 chips as the core, with the necessary circuit, design of a simple electronic clock, it by 4.5 V dc power supply, through the electronic tube can show time, adjust the time, thus to learning, the design, the development of software and hardw

6、are in the ability.Electronic Clock is a electronic circuit implementation of the when, sub, seconds The figures show the timing device. Electronic clock precision, stability, far more than the old mechanical clock. In this design, we use LED electronic display hours, minutes, seconds, to 24-hour ti

7、me mode, according to electronic control theory to dynamic display to display, use the 12MHz crystal oscillation pulse, the timer count. In this design, the circuit has a display time of the this function, you can also realize the time adjustment. Electronic clock is its compact, low cost, travel ti

8、me and high precision, easy to use, features and more, easy integration and loved by the general consumer, so widely used.Key words: Single-chip microcomputer ; AT89S51目錄1 緒論11.1電子時(shí)鐘的背景11.2電子時(shí)鐘的意義21.3電子時(shí)鐘的應(yīng)用22 整體設(shè)計(jì)方案32.1單片機(jī)的選擇32.1.1多功能32.1.2高效率和高性能42.1.3低電壓和低功耗42.1.4低價(jià)格52.2單片機(jī)電子時(shí)鐘功能確定52.3 LED顯示模塊72.

9、4按鍵模塊73 PCB原理圖與仿真圖93.1 PCB原理圖93.2仿真圖104 程序設(shè)計(jì)115 結(jié)論286 參考文獻(xiàn)307 致謝311 緒論1.1電子時(shí)鐘的背景 20世紀(jì)末，電子技術(shù)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(lǐng)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(shí)也使現(xiàn)代電子產(chǎn)品性能進(jìn)一步提高，產(chǎn)品更新?lián)Q代的節(jié)奏也越來越快。 時(shí)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(dāng)前的時(shí)間。忘記了要做的事情，當(dāng)事情不是很重要的時(shí)候，這種遺忘無傷大雅。但是，一旦重要事情，一時(shí)的耽誤可能釀成大禍。目前，單片機(jī)正朝著高性能和多品種方向發(fā)展趨勢將是進(jìn)一步

10、向著CMOS化、低功耗、小體積、大容量、高性能、低價(jià)格和外圍電路內(nèi)裝化等幾個方面發(fā)展。下面是單片機(jī)的主要發(fā)展趨勢。單片機(jī)應(yīng)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(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)方法。從前必須由模擬電路或數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)的大部分功能，現(xiàn)在已能用單片機(jī)通過軟件方法來實(shí)現(xiàn)了。這種軟件代替硬件的控制技術(shù)也稱為微控制技術(shù)，是傳統(tǒng)控制技術(shù)的一次革命。單片機(jī)模塊中最常見的是電子時(shí)鐘，電子時(shí)鐘是一種用數(shù)字電路技術(shù)實(shí)現(xiàn)時(shí)、分、秒計(jì)時(shí)的裝置，與機(jī)械式時(shí)鐘相比具有更高的準(zhǔn)確性和直觀性，且無機(jī)械裝置，具有更更長的使用壽命，因此得到了廣泛的使用。1.2電子時(shí)鐘的意義電子時(shí)鐘是采用數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)對.時(shí),分,秒.數(shù)字顯

11、示的計(jì)時(shí)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(yīng)用,使得電子時(shí)鐘的精度,遠(yuǎn)遠(yuǎn)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?cái)U(kuò)展了鐘表原先的報(bào)時(shí)功能。諸如定時(shí)自動報(bào)警、按時(shí)自動打鈴、時(shí)間程序自動控制、定時(shí)廣播、自動起閉路燈、定時(shí)開關(guān)烘箱、通斷動力設(shè)備、甚至各種定時(shí)電氣的自動啟用等，所有這些，都是以鐘表數(shù)字化為基礎(chǔ)的。因此，研究電子時(shí)鐘及擴(kuò)大其應(yīng)用，有著非?，F(xiàn)實(shí)的意義。1.3電子時(shí)鐘的應(yīng)用電子時(shí)鐘已成為人們?nèi)粘Ｉ钪校罕夭豢缮俚谋匦杵?，廣泛用于個人家庭以及車站、碼頭、劇場、辦公室等

12、公共場所，給人們的生活、學(xué)習(xí)、工作、娛樂帶來極大的方便。由于數(shù)字集成電路技術(shù)的發(fā)展和采用了先進(jìn)的石英技術(shù)，使電子時(shí)鐘具有走時(shí)準(zhǔn)確、性能穩(wěn)定、攜帶方便等優(yōu)點(diǎn)，它還用于計(jì)時(shí)、自動報(bào)時(shí)及自動控制等各個領(lǐng)域。 2 整體設(shè)計(jì)方案2.1單片機(jī)的選擇單片機(jī)微型計(jì)算機(jī)是微型計(jì)算機(jī)的一個重要分支，也是頗具生命力的機(jī)種。單片機(jī)微型計(jì)算機(jī)簡稱單片機(jī)，特別適用于控制領(lǐng)域，故又稱為微控制器。通常，單片機(jī)由單塊集成電路芯片構(gòu)成，內(nèi)部包含有計(jì)算機(jī)的基本功能部件：中央處理器、存儲器和I/O接口電路等。因此，單片機(jī)只需要和適當(dāng)?shù)能浖巴獠吭O(shè)備相結(jié)合，便可成為一個單片機(jī)控制系統(tǒng)。單片機(jī)經(jīng)過1、2、3、3代的發(fā)展，正朝著多功能、高

13、性能、低電壓、低功耗、低價(jià)格、大存儲容量、強(qiáng)I/O功能及較好的結(jié)構(gòu)兼容性方向發(fā)展。其發(fā)展趨勢不外乎以下幾個方面：2.1.1多功能單片機(jī)中盡可能地把所需要的存儲器和I/O口都集成在一塊芯片上，使得單片機(jī)可以實(shí)現(xiàn)更多的功能。比如A/D、PWM、PCA（可編程計(jì)數(shù)器陣列）、WDT（監(jiān)視定時(shí)器-看家狗）、高速I/O口及計(jì)數(shù)器的捕獲/比較邏輯等。有的單片機(jī)針對某一個應(yīng)用領(lǐng)域，集成了相關(guān)的控制設(shè)備，以減少應(yīng)用系統(tǒng)的芯片數(shù)量。例如，有的芯片以51內(nèi)核為核心，集成了USB控制器、SMART CARD接口、MP3解碼器、CAN或者I*I*C總線控制器等，LED、LCD或VFD顯示驅(qū)動器也開始集成在8位單片機(jī)中。

14、2.1.2高效率和高性能為了提高執(zhí)行速度和執(zhí)行效率，單片機(jī)開始使用RISC、流水線和DSP的設(shè)計(jì)技術(shù)，使單片機(jī)的性能有了明顯的提高，表現(xiàn)為：單片機(jī)的時(shí)鐘頻率得到提高；同樣頻率的單片機(jī)運(yùn)行效率也有了很大的提升；由于集成度的提高，單片機(jī)的尋址能力、片內(nèi)ROM（FLASH）和RAM的容量都突破了以往的數(shù)量和限制。由于系統(tǒng)資源和系統(tǒng)復(fù)雜程度的增加，開始使用高級語言（如C語言）來開發(fā)單片機(jī)的程序。使用高級語言可以降低開發(fā) 難度，縮短開發(fā)周期，增強(qiáng)軟件的可讀性和可移植性，便于改進(jìn)和擴(kuò)充功能。2.1.3低電壓和低功耗單片機(jī)的嵌入式應(yīng)用決定了低電壓和低功耗的特性十分重要。由于CMOS等工藝的大量采用，很多單片

15、機(jī)可以在更低的電壓下工作（1.2V或0.9V），功耗已經(jīng)降低到uA級。這些特性使得單片機(jī)系統(tǒng)可以在更小電源的支持下工作更長的時(shí)間。2.1.4低價(jià)格單片機(jī)應(yīng)用面廣，使用數(shù)量大，帶來的直接好處就是成本的降低。目前世界各大公司為了提高競爭力，在提高單片機(jī)性能的同時(shí)，十分注意降低其產(chǎn)品的價(jià)格。2.2單片機(jī)電子時(shí)鐘功能確定單片機(jī)電子時(shí)鐘計(jì) 時(shí) 功 能計(jì) 時(shí) 調(diào) 整定 時(shí) 顯 示定 時(shí) 調(diào) 整定 時(shí) 鬧 鈴計(jì) 時(shí) 顯 示圖2.1時(shí)鐘整體布局圖所需元器件如表2.1所示。表2.1電子元件列表序號名稱數(shù)量序號名稱數(shù)量1AT89S511片92.7K電阻7只212M晶振1個10104瓷片電容4只3共陽數(shù)碼管4只11

16、30P瓷片電容2只4PN管85507只12200電阻1只574LS2441片13560電阻8只6蜂鳴器1個1410K電阻12只7微動按鍵5個15100電阻4只810UF電容1只單片機(jī)電子時(shí)鐘，是利用單片機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)計(jì)時(shí)、時(shí)間顯示、時(shí)間調(diào)整、定時(shí)調(diào)整、鬧鈴等功能。項(xiàng)目完成過程中使用了外部中斷技術(shù)、定時(shí)器中斷技術(shù)、鍵盤查詢及動態(tài)顯示技術(shù)。2.3 LED顯示模塊圖2.2七段共陽極數(shù)碼管七段共陽極數(shù)碼管及功能如圖1所示：如圖1所示數(shù)碼管為共陽極數(shù)碼管，其3腳和8腳均接電源正極，而共陰極數(shù)碼管的3腳和8腳均接電源負(fù)極。其端口所標(biāo)數(shù)據(jù)與數(shù)碼管顯示條處所標(biāo)對應(yīng)，當(dāng)端口接入高電平時(shí)，相應(yīng)共陽極數(shù)碼管的顯示條即點(diǎn)

17、亮。2.4按鍵模塊矩陣式鍵盤（也稱行列式鍵盤）適用于按鍵數(shù)目較多的場合，它由行線和列線組成。按鍵位于行列的交點(diǎn)上。一個3*3的行列結(jié)構(gòu)可以構(gòu)成一個有9個按鍵的鍵盤。同理，一個4*4的行列結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)可以構(gòu)成一個16鍵的鍵盤。獨(dú)立式按鍵就是各按鍵相互獨(dú)立，每個按鍵各接入一根輸入線，一根輸入線上的案件工作狀態(tài)不會影響其他輸入線上的工作狀態(tài)。因此，通過檢測輸入線的電平狀態(tài)可以很容易判斷哪個按鍵按下了。獨(dú)立式按鍵電路配置靈活，軟件簡單。但每個按鍵需要占用一個輸入口線，在按鍵數(shù)量較多時(shí)，需要較多的輸入口線且電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，故此種鍵盤適用于按鍵較少或操作速度較高的場合。由于此種系統(tǒng)中共有啟動兩條生產(chǎn)線的“啟動1

18、”鍵和“啟動2”鍵、分選擇鍵、秒選擇鍵、時(shí)間設(shè)置加、時(shí)間設(shè)置減、時(shí)間設(shè)置鍵、確定鍵。只有這8個就鍵，比較簡單。所以就采用獨(dú)立式按鍵接口電路。3 PCB原理圖與仿真圖3.1 PCB原理圖圖3.1時(shí)鐘PCB圖3.2仿真圖圖3.2時(shí)鐘仿真圖4 程序設(shè)計(jì)#include reg51.h#define uchar unsigned char#define uint unsigned int#define smplay P2sbit sm1out=P00;sbit sm2out=P01;sbit sm3out=P02;sbit sm4out=P03;sbit speak=P04;sbit addtime=

19、P34;sbit subtime=P35;sbit sled1=P13;sbit sled2=P14;uchar code tabsm=0x03,0x9F,0x25,0x0D,0x99,0x49,0x41,0x1F,0x01,0x09;uchar code tabds=0x02,0x9E,0x24,0x0C,0x98,0x48,0x40,0x1E,0x00,0x08;uchar datamd,datamg,datahd,datahg;uchar ddatamd,ddatamg,ddatahd,ddatahg;uchar gethour,getmin;uchar secdata=0x00;uch

20、ar t1num=10;uchar t0num1=10;uchar t0num2=2;uchar fselect=0;bit flagplay;bit flagflash;bit flagspk=0;void dlysys() uchar i,j,k; for(i=0;i50;i+) for(j=0;j100;j+) for(k=0;k100;k+);void dlyplay() uchar i,j; for(i=0;i10;i+) for(j=0;j100;j+);void dlyint() uchar i,j; for(i=0;i200;i+) for(j=0;j4); datahd=(gethour & 0x0f); datamg=(getmin4); datamd=(getmin & 0x0f); 5 結(jié)論我在這一次電子時(shí)鐘的設(shè)計(jì)過程中，很是受益匪淺。通過對自己在大學(xué)三年時(shí)間里所學(xué)的知識的回顧，并充分發(fā)揮對所學(xué)知識的理解和對畢業(yè)設(shè)計(jì)的思考及書面表達(dá)能力，最終完成了。這為自己今后進(jìn)一步深化學(xué)習(xí)，積累了一定寶貴的經(jīng)驗(yàn)。撰寫論文的過程也是專業(yè)知識的學(xué)習(xí)過程，它使我運(yùn)用已有的專業(yè)基礎(chǔ)知識，對其進(jìn)行設(shè)計(jì)，分析和解決一個理論問題或?qū)嶋H問題，把知識轉(zhuǎn)化為能力的實(shí)際訓(xùn)練。培養(yǎng)了我運(yùn)用所學(xué)知識解決實(shí)際問題的能力。通過這次課程設(shè)計(jì)我發(fā)現(xiàn)，只有理論水平提高了；才能夠