毕业设计论文基于单片机的多功能数字钟的设计

1、 西南科技大学本科生毕业论文 IV基于单片机的多功能数字钟的设计摘要：本设计论文介绍了用AT89C2051单片机控制的数字钟的硬件结构与软件设计,给出了汇编语言源程序。此数字钟是一个将“时”、“分”、“秒”显示于人的视觉器官的计时装置。它的计时周期为12小时，显示满刻度为12时59分59秒99毫秒，另外应有校时功能。电路由时钟脉冲发生器、时钟计数器、译码驱动电路和数字显示电路以及时间调整电路组成。用晶体振荡器产生时间标准信号，这里采用石英晶体振荡器。根据60秒为1分、60分为1小时、24小时为1天的计数周期，分别组成两个60进制（秒、分）、一个12进制（时）的计数器。构成秒、分、时的计数，实现计时的功能。显示器件选用LED七段数码管。在译码显示电路输出的驱动下，显示出清晰、直观的数字符号。针对数字钟会产生走时误差的现象，在电路中就设计有有校准时间功能的电路。关键词：单片机；AT89C2051；数字钟；计时Based on SCM multi-purpose digital clock designAbstract:The paper mainly presents the hardwa

2、re and software design of the digital clock using AT89C2051. The source program using assemble Language is given. This digital clock is a time-device, which can display hour, minute, second. Its time period is 12 hours and the full scale of the display is 12 hours, 59 minutes, 59 seconds and 99 milliseconds and it has the function of time adjustment. The circuit consists of the clock pulse generator, the clock counter, decoding drive circuit, digital display circuit and the time adjustment circu

3、it. It generates time standard signal using crystal oscillator, here is the quartz crystal oscillator. Because 60 seconds is 1 minute, 60 minutes is 1 hour and 24 hours is 1 day, we uses two counters of 60 parts and a counter of 12 part separately to constitute the count of percentage of second, second, minute, and hour. So it can realize time function. Display component selects seven-segment numerical tube LED. Driven by decoding output circuit, it can display showing clear and intuitive figure

4、s. Due to walking error of digital clock, we design time calibration circuit in the system.Key words：Single-chip microcomputer; AT89C2051; Digital clock; Time目 录第1章 绪 论11.1 前言11.2 设计的目的及意义1第2章 数字钟的功能实现与设计方案22.1 数字钟的功能及设计要求22.2 数字钟的实现形式22.3 方案的确定32.3.1 微处理器32.3.2 显示电路32.3.3 按键电路4第3章 数字钟的硬件系统设计53.1 数字时钟的硬件系统框架53.2 数字时钟的主机电路设计53.2.1 系统控制芯片CPU（AT89C2051）的选择53.2.2 系统时钟电路设计103.2.3 系统复位电路设计123.2.4 按键与按钮电路设计133.2.5 闹铃声光指示电路设计133.2.6 数字钟的显示电路设计133.3 校时电路设计173.3.1 校时原理173.3.2 国家授时中心183.3.3 窗口比较器183.3.4 校时

5、电路电路图193.4 电源设计20第4章 程序设计244.1 主控模块设计244.2 基本现实模块设计254.3 当前编辑位闪烁功能的实现264.4 时间设定模块设计264.5 脉冲发生器原理与走时处理274.6 闹铃功能的实现28第5章 系统的调试及结果305.1 系统调试环境305.2 软件调试305.3 硬件调试305.4 调试结果30结 论31致 谢32参考文献33附录1：完整的汇编语言源程序34附录2：系统设计原理图57附录3：系统设计PCB图58附录4：实物照片59西南科技大学本科生毕业论文第1章 绪 论1.1前言计算机尤其是以微细加工技术支持的微型计算机技术飞速发展，其应用渗透到了各行各业。以单片机、嵌入式处理器、数字信号处理器（DSP）为核心的计算机系统，以其软硬件可裁剪、高度的实时性、高度的可靠性、功能齐全、低功耗、适应面广等诸多优点而得到极为广泛的应用。目前计算机硬件技术向巨型化、微型化和单片机化三个方向告诉发展1。自1975年美国德州仪器公司（Texas Instruments）第一块微型计算机芯片TMS-1000问世以来，在短短的20年间，单片机技术已发展成为计

6、算机领域一个非常有前途的分之，它有自己的技术特征、规范和应用领域。单片机是自动控制系统的核心部件，主要用于工业控制、智能化仪器仪表、家用电器中。它具有体积小、性能突出可靠性高（某些方面的性能指标大大优于通用微机中央处理器）、价格低廉等一系列优点，应用领域不断扩大，除了工业控制、智能化仪表、通信、家用电器外，在智能化高档电子玩具产品中也大量采用单片机芯片作为核心控制部件，已经渗入到人们工作和生活的各个角落，有力地推动了各行业的技术改造和产品的更新换代，前景广阔。数字钟具备单片机最小系统的基本组成，对于我们了解单片机有很大的帮助2。 1.2 设计的目的及意义本设计通过用对一个能实现定时，时钟显示功能的时间系统的设计学习，详细介绍了51单片机应用中的数据转换显示，数码管显示原理，静态扫描显示原理，单片机的定时中断原理等，从而达到学习、了解单片机相关指令在各方面的应用。对于单片机学习者而言，这个程序基本上是一道门槛，掌握了电子钟程序，基本上就可以说把51单片机掌握了80%。第2章 数字钟的功能实现与设计方案2.1 数字钟的功能及设计要求（1） 可以实现时/分/秒/百分秒的显示，可以调整时/分（

7、2） 使用LED显示（3） 有表示时钟正常工作的装置（4） 能稳定工作，可控制时钟的启动复位（5） 有实现闹铃功能2.2 数字钟的实现形式数字钟既可以通过纯硬件实现，也可以通过软硬结合实现，根据电子时钟的核心部件秒信号的产生原理，通常有三钟形式：（1） 用NE555时基电路的形式采用NE555时基电路或其他震荡电路产生秒脉冲信号，作为秒加法电路的时钟信号或微处理器的外部中断输入信号，可构成电子时钟。由555构成的秒脉冲发生器电路如图1-1所示。输出的脉冲信号V0的频率F=1.443/（RA+2RB）C,可通过调节这3个参数,使输V0的频率为精确的1Hz3。图2-1 基于555的秒脉冲发生器（2） 采用石英钟专用芯片的实现形式采用石英钟专用计时芯片实现的电子钟，具有实现简单、计时精度高的特点。石英计时芯片（简称“机芯”）比较多，常见的有STP5512F、SM5546A和D60400等4。现基于5512F的2秒输出信号作为秒加法电路的计时脉冲，可实现电子时钟。5512F的引脚如图1-2所示。 12348765图2-2 5512F引脚图V+ SCAK SC1M0 BPM1 GND其中，引脚7

8、、8为外接晶振及振荡电路，引脚1接电源正极，电源为1.5伏，引脚3、4原为指针用步进电机线圈的输出驱动端，这里可用3脚作为脉冲输出，频率决定于外接晶振的频率。（3） 采用基于单片机的实现形式利用单片机的智能性，可方便的实现具有智能数字钟的设计。而且，微处理系统具有时钟振荡系统，利用系统时钟并借助微处理器的定时/计数器功能可以实现数字钟的功能。本设计采用AT89C2051单片机设计。2.3 方案的确定可以从以下几个方面来确定电子闹钟的设计方案。2.3.1 微处理器采用ATMEL的AT89C2051微处理器，是基于以下几个因素：内含Flash 存储器,这在系统的开发过程中,可随意进行程序修改,既便错误编程之后仍可以重新编程,故不存在废品且大大缩短了程序的开发周期;同时在系统工作过程中能有效地保存数据信息。采用静态时钟方式,节省电能,这对于降低便携式产品的功耗十分有利。由于它是以8031 核构成的,所以它与MCS251 系列单片机是兼容的AT89C2051为51内核，仿真调试软硬件资源丰富；性价比高，货源充足；DIP20封装，体积小，便于产品小型化；为E2PROM程序存储介质，1000次以上

9、擦/写周期，便于变成调试；具有IDLE和POWER-DOWN两种工作模式，便于进行低功耗设计；工作电压范围宽：2.76V，便于交直流供电5。2.3.2 显示电路就时钟而言，通常可采用液晶显示或数码管显示。对于一般的段式液晶屏，需要专门的驱动电路，而且也经显示作为一种被动显示，可视性相对较差；对于具有驱动电路和微处理器接口的液晶显示模块（字符或点阵），一般多采用并行机接口，对于微处理器的接口要求较高，占用资源多。另外，89C2051本身没有专门的液晶驱动接口，因此，本时钟设计采用了数码管显示方式。数码管作为一种主动显示器件，具有亮度高、价格便宜等优点，而且市场上也有专门的时钟显示组合数码管。2.3.3 按键电路考虑到对时和设定闹铃时间这两种操作的使用频率不是很高，为了精简系统和节省成本，本时钟系统只设两个按键：（1） SET键，对应系统的不同工作状态，具有三个功能： 在复位后的待机状态下，用于启动设定时间参数（对时和定闹）； 在设定时间参数状态而且不是设定最低位（即分个位）的状态下，用于结束当前位的设定，当前设定为下移； 在设定最低位（分个位）的状态下，用于结束本次时间设定。（2）+1键，用

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