基于51单片机的电子钟设计.doc

摘要:（1）电子钟的发展及应用1957年,ventura发明了世界上第一个电子表，从而奠定了电子时钟的基础，电子时钟开始迅速发展起来。现代的电子时钟是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，用于一秒的定义，通过计数方式进行满六十秒分钟进一，满六十分小时进一，满二十四小时小时清零。从而达到计时的功能，是人民日常生活补课缺少的工具。现在高精度的计时工具大多数都使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led显示器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。（2）电子钟特点与原理电子钟亦称数显钟（数字显示钟），是一种用数字电路技术实现时、分、秒计时的装置，与机械时钟相比，直观性为其主要显著特点，且因非机械驱动，具有更长的使用寿命，相较石英钟的石英机芯驱动，更具准确性。电子钟已成为人们日常生活中必不可少的必需品，广泛用于个人家庭以及车站、码头、剧院、办公室等公共场所，给人们的生活、学习、工作、娱乐带来极大地方便。相对于其他时钟类型，它的特点可归结为“两强一弱 ”：比机械钟强在观时显著，比石英钟强在走时准确，但是它的弱点为显时较为单调。电子钟是一个将“ 时”，“分”，“秒”显示于人的视觉器官的计时装置。它的计时周期为24小时，显示满刻度为23时59分59秒，具有校时功能和报时功能。因此，一个基本的数字钟电路主要由译码显示器、“时”，“分”，“秒”计数器、校时电路、报时电路和振荡器组成。主电路系统由秒信号发生器、“时、分、秒”计数器、译码器及显示器、校时电路、整点报时电路组成。秒信号产生器是整个系统的时基信号，它直接决定计时系统的精度，一般用石英晶体振荡器加分频器来实现。将标准秒信号送入“秒计数器”，“秒计数器”采用60进制计数器，每累计60秒发出一个“分脉冲”信号，该信号将作为“分计数器”的时钟脉冲。“分计数器”也采 用60进制计数器，每累计60分钟，发出一个“时脉冲”信号，该信号将被送到“时计数器”。“时计数器”采用24进制计时器，可实现对一天24小时的累计。译码显示电路将“时”、“分”、“秒”计数器的输出状态用七段显示译码器译码，通过七段显示器显示出来。整点报时电路时根据计时系统的输出状态产生一脉冲信号，然后去触发一音频发生器实现报时。校时电路时用来对“时”、“分”、“秒”显示数字进行校对调整。应用proteus的isis软件实现了单片机电子时钟系统的设计与仿真。该方法仿真效果真实、准确，节省了硬件资源。1设计要求：设计一个基于51单片机的电子时钟，并且能够实现时分秒的显示和调节。2方案选择：单片机的型号选择通过对多种单片机性能的分析，最终认为89c51是最理想的电子时钟开发芯片。89c51是一种带4k字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压，高性能cmos8位微处理器，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89c51是一种高效微控制器，而且它与mcs-51兼容，且具有4k字节可编程闪烁存储器和1000写/擦循环，数据保留时间为10年等特点，是最好的选择。51单片机的引脚及各引脚功能介绍8051 单片机的引脚图 引脚功能： l p0.0p0.7 p0口8位双向口线（在引脚的3932号端子）。 l p1.0p1.7 p1口8位双向口线（在引脚的18号端子）。 l p2.0p2.7 p2口8位双向口线（在引脚的2128号端子）。 l p3.0p3.7 p2口8位双向口线（在引脚的1017号端子）。 p0口有三个功能： 1、外部扩展存储器时，当做数据总线（如图1中的d0d7为数据总线接口） 内、2、外部扩展存储器时，当作地址总线（如图1中的a0a7为地址总线接口） 3、不扩展时，可做一般的i/o使用，但内部无上拉电阻，作为输入或输出时应在外部接上拉电阻。 p1口只做i/o口使用：其内部有上拉电阻。 p2口有两个功能： 1、扩展外部存储器时，当作地址总线使用 2、做一般i/o口使用，其内部有上拉电阻；p3口有两个功能： 除了作为i/o使用外（其内部有上拉电阻），还有一些特殊功能，由特殊寄存器来设置。数码管显示工作原理数码管是一种把多个led显示段集成在一起的显示设备。有两种类型，一种是共阳型，一种是共阴型。共阳型就是把多个led显示段的阳极接在一起，又称为公共端。共阴型就是把多个led显示段的阴极接在一起，即为公共商。阳极即为二极管的正极，又称为正极，阴极即为二极管的负极，又称为负极。通常的数码管又分为8段，即8个led显示段，这是为工程应用方便如设计的，分别为a、b、c、d、e、f、g、dp，其中dp 是小数点位段。而多位数码管，除某一位的公共端会连接在一起，不同位的数码管的相同端也会连接在一起。即，所有的a段都会连在一起，其它的段也是如此，这是实际最常用的用法。数码管显示方法可分为静态显示和动态显示两种。静态显示就是数码管的8段输入及其公共端电平一直有效。动态显示的原理是，各个数码管的相同段连接在一起，共同占用8 位段引管线；每位数码管的阳极连在一起组成公共端。利用人眼的视觉暂留性，依次给出各个数码管公共端加有效信号，在此同时给出该数码管加有效的数据信号，当全段扫描速度大于视觉暂留速度时，显示就会清晰显示出来。3系统硬件电路的设计总体硬件原理图如图1所示 图1 系统电路原理图at89c51因为其含一个可擦除的rom，以及其存储数据的时间长度可达10年之久所以选其作为该设计的核心控制部件。3.1键盘电路设计该设计只用了一个键盘，但实现的功能却是比较完善，减少了硬件资源的损耗，该键盘可以实现小时和分钟的调节以及控制是否进入省电模式。当按键按下又松开，可以实现屏蔽数码管显示的功能，达到省电的目的；直接按下不松开，则可以通过按键实现分钟的累加，每按一次分钟加一；而连续两次按下按键不放松，则可实现小时的调节，同样每按一次小时加一。达到时间调节的目的。选择的多功能按键如图2所示。3.2主控模块89c51 89c51是一个8位单片机，片内rom全部采用flash rom技术，晶振时钟为12mhz。89c51是标准的40引脚双列直插式集成电路芯片，有4个八位的并行双向i/o端口，分别记作p0、p1、p2、p3。第31引脚需要接高电位使单片机选用内部程序存储器；第40脚为电源端vcc，接+5v电源，第20引脚为接地端vss，通常在vcc和vss引脚之间接0.1f高频滤波电容。4系统软件设计4.1系统软件概述在主程序的开始定义了一组固定单元用来存储计数的分、秒、时的存储单元。在主程序中，对不同的按键进行扫描，实现秒表，时间调整。系统总体流程图如图3所示。开始t0中断入口通过查表方式显示数据数码位选加1位选值=8ny位选数值=0秒计数加1秒计数=500ny秒计数=0second加1中断返回图3 总体流程图系统子程序流程图如图4所示。yynnn子程序入口second=60second=0，并minute加1minute=60minute=0，并hour加1显示数据处理中断返回hour=24y图4 子程序流程图5系统测试 本系统的软件系统主要可分为主程序、定时计数中断程序、时间调整程序、延时程序四大模块。在程序设计过程中，加强了部分软件抗干扰措施，下面对部分模块作介绍。系统开始仿真的仿真图如图5系统仿真图所示。 图5系统仿真图 6 总结通过这次的设计使我认识到本人对单片机方面的知识知道的太少了，对于书本上的很多知识还不能灵活运用，尤其是对程序设计语句的理解和运用，不能够充分理解每个语句的具体含义，导致编程的程序过于复杂，使得需要的存储空间增大。损耗了过多的内存资源。本次的设计使我从中学到了一些很重要的东西，那就是如何从理论到实践的转化，怎样将我所学到的知识运用到我以后的工作中去。在大学的课堂的学习只是在给我们灌输专业知识，而我们应把所学的用到我们现实的生活中去，此次的电子时钟设计给我奠定了一个实践基础，我会在以后的学习、生活中磨练自己，使自己适应于以后的竞争，同时在查找资料的过程中我也学到了许多新的知识，在和同学协作过程中增进同学间的友谊，使我对团队精神的积极性和重要性有了更加充分的理解。 我知道，今后我的路还是很长，我要学的东西也有很多。通过这次实习，我深刻的认识到计算机专业的路的不平坦，但我会以一种良好的态度去迎接每一个挫折和挑战。参考文献1 谢自美电子线路设计实验测试m武汉：华中理工大学出版社，1992.2 何立民单片机应用系统设计m北京：