基于单片机数字时钟的设计

1、基于单片机数字时钟的设计第一章 绪论1.1 数字时钟的背景1.2 数字时钟的意义1.3 数字时钟的应用第二章 整体设计方案2.1 单片机的选择2.2 单片机的基本结构第三章 数字是中的硬件设计3.1最小系统设计3.2液晶显示电器3.3键盘控制电路第四章 数字时钟的软件设计4.1系统软件设计流程图4.2数字是中的原理图4.3主程序4.4时钟设置子程序4.5定时器中断子程序4.6液晶显示子程序4.7按键控制子程序第五章 系统仿真1.1数字时钟的背景20世纪末，电子技术获得了飞速的发展，在其推动下，现代电子产品几乎渗透了各个领域，有力地推动了社会生产力的发展和社会信息化程度的提高，同时也使现代电子产

2、品性能及一步提高，产品更新换代的节奏也越来越快。时间对人们来说总是那么宝贵，工作的忙碌性和繁杂性容易使人忘记当前的时间。忘记了要做的事情，当事情不是很重要的时候，这种遗忘无伤大雅。但是，一时的耽误可能酿成大祸。目前，单片机正朝着高性能和多品种方向发展趋势将是进一步向着CMOS化，低功耗，小体积，大容量，高性能，低价格和外围电路内装化等几个方面发展。下面是单片机的主要发展趋势单片机应用的重要意义还在于，他从根本上改变了传统的控制系统设计思想和设计方法。从前必须由模拟电路或数字电路实现的大部分功能，现在已能用单片机通过软件方法来实现了。这种软件代替硬件的控制技术也称为微控制技术，是传统控制技术的一

3、次改革。单片机模块中最常见的是数字时钟，数字钟是一种用数字电路实现时，分，秒计时的装置，与机械时钟相比具有更高的准确性和直观性，且无机械装置，具有更长的使用寿命，因此得到了广泛的使用。1.2数字时钟的意义数字钟是采用数字电路实现对.时,分,秒.数字显示的计时装置,广泛用于个人家庭,车站, 码头办公室等公共场所,成为人们日常生活中不可少的必需品,由于数字集成电路的发展和石英晶体振荡器的广泛应用,使得数字钟的精度,远远超过老式钟表, 钟表的数字化给人们生产生活带来了极大的方便，而且大大地扩展了钟表原先的报时功能。诸如定时自动报警、按时自动打铃、时间程序自动控制、定时广播、自动起闭路灯、定时开关烘箱

4、、通断动力设备、甚至各种定时电气的自动启用等，所有这些，都是以钟表数字化为基础的。因此，研究数字钟及扩大其应用，有着非常现实的意义。1.3数字时钟的应用数字时钟已成为人们日常生活中必不可少的，广泛用于个人家庭以及车站，码头，剧场办公室等公共场所，给人们的生活，学习，工作，娱乐带来极大的方便。由于数字集成电路技术的发展和采用了先进的石英技术，使数字钟具有走时准确，性能稳定，携带方便等优点，它还用于计时，自动报时以及自动控制等各个领域。第二章整体设计方案2.1单片机的选择单片机微型计算机是微型计算机的一个重要分支，也是颇具生命力的机种。单片机微型计算机简称单片机，特别适用于控制领域，故又称微控制器

5、通常，单片机由单块集成电路芯片构成，内部包含计算机的基本功能部件；中央处理器，存储器和I/O接口电路等。因此，单片机只需要和适当的软件及外部设备相结合，成为一个单片机控制系统。单片机经过1，2，3，3代的发展，正朝着多功耗CMOS化，微型单片化，低电压，低功耗，主流与多品种共存等方向发展。其发展趋势不外乎以下几个方面：，1.低功耗CMOS化 MCS-51系列的8031推出时的功耗达630mW，而现在的单片机普遍都在100mW左右，随着对单片机功耗要求越来越低，现在的各个单片机制造商基本都采用了CMOS(互补金属氧化物半导体工艺)。象80C51就采用了HMOS(即高密度金属氧化物半导体工艺)和C

6、HMOS(互补高密度金属氧化物半导体工艺)。CMOS虽然功耗较低，但由于其物理特征决定其工作速度不够高，而CHMOS则具备了高速和低功耗的特点，这些特征，更适合于在要求低功耗象电池供电的应用场合。所以这种工艺将是今后一段时期单片机发展的主要途径 2.微型单片化 现在常规的单片机普遍都是将中央处理器(CPU)、随机存取数据存储(RAM)、只读程序存储器(ROM)、并行和串行通信接口，中断系统、定时电路、时钟电路集成在一块单一的芯片上，增强型的单片机集成了如A/D转换器、PMW(脉宽调制电路)、WDT(看门狗)、有些单片机将LCD(液晶)驱动电路都集成在单一的芯片上，这样单片机包含的单元电路就更多

7、，功能就越强大。甚至单片机厂商还可以根据用户的要求量身定做，制造出具有自己特色的单片机芯片。 此外，现在的产品普遍要求体积小、重量轻，这就要求单片机除了功能强和功耗低外，还要求其体积要小。现在的许多单片机都具有多种封装形式，其中SMD(表面封装)越来越受欢迎，使得由单片机构成的系统正朝微型化方向发展。 3.主流与多品种共存 现在虽然单片机的品种繁多，各具特色，但仍以80C51为核心的单片机占主流，兼容其结构和指令系统的有PHILIPS公司的产品，ATMEL公司的产品和中国台湾的Winbond系列单片机。所以C8051为核心的单片机占据了半壁江山。而Microchip公司的PIC精简指令集(RI

8、SC)也有着强劲的发展势头，中国台湾的HOLTEK公司近年的单片机产量与日俱增，与其低价质优的优势，占据一定的市场分额。此外还有MOTOROLA公司的产品，日本几大公司的专用单片机。在一定的时期内，这种情形将得以延续，将不存在某个单片机一统天下的垄断局面，走的是依存互补，相辅相成、共同发展的道路。4.低电压和低功耗随着超大规模集成电路的发展，NMOS 工艺单片机被CMOS代替，并开始向HMOS 过渡。供电电压由5V 降到3V ，2V 甚至到1V ，工作电流由mA 降至A ，这在便携式产品中大有用武之地。下面大致介绍一下单片机的应用领域和特点：1.在智能仪器仪表上的应用单片机具有体积小、功耗低、

9、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等优点，广泛应用于仪器仪表中，结合不同类型的传感器，可实现诸如电压、功率、频率、湿度、温度、流量、速度、厚度、角度、长度、硬度、元素、压力等物理量的测量。采用单片机控制使得仪器仪表数字化、智能化、微型化，且功能比起采用电子或数字电路更加强大。例如精密的测量设备（功率计，示波器，各种分析仪）。2.在工业控制中的应用用单片机可以构成形式多样的控制系统、数据采集系统。例如工厂流水线的智能化管理，电梯智能化控制、各种报警系统，与计算机联网构成二级控制系统等。3.在家用电器中的应用可以这样说，现在的家用电器基本上都采用了单片机控制，从电饭褒、洗衣机、电冰箱、空调机、

10、彩电、其他音响视频器材、再到电子秤量设备，五花八门，无所不在。4.在计算机网络和通信领域中的应用现代的单片机普遍具备通信接口，可以很方便地与计算机进行数据通信，为在计算机网络和通信设备间的应用提供了极好的物质条件，现在的通信设备基本上都实现了单片机智能控制，从手机，电话机、小型程控交换机、楼宇自动通信呼叫系统、列车无线通信、再到日常工作中随处可见的移动电话，集群移动通信，无线电对讲机等。5.单片机在医用设备领域中的应用单片机在医用设备中的用途亦相当广泛，例如医用呼吸机，各种分析仪，监护仪，超声诊断设备及病床呼叫系统等等。6.在各种大型电器中的模块化应用某些专用单片机设计用于实现特定功能，从而在

11、各种电路中进行模块化应用，而不要求使用人员了解其内部结构。如音乐集成单片机，看似简单的功能，微缩在纯电子芯片中（有别于磁带机的原理），就需要复杂的类似于计算机的原理。如：音乐信号以数字的形式存于存储器中（类似于ROM），由微控制器读出，转化为模拟音乐电信号（类似于声卡）。在大型电路中，这种模块化应用极大地缩小了体积，简化了电路，降低了损坏、错误率，也方便于更换。7.单片机在汽车设备领域中的应用单片机在汽车电子中的应用非常广泛，例如汽车中的发动机控制器，基于CAN总线的汽车发动机智能电子控制器，GPS导航系统，abs防抱死系统，制动系统等等。此外，单片机在工商，金融，科研、教育，国防航空航天等领

12、域都有着十分广泛的用途。目前，我国生产很多型号的单片机，在此，我们选用AT89C51的单片机，因为：AT89C51是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含4k bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和128 bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，内置功能强大的微型计算机的AT89C51提供了高性价比的解决方案。AT89C51是一个低功耗高性能单片机，40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中断口，2个16位可编程定时计

13、数器,2个全双工串行通信口，AT89C51可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程。其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本。2.2单片机的基本结构MCS-51的内部结构8051单片机包含中央处理器、程序存储器(ROM)、数据存储器(RAM)、定时/计数器、并行接口、串行接口和中断系统等几大单元及数据总线、地址总线和控制总线等三大总线，现在我们分别加以说明：中央处理器：中央处理器(CPU)是整个单片机的核心部件，是8位数据宽度的处理器，能处理8位二进制数据或代码，CPU负责控制、指挥和调度整个单元系统协调的工作，完成运算和控制输入输

14、出功能等操作。数据存储器(RAM)：8051内部有128个8位用户数据存储单元和128个专用寄存器单元，它们是统一编址的，专用寄存器只能用于存放控制指令数据，用户只能访问，而不能用于存放用户数据，所以，用户能使用的的RAM只有128个，可存放读写的数据，运算的中间结果或用户定义的字型表。程序存储器(ROM)：8051共有4096个8位掩膜ROM，用于存放用户程序，原始数据或表格。定时/计数器(ROM)：8051有两个16位的可编程定时/计数器，以实现定时或计数产生中断用于控制程序转向。并行输入输出(I/O)口：8051共有4组8位I/O口(P0、 P1、P2或P3)，用于对外部数据的传输全双工

15、串行口：8051内置一个全双工串行通信口，用于与其它设备间的串行数据传送，该串行口既可以用作异步通信收发器，也可以当同步移位器使用。中断系统：8051具备较完善的中断功能，有两个外中断、两个定时/计数器中断和一个串行中断，可满足不同的控制要求，并具有2级的优先级别选择。时钟电路：8051内置最高频率达12MHz的时钟电路，用于产生整个单片机运行的脉冲时序，但8051单片机需外置振荡电容。单片机的结构有两种类型，一种是程序存储器和数据存储器分开的形式，即哈佛(Harvard)结构，另一种是采用通用计算机广泛使用的程序存储器与数据存储器合二为一的结构，即普林斯顿(Princeton)结构。INTE

16、L的MCS-51系列单片机采用的是哈佛结构的形式，而后续产品16位的MCS-96系列单片机则采用普林斯顿结构。下图是MCS-51系列单片机的内部结构示意图。MCS-51单片机内部包括以下部件：一个8位CPU；一个片内时钟振荡器，最高时钟频率为12MHz4KB程序存储器ROM/EPROM；128B数据存储器RAM；可寻址的外部程序存储器和64KB数据存储器空间；21个特殊功能寄存器SFR；4个8位并行I/O口，共32根I/O线；1个全双工串行口；2个16位定时器、计数器；具有5个中断源，2个优先级的中断结构；具有位寻址功能的位处理器，适用于位处理。MCS-51的引脚说明：MCS-51系列单片机产

17、品有8051，8031，8751，80C51，80C31等型号（前三种为CMOS芯片，后两种为CHMOS芯片）。它们的结构基本相同，其主要差别反映在存储器的配置上。8051内部设有4K字节的掩模ROM程序存储器，8031片内没有程序存储器，而8751是将8051片内的ROM换成EPROM。由ATMEL公司生产的89C51将EPROM改成了4K的闪速存储器。MCS-51单片机引脚功能：MCS-51单片机引脚图1电源线：VCC：+5V电源。VSS：地线。2RST：复位信号线。当输入的复位信号延续两个机器周期以上的高电平时即为有效，用以完成单片机的复位初始化操作。3信号引脚介绍 P0.0P0.7：P

18、0口8位双向口线。 P1.0P1.7：P1口8位双向口线。 P2.0P2.7：P2口8位双向口线。 P3.0P3.7：P3口8位双向口线。4XTAL1和XTAL2：外接晶振引脚5控制线：（1）ALE/PROG （2）EA/VPP（3）PSENd)校时子程序系统扩展了三个按键，TIME键用于报时，由于时间包括年月日和时分，按一次TIME键，则报年月日，再按一次则报时分。当一直按住TIME键3秒则进入时间校正状态，语音报当前是XXXX年，按UP键年份增加，按DOWN键减少；按TIME键来切换月、日、时、分，调整完分后，按TIME键确认，语音报出年月日时分。时间增加的流程如图8.6所示，时间减少的流程与增加的相同，所以不再给出时间减少的流程图。在校正时间的状态下，如果连续2分钟键没有被按下，则