丁浩单片机电子时钟方案设计书.docx

1、单片机电子时钟的设计摘要单片机自 20 世纪 70 年代问世以来，以其极高的性能价格比，受到人们的重视和关注，应用很广、发展很快。单片机体积小、重量轻、抗干扰能力强、环境要求不高、价格低廉、可靠性高、灵活性好、开发较为容易。由于具有上述优点，在我国，单片机已广泛地应用在工业自动化控制、自动检测、智能仪器仪表、家用电器、电力电子、机电一体化设备等各个方面，而 51 单片机是各单片机中最为典型和最有代表性的一种。这次毕业设计通过对它的学习、应用，以 AT89S51 芯片为核心，辅以必要的电路，设计了一个简易的电子时钟，它由 4.5V 直流电源供电，通过数码管能够准确显示时间，调整时间，从而到达学习

2、、设计、开发软、硬件的能力。关键词：单片机；AT89S52第一章前言时钟，自从它发明的那天起，就成为人类的朋友，但随着时间的推移，科学技术的不断发展，人们对时间计量的精度要求越来越高，应用越来越广。时钟电路在计算机系统中起着非常重要的作用，是保证系统正常工作的基础。在一个单片机应用系统中，时钟有两方面的含义：一是指为保障系统正常工作的基准振荡定时信号，主要由晶振和外围电路组成，晶振频率的大小决定了单片机系统工作的快慢；二是指系统的标准定时时钟，即定时时间，它通常有两种实现方法：一是用软件实现，即用单片机内部的可编程定时/ 计数器来实现，但误差很大，主要用在对时间精度要求不高的场合；二是用专门的

3、时钟芯片实现，在对时间精度要求很高的情况下，通常采用这种方法，典型的时钟芯片有：DS1302， DS12887，X1203都可以满足高精度的要求。本文主要介绍用单片机内部的定时/ 计数器来实现电子时钟的方法，本设计由单片机 AT89S51 芯片和 LED 数码管为核心，辅以必要的电路，构成了一个单片机电子时钟。等第二章方案论证与比较2.1 数字时钟方案数字时钟是本设计的最主要的部分。根据需要，可利用两种方案实现。方案一：本方案采用 Dallas 公司的专用时钟芯片 DS12887A。该芯片内部采用石英晶体振荡器，其芯片精度不大于 10ms/年，且具有完备的时钟闹钟功能，因此，可直接对其以用于显

4、示或设置，使得软件编程相对简单。方案二：本方案完全用软件实现数字时钟。原理为：在单片机内部存储器设三个字节分别存放时钟的时、分、秒信息。利用定时器与软件结合实现1 秒定时中断，每产生一次中断，存储器内相应的秒值加1；若秒值达到60，则将其清零，并将相应的分字节值加1；若分值达到60，则清零分字节，并将时字节值加1；若时值达到24，则将十字节清零。该方案具有硬件电路简单的特点。基于硬件电路的考虑，本设计采用方案二完成数字时钟的功能。2.2 数码管显示方案方案一：静态显示。该方式每一位都需要一个 8 位输出口控制。静态显示时较小的电流能获得较高的亮度，且字符不闪烁。但当所显示的位数较多时，静态显示

5、所需的 I/O 口太多，造成了资源的浪费。方案二：动态显示。利用人的视觉暂留功能可以看到整个显示，但必须保证扫描速度足够快，字符才不闪烁。调整参数可以实现较高稳定度的显示。动态显示节省了 I/O 口，降低了能耗。从节省 I/O 口和降低能耗出发，本设计采用方案二。第三章系统设计3.1 总体设计3.1.1 系统说明利用单片机（ AT89S51）制作简易电子时钟，由六个LED 数码管分别显示小时十位、小时个位、分钟十位、分钟个位、秒钟十位、秒钟个位。6 个 PNP管（ 9012）分别控制六个数码管的亮灭，一个按键用于时间调整。3.1.2 系统框图电源部分按键 S2直流电源4.5V复位电路控制部分单

6、片机（ AT89S51 ）显示部分位选部分6 个 PNP 三极管（ 9012）6 个七段共阴极数码管显示秒，分钟及小时位图 3-13.2 模块设计3.2.1 电源部分图 3-2如图 3-2 所示，从外部引入4.5V 的直流电，为单片机、复位电路提供电源。3.2.2 复位电路图 3-3如图 3-3 所示，复位电路主要由型号为 1N4148的二极管，型号为 10UF/16V 的电解电容，型号为 104 的瓷片电容， 10K 的电阻以及按键 S1 构成， S1 接芯片的相应引脚 RST，当开关按下时引脚 RST为高电平 1，断开时引脚为低电平 0。3.2.3 程序下载接口图 3-4如图 3-4 所示

7、，由 AT89S ISP 构成的两排十针下载口，板图上有一个小方框，为1 号引角；下载线的凸口为正方向，凸口的右侧边的第一个插孔为1 号引角。3.2.4 位选部分图 3-5图 3-5 为位选电路，三极管的集电极接数码管的公共端，当P2 口对应的引脚输出高电平时三极管导通，对应的数码管显示数据。这样，在同一时刻，6 位 LED中只有选通的那 1 位显示出字符，而其他5 位则是熄灭的。3.2.5 数码管的连接电路图 3-6图 3-6 为数码管的引脚图，每位的段码线（ a,b,c,d,e,f,g,dp ）分别与 1 个 8 位的锁存器输出相连，由 AT89S51控制组合 09 十个数据，如令其显示

8、1 则 b,c 引脚（即 2，3 引脚）送高电平，此时数码管显示 1。由于各位的段码线并联， 8 位 I/O 口输出段码对各个显示位来说都是相同的 。3.2.6 控制部分图 3-7AT89S51 提供以下标准功能： 4K 字节 Flash32I/O 口线，看门狗（ WDT），两个数据指针，两个闪速存储器， 128 字节内部16 位定时 / 计数器，一个RAM，5 向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。如图 3-7 所示， AT89S51 有 40 引脚，双列直插（ DIP）封装，所用引脚功能如下：VCC运行时加 4.5VGND接地XTAL1 振荡器反相放大器及内部时钟发

9、生器的输入端 XTAL2 振荡器反相放大器的输出端RST复位输入，高电平有效，在晶振工作时，在RST引脚上作用2 个机器周期以上的高电平，将使单片机复位。 WDT溢出将使该引脚输出高电平，设置 SFT AUXR的 DISRTO位（地址 8EH）可打开或关闭该功能。EA/VPP 片外程序存储器访问允许信号。欲使 CPU仅访问外部程序存储器（地址为 0000H-FFFFH）， EA 端必须保持低电平（接地），如果 EA 端为高电平（接 Vcc 端）， CPU则执行内部程序存储器中的指令。无自锁开关（ S2 P3.7 ）开关接相应引脚 P3.7 ，当开关按下时，相应引脚为低电平 0，断开时引脚为高电

10、平 1。第四章原理图与 PCB图图 4-1图 4-2第五章软件设计5.1 程序流程图主程序开始设定定时器常数，开中断到 1秒？显示时间T0 中断现场保护重装定时器初值满 20 次否？秒值加 1满 60 秒否？秒缓冲单元清零分值加 1满 60 分否？分缓冲单元清零时值加 1满 24 小时否？时缓冲单元清零恢复现场结束时钟调整程序按键 S2 时间 t1分钟闪烁，调时状态按键 S2 时间t0.5分值加 1分值 =60？分值清零关闭显S2 是否示，省电按下时钟闪烁，调时状态按键 S2时间 t1000 次） ISP Flash ROM47UF/16V只14.0-5.5V 工作电压范围210UF/16V只

11、10k全静态工作模式：时钟频率 0-33MHz只14.7k128x8bit 内部 RAM6只低功耗空闲和掉电模式1AT89S51片DIP403只1级程序加密锁12M 掉电标识和只快速编程特性 10.5 寸/ 共阴只69012个61N4148只1无自锁只2条1条1个19.55*5.664CM21能够很走时，通过硬钟进行整。2. 功能介绍：3. 显示 XX： XX：XX时间4. 时间可调：调整键（ S2）按下时间小于 1 秒（ t0.5s ）分钟位闪亮，此时按下S2 键（ t0.5s ）该个位数值加 1，当加到 9 时，再按下 S2 键则该个位显示0，分钟十位加 1。调试要点：首先确保各器件的完好性，其次检测各芯片的电源线和地线是否接触良好，然后焊接器件，接好电源用万用表检测各电源端、地端的状态是否正常。检查无误后插上 AT89S51并烧写一简易的程序，观察电路是否能协同工作。最后烧写工作程序，根据显示现象调试程序直至成功。上电运行时，数码管开始显示 00：00： 00，时钟开始走时。制作心得：在这次课程设计的调试过程中，我遇到很多问题，如：由于跳转指令出错，导致整个程序在运行时进入死循环，修改时没有根据流程盲目查找原因浪费许多时间，又由于考虑不周，时钟显示29： 89。该电路缺少整点报时及闹钟功能，由于能力和时间问题只能到此为止，很是