基于单片机的可调电子钟的设计

1、毕业设计论文论文题目： 基于单片机的可调电子钟的设计 系 部： 机电系2011年 1月 20 日苏州经贸职业技术学院毕业设计目录摘要 . 2 前言 . 3第一章 设计说明 . 41.1 设计目的和内容 . 41.2 设计方案选择 . 41.3 设计总体框图 . 5第二章 系统主要硬件设计 . 62.1 单片机主控模块 . 62.1.1 AT89C51芯片简介 . 62.1.2 封装和引脚说明 . 62.2 液晶显示模块 . 72.2.1 LCD1602模块简介 . 82.2.2 LCD1602的控制指令及操作流程 . 82.3时钟电路及按键电路 . 102.4系统电路图 . 11第三章 系统软

2、件设计 . 123.1 系统程序流程图 . 123.2系统程序编写 . 12第四章 系统调试 . 134.1软件调试 . 134.2硬件调试 . 15 结语 . 17 参考文献 . 18 附录 . 19 附录 . 201苏州经贸职业技术学院毕业设计摘 要本设计是一个以单片机AT89C51为核心部件的电子钟，可以在液晶屏上显示时间和字符，并可任意调整时间。与传统机械表相比，它具有走时精确,显示直观等特点。它的计时周期为24小时，显满刻度为“23时59分59秒”，另外具有校时功能，适用于家庭、公司、机关等众多场所。文中详细论述了可调电子钟设计原理、使用的各芯片的介绍，阐明了本实例所使用的设计方案、

3、详细的电路图以及程序。本文编写的主导思想是软硬件相结合，以硬件为基础，来进行各功能模块的编写。本系统以单片机的C语言进行软件设计，并着重介绍了所应用的各硬件接口技术和各个接口模块的功能及工作过程,其次，详细阐述了程序的各个模块和实现过程，并且还进行了软件仿真调试和硬件调试。关键词：单片机 可调电子钟 液晶显示 仿真2苏州经贸职业技术学院毕业设计前 言电子时钟是现代电子技术在时钟领域的具体实现方式。时钟，自从它发明的那天起，就成为我们的朋友，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。这就要求人们不断设计出新型时钟。现今，高精度的计时工具大多数都使用了石

4、英晶体振荡器，由于电子时钟采用了石英技术，因此走时精度高，稳定性好，使用方便，不需要经常调校，数字式电子时钟用集成电路计时时，译码代替机械式传动，用LCD显示器代替指针显示时间，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、分、秒的校对。电子时钟广泛应用于个人家庭，车站，码头办公室等公共场所，成为人们常生活中不可缺少的必需品,给人们的生活带来极大的方便 。随着社会不断的发展，科学技术不断的进步，单片机的问世和飞速发展掀起了计算机工程应用的一场新革命，使计算机技术冲破了实验室和机房的界限，广泛地应用于工业控制系统、数据采集系统、自动测试系统、智能仪表和接口以及各类功能模块等广

5、阔的领域。单片机应用系统已经成为实现许多控制系统的常规性工具。我们说，单片机开辟了计算机应用的一个新时代是并不过分的。单片机的发展历史虽然只有短短20年，但由于计算机科学和微电子集成技术的飞速发展，单片机自身也在不断地向更高层次和更大规模发展。世界各大半导体厂商纷至沓来争先挤入这一市场，激烈的市场竞争也促进了单片机迅速更新换代，带来了它们更为广泛的应用。由于单片机应用系统的高可靠性，硬、软件的高利用系数，优异的性能价格比，使它的应用范围由开始传统的过程控制，逐步进入数值处理、数字信号处理以及图像处理等高技术领域。我们在本次的设计中广泛用到了单片机的应用系统。本文提出了一种基于AT89C51单片

6、机的可调电子钟设计方案，本方案以AT89C51单片机作为主控核心，按键、LCD液晶显示等模块组成硬件系统。在硬件系统中设有独立按键和LCD显示器，能显示丰富的信息，根据使用者的需要可以随时对时间进行校准、选择时间等，综上所述此电子钟具有读取方便、显示直观、功能多样、电路简洁、成本低廉等诸多优点，符合电子仪器仪表的发展趋势，具有广阔的市场前景。3苏州经贸职业技术学院毕业设计第一章 设计说明1.1 设计目的和内容本系统开机时液晶屏显示00：O0：O0开始计时,用三个电位按键来实现对电子时钟的调试工作，当按第一下总控键时进入时钟的调整状态，有两个电位按键分别来调整时钟的时、分、秒加一减一，它的计时周

7、期为24小时，显满刻度为“23时59分59秒”。本课题所研究的电子钟是单片机控制技术的一个具体应用，主要研究内容包括以下几个方面：（1）选用电子钟芯片时，应重点考虑功能实在、使用方便、单片存储、低功耗、抗断电的器件。（2）根据选用的芯片设计外围电路。（3）在硬件设计时，结构要尽量简单实用、易于实现，使系统电路尽量简单。（4）根据硬件电路图，在面包板上完成器件的插接。（5）根据设计的硬件电路，编写控制AT89C51芯片的单片机程序。（6）通过编程、编译、调试，把程序下载到单片机上运行，并实现本设计的功能。（7）在硬件电路和软件程序设计时，主要考虑提高人机界面的友好性，方便用户操作等因素。（8）软

8、件设计时必须要有完善的思路，要做到程序简单，调试方便。1.2 设计方案选择单片机电子钟的制作有多种方法，可供选择的器件和运用的技术也有很多种。所以，系统的总体设计方案应在满足系统功能的前提下，充分考虑系统使用的环境，所选的结构要简单使用、易于实现，器件的选用着眼于合适的参数、稳定的性能、较低的功耗以及低廉的成本。单片机模块的选择：由于AT89C51单片机片内有4K字节的在线编程Flash存储器，可以擦写1000次，具有掉电模式，而且具有掉电状态下的中断恢复功能，对设计开发非常实用。所以选用AT89C51单片机作为可调电子钟芯片的控制单片机。时钟模块的选择：直接采用单片机定时计数器提供秒信号，使

9、用程序实现时、分、秒计数。采用此种方案减少芯片的使用，节约成本。显示模块的选择：数码管亮度高、体积小、重量轻，但其显示信息简单、有限，需要驱动，使用复杂，在本题目中应用受到很大的限制。液晶显示功耗低，轻便防震。采用液晶显示界面友好清晰，操作方便，显示信息丰富。按键模块的选择：4苏州经贸职业技术学院毕业设计为了使系统电路更简单,按键只设计了3个,分别是 “设置” 、“+” 、“-” ,用来设置及调整系统的时钟1.3设计总体框图数字电子钟设计框图如图1-1所示：图1-1 系统总统框图5苏州经贸职业技术学院毕业设计第二章 系统主要硬件设计2.1 单片机主控模块2.1.1 AT89C51芯片简介单片机

10、是微型机的一个主要分支，在结构上的最大特点是把CPU、存储器、定时器和多种输入/输出接口电路集成在一块超大规模集成电路芯片上。就其组成和功能而言，一块单片机芯片就是一台计算机。ATMEL公司生产的AT89C51单片机采用高性能的静态80C51设计，并采用先进工艺制造，还带有非易失性Flash程序存储器。它是一种高性能、低功耗的8位CMOS微处理芯片，市场应用最多。4KB Flash ROM，可以擦除1000次以上，数据保存10年。其主要特点如下： 256字节内部RAM； 电源控制模式； 时钟可停止和恢复； 空闲模式； 掉电模式； 5个中断源； 4个中断优先级； 4个8位I/O口； 全双工增强型

11、TUAR； 2个16位定时/计数器：T0、T1(标准80C51) 全静态工作方式：024MHZ2.1.2 封装和引脚说明AT89C51单片机为双列直插式（DIP）芯片,是最常用的有总线扩展引脚的DIP40 封装。如图2-1所示。（1）.电源及时钟引脚Vcc：接入电源Vss：接地XTAL1和XTAL2：时钟引脚，外接晶体引线端。当使用芯片内部时钟时，此两引脚端用于外接晶振和微调电容；当使用外部时钟时，用于接外部时钟脉冲信号。（2）.控制线引脚RST：RST是复位信号输入端。ALE/PROG：地址锁存允许信号输入端。在存取外存储器时，用于锁存低8位地址信号。当单片机正常工作后，ALE端就周期性地以

12、时钟振荡频率的1/6固定频率向外输出正脉冲信号。此引脚的第2功能PROG是作为编程脉冲输入端。PSEN：程序存储器允许输出端。CPU从外部程序存储器取指令时，PSEN信号会自动产生负脉冲，作为外部程序存储器的选通信号。EA/Vpp：程序存储器地址允许输入端。当EA为高电平时，CPU执行片内程序存储器指令，但当PC中的值超过0FFFH时，将自动转向执行片外程序存储器指令；当EA为低电平时，CPU只执行片外程序存储器指令。（3）.并行I/O引脚P0.0P0.7：P0口为8位双向I/O口或地位地址/数据总线复用引脚。P1.0P1.7：P1口为8位双向I/O口。6苏州经贸职业技术学院毕业设计P2.0P

13、2.7：P2口为8位双向I/O口或高位地址总线引脚。P3.0P3.7：P3口为8位双向I/O口或第二功能引脚。P3口也可以作为一些特殊功能口，如表1所示。图2-1 AT89C51单片机引脚封装表1 P3特殊功能口2.2 液晶显示模块液晶显示模块由于具有低功耗、 寿命长、 体积小、 显示内容丰富,价格低、 接口控制方便等优点,因此在各类电子产品中被极广泛地推广和应用。 字符型液晶显示模块是一类专用于显示字母、 数字、 符号等点阵式液晶显示模块。 针对目前电子钟常采用LED作为显示电路,造成硬件电路复杂、 功耗高、 产品体积庞大 7苏州经贸职业技术学院毕业设计等特点;本系统设计采用字符型液晶显示模

14、块1602作为显示器件,这样不仅简化了电路的硬件设计,而且极大地提高了系统的可靠性。2.2.1 LCD1602模块简介LCD1602可以显示2行16个字符，具有8位数据总线D0-D7，和RS、R/W、E三个控制端口，工作电压为5V，并且带有字符对比度调节和背光设置。下面(图2-2)就是LCD1602液晶模块的正面和反面照片。图2-2 LCD1602液晶模块引脚介绍如下：第1脚：VSS为电源地，接GND。第2脚：VDD接5V正电源。第3脚：VL为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高，对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度。第4脚：RS

15、为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。第5脚：RW为读写控制信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。当RS和RW共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当RS为低电平RW为高电平时可以读忙信号，当RS为高电平RW为低电平时可以写入数据。第6脚：E端为使能信号端,当E端由高电平跳变成低电平时,液晶模块执行命令。第714脚：D0D7为8位双向数据线。第15脚：BLA背光电源正极(+5V)输入引脚。第16脚：BLK背光电源负极，接GND。2.2.2 LCD1602的控制指令及操作流程1602液晶模块内部的控制器共有11条控制指令,控制命令如表2所示。它的读写操作、屏幕

16、和光标的操作都是通过指令编程来实现的。（说明：1为高电平、0为低电平）8苏州经贸职业技术学院毕业设计表2 控制命令表指令1：清显示，指令码01H,光标复位到地址00H位置指令2：光标复位，光标返回到地址00H指令3：光标和显示模式设置 I/D：光标移动方向，高电平右移，低电平左移 S:屏幕上所有文字是否左移或者右移。高电平表示有效，低电平则无效指令4：显示开关控制。 D：控制整体显示的开与关，高电平表示开显示，低电平表示关显示 C：控制光标的开与关，高电平表示有光标，低电平表示无光标 B：控制光标是否闪烁，高电平闪烁，低电平不闪烁指令5：光标或显示移位 S/C：高电平时移动显示的文字，低电平时

17、移动光标 指令6：功能设置命令 DL：高电平时4位总线，低电平为8位总线 N：低电平为单行显示，高电平时双行显示 F: 低电平时显示5x7的点阵字符，高电平时显示5x10的点阵字符。指令7：字符发生器RAM地址设置指令8：DDRAM地址设置指令9：读忙信号和光标地址 BF：为忙标志位，高电平表示忙，此时模块不能接收命令或者数据，如果为低电平表示不忙。指令10：写数据指令11：读数据LCD1602可以在8根I/O线上读写数据,因此LCD的控制器接口有严格的通信协议来保证读写数据传输的正确性和完整性。1602字符LCD基本操作有以下四种：1. 读状态：输入信号：RS=0，RW=1，E=1 输出信号

18、：D0D7=状态字2. 读数据：输入信号：RS=1，RW=1，E=1 输出信号：D0D7=数据3. 写指令：输入信号：RS=0，RW=0，E=1-0 输出信号：D0D7=指令4. 写数据：输入信号：RS=1，RW=0，E=1-0 输出信号：D0D7=数据其读写信号的操作时序如图2-3所示。9苏州经贸职业技术学院毕业设计图2-3 LCD1602的基本操作流程 2.3时钟电路及按键电路2.3.1时钟电路时钟是单片机的心脏，单片机各功能部件的运行都是以时钟频率为基准，有条不紊的一拍一拍地工作。因此，时钟频率直接影响单片机的速度，时钟电路的质量也直接影响单片机系统的稳定性。常用的时钟电路有两种方式：一

19、种是内部时钟方式，另一种为外部时钟方式。图2-4 内部时钟方式本文用的是内部时钟方式（如图2-4所示）。内部时钟方式只要在单片机的XTAL1和XTAL2引脚外接即可。图中电容C1和C2的作用是稳定频率和快速起振，电容值为530pF，典型值为30pF。晶振CYS的振荡频率要小于12MHz，典型值 10苏州经贸职业技术学院毕业设计为6MHz，12MHz或11.0592MHz。实际应用中一般采用外接晶振的内2.3.2按键电路按键的开关状态通过一定的电路转换为高、低电平状态。按键闭合过程在相应的I/O端口形成一个负脉冲。闭合和释放过程都要经过一定的过程才能达到稳定，这一过程是处于高、低电平之间的一种不

20、稳定状态，称为抖动。抖动持续时间的常长短与开关的机械特性有关，一般在5-10ms之间。为了避免CPU多次处理按键的一次闭合，应采用措施消除抖动。本文采用的是独立式按键，直接用I/O口线构成单个按键电路，每个按键占用一条I/O口线，每个按键的工作状态不会产生互相影响。它是整个系统中最简单的部分，根据功能要求，本系统共需三个按键：功能移位键、功能加键、功能减键（如图2-5所示）。P3.0口表示功能移位键，按键选择要调整的时、分秒。P3.1口表示数字“+“键，按一下则对应的数字加1。P3.2口表示数字“-”键，按一下则对应的数字减1。P3.0 P3.1P3.2图2-5 按键电路2.4系统电路图可调电

21、子钟的系统电路图请见附件 。11苏州经贸职业技术学院毕业设计第三章 系统软件设计3.1 系统程序流程图用51单片机（AT89C51）通过程序控制来产生时间信号，利用P0端口使之显示于LCD1602液晶显示屏上，程序开始进行标识位初始化，对时钟单元进行初始化，开始读取时间信息，通过读取程序，液晶显示器显示时间，当有按键按下时进行键值的处理，没有按键按下时则程序重新读取时间信息。系统程序流程图如图3-1所示。3.2系统程序编写 图3-1 系统程序流程图可调电子钟程序清单请见附件。12苏州经贸职业技术学院毕业设计第四章 系统调试完成了硬件的设计、制作和软件编程之后，要使系统能够按设计思路正常运行，必

22、须进行系统调试。系统调试包括硬件调试和软件调试两个部分。不过，作为一个单片机系统，正常运行是硬件系统和软件系统相结合的，因此，硬件、软件系统的调试是紧密相关，二者是相辅相成的。4.1软件调试Proteus软件主要由两个模块组成：ARES和ISIS。前者主要用于PCB自动或人工布线；后者主要绘制电路原理图，并可进行相应的仿真。作为一款EDA仿真软件，Proteus有着丰富的元件库。各种动态元件(基本元件如电阻、电容、各种二极管、三极管、MOS管、555定时器等；74系列TTL元件和4000系列CMOS元件；存储芯片包括各种常用的ROM、RAM、EEPROM件等)。此外该软件还支持微处理器的仿真(

23、支持许多通用的微控制器，如PIC系列、AVR系列、8051系列等；同时它还支持ARM、PLD及各种外围芯片的仿真)，并能与常用的编译器，如Keil、IAR、Proton等进行协同调试。Proteus应用于单片机应用系统的仿真设计后，改变了单片机应用系统的传统的学习和研发过程，降低了单片机原理及应用学习的门槛，并开辟了一条“提出设计方案一仿真设计一实物设计一检测调试一最终产品”的产品研发途径，大大缩短了开发周期，提高了产品开发的成功率。Proteus和Keil C51整合构建单片机实验仿真环境,过程如下：首先，用Proteus ISIS绘制电子时钟系统的电路原理图（如图4-1）；图4-1 Pro

24、teus电路原理图13苏州经贸职业技术学院毕业设计其次，用Keil C51编写程序，编译无误后生成HEX文件（如图4-2）图4-2 Keil C51编写程序再次，在Proteus ISIS中将HEX文件“下载”到AT89C51芯片中，其方法是鼠标右击AT89C51，然后左击，出现相应元件属性对话框，在该对话框“Program File”一项中选择要加入的HEX文件；最后，点击Proteus ISIS窗口下方的Play键可以观察到电路仿真结果（如图4-3）。14苏州经贸职业技术学院毕业设计图4-3 Proteus仿真结果4.2硬件调试因为PCB板价格高，万能板操作起来太困难，所以选择用面包板，把

25、元器件按照原理图插接在面包板上操作简单，并且可以避免元器件损坏，方便进行更改调整。但最后还是没有调试成功，原因在于单片机烧写程序失败，单片机不能正常工作，系统也就不会工作。硬件调试情况如以下实物图4-4所示。15苏州经贸职业技术学院毕业设计图4-4 实物图16苏州经贸职业技术学院毕业设计结 语本设计从理论到实际应用，用AT89C51单片机与LCD1602液晶模块等一些电路的组合，成功的设计出了一个可调数字电子钟。在软件设计的过程中，利用了Keil这个软件在程序录入和调试的时候的优越性，让我能够在编写程序的时候很方便的发现程序中的错误，对于PROTEUS这款软件，也能熟练掌握电路设计仿真。最后所

26、设计的可调电子钟设计也按当初要求的能够在PROTEUS中进行仿真，并且能够很精确的显示时间。由于平时没有接触过单片机的实物调试，对单片机程序烧写未能熟练掌握加上毕业设计的时间有限，所以对于他们的硬件连接调试没有成功，但以后有机会的话会再好好学习的。通过这次的设计使我认识到我对单片机方面的知识知道的太少了，有很多我们需要掌握的知识在等着我去学习，我会在以后的学习生活中弥补我所缺少的知识。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

27、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。毕业设计的完成，为我的大学学习生活画下了最后一笔。应该感谢的人很多，首先感谢学院给我们提供了一个展现自己的舞台，给我们一次难得煅炼的机会，使得我们的动手能力和专业技能都有了很大的提高。在做论文设计的日子里得到了指导教师的悉心指导，在此向我的指导教师致以诚挚的谢意。感谢提供相关技术帮助的老师和同学给了我很多无私的帮助和支持，我在此深表谢意。17苏州经贸职业技术学院毕业设计参考文献1 陈权昌, 李兴富主编.单片机原理及运用.广州.华南理工大学出版社，20062 陈立国.陈宇等.单片机原理及应用.北京.机械工业出

28、版社，20013 李全利.单片机原理及应用技术.北京.高等教育出版社，20014 林志琦,郎建军.基于Proteus的单片机可视化软硬件仿真.北京.北京航空 航天大学出版社,20065 百度百科，18苏州经贸职业技术学院毕业设计附录硬件系统原理图如下图所示：19苏州经贸职业技术学院毕业设计附录系统程序清单如下：#include#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit rs=P24;sbit rw=P25;sbit en=P26;sbit key1=P30;sbit key2=P31;sbit key3=P32;sbit s

29、clk=P13;sbit rst=P15;sbit io=P14;uchar code table= good luck ;uchar code table1=Time 00-00-00 ;uint count,shi,fen,miao;/uchar num1;delay(uint x)uint i,j;for(i=x;i0;i-)for(j=110;j0;j-);void write_com(uchar com) /1602液晶写命令rw=0;rs=0;P0=com;en=1;delay(5);en=0;delay(5);void write_date(uchar date) /1602液晶

30、写数据 rs=1;rw=0;P0=date;en=1;delay(5);en=0;20苏州经贸职业技术学院毕业设计delay(5);void init() /初始化函数uchar num;en=0;write_com(0x38);write_com(0x0c);write_com(0x06);write_com(0x01);write_com(0x80);for(num=0;num15;num+)write_date(tablenum);delay(5);write_com(0x80+0x40);for(num=0;num14;num+)write_date(table1num);delay(

31、5);TMOD=0x01;TH0=(65536-50000)/256;TL0=(65536-50000)%256;EA=1;ET0=1;TR0=1;void display(uchar address,uchar date) /液晶显示函数 uchar shi,ge;shi=date/10;ge=date%10;write_com(0x80+0x40+address);write_date(0x30+shi);write_date(0x30+ge);void keyscan() /键盘扫描函数，实现时间的调整功能 uchar num;if(key1=0)21苏州经贸职业技术学院毕业设计delay(5);if(key1=0)num+;while(key1=0);switch(num)cas