基于51单片机的电子时钟设计与实现

1、摘要自20世纪70年代单片机问世以来，由于其高性能价格比引起了人们的关注和重视，并得到了广泛的应用和迅速的发展。单片机具有体积小、重量轻、抗干扰能力强、环境要求低、价格低、可靠性高、灵活性好、易于开发等优点。由于上述优点，单片机在我国已广泛应用于工业自动化控制、自动检测、智能仪器仪表、家用电器、电力电子、机电一体化设备等方面，其中51单片机是最典型、最有代表性的一种。通过学习和应用，本毕业设计设计了一个以AT89S51芯片为核心的简易电子钟及必要的电路。它由4.5V DC电源供电，通过数码管可以精确显示时间和调整时间，从而实现学习、设计和开发软硬件的能力。电子钟是利用数字电路实现“时”、“分”

2、、“秒”数字显示的计时装置。电子钟的精确度和稳定性远远超过旧机械钟。本设计采用发光二极管数码管显示时、分、秒，根据数码管的动态显示原理，采用24小时计时方式显示，用12兆赫兹晶振产生振荡脉冲，定时器计数。在本设计中，电路有自己的显示时间功能，也可以调节时间。电子钟因其体积小、价格低、走时精度高、使用方便、功能多样、易于集成而得到广泛应用。关键词：单片机；AT89S51摘要自20世纪70年代芯片问世以来，凭借其高性价比而受到人们的关注和重视，它得到了广泛的应用和快速的发展。单片机体积小，重量轻，抗干扰能力强，环境要求不高，成本低，可靠性高，灵活性好，开发更容易。由于上述特点，在我国，单片机被广泛

3、应用于工业自动化控制、自动检测、智能仪器仪表、家用电器、电力电子、机电设备等方面，而51单片机是最典型、最具代表性的芯片之一。本次毕业设计通过对其的研究，应用以AT89S51芯片为核心，配以必要的电路，设计了一个简单的电子钟，它由4.5 V直流电源供电，通过电子管可以显示时间，调整时间，从而达到学习、设计、开发软硬件的能力。电子钟是一种电子电路实现的“时”，“分”，“秒”的数字显示计时装置。电子钟精度高，稳定性好，远远超过老式机械钟。在本设计中，我们采用发光二极管电子显示小时、分钟、秒钟，以24小时计时模式，根据电子控制理论以动态显示来显示，采用12MHz晶体振荡脉冲，计时器计数。在本设计中，

4、电路具有显示时间的这一功能，还可以实现时间调整。电子钟以其体积小、成本低、走时精度高、使用方便、功能多、易于集成等特点，深受广大消费者的喜爱，所以应用广泛。关键词：单片机；AT89S51目录1导言11.1电子钟1的背景1.2电子钟的意义21.3电子钟的应用22总体设计方案32.1单片机3的选择2.1.1多功能32.1.2高效率和高性能42.1.3低电压和低功耗42.1.4低价52.2单片机电子钟功能的确定52.3发光二极管显示模块72.4关键模块73印刷电路板原理图和仿真图93.1印刷电路板原理图93.2模拟图104编程115结论286参考文献307致谢311导言1.1电子钟的背景20世纪末，

5、电子技术取得了飞速发展。在它的推动下，现代电子产品几乎渗透到了社会的各个领域，有力地促进了社会生产力的发展和社会信息化水平的提高。与此同时，现代电子产品的性能得到了进一步提高，产品更新换代的步伐越来越快。时间对人们来说总是如此珍贵，工作的繁忙和复杂很容易让人忘记现在的时间。忘记该做什么，当事情不是很重要的时候，这种忘记是无害的。然而，一旦事情变得重要，暂时的拖延可能会导致巨大的灾难。目前，单片机正朝着高性能和多样化方向发展，并将进一步向CMOS、低功耗、小尺寸、大容量、高性能、低价格和内置外围电路方向发展。以下是单片机的主要发展趋势。单片机应用的意义在于它从根本上改变了控制系统的传统设计思想和

6、设计方法。过去必须通过模拟电路或数字电路实现的大部分功能现在可以通过单片机软件来实现。这种以软件代替硬件的控制技术也被称为微控制技术，是传统控制技术的一次革命。电子钟是单片机模块中最常见的一种。电子钟是一种利用数字电路技术实现时、分、秒计时的装置。与机械钟相比，它具有更高的精度和直观性，没有机械装置，使用寿命更长，因此得到了广泛的应用。1.2电子钟的意义电子钟是利用数字电路实现小时、分、秒数字显示的计时装置。它广泛应用于私人住宅、车站、码头、办公室等公共场所，已经成为人们日常生活中不可或缺的必需品。由于数字集成电路的发展和石英晶体振荡器的广泛应用，电子钟的精度远远超过了旧钟。钟表的数字化给人们

7、的生产和生活带来了极大的便利，极大地拓展了钟表原有的报时功能。如定时自动报警、定时自动振铃、定时节目自动控制、定时广播、路灯自动开关、烤箱定时开关、电源设备的开关，甚至各种定时电器的自动启动，都是基于钟表的数字化。因此，研究电子钟并拓展其应用具有重要的现实意义。1.3电子钟的应用电子钟已经成为人们日常生活中必不可少的必需品。它广泛应用于个人家庭、车站、码头、剧院、办公室等公共场所，给人们的生活、学习、工作和娱乐带来了极大的方便。由于数字集成电路技术的发展和先进应时技术的采用，电子钟具有走时准确、性能稳定、携带方便等优点。它也用于各种领域，如定时，自动报时和自动控制。2总体设计方案2.1单片机的

8、选择单片机是微型计算机的一个重要分支，也是一个极具生命力的模型。单片机被称为单片机，它特别适用于控制领域，所以又被称为微控制器。一般来说，单片机是由单个集成电路芯片组成的，它包含计算机的基本功能部件：中央处理器、存储器和输入输出接口电路。因此，单片机只有与合适的软件和外部设备相结合，才能成为一个单片机控制系统。经过第一代、第二代、第三代和第三代的发展，单片机正朝着多功能、高性能、低电压、低功耗、低价格、大存储容量、强输入输出功能和更好的结构兼容性方向发展。它的发展趋势无非是以下几个方面：2.1.1多功能尽可能将所需的内存和输入输出端口集成在一个芯片上，使单片机能够实现更多的功能。如模数、脉宽调

9、制、主成分分析(可编程计数器阵列)、WDT(看门狗)、高速输入输出端口和计数器的捕获/比较逻辑。一些单片机集成了某一应用领域的相关控制设备，以减少应用系统中的芯片数量。例如，一些芯片以51核为核心，集成了通用串行总线控制器、智能卡接口、MP3解码器、现场可编程门阵列或工控总线控制器等。以及发光二极管、液晶显示器或变频显示器驱动器也集成到8位微控制器中。2.1.2高效率和高性能为了提高执行速度和效率，单片机开始采用RISC、流水线和数字信号处理器设计技术，使单片机的性能有了明显的提高，具体表现在：(1)提高了单片机的时钟频率；同频单片机的工作效率也有了很大提高；随着集成度的提高，单片机的寻址能力

10、以及片上只读存储器和随机存储器的容量突破了以往的数量和限制。由于系统资源和复杂度的增加，采用高级语言(如C语言)开发单片机程序。使用高级语言可以降低开发难度，缩短开发周期，增强软件的可读性和可移植性，便于功能的改进和扩展。2.1.3低电压和低功耗单片机的嵌入式应用决定了低电压、低功耗的特性非常重要。由于互补金属氧化物半导体技术的广泛应用，许多单片机可以在较低的电压(1.2V或0.9V)下工作，功耗已经降低到uA级。这些特点使得单片机系统在较小的电源支持下工作时间更长。2.1.4低价单片机有着广泛的应用和大量的应用，这给降低成本带来了直接的好处。目前，为了提高竞争力，世界各大公司都非常重视在提高

11、单片机性能的同时降低产品价格。2.2单片机电子钟功能的确定单片机电子钟计时功能计时和调整定时显示计时和调整定时报警计时和显示图2.1时钟的总体布局所需组件如表2.1所示。表2.1电子元件清单序列号姓名量序列号姓名量1AT89S511片92.7K电阻7只动物212M晶体振荡器110104陶瓷电容器4.3公共阳极数码管4.1130P陶瓷电容器2只动物4PN管85507只动物12200 电阻1只动物574LS2441片13560 电阻八只动物6门铃11410K抵抗运动12只动物7微型钥匙5.15100 电阻4.810UF电容器1只动物单片机电子钟利用单片机技术实现计时、时间显示、时间调整、定时调整、

12、报警等功能。项目完成过程中采用了外部中断技术、定时器中断技术、键盘查询和动态显示技术。2.3发光二极管显示模块图2.2七段共阳极数码管七段共阳极数码管及其功能如图1所示。如图1所示，数码管是一个公共阳极数码管，其管脚3和8连接到正电源，而公共阴极数码管的管脚3和8连接到负电源。其端口上标记的数据对应于数码管显示条上的标记。当端口连接到高电平时，相应的公共阳极数码管的显示条将点亮。2.4关键模块矩阵键盘(也称行列式键盘)适用于按键数量较多的场合，它由行线和列线组成。键位于行和列的交叉点。一个3*3的行列结构可以形成一个9键的键盘。类似地，一个4*4的行和列结构可以形成一个16键键盘。独立按键相互独立，每个按键连接到一条输入线，一条输入线上的机箱工作状态不会影响其他输入线上的工作状态。因此，通过检测输入线的电平状态，很容易判断哪个键被按下。独立按键电路配置灵活，软件简单。然而，每个键需要占用一个输入行。当有许多键时，需要更多的输入线，电路结构复杂。因此，该键盘适用于按键少或操作速度快的场合。有“开始1”键和“开始2”键、子选择键、第二选择键、时间设置加