基于单片机的数字电子钟本科毕业设计毕业论文.docx
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基于单片机的数字电子钟本科毕业设计毕业论文
基于单片机的数字电子钟本科毕业设计毕业论文
I
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II
AT89S51
摘要：
本文介绍了一款基于AT89S51单片机数字钟的设计，通过多功能数字钟的设计思路，详细叙述了系统硬件、软件的具体实现过程。
论文重点阐述了数字钟硬件中
MCU模块、语音模块、时钟模块和相关控制模块等的模块化设计与制作；软件同样
采用模块化的设计，包括中断模块、闹钟模块、语音模块、时间调整模块设计，并采
用简单流通性强的C语言编写实现。
本设计实现了时间与闹钟的修改功能、语音播
报功能、年、月、日和星期的显示功能。
并且通过对比实际的时钟，查找出了误差的
来源，确定了调整误差的方法，尽可能的减少误差，使得系统可以达到实际数字钟的
允许误差范围内。
关键词：
AT89S51单片机；数字钟；语音播报
III
ThedesignofdigitalelectronicclockbaseonSCMof
AT89S51
Abstract：
ThispaperintroducedthedesignofdigitalclockbasedonSCMofAT89S51,thespecificprocessofhowthesystemhardwareandsoftwareachievedweredetailed
descriptionthroughthedesignofmultifunctiondigitalclock.Themodulardesignand
production,whichconsistedofMCUmodule,voicemodule，clockmoduleandtheassociatedcontrolmodule,weremainlyrecounted；Aswellashardwaredesigning，softwaredesignusethesamemethod,consistssuspensionmodule，alarmclockmodule,voicemodule,timeadjustmodule,andthatusetheClanguagetoachievebecauseofits
simpleandstrongnegotiability.Inthisdesignthefunctionsoftimeandalarmclockrun
andchange,voicebroadcast，functionsoftheyear,month,dayandweekdisplayhavebeen
achieved.Andbycomparingtheactualclock,findoutthesourceoftheerrorand
determinedthemethodofadjustingerror,reduceerrorsasmuchaspossibly,sothissystem
canachieveapracticaldigitalclockwitherrorwithinthepermissiblerange.
Keywords：
AT89S51microcontroller;Digitalclock;VoiceBroadcast
IV
第1章绪论............................................................................................................................11.1课题背景.......................................................................................................................11.2课题意义.......................................................................................................................11.3数字钟的应用...............................................................................................................21.4本章小结.......................................................................................................................2第2章整体设计方案.............................................................................................................32.1单片机的选择...............................................................................................................32.2单片机的基本结构.......................................................................................................52.3本章小结.......................................................................................................................6第3章数字钟的硬件设计...................................................................................................73.1最小系统设计...............................................................................................................73.2数字钟的外围电路设计..............................................................................................9
3.2.1时钟电路................................................................................................................9
3.2.2LCD显示电路.....................................................................................................11
3.2.3语音录放电路......................................................................................................13
3.2.4电源电路..............................................................................................................13
3.2.5相关控制电路......................................................................................................143.3本章小结.....................................................................................................................16第4章数字钟的软件设计.................................................................................................174.1系统软件设计内容.....................................................................................................174.2主程序..........................................................................................................................184.3时钟设置子程序.........................................................................................................204.4中断子程序.................................................................................................................244.5LCD显示子程序........................................................................................................254.3本章小结.....................................................................................................................25第5章调试与功能说明.....................................................................................................265.1硬件调试.....................................................................................................................26
V
5.2系统性能测试与功能说明........................................................................................27
5.2.1系统时钟误差分析.............................................................................................27
5.2.2软件调试问题及解决.........................................................................................295.3系统PCB图................................................................................................................305.4本章小节.....................................................................................................................30结论...........................................................................................................................................31致谢...........................................................................................................................................32参考文献..................................................................................................................................33附录1…………………………………………………………………………...…………34附录2…………………………………………………………………...…………………35
第1章绪论
1.1课题背景
单片机自1976年由Intel公司推出MCS-48开始，迄今已有二十多年了。
由于单
片机集成度高、功能强、可靠性高、体积小、功耗地、使用方便、价格低廉等一系列
优点，目前已经渗入到人们工作和生活的方方面面，几乎“无处不在，无所不为”。
单片机的应用领域已从面向工业控制、通讯、交通、智能仪表等迅速发展到家用消费
产品、办公自动化、汽车电子、PC机外围以及网络通讯等广大领域。
单片机有两种基本结构形式:
一种是在通用微型计算机中广泛采用的，将程序存
储器和数据存储器合用一个存储器空间的结构，称为普林斯顿结构。
另一种是将程序
存储器和数据存储器截然分开，分别寻址的结构，一般需要较大的程序存储器，目前
的单片机以采用程序存储器和数据存储器截然分开的结构为多。
本文讨论的单片机多功能定时器的核心是目前应用极为广泛的51系列单片机，配置了外围设备，构成了一个可编程的计时定时系统，具有体积小，可靠性高，功能
强等特点。
不仅能满足所需要求，而且还有很多功能可供开发，有着广泛的应用领域。
20世纪80年代中期以后，Intel公司以专利转让的形式把8051内核技术转让给许多半导体芯片生产厂家，如ATMEL、PHILIPS、ANALOG、DEVICES、DALLAS等。
这些厂家生产的芯片是MCS-51系列的兼容产品，准确地说是与MCS-51指令系统兼容的单片机。
这些兼容机与8051的系统结构（主要是指令系统）相同，采用CMOS工艺，因而，常用80C51系列来称呼所有具有8051指令系统的单片机，它们对8051单片机一般都作了一些扩充，更有特点。
其功能和市场竞争力更强，不该把它们直接
称呼为MCS-51系列单片机，因为MCS只是Intel公司专用的单片机系列型号。
MCS-51系列及80C51单片机有多种品种。
它们的引脚及指令系统相互兼容，主要在内部结
构上有些区别。
目前使用的MCS-51系列单片机及其兼容产品通常分成以下几类：
基
本型、增强型、低功耗型、专用型、超8位型、片内闪烁存储器型。
1.2课题意义
在日常生活和工作中，我们常常用到定时控制，如扩印过程中的曝光定时等。
早期常用的一些时间控制单元都使用模拟电路设计制作的，其定时准确性和重复精度
都不是很理想，现在基本上都是基于数字技术的新一代产品，随着单片机性能价格比
的不断提高，新一代产品的应用也越来越广泛，大可构成复杂的工业过程控制系统，
1
完成复杂的控制功能。
小则可以用于家电控制，甚至可以用于儿童电子玩具。
它功能
强大，体积小，质量轻，灵活好用，配以适当的接口芯片，可以构造各种各样、功能
各异的微电子产品。
随着电子技术的飞速发展，家用电器和办公电子设备逐渐增多，不同的设备都有
自己的控制器，使用起来很不方便。
根据这种实际情况，设计了一个单片机多功能定
时系统，它可以避免多种控制器的混淆，利用一个控制器对多路电器进行控制，同时
又可以进行时钟校准和定点打铃。
它可以执行不同的时间表（考试时间和日常作息时
间）的打铃，可以任意设置时间。
这种具有人们所需要的智能化特性的产品减轻了人
的劳动，扩大了数字化的范围，为家庭数字化提供了可能。
1.3数字钟的应用
数字电子钟具有走时准确，一钟多用等特点，在生活中已经得到广泛的应用。
虽
然现在市场上已有现成的电子钟集成电路芯片出售，价格便宜、使用也方便，但是人
们对电子产品的应用要求越来越高，数字钟不但可以显示当前的时间，而且可以显示
日期、农历、以及星期等，给人们的生活带来了方便。
另外数字钟还具备秒表和闹
钟的功能，且闹钟铃声可自选，使一款电子钟具备了多媒体的色彩。
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，一旦
重要事情，一时的耽误可能酿成大祸。
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，使电子钟具有走时准确、性能稳定、携带方便等优点，它还用于计时、自动
报时及自动控制等各个领域。
1.4本章小结
本章主要介绍了单片机的历史发展过程，单片机的产生与发展给人们带来了来那
些影响。
以及数字钟在日常生活中的具体应用给日常生活带来的方便。
2
第2章整体设计方案
由于本系统要求具有语音播报功能，所以需采用十六位可处理语音信号的单片
机。
其主要设计思想是：
整个系统用单片机为中央控制器，由单片机执行采集时钟芯
片的时间信号并通过显示模块来输出信号及相关的控制功能。
时钟芯片产生时钟信
号，利用单片机的I/O口传给单片机；并通过I/O口实现LCD的显示。
系统设有4个按键可以对时间星期年月日进行调整，还可以设置闹钟。
整体框架如图2-1所示。
电复源位模电块语路音模
块单按片键机模时块钟LCD模显示块
2-1
2.1单片机的选择
AT89S51是一个低功耗，高性能CMOS8位单片机，片内含4kBytesISP（In-systemprogrammable）的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISPFlash存储单元，功能强大的微型计算机的
AT89S51可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。
AT89S51具有如下特点：
40个引脚，4kBytesFlash片内程序存储器，128bytes的随机存取数据存储器（RAM），32个外部双向输入/输出（I/O）口，5个中断优先
3
级2层中断嵌套中断，2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，看门狗
（WDT）电路，片内时钟振荡器。
此外，AT89S51设计和配置了振荡频率可为0Hz并可通过软件设置省电模式。
空闲模式下，CPU暂停工作，而RAM定时计数器，串行口，外中断系统可继续工作，掉电模式冻结振荡器而保存RAM的数据，停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。
主要功能特性为：
兼容MCS-51指令系统；
4k可反复擦写（>1000次）ISPFlashROM；
32个双向I/O口；
4.5-5.5V工作电压；
2个16位可编程定时/计数器；
时钟频率0-33MHz；
全双工UART串行中断口线；
128x8bit内部RAM；
2个外部中断源；
低功耗空闲和省电模式；
中断唤醒省电模式；
看门狗（WDT）电路；
灵活的ISP字节和分页编程；
双数据寄存器指针。
AT89S51单片机与其他品牌单片机相比有着性价比高，性能稳定的特点。
（1）51单片机的优点
如果是作低成本的智能产品，51构架单片机的成本优势，还是无人能敌的。
比
如一片AT89S51和AT89S52单片机的批量价格大概是5元左右，STC89C52单片机的批量价格大概是6元多，这样的芯片价格是很低的。
一片简单的74系列通用数字逻辑芯片还要1元左右，而一片51单片机内部集成有成千上万个晶体管开关电路。
51构架已经诞生很多年了，到目前依然有着强大的生命力和实用性，从1976年51构架成功面市，多少年过去了，从90年代初全新闪存结构的AT89C51要90元一片，到现在AT89S51只要5元多一片，51依然大量的使用着。
使用51单片机能够有效的控制智能产品整机的成本，51系列还是有着无法替代的重要地位。
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（2）AT89S51与AT89C51的比较
AT89S51相对与AT89C51新增加了很多功能，性能有了较大提升，价格基本不
变，甚至比89C51更低！
AT89S51具有ISP在线编程功能，这个功能的优势在于改写单片机存储器内的程
序不需要把芯片从工作环境上拔除，可以在线烧写。
AT89S51的最高工作频率为33MHz，89C51的极限工作频率是24M，就是说
S51具有更高工作频率，从而具有了更快的计算速度。
AT89S51具有双工UART串行通道。
AT89S51内部集成看门狗计时器，不再需要像89C51那样外接看门狗计时器单元电路。
AT89S51具有双数据指示器。
AT89S51具有电源关闭标识。
AT89S51具有全新的加密算法，这使得对于89S51的解密变为不可能，程序的保密性大大加强，这样就可以有效的保护知识产权不被侵犯。
在兼容性方面，AT89S51向下完全兼容51全部字系列产品。
比如8051、89C51
等产品。
也就是说不论教科书上采用的单片机是8051还是89C51还是MCS-51等等。
在89S51上一样可以照常运行，这就是所谓的向下兼容。
AT89S51与AT89C51就如同INTEL的P3向P4升级一样，虽然都可以跑Windows98，不过速度是不同的。
总之，无论是比其他品牌同类产品相比，还是与同品牌产品相比都显示出了
AT89S51优良的性能，更高的性价比。
所以AT89S51芯片成为了本系统的首选。
2.2单片机的基本结构
AT89S51单片机基本结构主要包括了以下主要部
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