基于51单片机的数字时钟方案设计书Word文档格式.doc
《基于51单片机的数字时钟方案设计书Word文档格式.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于51单片机的数字时钟方案设计书Word文档格式.doc（22页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
在它问世之前，自动控制设备得不到广泛的应用，这是因为控制设备的体积庞大，耗电量大，价格昂贵。
在第一台微处理器成功研制不久，第一个单片机就问世了。
因为其小巧的体积，低功耗，以及高效的性能，单片机受到了大家的欢迎。
本设计利用Atmel公司的AT89C52单片机对电子时钟进行开发，设计了实现所需功能的硬件电路，应用C语言进行软件编程，并用Proteus软件进行演示、验证。
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80C51芯片和LED数码管为核心，辅以必要的电路，构成了一个单片机的数字电子时钟。
它的计时周期为24小时，显满刻度为“23时59分59秒”，且配有4个独立键盘，可以灵活地调节时间和日期，并具有一定的扩展性。
关键词：
单片机，数字时钟，动态显示，LED数码管显示，独立按键
Abstract
SingleChipMicrocomputerhasachievedaimmemsepopularityinallfiledsinrecentyears.Fromindustrytopeople’scommonlives,mostoftechnicalapplicationsarecontrolledbySCM.Beforeitappeared,theautomaticdevicescould’tbewidelyusedbecauseoftheirhugesize,largequantityofpowercostandhighprice.ThefirstSCMappearedassoonasthefirstMCU（MicroControllerUnit）wassuccessfullydeveloped.Duetoitssmallsize,lowpowercostandhighperformance,ithasbeenwelcomedbypeople.
ThisdesignusesAT89C52MCUtodevelopingelectronicclock,ithasdesignedtoachievetherequiredfunctionalityofthehardwarecircuit,usingtheCtoprogrammingsoftware,andusingproteustoshow.Describingthemethodtousethemicrocontroller'
sinternaltimerandcountertoimplementelectronicclock,thedesignofthe80C51MCUcorechipsandLEDdigitaltubedisplay,supplementedbythenecessarycircuitrytoformasingle-chipdigitalclock.Itstimeperiodis24hours,fullscaleis"
23:
59:
59"
anditisequippedwithfourindependentkeyboard,adjustingthetimeanddateFlexible.Itisalsohavesomescalability.
Keywords:
Microcomputer。
Digitalclock。
Dynamicdisplay。
LEDdigitaltubedisplay。
Separatekeyboard
第一章绪论
1.1数字时钟设计的背景
单片机自从1976年由Intel公司推出MCS-48开始，迄今已有二十多年之久了。
由于单片机集成度高、功能强、可靠性高、体积小、功耗低、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，单片机应用领域已经从面向工业控制、通讯、交通、智能仪表等方面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。
本文讨论的单片机数字电子时钟系统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，功能多等多种特点。
不仅能满足所需要求而且还有很多功能可供扩展，有着广泛的应用实践领域。
第二章AT89C51单片机简介
2.1单片机介绍
单片机又称单片微控制器,它不是完成某一个逻辑功能的芯片,而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。
概括的讲：
一块芯片就成了一台计算机。
它的体积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。
同时，学习使用单片机是了解计算机原理与结构的最佳选择。
单片机内部也用和电脑功能类似的模块，比如CPU，内存，并行总线，还有和硬盘作用相同的存储器件，不同的是它的这些部件性能都相对我们的家用电脑弱很多，不过价钱也是低的，一般不超过10元即可。
用它来做一些控制电器一类不是很复杂的工作足矣了。
我们现在用的全自动滚筒洗衣机、排烟罩、VCD等等的家电里面都可以看到它的身影！
它主要是作为控制部分的核心部件。
它是一种在线式实时控制计算机，在线式就是现场控制，需要的是有较强的抗干扰能力，较低的成本，这也是和离线式计算机的（比如家用PC）的主要区别。
单片机是靠程序的，并且可以修改。
通过不同的程序实现不同的功能，尤其是特殊的独特的一些功能，这是别的器件需要费很大力气才能做到的，有些则是花大力气也很难做到的。
一个不是很复杂的功能要是用美国50年代开发的74系列，或者60年代的CD4000系列这些纯硬件来搞定的话，电路一定是一块大PCB板！
但是如果要是用美国70年代成功投放市场的系列单片机，结果就会有天壤之别！
只因为单片机的通过你编写的程序可以实现高智能，高效率，以及高可靠性！
2.2单片机的应用特点
随着集成电路技术的发展，单片机的功能越变越强，涉及到各个电子应用领域。
目前单片机的系列也十分多，各有各的特点，如目前的MCS51系列、PIC系列等等，通过这几年的应用，普通感觉到特别需要单片机具有如下几个应用特点：
1.低功耗、宽电压工作范围，内部看门狗；
2.高速指令系统，单字节指令，精简指令集易学易用；
3.内部ROM结构，且具有廉价OTP（一次性写入程式）ROM，以便小批量生产，减少MASK风险；
4.程序保密功能，防止拷贝，保护成果；
5.方便的开发工具（仿真器与烧入器）。
2.3单片机的应用领域
目前单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。
导弹的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能IC卡，民用豪华轿车的安全保障系统，录象机、摄象机、全自动洗衣机的控制，以及程控玩具、电子宠物等等，这些都离不开单片机。
更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械了。
因此，单片机的学习、开发与应用将造就一批计算机应用与智能化控制的科学家、工程师。
单片机广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、专用设备的智能化管理及过程控制等领域。
2.4单片机的中断与定时系统
2.4.1MCS－51单片机中断系统
中断是一项重要的计算机技术，采用中断技术可以使多项任务共享一个资源，所以中断技术实质上就是一种资源共享技术。
1、中断源
MCS-51是一个多中断源的单片机，以80C51为例，有三类共五个中断源，分别是外部中断两个，定时中断两个和串行中断一个。
1）外中断
外中断是由外部原因引起的，共有两个中断源，即外部中断0和外部中断1。
它们的中断请求信号分别由引脚INT0（P3.2）和INT1（P3.3）引入。
外部中断请求有两种信号方式，即电平方式和脉冲方式，可通过有关控制位进行定义。
2）定时中断
定时中断是为满足定时或计数的需要而设置的。
3）串行中断
串行中断是为串行数据传送的需要而设置的。
2、中断控制
这里所说的中断控制是指提供给用户使用的中断控制手段，实际上就是一些专用寄存器。
在MCS-51单片机中，用于此目的的控制寄存器共有四个，即定时器控制寄存器、中断允许控制寄存器、中断优先控制寄存器以及串行口控制寄存器。
1）定时器控制寄存器（TCON）
该寄存器用于保存外部中断请求和以及定时器的计数溢出。
寄存器地址88H，位地址8FH～88H。
表1定时器控制寄存器位地址及内容
位地址
8F
8E
8D
8C
8B
8A
89
88
位符号
TF1
TR1
TF0
TR0
IE1
IT1
IE0
IT0
这个寄存器既有定时器/计数器的控制功能又有中断控制功能，其中与中断有关的控制位共六位：
IE0和IE1、IT0和IT1以及TF0和TF1。
2）中断允许控制寄存器（IE）
寄存器地址A8H，位地址AFH～A8H。
表2中断允许控制寄存器位地址及内容
AF
AE
AD
AC
AB
AA
A9
A8
EA
／
ES
ET1
EX1
ET0
EX0
其中与中断有关的控制位共六位：
EA、EX0和EX1、ET0和ET1、ES。
3）中断优先级控制寄存器（IP）
MCS-51的中断优先级控制只定义了高、低两个优先级。
各中断源的优先级由优先寄存器（IP）进行设定。
IP寄存器地址B8H，位地址为BFH～B8H。
寄存器的内容及位地址表示如下：
表3寄存器的内容及位地址
BF
BE
BD
BC
BB
BA
B9
B8
PS
PT1
PX1
PT0
PX0
PX0外部中断0优先级设定位；
PT0定时中断0优先级设定位；
PX1外部中断1优先级设定位；
PT1定时中断1优先级设定位；
PS串行中断优先级设定位。
为0的位优先级为低；
为1的位优先级为高。
中断响应：
中断响应就是对中断源提出的中断请求的接受，是在中断查询之后进行的，当查询到有效的中断请求时，紧接着就进行中断响应。
中断响应的主要内容是由硬件自动生成一条长调用指令LCALL。
其格式为LCALLaddr16，这里的addr16就是程序存储器中断区中相应中断的入口地址。
在MCS-51单片机中，这些入口地址已由系统设定。
2.4.2MCS-51单片机的定时器/计数器
MCS-51单片机共有两个可编程的定时器/计数器，分别称定时器/计数器0和定时器/计数器1。
它们都是十六位加法计数结构，分别由TH0（地址8CH）和TL0（地址8AH）及TH1（地址8DH）和TL1（地址8BH）两个8位计数器组成。
这四个计数器均属专用寄存器之列。
MCS-51的每个定时器/计数器都具有定时和计数两种功能。
1.计数功能
所谓计数是指对外部事件进行计数。
外部事件的发生以输入脉冲表示，因此计数功能的实质就是对外来脉冲进行计数。
2.定时功能
定时功能也是通过计数器的计数来实现的。
不过此时的计数脉冲来自单片机的内部，即每个机器周期产生一个计数脉冲。
也就是每个机器周期计数器加1。
由于一个机器周期等于12个振荡脉冲周期，因此计数频率为振荡频率的1/12。
定时器/计数器提供给用户使用的有：
八位计数器TH和TL，以及有关的控制位。
这些内容只能以软件方法使用。
2.4.3MCS-51定时器/计数器的四种工作方式
1.定时器工作方式0
方式0是13位计数结构的工作方式，其计数器由TH0全部8位和TL0的低5位构成。
当TL0的低5位计数溢出时，向TH0进位，而全部13位计数溢出时，则向计数溢出标志位TF0进位。
在方式0下，当为计数工作方式时，计数值的范围是：
1～8192（213）
当为定时工作方式时，定时时间的计算公式为：
（213－计数初值）×
晶振周期×
12或（213－计数初值）×
机器周期
其时间单位与晶振周期或机器周期相同（ms）。
2.定时工作方式1
方式1是16位计数结构的工作方式，计数器由TH0全部8位和TL0全部8位构成。
当为计数工作方式时，计数值的范围是：
1～65536（216）
当为定时工作方式时，定时时间计算公式为：
（216－计数初值）×
12
或（216－计数初值）×
3.定时工作方式２
工作方式2是自动重新加载工作方式。
在这种工作方式下，把16位计数器分为两部分，即以TL作计数器，以TH作预置寄存器，初始化时把计数初值分别装入TL和TH中。
当计数溢出后，不是像前两种工作方式那样通过软件方法，而是由预置寄存器TH以硬件方法自动给计数器TL重新加载。
变软件加载为硬件加载。
初始化时，8位计数初值同时装入TL0和TH0中。
当TL0计数溢出时，置位TF0，同时把保存在预置寄存器TH0中的计数初值自动加载TL0，然后TL0重新计数。
如此重复不止。
这不但省去了用户程序中的重装指令，而且也有利于提高定时精度。
但这种工作方式下是8位计数结构，计数值有限，最大只能到255。
这种自动重新加载工作方式非常适用于循环定时或循环计数应用，例如用于产生固定脉宽的脉冲，此外还可以作串行数据通信的波特率发送器使用。
2.5AT89C51引脚功能介绍
1、主电源引脚（2根）
（1）VCC:
电源输入，接+5V电源
（2）GND：
接地线
2、外接晶振引脚（2根）
（1）XTAL1：
片内晶振电路的输入端
（2）XTAL2：
片内晶振电路的输出端
3、控制引脚（4根）
（1）RST/VPP：
复位引脚，引脚上出现2个机器周期的高电平将使单片机复位。
（2）ALE/PROG：
地址所存允许信号。
（3）PSEN：
外部存储器读选通讯信号。
（4）EA/VPP：
程序存储器的内外部选通，接低电平从外部程序存储器读指令，如果接高电平则从内部程序存储器读指令。
5.管脚说明：
VCC：
供电电压。
GND：
接地。
P0口：
P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。
当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。
P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。
在FIASH编程时，P0口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。
P1口：
P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。
P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。
在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。
P2口：
P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。
并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。
这是由于内部上拉的缘故。
P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。
在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。
P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。
P3口：
P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。
当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。
作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。
P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：
P3.0RXD（串行输入口）
P3.1TXD（串行输出口）
P3.2/INT0（外部中断0）
P3.3/INT1（外部中断1）
P3.4T0（记时器0外部输入）
P3.5T1（记时器1外部输入）
P3.6/WR（外部数据存储器写选通）
P3.7/RD（外部数据存储器读选通）
P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。
RST：
复位输入。
当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。
/PSEN：
外部程序存储器的选通信号。
在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。
但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。
/EA/VPP：
当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。
注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；
当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。
在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。
XTAL1：
反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。
XTAL2：
来自反向振荡器的输出。
振荡器特性:
XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。
该反向放大器可以配置为片内振荡器。
石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。
如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。
有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。
第三章设计方案
通常通过单片机设计电子时钟有2种方法：
一是通过单片机内部的定时器计数器。
采用软件编程实现时钟计数，一般称为软时钟，这种方法硬件线路简单，程序比较复杂。
系统的功能一般与软件相关。
通常用于对时间精度要求不搞的场合。
二是采用时钟芯片他的功能强大，功能不见集成在芯片内需，自动产生时钟等相关功能。
硬件成本较高，软件编程仙丹。
通常对时钟精确度要求较高的场合。
电子时钟的系统软件程序有、由主程序和子程序组成，主程序包含初始化参数设置，按键处理，数码管显示模块等。
在设计时候、各个模块都采用子程序结构设计。
在主程序种调用。
由于定时器，计数器采用中断方式处理，应此还用辨析定时器，中断服务子程序，在定时器，计数器中断服务子程序种对时钟进行调整。
3.1主程序
主程序执行流程图如图1所示。
主程序先对显示单元和定时器计数器初始化，然后重复调用数码管显示模块和按键处理模块，当有建按下，则转入相应的功能程序。
图1主程序执行流程图
3.2数码管显示模块
本设计的显示模块采用8位一体共阳极数码管，显示分为时钟显示和日期星期两种模式，当为显示时钟模式时，从右到左依次显示秒个位，秒十位，横线，分个位，分十位，横线，时个位，时十位；
当为显示日期和星期模式时，从右到左一次显示星期，不显示，横线，日个位，日十位，月个月，月十位。
数码管显示的信息用8个内存单元存放，这8个内存单元为显示缓冲区，其中秒个位和秒十位，分个位和分十位，时个位和时十位分别由秒数据，分数据和小时数据分拆得到。
在本系统种数码管显示采用软件译码动态显示。
在存储器中首先建立一张显示信息字段码表，显示的时候，先从显示缓冲区中取出显示的信息，然后通过查表程序在字段码表中查出的所显示的字段码。
从P0口输出，同时在P2口将对应的位选码输出，选中显示的数码管，就能在相应的数码管上显示显示缓冲区的内容。
3.3定时器计数器T0中断服务程序
定时器计数器T0用于时间计时，选择方式1，重复定时，定时时间设为100MS，定时时间到则溢出中断，在中断服务程序中用一个计数器对100MS计数，计10次则对秒单元加1，秒单元加到60则对分单元加1，同时秒单元清零。
分单元加到60的时候，则对时单元加1，同时分单元清零，时单元加到24的时候则对时单元清零，标志一天时间计满，此时所以单元清零。
在对各单元计数的同时，把它们的值放到存储器单元的制定位置
3.4按键处理模块
按键处理设置为：
如果没有按键，则为时钟模式，时钟正常走时，当按下shijia按键的时候，时单元每次加1，当加到24后跳为00，当按下shijian按键的时候，时单元每次减1，当减到00的时候跳到23；
当按下fenjia按键的时候，分单元每次加1，当加到60的时候跳为00，按下fenjian按键的时候，分单元每次减1，当减到00的时候跳为59；
当xianshiqih建按下时，为显示日期模式，此时数码管显示日期和星期，当同时按下shijia按键的时候，月单元每次加1，当加到13后跳为00，当同时按下shijian按键的时候，日单元每次加1，如果月份为：
1月、3月、5月、7月、8月、10月、12月的时候，当日加到32的时候跳到1；
如果月份为4月、6月、9月、11月的时候，当日加到31的时候跳到1，如果月份为2月的时候，当日加到29时跳到1。
当同时按下fenjia按键的时候，星期单元每次加1，当加到6的时候跳为0，“0”表示星期日。
第四章硬件电路设计
4.1复位电路
MCS-51单片机的复位是由外部的复位电路来实现的。
复位引脚RST通过一个斯密特触发器与复位电路相连，斯密特触发器用来抑制噪声，在每个机器周期的S5P2，斯密特触发器的输出电平由复位电路采样一次，然后才能得到内部复位操作所需要的信号。
上电复位：
上电复位电路是—种简单的复位电路，只要在RST复位引脚接一个电容到VCC，接一个电阻到地就可以了。
上电复位是指在给系统上电时，复位电路通过电容加到RST复位引脚一个短暂的高电平信号，这个复位信号随着VCC对电容的充电过程而回落，所以RST引脚复位的高电平维持时间取决于电容的充电时间。
为了保证系统安全可靠的复位，RST引脚的高电平信号必须维持足够长的时间。
上电自动复位是通过外部复位电路的电容充电来实现的。
只要Vcc的上升时间不超过1ms，就可以实现自动上电复位。
按键复位：
电路在运行过程中，也可以通过按键进行复位。
当按下复位按键，复位引脚RST通过按键与地相接，
升级会员 