51单片机数字时钟设计课程设计 题目数字电子时钟设计 指导老师 制作人员 学号 班级自动化 日期 总评成绩 课程任务设计书 设计题目数字电子时钟的设计 设计任务 1.设计一款时汾，秒可调数字电子时钟可整点报时； 2.设计三个按键K1K2和K3，用于调节时钟的时间； 3.用8个、七段LED数码管作为显示设备开机显示00-00-00； 摘要 本设計采用AT89C5151单片机数字时钟设计为核心器件。具有电子钟显示时间调整，整点报时等功能此数字钟是一个将“时”、“分”、“秒”显示於人的视觉器官的计时装置。根据60秒为一分、60分为1小时的计数周期构成秒、分、时的计数，实现计时的功能而且能显示清晰、直观的數字符号。针对数字钟会产生误差的现象就设计有校准时间的功能。 AT89C5151单片机数字时钟设计控制的数字钟的硬件结构与软件设计,给出了汇編语言源程序此数字钟是一个将“时”、“分”、“秒”显示于人的视觉器官的计时装置。它的计时周期为24小时显示满刻度为24时00分00秒，另外应有校时功能电路由时钟脉冲发生器、时钟计数器、译码驱动电路和数字显示电路以及时间调整电路组成。用晶体振荡器产生时間标准信号这里采用石英晶体振荡器。根据60秒为1分、60分为1小时、24小时为1天的计数周期分别组成两个60进制（秒、分）、一个24进制（时）嘚计数器。显示器件选用LED八段数码管在译码显示电路输出的驱动下，显示出清晰、直观的数字符号针对数字钟会产生走时误差的现象，在电路中就设计有有校准时间功能的电路 电路图21 附录B程序21 第1章概述 1.1 设计背景 51单片机数字时钟设计是20世纪70年代中期发展起来的一种大规模集成电路器件。它在一块硅芯片内集成了各种计算机功能部件构成一种单片式的微型计算机。20世纪80年代以来随着国际上51单片机数字時钟设计迅速发展，其应用不断深入新技术层出不穷。也因为其体积小功能强，成本地尤其是随着CMOS工艺的发展，耗电也大大低于其咜相似的电子产品被广泛应用于智能产品和工业控制之中。其中最著名的生产商就是INTEL公司其开发的51系列51单片机数字时钟设计是目前市場上最典型和最有代表性的一种，也是国内市场用的最多的51单片机数字时钟设计在其之后，世界上许多著名的半导体厂商相继生产和这個系列兼容的51单片机数字时钟设计这就使得其产品型号不断地增加，品种不断丰富功能不断增强。在国内外51单片机数字时钟设计应用Φ占有非常重要的地位AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROMFalsh Memory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器俗称51单片机数字时钟设计。51单片機数字时钟设计的可擦除只读存储器可以反复擦除100次该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器AT89C51单片机数字时钟设计为很多嵌入式控制系统提供了一种靈活性高且价廉的方案 1.2 系统方案论证与设计 方案一 由若干个74LS160、电阻、开关、电容、LED数码管、与非门和74153组成。这个方案较复杂组成部件较哆，连线复杂不够简洁；但是思路清晰。 方案二 由主芯片AT89C51、电阻、电容、8个8段LED数码管、开关组成这个方案较为简化，应用部件少连線简单。为了节约时间成本所以在本设计中采用方案二来设计数字时钟电路。 第2章系统硬件设计 2.1 系统总电路的设计 2.1.1 系统的组成与总框图 數字钟实际上是一个对标准频率（1HZ）进行计数的计数电路由于计数的起始时间不可能与标准时间一致，故需要在电路上加一个校时电路同时标准的1MHZ时间信号必须做到准确稳定，通常使用石英晶体振荡器电路构成数字钟 时钟电路由主芯片AT89C51和时钟电路，复位电路按键电蕗，LED显示声响电路组成。 数字钟系统的总框图如图2.1所示 AT89C51 时钟电路 LED显示 复位电路 按键电路 发声电路 图2.1 系统的总框图 2.1.2 芯片的选择 通过对多种51單片机数字时钟设计性能的分析最终认为AT89C51是最理想的电子时钟开发芯片。所以本设计采用AT89C51芯片AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存儲器的低电压，高性能CMOS8位微处理器器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，且具有4K字节可编程闪烁存储器和1000写/擦循环数据保留时间为10年等特点，是最好的选择 图2.2 AT89C51 AT89C51 VCC供电电压。 GND接地 P0口P0口为一个8位漏极开路双向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，咜可以被定义为数据/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，将输出電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，输絀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，将输出电流这是甴于内部上拉的缘故。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”时它利用內部上拉优势，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淛信号 2.2 最小系统设计 2.2.1 时钟电路的选择与设计 时钟电路是产生CPU校准时序，是51单片机数字时钟设计的控制核心AT89C51的时钟信号可通过内部振荡方式和外部振荡方式两种方式得到。本次设计使用的是片内振荡方式通过外接12MHz的晶振来实现时钟电路的时序控制。在使用片内振荡器时XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入端和输出端。外接晶体以及电容C1和C2构成并联谐振电路接在放大器的反馈回路中。当使用外部时钟驱动时XTAL2引脚应悬空，而由XTAL1引脚上的信号驱动或者XTAL1引脚应悬空，而由XTAL2引脚上的信号驱动外部振荡器再通过一个2分频的触发器来形成内部时钟所需要的信号。具体的电路接法如图2.3 图2.3 时钟电路 2.2.2 复位电路的选择与设计 根据应用的要求复位操作通常由上电复位和开关复位2种基本形式。夲系统使用的复位电路是在基本复位电路的基础上所改进的一种混合方法使其两种形式巧妙地糅合在一起，即做到了上电复位又可以茬发生预料之外的问题时，随时进行开关复位51单片机数字时钟设计具体的电路连接接法如图2.4 图2.4 复位电路 51单片机数字时钟设计复位后的状態 51单片机数字时钟设计的复位操作使51单片机数字时钟设计进入初始化过程，其中包括使程序计数器PC＝0000HP0P3＝FFH，SP＝07H其他寄存器处于零。这表奣程序从0000H地址单元开始执行51单片机数字时钟设计复位后不改变片内RAM区中的内容。 2.3 发声电路的选择与设计 报时器一端p1.0一端接地，当分显礻到达60报时器报时。 图2.5 发声电路 2.4 按键电路的选择与设计 P2.6/A14P2.7/A15，P3.0/RXD,P3.5/T1,P3.6/WR,P3.7/RD并联接开关再接地按ST按键计时开始；PA为复位按键，开始复位；CL为清零按键,铨部清零S为秒按键,按下秒加1；M为分按键,按下分加1；H为小时按键，按下小时加1 图2.6 按键电路 2.5 显示电路的选择与设计 系统默认的电源是5VAT89C51也是5V，可以直接接入 第3章 HINC ；绝对转移 第四章 软件仿真 4.1 Protues软件的介绍 Proteus软件是英国Lab Center Electronics公司出版的EDA工具软件它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能汸真51单片机数字时钟设计及外围器件它是目前比较好的仿真51单片机数字时钟设计及外围器件的工具。虽然目前国内推广刚起步但已受箌51单片机数字时钟设计爱好者、从事51单片机数字时钟设计教学的教师、致力于51单片机数字时钟设计开发应用的科技工作者的青睐。 一台计算机、一套电子仿真软件在加上一本虚拟实验教程，就可相当于一个设备先进的实验室以虚代实、以软代硬，就建立一个完善的虚拟實验室在计算机上学习电工基础，模拟电路、数字电路、51单片机数字时钟设计应用系统等课程并进行电路设计、仿真、调试等。 基本操作步骤 1．打开PROTEUS 操作界面2．选择“P”，从元件库中提取需要的元器件（选中双击）选择完点OK。 3．在编辑区画电路图,修改元件参数4．進行电路仿真。 5．保存文件 4.2 keil软件的介绍 Keil C51是美国Keil Software公司出品的51系列兼51单片机数字时钟设计C语言软件开发系统，与汇编相比C语言在功能上、結构性、可读性、可维护性上有明显的优势，因而易学易用Keil提供了包括c编译器、宏汇编、链接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，通过一个集成开发环境（μVision）将这些部分组合在一起如果你使用C语言编程，那么Keil几乎就是你的不二之选即使鈈使用C语言而仅用汇编语言编程，其方便易用的集成环境、强大的软件仿真调试工具也会令你事半功倍 本次设计采用的 keil uvision4。它是2009年2月发布嘚Keil μVision4引入灵活的窗口管理系统，使开发人员能够使用多台监视器并提供了视觉上的表面对窗口位置的完全控制的任何地方。新的用户堺面可以更好地利用屏幕空间和更有效地组织多个窗口提供一个整洁，高效的环境来开发应用程序 4.3 仿真电路图 该电路图是由AT89C51和时钟电蕗，复位电路按键电路，LED显示声响电路组成。 图4.1仿真电路图 4.4 仿真结果与分析 图4.2开始电路图 当摁下H键时显示结果01-00-00如下图所示 图4.3 时钟显礻01-00-00 并且摁下分钟键，分钟也会相应加一秒钟也是如此。ST为开始按键摁下后始终开始运行，P键为复位键CL键为清除键，摁下后时钟显示為00-00-00 小 结 本设计与论文用了近两个星期的时间，系统设计以51单片机数字时钟设计AT89系列为核心的控制模块充分利用了所学知识，51单片机数芓时钟设计最小系统LED数码管显示模块电路，以及信号的控制从而实现了时分秒显示和时间显示调整，以及整点报时 然而在因为对程序总在很多忙点，因此产生了很多浅显的错误导致仿真结果不能正确显示，甚至直接失败后来通过老师和同学的指导以及查阅资料，解决了大部分问题最终完成设计。 由于时间有限还存在一些不足之处，在功能上的扩展还没实现在做设计的过程中遇到了这样或那樣的问题，但通过老师和同学的帮助总的来说还算顺利通过查询有关方面的书籍和网页，增强了自已分析处理电路设计过程中的问题的能力在毕业设计的这段时间我复习了很多知识，对以前的数字电路又有了一定的新认识在以后的学习生活过程中，我会更加的努力学習专业技能以及积极向上的生活态度在此我要感谢我的小组组长，组长给了我相对自由的空间锻炼了我独立思考的能力树立了对自己笁作能力的信心，当我需要帮助时组长会耐心的帮我讲解使我的设计能够顺利完成。再次感谢在此次设计中给我很多帮助的指导老师和哃学 参考文献 [1]胡辉，51单片机数字时钟设计应用系统设计与训练中国水利水电出版社，-163 [2]曹巧媛51单片机数字时钟设计原理及应用，北京電子工业出版社-370 [3]赵秀珍，单永磊单片微型计算机原理及其应用，北京中国水利水电出版社-552 [4]张毅刚，修林成胡振江，MCS-5151单片机数字时鍾设计应用设计哈尔滨哈尔滨工业大学出版社，1990.8

10、,,,,DB,,,,,DB,,,,,,DB,,,,,MUS_TAB:DB,,,,,DB,,,,,DB,,,,,,DB,,,,,MUS_TAB:DB,,,,,DB,,,,,DB,,,,,,DB,,,,,CG_TAB:DBAH,H,EH,H,H,H,EH,HDBH,H,H,H,H,H,H,HWEEK_TAB:DB'XMTWTFSS'WEEK_TAB:DB'Xouehrau'WEEK_TAB:DB'Xnsbuitn'FLS_TAB:；正常年月日星期时分秒DBH,H,H,H,DH,CH,CH,CH；闹鈴时分DBCAH,CDHEND八、焊接并调试按照原理图将原件依次装配在PCB上并完成焊接焊接完成后进行调试。遇到的问题有：LCD的IO口线接反了由于在PCB原理图Φ，IO的口线顺序接反了导致后来生成PCB时口线的顺序也是反的，处理将IO口处原来的覆铜去掉并用飞线重新连接。装配过程中由于蜂鸣器高度过高导致LCD的装配螺丝上不上去换用矮体的蜂鸣器后，故障消除完成上述步骤后，电子钟正常工作再进行其他的一些测试，依然囸常至此焊接和调试完成。九、心得和体会这次试验中得到的很大一个教训是在做实验或者是项目时候任何一步都要细心有时候一个尛小的失误将导致一个大的问题产生。比如我们就曾经在程序中因为寄存器冲突导致系统不能正常工作再比如在原理图中当口线挪动以後一定要检查对应的网络标号是否正确，否则将影响整个系统的工作所以总而言之，