基于单片机的电子钟的设计.docx

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基于单片机的电子钟的设计

摘要

传统的数字电子时钟采用了较多的分立元器件，不仅占用了很大的空间而且利用率也比很低，随着系统设计复杂度的不断提高，用传统时钟系统设计方法很难满足设计需求。

单片机是集CPU、RAM、ROM、定时器/计数器和多种接口于一体的微控制器。

它体积小、成本低、功能强，广泛应用于智能产品和工业自动化上。

而51系列的单片机是各单片机中最为典型和最有代表性的一种。

本文设计的电子时钟是基于51单片机，同时使用汇编语言为程序设计语言，从而克服传统电子时钟的弊端。

本设计拟实现的基本功能为单片机计时显示功能。

能够体现单片机电子时钟的可扩展优越性，加入时间调整程序，使用按钮，调整年月日及时间；加入阴历显示功能。

关键词：

单片机，电子时钟，汇编语言

ABSTRACT

 Traditionaldigitalelectronicclockwithagreateramountofdiscretecomponents,notonlytakesupalotofspaceandutilizationthanlow,asthesystemdesigncomplexitycontinuestoimprove,theclocksystemdesignusingtraditionalmethodsaredifficulttomeetthedesignrequirements.

MicrocontrollerisaCPU,RAM,ROM,timer/counterandavarietyofinterfacesinoneofthemicro-controller.Itssmallsize,lowcost,powerful,widelyusedinsmartproductsandindustrialautomation.And51ofthemicrocontrollerMCUisthemosttypicalandmostrepresentativeone.Thisdesignisbasedon51single-chipelectronicclock,usingbothassemblylanguagefortheprogramminglanguage,toovercomethedrawbacksofconventionalelectronicclock.

Thedesignofthebasicfunctionstobeachievedforthemicrocontrollertimerdisplay.SCMcanreflectthescalabilityadvantagesofelectronicclock,addtimetoadjust,theuseofbuttons,adjustthedateandtimeofyear,month;tojointhelunarcalendardisplay.

Keywords:

microcontroller,electronicclock,assemblylanguage

第一章绪论

1.1单片机的定义

单片机是指一个集成在一块芯片上的完整计算机系统。

尽管他的大部分功能集成在一个小芯片上，但是它具有一个完整计算机所需要的大部分部件：

CPU、内存、内部和外部总线系统，目前大部分单片机还会具有外存。

同时集成诸如通讯接口、定时器，实时时钟等外围设备。

而现在最强大的单片机系统甚至可以将声音、图像、网络、复杂的输入输出系统集成在一块芯片上。

单片机也被称为微控制器（Microcontroller），是因为它最早被用在工业控制领域。

单片机由芯片内仅有CPU的专用处理器发展而来，最早的设计理念是通过将大量外围设备和CPU集成在一个芯片中，使计算机系统更小、更容易集成于复杂的而对体积要求严格的控制设备当中。

INTEL的Z80是最早按照这种思想设计出的处理器，从此以后，单片机和专用处理器的发展便分道扬镳[1]。

单片机技术是现代电子工程领域一门迅速发展的技术，它的应用已经渗透到各种嵌入式系统中。

可以毫不夸张地说:

掌握单片机技术是电子信息类专业学生就业的一个重要条件。

同时单片机技术又是一门实践性很强的学科。

只有我们不断地通过实践研究才能学习好单片机课程。

1.2单片机分类

按照单片机的类型，单片机有：

（1）51系列单片机，为首推系列单片机。

其中首推Intel公司的单片机4K字节的一次性程序存储器（OTP）。

（2）具有ISP功能的单片机，ISP功能能够实现在系统可编程，可以省去通用的编程器，单片机在用户板上即可下载和烧录用户程序，而无需将单片机从生产好的产品上取下。

（3）PIC系列单片机，PIC单片机系列是美国微芯公司（Microship）的产品，CPU采用RISC结构，具有精简的指令集。

PIC系列单片机的I/O口是双向的，其输出电路为CMOS互补推挽输出电路。

具有在线调试及编程（ISP）功能。

（4）AVR单片机：

AVR单片机是Atmel公司推出的较为新颖的单片机）其显著的特点为高性能、高速度、低功耗。

AVR型号的管脚，与对应的51系列兼容。

（5）AT89S52单片机：

AT89S52是一种低功耗、性能高具有8K在系统可编程Flash存储器，向下完全兼容51子系列。

1.3单片机的特点

单片机是以工业测控对象、环境、接口特点出发向着增强控制功能，提高工业环境下的可靠性方向发展。

主要特点如下：

·种类多，型号全

·提高性能，扩大容量，性能价格比高

·增加控制功能，向真正意义上的“单片”机发展

·低功耗

1.4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，录像机、摄像机、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]，大致可分如下几个范畴：

·在智能仪器仪表上的应用

·在工业控制中的应用

·在家用电器中的应用

·在计算机网络和通信领域中的应用

·单片机在医用设备领域中的应用

·在各种大型电器中的模块化应用

此外，单片机在金融，科研、教育航空航天等领域都有着十分广泛的用途。

采用以上方案具有以下优势:

从经济性、可移植性、可推广性角度讲，建立这样的课程设计平台是非常有意义的;利用仿真系统，可以节约开发时间和开发成本，同时具有很大的灵活性和可扩展性。

为了更好地学习单片机，我们采用Proteus软件与Keil软件整合构建单片机虚拟实验平台。

首先我们要在PC上利用Proteus软件自己搭建硬件电路，并利用系统提供的功能完成电路分析、系统调试和输出显示的硬件设计部分;同时在Keil软件中编制程序，进行相应的编译和仿真，完成系统的软件设计部分。

当系统的设计工作完成后，就可以在PC上看到最终的运行效果。

最后再通过proteus设计PCB，再完成真正硬件的调试。

1.5电子时钟的特点及应用领域

时钟电路在计算机系统中起着非常重要的作用，是保证系统正常工作的基础。

在一个单片机的应用系统中，时钟有两方面的含义：

一方面是指为保障系统正常工作的基准振荡定时信号，主要由晶振和外围电路组成，晶振频率的大小决定了单片机系统工作的快慢[3]；另一方面是指系统的标准定时时钟，即定时时间，它通常有两种实现方法：

一是用软件实现，即用单片机内部的可编程定时/计数器来实现，一是用专门的时钟芯片实现。

数字钟能长期、连续、可靠、稳定地下作;同时还具有体积小，功耗低等特点，便于携带，使用方便。

同时由于数字集成电路的发展和石英晶体振荡器的广泛应用，使得数字钟的精度远远超过老式钟表.钟表的数字化给人们生产生话带来了极大的方便，而且大大地扩展了钟表原先的报时功能，数字钟是采用数字电路实现对‘时、分、秒”数字显示的计时装置。

使得电子时钟广泛应用于个人家庭、车站、码头、办公室等场所的各个角落，已成为人们口常生话中不可缺少的必需品。

第二章MCS-51单片机简介

2.1单片机的结构

MCS-51单片机是美国INTE公司于1980年推出的产品，与MCS-48单片机相比，它的结构更先进，功能更强，在原来的基础上增加了更多的电路单元和指令,指令数达111条，MCS-51单片机可以算是相当成功的产品，一直到现在，MCS-51系列或其兼容的单片机仍是应用的主流产品，MCS-51系列单片机主要包括8031、

图2.1

8051和8751等通用产品。

2.1.1MCS-51的引脚说明

MCS-51单片机结构框架[4]如图2.1

MCS-51系列单片机中的8031、8051及8751均采用40Pin封装的双列直接DIP结构，下图是它们的引脚配置，40个引脚中，正电源和地线两根，外置石英振荡器的时钟线两根，4组8位共32个I/O口，中断口线与P3口线复用。

现在我们对这些引脚的功能加以说明：

图2.2

Pin9:

RESET/Vpd复位信号复用脚，当8051通电，时钟电路开始工作，在RESET引脚上出现24个时钟周期以上的高电平，系统即初始复位。

初始化后，程序计数器PC指向0000H，P0-P3输出口全部为高电平，堆栈指针写入07H，其它专用寄存器被清“0”。

RESET由高电平下降为低电平后，系统即从0000H地址开始执行程序。

然而，初始复位不改变RAM（包括工作寄存器R0-R7）的状态，8051的初始态。

8051的复位方式可以是自动复位，也可以是手动复位，见下图2.3。

此外，RESET/PDF还是一复用脚，Vcc掉电其间，此脚可接上备用电源，以保证单片机内部RAM的数据不丢失。

图2.3

2.2单片机的存储器

单片机的结构有两种类型，一种是程序存储器和数据存储器分开的形式，即哈佛（Harvard）结构，另一种是采用通用计算机广泛使用的程序存储器与数据存储器合二为一的结构，即普林斯顿（Princeton）结构。

INTEL的MCS-51系列单片机采用的是哈佛结构的形式。

2.2.1程序存储空间

程序存储空间可以被映射为内部程序存储器或者外部程序存储器。

AT89C51单片机内部具有的4KB程序存储器被映射到程序存储空间的0000H～0FFFH区间。

这部分程序存储空间也可以被映射为外部程序存储器，它具体被映射为哪一种程序存储器取决于引脚（引脚31）所接的电平。

当引脚为高电平，内部程序存储器被映射到这部分程序存储空间；当引脚为低电平，外部程序存储器被映射到这部分程序存储空间。

高于0FFFH的程序存储空间只能被映射为外部程序存储器。

2.2.2数据存储空间

AT89C51的内部数据存储器有256字节，它们被分为两部分：

高128字节和低128字节。

低128字节的内部数据存储器是真正的RAM区，可以被用来写入或读出数据。

这一部分存储容量不是很大，但有很大的作用。

它可以进一步被分为3部分，如图2.4所示。

图2.4内部数据存储器低128字节

在内部数据存储器低128字节中，地址从00H～1FH的最低32个字节组成4组工作寄存器，每组有8个工作寄存器。

每组中的8个工作寄存器都被命名为从R0到R7。

在一个具体时刻，