单片机课程设计Word文件下载.docx
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二、设计方案和论证
本次设计时钟电路，使用了ATC89C51单片机芯片控制电路，单片机控制电路简单且省去了很多复杂的线路，使得电路简明易懂，使用键盘键上的按键来调整时钟的时、分、秒，用一扬声器来进行定时提醒，同时使用汇编语言程序来控制整个时钟显示，使得编程变得更容易，这样通过四个模块：
键盘、芯片、扬声器、LED显示即可满足设计要求。
（一）总设计原理框图如下图所示：
（二）设计方案的选择
1.计时方案
方案1：
采用实时时钟芯片
现在市场上有很多实时时钟集成电路，如DS1287、DS12887、DS1302等。
这些实时时钟芯片具备年、月、日、时、分、秒计时功能和多点定时功能，计时数据的更新每秒自动进行一次，不需要程序干预。
因此，在工业实时测控系统中多采用这一类专用芯片来实现实时时钟功能。
方案2：
使用单片机内部的可编程定时器。
利用单片机内部的定时计数器进行中端定时，配合软件延时实现时、分、秒的计时。
该方案节省硬件成本，但程序设计较为复杂。
2.显示方案
对于实时时钟而言，显示显然是另一个重要的环节。
通常LED显示有两种方式：
动态显示和静态显示。
静态显示的优点是程序简单、显示亮度有保证、单片机CPU的开销小，节约CPU的工作时间。
但占有I/O口线多，每一个LED都要占有一个I/O口，硬件开销大，电路复杂。
需要几个LED就必须占有几个并行口，比较适用于LED数量较少的场合。
当然当LED数量较多的时候，可以使用单片机的串行口通过移位寄存器的方式加以解决，但程序编写比较麻烦。
LED动态显示硬件连接简单，但动态扫描的显示方式需要占有CPU较多的时间，在单片机没有太多实时测控任务的情况下可以采用。
本系统需要采用6位LED数码管来分别显示时、分、秒，因数码管个数较多，故本系统选择动态显示方式。
目录
一．电路原理图和设计程序流程图1
1.单片机芯片选择方案1
2.时钟主程序流程图2
3.按键扫描程序流程图2
4.时钟程序流程图3
二．设计方案分析3
1.时钟电路3
2.复位电路4
3.按键电路4
4.显示电路5
5.LED的结构与原理5
三．程序仿真6
四．心得体会7
附一：
参考书目9
附二：
源程序9
一．电路原理图和设计程序流程图
图一流程图
系统由51系列单片机AT89C51、按键、数码管显示、电源等部分构成。
单片机部分包括时钟电路、复位电路；
按键部分能够实现对时间的调整、设定。
三个按键的功能分别为:
小时的调整，分钟的调整，复位。
电源部分（USB充电器）可输出5V电压，给系统供电。
1.单片机芯片选择方案
方案一：
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。
主要性能有：
与MCS-51单片机产品兼容、全静态操作：
0Hz～33Hz、三级加密程序存储器、32个可编程I/O口线、三个16位定时器/计数器、八个中断源、全双工UART串行通道、掉电后中断可唤醒、看门狗定时器、双数据指针、掉电标识符、易编程。
方案二：
AT89C52是一个低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含8kbytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256bytes的随机存取数据存储器（RAM）。
兼容MCS51指令系统、32个双向I/O口、256x8bit内部RAM、3个16位可编程定时/计数器中断、时钟频率0-24MHz、2个串行中断、可编程UART串行通道、2个外部中断源、6个中断源、2个读写中断口线、3级加密位、低功耗空闲和掉电模式、软件设置睡眠和唤醒功能。
从单片机芯片主要性能角度出发，本数字电子钟单片机芯片选择设计采用方案一。
2.时钟主程序流程图
时钟主程序流程图如图二所示。
进入系统后首先实现程序的初始化，然后进入主程序，定时器开始计时，当定时器发生中断时刷新数码管同时显示，之后实现中断与显示的循环。
图二时钟主程序流程图
3.按键扫描程序流程图
按键扫描程序流程图如图三所示。
主程序进入键盘扫描程序后判断是否按下了P1.0。
若是按下了P1.0为了去除抖动再进行确认是否按下P1.0，当确认按下了P1.0后判断按下P1.0的次数，若按了一次则进行秒调整，若按了两次则进行分调整，若按了三次则进行时调整。
然后进入显示程序段进行显示刷新。
图三按键扫描流程图
4.时钟程序流程图
时钟程序流程如图四所示。
设计中，采用51单片机的定时器的方式一定时，所以如图所示，当程序产生定时溢出中断时要重新赋初值。
然后进行是否到一秒的判断，若到一秒则秒加一，若未到则直接退出中断。
一秒到了加一以后进行是否秒到六十的判断，若秒到六十则秒清零，同时分加一，若秒未到六十则退出中断。
分加一以后进行分是否到六十的判断，若未到六十则退出中断，若分到六十则分清零，同时小时加一。
小时加一后进行小时是否到二十四的判断，若未到二十四则退出中断，若到二十四则清零，然后退出中断。
图四时钟程序流程图
二．设计方案分析
1.时钟电路
时钟电路由外接谐振器的时钟振荡器、时钟发生器及关断控制信号等组成。
时钟振荡器是单片机的时钟源，时钟发生器对振荡器的输出信号进行二分频。
CPU的时钟振荡信号有两个来源：
一是采用内部振荡器，此时需要在XTAL1和XTAL2脚连接一只频率范围为0—33MHZ的晶体振荡或陶瓷振荡器及两只30pf电容。
二是采用外部振荡，此时应将外部振荡器的输出信号接至XTAL1脚，将XTAL2脚浮空。
利用单片机内部的定时功能来实现时钟的走时，通过编程实现每50毫秒产生一次中断，中断20次后，秒单元加1，秒单元加到60时，跳回到零再继续加，同时分单元加1；
当分单元加到60时，跳到零再继续加，同时时单元的个位加1，以次类推，从而实现秒、分、小时的走时。
本次设计中采用的是内部振荡器，频率为12MHZ的晶体振荡器及30pf瓷片电容。
2.复位电路
复位是指在规定的条件下，单片机自动将CPU以及与程序运行相关的主要功能部件、I/O口等设置为确定初始状态的过程。
如果电路参数不符合规定的条件或干扰导致单片机不能正确的复位，系统将无法进行正常的工作，因此，复位电路除了要符合厂家规定的参数外，还要滤除可能的干扰。
AT89S51单片机内部有一个由施密特触发器等组成的复位电路。
复位信号是从其9脚，即RST脚输入的。
AT89S51单片机规定，当其处于正常工作基于51单片机的数字时钟的设计状态，且振荡器工作稳定后，在RST端有从高电平到低电平，且高电平时间大于两个机器周期的复位信号时，CPU将完成对系统的复位。
有两点需要注意：
一、复位信号是高电平有效，二、高电平的保持时间必须大于两个机器周期，可见高电平保持时间与振荡频率有关。
上电复位是指在系统上电时，RST端自动产生复位所需要的信号将单片机复位。
上电时，RST端高电平的维持时间取决于R（1k）和C（22uF）的值。
要使单片机可靠的复位，设计中使其维持的时间足够长。
（三）硬件部分
1、STC89C51单片机介绍
STC89C51单片机是由深圳宏晶公司代理销售的一款MCU，是由美国设计生产的一种低电压、高性能CMOS8位单片机，片内含8kbytes的可反复写的FlashROM和128bytes的RAM，2个16位定时计数器[5]。
STC89C51单片机内部主要包括累加器ACC（有时也简称为A）、程序状态字PSW、地址指示器DPTR、只读存储器ROM、随机存取存储器RAM、寄存器、并行I/O接口P0~P3、定时器/计数器、串行I/O接口以及定时控制逻辑电路等。
这些部件通过内部总线联接起来，构成一个完整的微型计算机。
其管脚图如图所示。
STC89C51单片机管脚结构图
VCC：
电源。
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：
口管脚备选功能
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
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