数字时钟计时器.docx

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数字时钟计时器

数字时钟计时器的设计

摘要

本文介绍了基于单片机技术原理完成对数字时钟计时器的设计。

系统以单片机芯片AT89C52为核心控制器，由单片机控制LCD1602的显示，修改设置时间采用操作方便的按键开关，通过硬件电路的制作和软件程序的编制来实现数字时钟计时器的设计。

论文详细叙述了系统硬件、软件设计的具体实现过程，重点阐述了时钟模块、显示模块及相关控制模块等模块化设计思路与制作。

软件部分同样也采用模块化的设计思路，包括中断模块、时间调整模块设计，并采用简单流通性强的C语言编程实现。

该系统能实现对日期、时、分、秒24小时制输出显示，使用按键进行时、分、秒的调整等功能。

关键词：

AT89C52单片机数字钟时间

Digitalclocktimer

Abstract:

Thispaperintroducesthetechnicalprinciplebasedonsinglechipmicrocomputertocompletedigitalclocktimerdesign.BasedonthesinglechipcomputerchipsystemasthecoreofAT89C52controller,thesingle-chipcomputercontrolLCD1602display,modifysetatimeoftheconvenientoperationbuttonswitches,throughthehardwarecircuitandsoftwareproductionprocedureformulationtorealizedigitalclocktimerdesign.Papernarratesthesystemhardwareandsoftwaredesignoftheimplementation,andexpoundstheclockdisplaymodule,andrelatedcontrolmodulemoduledesignandmodularproduction.Softwareisalsopartofthemodulardesign,includinginterruptmodule,timetoadjustmoduledesign,andusingsimpleliquiditystrongtorealizetheCprogramminglanguage.Thesystemcanrealizetothedate,time,minutesandseconds24hourstomaketheoutputshown,theuseofbuttons,minutesandsecondsadjustmentetc.Function.

KeyWords:

AT89C52microcontrollerDigitalclocktime

一、绪论

1.1课题的目的和意义

单片机自20世纪70年代问世以来，以其极高的性能价格比，受到人们的重视和关注。

作为微型计算机的一个分支，经过二三十年的发展，在各行各业中已经得到广泛应用。

单片机体积小，重量轻，抗干扰能力强，对环境要求不高，价格低廉，可靠性高，灵活性好，开发较为容易。

由于具有上述优点，在我国，单片机已广泛的应用在工业自动化控制、自动检测、智能仪器仪表、家用电器、电力电子、机电一体化设备等各个方面。

随着时间的推移，科学技术的不断发展，人们对时间计量的精度要求越来越高，传统的机械表，由于做工的高精细要求，造价的昂贵，材料的限制，时间指示精度的限制，以及使用寿命等方面的限制，已不能满足人们的要求。

如今，高精度的计时工具大多数都使用了石英晶体振荡器。

由于电子钟、石英表、石英钟都采用了石英技术，由此走时精度高，稳定性好，使用方便，不需要经常调校。

这次毕业设计，通过对它的学习、应用，以AT89C52芯片为核心，外加辅助电路，设计和制作了一个简易的电子时钟，它由直流电源供电，通过LCD准确显示时间。

数字时钟是现代社会应用广泛的计时工具，在航天、电子等科研单位，工厂、医院、学校等企事业单位，以及我们每个人的日常生活中都发挥着重要的作用。

本系统是基于AT89C52单片机设计的一个具有LCD1602显示的数字时钟计时器，该系统同时具有硬件设计简单、工作稳定性高、价格低廉等优点。

单片机的技术进步反映在部结构、功率消耗、外部电压等级以及制造工艺上。

另外单片机应用的重要意义还在于，它从根本上改变了传统的控制系统设计思想和设计方法。

从前必须使用数字电路和模拟电路实现的大部分功能，现在都可以用单片机通过软件方法来实现了。

1.2单片机的应用

（1）单片机在智能仪表中的应用

单片机广泛的应用于各种仪表仪器，使仪表仪器智能化，提高它们的测量速度、精度，加强控制功能。

（2）单片机在机电一体化的应用

单片机的出现促进了机电一体化，它作为机电产品的控制器，充分的发挥了体积小、可靠性高、功能强、现场安装灵活方便等优点，大大强化了机器的功能，提高了机器的精度，自动化和智能化的水平。

（3）单片机在实时控制中的应用

对于过程控制中的各种物理参数，如转速、流量、位移、压力、温度、湿度、化学成分的测量和控制。

将测量技术、自动控制技术和计算机技术相结合，充分发挥数据处理和实时控制功能，是系统工作在最佳状态。

（4）单片机在分布式多机系统中的应用

单片机在这种多机系统中，往往作为一个终端机，安装在系统的某些节点上，对现场信息进行实时的测量和控制。

随着科学技术的进步，单片机的功能也会日益增强，那么数字电子时钟也可以发展成一项新的技术。

时钟也可以由单一的定时、计数、报警等功能，开发成低成本、通用应用及高性能数据通信、光纤网络和存储系统应用的各类高级时钟。

1.3小组成员及分工

我们小组由会平和董昉琦两人组成，按照指导老师给的计划，在九月二十五号之前，我们确定了选题以及所需要的元器件和相关资料。

和同学一起购买元器件后，由我们两人共同完成了电路板的焊接。

之后，会平负责查询资料以及对程序的设计，董昉琦负责编写设计报告和排版。

在完成电路板的焊接后，再对电路板进行了检测及调试。

二、方案论证与选择

2.1方案论证

该课题主要有两种方案：

一种是用数字电路通过硬件实现，另一种是用单片机通过软件编程实现。

在以上两种方案中：

第一种直接采用的是数字电路，但是在外围电路和控制比较麻烦，需要比较多的器件来控制。

它的功能都由硬件实现，几乎没有软件编程，但电路复杂、芯片多及硬件调试麻烦而且成本高。

第二种是采用软件来实现一些特定功能，硬件电路只需要一些显示部件和控制部件，其它的都有软件来实现，而且电路简单、芯片少、成本低。

所以选择使用单片机方案来实现。

2.2各模块方案论证与选择

2.2.1单片机控制模块

方案一：

采用AT89C51芯片作为硬件核心，采用FlashROM,部具有4KBROM存储空间，能于3V的超低压工作，而且与MCS-51系列单片机安全兼容，但是运用于电路设计中时由于不具备ISP在线编程技术，当在对电路进行调试时，由于程序的错误修改或对程序的新增功能需要烧入程序时，对芯片的多次拔插会对芯片造成一定的损坏。

方案二：

采用AT89C52，片ROM全部采用FlashROM；能以3V的超低压工作；该芯片部存储器为8KBROM存储空间，同样具有AT89C51的功能，且具有在线编程可擦除技术，当在对电路进行调试时，由于程序的错误修改或对程序的新增功能需要烧入程序时，不需要对芯片多次插拔，所以不会对芯片造成损坏。

所以选择采用AT89C52作为主控制系统。

2.2.2时钟信号电路

方案一：

采用DS1302时钟芯片实现时钟，DS1302芯片是一种高性能的时钟芯片，可自动对分、秒、时、日、周、月、年以及闰年补偿的年进行技术，精度高，但是价格较高，所以不采用此方案。

方案二：

用软件编程实现设计中的时钟控制功能，实现时、分、秒计数。

此种方案够减少芯片的使用，节约成本，而且可以在编写程序的过程中学到更多，故采用这种方案。

2.2.3电源电路

在电源设计中我们可以有以下两种选择：

方案一：

用可调稳压电路，主要有4007二极管、稳压管和电位器组成，或者是通过用稳压集成块LM723，部含有启动电路、恒流源、基准稳压源、过流保护等电路。

配合大功率调整管，可输出0～20V连续可调的稳定电压，最大输出电流可达2A，并且具有过流保护功能。

这种稳压集成块价格昂贵，所以不采用此方案。

方案二：

做一个固定直流稳压电源，因为本次设计需要的只是+5V直流电压。

查看相关资料后我们选择通过LM7805芯片得到+5V电压，此电路首先要通过变压器降压，再通过整流桥得到直流电压，最后通过LM7805得到+5V电压。

方案二与方案一相比，方案二的电源显得简单、稳定、实用，所以采用此方案。

2.2.4显示电路

为了实现对测量数据的观察，需要一个显示模块便于观察。

方案一：

采用数码管。

此方法接线复杂，而且不美观，不易于控制，容易出错。

所以不采用此方案。

方案二：

采用1602液晶显示，可以直接显示字符，便于观察所需要的数值，直观、明了，接线比较简单，具有减少功耗的特点。

故选用此方案。

三、设计过程论述

3.1主要硬件介绍

3.1.1AT89C52单片机

AT89C52是一个低电压，高性能CMOS8位单片机，片含8kbytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256kbytes的随机存取数据存储器（RAM），兼容标准MCS-51指令系统，片置通用8位中央处理器和Flash存储单元，AT89C52单片机在电子行业中有着广泛的应用，如图3-1。

图3-1AT89C52单片机

主要功能特性：

（1）兼容MCS51指令系统；

（2）8k可反复擦写（大于1000次）FlashROM；

（3）32个双向I/O口；

（4）256×8bit部ROM；

（5）3个16位可编程定时、计数器中断；

（6）时钟频率0-24MHz；

（7）2个串行中断，可编程UART串行通道；

（8）2个外部中断源，共8个中断源；

（9）2个读写中断口线，3级加密位；

（10）低功耗空闲和掉电模式，软件设置睡眠和唤醒功能。

引脚功能：

AT89C52单片机采用40条引脚双列直插式器件，引脚除5V（Vcc40脚）接地（GND20脚）外，其功能分为时钟电路、控制信号、输入/输出三大部分。

如图3-1所示。

（1）VCC：

供电电压；

（2）GND：

接地；

（3）时钟电路；

XTAL1（19脚）——芯片部振荡电路输入端；

XTAL2（18脚）——芯片部振荡电路输出端；

（4）控制信号

RST（9脚）复位信号：

时钟电路工作后，在此引脚上将出现两个机器周期的高电平，芯片部进行初始复位，P0口～P3口输出高电平，将初值07H写入堆栈指针。

（5）I/O引脚

共有4个8位并行I/O端口，共32个可编程I/O引脚。

4个I/O口各有各的功能，在一般情况下，P0口专用于分时传送低8位地址信号和8位数据信号，P2口专用于传送高8位地址信号，P3口大部分时间用于第二功能。

当然所有的I/O口都可以作为普通的输入/输出端口用。

3.2硬件电路设计及工作原理

3.2.1单片机主控模块的设计—时钟信号电路

单片机的时钟电路是产生CPU校准时序，是单片机的控制核心。

AT89C52的时钟信号可通过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