基于单片机的简易电子时钟设计毕业设计论文.docx

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基于单片机的简易电子时钟设计毕业设计论文

吉林大学

论文题目

基于单片机的简易电子时钟设计

专业：

电子信息工程

摘要

数字钟已成为人们日常生活中必不可少的必需品，广泛用于个人家庭以及办公室等公共场所，给人们的生活、学习、工作、娱乐带来极大的方便。

由于数字集成电路技术的发展和采用了先进的石英技术，使数字钟具有走时准确、性能稳定、携带方便等优点，它还用于计时、自动报时及自动控制等各个领域。

尽管目前市场上已有现成的数字钟集成电路芯片出售，价格便宜、使用也方便，但鉴于单片机的定时器功能也可以完成数字钟电路的设计，因此进行数字钟的设计是必要的。

在这里我们将已学过的比较零散的数字电路的知识有机的、系统的联系起来用于实际，来培养我们的综合分析和设计电路，写程序、调试电路的能力。

单片机具有体积小、功能强可靠性高、价格低廉等一系列优点，不仅已成为工业测控领域普遍采用的智能化控制工具，而且已渗入到人们工作和和生活的各个角落，有力地推动了各行业的技术改造和产品的更新换代，应用前景广阔。

关键字：

单片机，数字时钟。

Abstract

DigitalclockhasbecomeanindispensablenecessitiesinPeople'sDailylife,widelyusedinpersonalfamilyandofficeandotherpublicplaces,topeople'slife,study,work,entertainment,bringgreatconvenience.Duetothedevelopmentofthedigitalintegratedcircuittechnologyandadoptstheadvancedquartztechnology,walkingmakedigitalclockhasadvantagesofaccurate,stableperformance,easytocarry,itisalsousedintiming,automaticfeedandautomaticcontrolandotherfields.Althoughalreadyonthemarketatpresenttheready-madedigitalclockchipforsale,cheap,useisconvenient,butinviewofthesinglechipmicrocomputertimerfunctionalsocancompletethedesignofthedigitalclockcircuit,thereforeisnecessaryforthedesignofdigitalclock.Herewewillhavelearnedmorefragmentedknowledgeofdigitalcircuitoftheorganiclink,thesystemusedinpractice,todevelopourcomprehensiveanalysisandcircuitdesign,programming,debuggingcircuitability.

SCMhassmallvolumeandpowerfulfunction,highreliability,lowpriceandaseriesofadvantages,notonlyhasbecomewidelyusedinthefieldofindustrialmeasurementandcontrolintelligentcontrolinstruments,andhaspenetratedintoeverycornerofthepeopleworkandlife,effectivelypromotetheindustry'stechnologicaltransformationandupgradingofproducts,thewideprospectofapplication.

Keywords:

Singlechipmicrocomputer,Digitalclock.

第一章设计方案

1.1课程设计目的

（1）巩固、加深和扩大单片机应用的知识面，提高综合及灵活运用所学知识解决工业控制的能力；

（2）培养针对课题需要，选择和查阅有关手册、图表及文献资料的自学能力，提高组成系统、编程、调试的动手能力；

（3）过对课题设计方案的分析、选择、比较、熟悉单片机用系统开发、研制的过程，软硬件设计的方法、内容及步骤。

1.2设计要求

1）．时制式为24小时制。

2）．采用LED数码管显示时、分，秒采用数字显示。

3）．具有方便的时间调校功能。

4）．计时稳定度高，可精确校正计时精度。

1.3实现时钟计时的基本方法

利用MCS-51系列单片机的可编程定时/计数器、中断系统来实现时钟计数。

（1）计数初值计算:

把定时器设为工作方式1，定时时间为50ms，则计数溢出20次即得时钟计时最小单位秒，而100次计数可用软件方法实现。

假设使用T/C0，方式1，50ms定时，fosc=12MHz。

则初值X满足（216-X）×1/12MHz×12μs=50000μs

X=15536→0011110010110000→3CB0H

（2）采用中断方式进行溢出次数累计,计满20次为秒计时（1秒）；

（3）从秒到分和从分到时的计时是通过累加和数值比较实现。

1.4电子钟的时间显示

电子钟的时钟时间在六位数码管上进行显示，因此，在内部RAM中设置显示缓冲区共8个单元。

LED8    LED7    LED6   LED5    LED4    LED3  LED2    LED1

时十位  时个位  分隔   分十位  分个位  分隔  秒十位  秒个位

1.5电子钟的时间调整

电子钟设置4个按键通过程序控制来完成电子钟的时间调整。

A键调整时（加）；

B键调整时（减）；

C键调整分（加）；

D键调整分（减）；

1.6总体方案介绍

1.6.1计时方案

利用STC12C5A08S2单片机内部的定时/计数器进行中断时，配合软件延时实现时、分、秒的计时。

该方案节省硬件成本，且能使读者在定时/计数器的使用、中断及程序设计方面得到锻炼与提高，对单片机的指令系统能有更深入的了解，从而对学好单片机技术这门课程起到一定的作用。

1.6.2控制方案

STC12C5A08S2的P0口和P2口外接由八个LED数码管（LED8～LED1）构成的显示器，用P0口作LED的段码输出口，P2口作八个LED数码管的位控输出线，P1口外接四个按键A、B、C、D构成键盘电路。

STC12C5A08S2是一种低功耗，高性能的CMOS8位微型计算机。

它带有8KFlash可编程和擦除的只读存储器（EPROM），该器件采用ATMEL的高密度非易失性存储器技术制造，与工业上标准的80C51和80C52的指令系统及引脚兼容，片内Flash集成在一个芯片上，可用与解决复杂的问题，且成本较低。

简易电子钟的功能不复杂，采用其现有的I/O便可完成，所以本设计中采用此的设计方案。

第二章系统硬件电路设计

根据以上的电子时钟的设计要求可以分为以下的几个硬件电路模块：

单片机模块、数码显示模块与按键模块，模块之间的关系图如下面得方框电路图2-1所示。

图2-1硬件电路方框图

2.1单片机模块设计

2.1.1芯片分析

STC12C5A08S2单片机引脚图如图2-2所示：

图2-2STC12C5A08S2引脚图

MCS-51单片机是标准的40引脚双列直插式集成电路芯片，其各引脚功能如下：

VCC：

+5V电源。

VSS：

接地。

RST：

复位信号。

当输入的复位信号延续两个机器周期以上的高电平时即为有效，用完成单片机的复位初始化操作。

XTAL1和XTAL2：

外接晶体引线端。

当使用芯片内部时钟时，此二引线端用于外接石英晶体和微调电容；当使用外部时钟时，用于接外部时钟脉冲信号。

P0口：

P0口为一个8位漏极开路双向I/O口，当作输出口使用时，必须接上拉电阻才能有高电平输出；当作输入口使用时，必须先向电路中的锁存器写入“1”，使FET截止，以避免锁存器为“0”状态时对引脚读入的干扰。

P1口：

P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，它不再需要多路转接电路MUX；因此它作为输出口使用时，无需再外接上拉电阻，当作为输入口使用时，同样也需先向其锁存器写“1”，使输出驱动电路的FET截止。

P2口：

P2口电路比P1口电路多了一个多路转接电路MUX，这又正好与P0口一样。

P2口可以作为通用的I/O口使用，这时多路转接电路开关倒向锁丰存器Q端。

P3口：

P3口特点在于，为适应引脚信号第二功能的需要，增加了第二功能控制逻辑。

当作为I/O口使用时，第二功能信号引线应保持高电平，与非门开通，以维持从锁存器到输出端数据输出通路的畅通。

当输出第二功能信号时，该位应应置“1”，使与非门对第二功能信号的输出是畅通的，从而实现第二功能信号的输出。

2.1.2晶振电路

下图所示为时钟电路原理图，在STC12C5A08S2芯片内部有一个高增益反相放大器，其输入端为芯片引脚XTAL1，输出端为引脚XTAL2。

而在芯片内部，XTAL1和XTAL2之间跨接晶体振荡器和微调电容，从而构成一个稳定的自激振荡器。

时钟电路产生的振荡脉冲经过触发器进行二分频之后，才成为单片机的时钟脉冲信号。

图2-3晶振电路

2.1.3复位电路

单片机复位的条件是：

必须使RST/VPD或RST引（9）加上持续两个机器周期（即24个振荡周期）的高电平。

例如，若时钟频率为12MHz，每机器周期为1μs，则只需2μs以上时间的高电平，在RST引脚出现高电平后的第二个机器周期执行复位。

单片机常见的复位如图2-4所示。

电路为上电复位电路，它是利用电容充电来实现的。

在接电瞬间，RESET端的电位与VCC相同，随着充电电流的减少，RESET的电位逐渐下降。

只要保证RESET为高电平的时间大于两个机器周期，便能正常复位。

该电路除具有上电复位功能外，若要复位，只需按图中的RESET键，此时电源VCC经电阻R1、R2分压，在RESET端产生一个复位高电平。

图2-4单片机复位电路

2.2数码显示模块设计

显示器普遍地用于直观地显示数字系统的运行状态和工作数据，按照材料及产品工艺，单片机应用系统中常用的显示器有：

发光二极管LED显示器、液晶LCD显示器、CRT显示器等。

LED显示器是现在最常用的显示器之一。

如图2-5所示。

图2-5LED显示器的符号图

发光二极管LED由特殊的半导体材料砷化镓、磷砷化镓等制成，可以单独使用，也可以组装成分段式或点阵式LED显示器件（半导体显示器）。

分段式显示器（LED数码管）由7条线段围成8字型，每一段包含一个发光二极管。

外加正向电压时二极管导通，发出清晰的光。

只要按规律控制各发光段亮、灭，就可以显示各种字形或符号。

LED数码管有共阳、共阴之分。

图2-6是共阳式、共阴式LED数码管的原理图和符号。

图2-6共阳式、共阴式LED数码管的原理图和数码管的符号图

显示电路显示模块需要实时显示当前的时间，即时、分、秒，因此需要6个数码管，另需两个数码管来显示横。

采用动态显示方式