基于51单片机的电子时钟方案设计书与实现2.docx
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基于51单片机的电子时钟方案设计书与实现2
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，应用很广、发展很快。
单片机体积小、重量轻、抗干扰能力强、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，单片机已广泛地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，而51单片机是各单片机中最为典型和最有代表性的一种。
这次毕业设计通过对它的学习、应用，以AT89S51芯片为核心，辅以必要的电路，设计了一个简易的电子时钟，它由4.5V直流电源供电，通过数码管能够准确显示时间，调整时间，从而到达学习、设计、开发软、硬件的能力。
电子时钟是采用数字电路实现对“时”、“分”、“秒”数字显示的计时装置。
电子时钟的精度、稳定度远远超过老式机械钟。
在这次设计中，我们采用LED数码管显示时、分、秒，以24小时计时方式，根据数码管动态显示原理来进行显示，用12MHz的晶振产生振荡脉冲，定时器计数。
在此次设计中，电路具有显示时间的其本功能，还可以实现对时间的调整。
电子时钟是其小巧，价格低廉，走时精度高，使用方便，功能多，便于集成化而受广大消费的喜爱，因此得到了广泛的使用。
关键词：
单片机；AT89S51
ABSTRACT
Sincethe1970schipsincetheadvent,withitshighcostperformanceandattentionbypeopleandattention,itiswidelyusedandfastdevelopment.SCMsmallvolume,lightweight,stronganti-jammingcapability,environmentaldemandisnothigh,lowcost,highreliability,flexibilityisgood,developmentmoreeasy.Becauseoftheabovefeatures,inourcountry,themicrocontrolleriswidelyusedinindustrialautomationcontrol,automaticdetection,intelligentinstrumentandapparatus,householdappliances,powerelectronics,mechanicalandelectricalequipment,andotheraspects,and51SCMisthemosttypicalchipandmostrepresentativeone.Thegraduationdesignthroughtoitsstudy,applicationtoAT89S51chipsasthecore,withthenecessarycircuit,designofasimpleelectronicclock,itby4.5Vdcpowersupply,throughtheelectronictubecanshowtime,adjustthetime,thustolearning,thedesign,thedevelopmentofsoftwareandhardwareintheability.
ElectronicClockisaelectroniccircuitimplementationofthe"when","sub","seconds"Thefiguresshowthetimingdevice.Electronicclockprecision,stability,farmorethantheoldmechanicalclock.Inthisdesign,weuseLEDelectronicdisplayhours,minutes,seconds,to24-hourtimemode,accordingtoelectroniccontroltheorytodynamicdisplaytodisplay,usethe12MHzcrystaloscillationpulse,thetimercount.Inthisdesign,thecircuithasadisplaytimeofthethisfunction,youcanalsorealizethetimeadjustment.Electronicclockisitscompact,lowcost,traveltimeandhighprecision,easytouse,featuresandmore,easyintegrationandlovedbythegeneralconsumer,sowidelyused.
Keywords:
Single-chipmicrocomputer;AT89S51
1绪论
1.1电子时钟的背景
20世纪末，电子技术获得了飞速的发展，在其推动下，现代电子产品几乎渗透了社会的各个领域，有力地推动了社会生产力的发展和社会信息化程度的提高，同时也使现代电子产品性能进一步提高，产品更新换代的节奏也越来越快。
时间对人们来说总是那么宝贵，工作的忙碌性和繁杂性容易使人忘记当前的时间。
忘记了要做的事情，当事情不是很重要的时候，这种遗忘无伤大雅。
但是，一旦重要事情，一时的耽误可能酿成大祸。
目前，单片机正朝着高性能和多品种方向发展趋势将是进一步向着CMOS化、低功耗、小体积、大容量、高性能、低价格和外围电路内装化等几个方面发展。
下面是单片机的主要发展趋势。
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。
从前必须由模拟电路或数字电路实现的大部分功能，现在已能用单片机通过软件方法来实现了。
这种软件代替硬件的控制技术也称为微控制技术，是传统控制技术的一次革命。
单片机模块中最常见的是电子时钟，电子时钟是一种用数字电路技术实现时、分、秒计时的装置，与机械式时钟相比具有更高的准确性和直观性，且无机械装置，具有更更长的使用寿命，因此得到了广泛的使用。
1.2电子时钟的意义
电子时钟是采用数字电路实现对.时,分,秒.数字显示的计时装置,广泛用于个人家庭,车站,码头办公室等公共场所,成为人们日常生活中不可少的必需品,由于数字集成电路的发展和石英晶体振荡器的广泛应用,使得电子时钟的精度,远远超过老式钟表,钟表的数字化给人们生产生活带来了极大的方便，而且大大地扩展了钟表原先的报时功能。
诸如定时自动报警、按时自动打铃、时间程序自动控制、定时广播、自动起闭路灯、定时开关烘箱、通断动力设备、甚至各种定时电气的自动启用等，所有这些，都是以钟表数字化为基础的。
因此，研究电子时钟及扩大其应用，有着非常现实的意义。
1.3电子时钟的应用
电子时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车站、码头、剧场、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，使电子时钟具有走时准确、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。
2整体设计方案
2.1单片机的选择
单片机微型计算机是微型计算机的一个重要分支，也是颇具生命力的机种。
单片机微型计算机简称单片机，特别适用于控制领域，故又称为微控制器。
通常，单片机由单块集成电路芯片构成，内部包含有计算机的基本功能部件：
中央处理器、存储器和I/O接口电路等。
因此，单片机只需要和适当的软件及外部设备相结合，便可成为一个单片机控制系统。
单片机经过1、2、3、3代的发展，正朝着多功能、高性能、低电压、低功耗、低价格、大存储容量、强I/O功能及较好的结构兼容性方向发展。
其发展趋势不外乎以下几个方面：
2.1.1多功能
单片机中尽可能地把所需要的存储器和I/O口都集成在一块芯片上，使得单片机可以实现更多的功能。
比如A/D、PWM、PCA（可编程计数器阵列）、WDT（监视定时器---看家狗）、高速I/O口及计数器的捕获/比较逻辑等。
有的单片机针对某一个应用领域，集成了相关的控制设备，以减少应用系统的芯片数量。
例如，有的芯片以51内核为核心，集成了USB控制器、SMARTCARD接口、MP3解码器、CAN或者I*I*C总线控制器等，LED、LCD或VFD显示驱动器也开始集成在8位单片机中。
2.1.2高效率和高性能
为了提高执行速度和执行效率，单片机开始使用RISC、流水线和DSP的设计技术，使单片机的性能有了明显的提高，表现为：
单片机的时钟频率得到提高；同样频率的单片机运行效率也有了很大的提升；由于集成度的提高，单片机的寻址能力、片内ROM（FLASH）和RAM的容量都突破了以往的数量和限制。
由于系统资源和系统复杂程度的增加，开始使用高级语言（如C语言）来开发单片机的程序。
使用高级语言可以降低开发难度，缩短开发周期，增强软件的可读性和可移植性，便于改进和扩充功能。
2.1.3低电压和低功耗
单片机的嵌入式应用决定了低电压和低功耗的特性十分重要。
由于CMOS等工艺的大量采用，很多单片机可以在更低的电压下工作（1.2V或0.9V），功耗已经降低到uA级。
这些特性使得单片机系统可以在更小电源的支持下工作更长的时间。
2.1.4低价格
单片机应用面广，使用数量大，带来的直接好处就是成本的降低。
目前世界各大公司为了提高竞争力，在提高单片机性能的同时，十分注意降低其产品的价格。
2.2单片机电子时钟功能确定
图2.1时钟整体布局图
所需元器件如表2.1所示。
表2.1电子元件列表
序号
名称
数量
序号
名称
数量
1
AT89S51
1片
9
2.7K电阻
7只
2
12M晶振
1个
10
104瓷片电容
4只
3
共阳数码管
4只
11
30P瓷片电容
2只
4
PN管8550
7只
12
200Ω电阻
1只
5
74LS244
1片
13
560Ω电阻
8只
6
蜂鸣器
1个
14
10K电阻
12只
7
微动按键
5个
15
100Ω电阻
4只
8
10UF电容
1只
单片机电子时钟，是利用单片机技术实现计时、时间显示、时间调整、定时调整、闹铃等功能。
项目完成过程中使用了外部中断技术、定时器中断技术、键盘查询及动态显示技术。
2.3LED显示模块
图2.2七段共阳极数码管
七段共阳极数码管及功能如图1所示：
如图1所示数码管为共阳极数码管，其3脚和8脚均接电源正极，而共阴极数码管的3脚和8脚均接电源负极。
其端口所标数据与数码管显示条处所标对应，当端口接入高电平时，相应共阳极数码管的显示条即点亮。
2.4按键模块
矩阵式键盘（也称行列式键盘）适用于按键数目较多的场合，它由行线和列线组成。
按键位于行列的交点上。
一个3*3的行列结构可以构成一个有9个按键的键盘。
同理，一个4*4的行列结构结构可以构成一个16键的键盘。
独立式按键就是各按键相互独立，每个按键各接入一根输入线，一根输入线上的案件工作状态不会影响其他输入线上的工作状态。
因此，通过检测输入线的电平状态可以很容易判断哪个按键按下了。
独立式按键电路配置灵活，软件简单。
但每个按键需要占用一个输入口线，在按键数量较多时，需要较多的输入口线且电路结构复杂，故此种键盘适用于按键较少或操作速度较高的场合。
由于此种系统中共有启动两条生产线的“启动1”键和“启动2”键、分选择键、秒选择键、时间设置加、时间设置减、时间设置键、确定键。
只有这8个就键，比较简单。
所以就采用独立式按键接口电路。
3PCB原理图与仿真图
3.1PCB原理图
图3.1时钟PCB图
图3.2时钟仿真图
4程序设计
#include"reg51.h"
#defineucharunsignedchar
#defineuintunsignedint
#definesmplayP2
sbitsm1out=P0^0;
sbitsm2out=P0^1;
sbitsm3out=P0^2;
sbitsm4out=P0^3;
sbitspeak=P0^4;
sbitaddtime=P3^4;
sbitsubtime=P3^5;
sbitsled1=P1^3;
sbitsled2=P1^4;
uchar
codetabsm[]={0x03,0x9F,0x25,0x0D,0x99,0x49,0x41,0x1F,0x01,0x09};
uchar
codetabds[]={0x02,0x9E,0x24,0x0C,0x98,0x48,0x40,0x1E,0x00,0x08};
uchardatamd,datamg,datahd,datahg;
ucharddatamd,ddatamg,ddatahd,ddatahg;
uchargethour,getmin;
ucharsecdata=0x00;
uchart1num=10;
uchart0num1=10;
uchart0num2=2;
ucharfselect=0;
bitflagplay;
bitflagflash;
bitflagspk=0;
voiddlysys（）
{
uchari,j,k;
for（i=0;i<50;i++）
for（j=0;j<100;j++）
for（k=0;k<100;k++）;
}
voiddlyplay（）
{
uchari,j;
for（i=0;i<10;i++）
for（j=0;j<100;j++）;
}
voiddlyint（）
{
uchari,j;
for（i=0;i<200;i++）
for（j=0;j<200;j++）;
}
voidmain（）
{
ucharchgi=0;
ucharchkkey=10;
P0=P1=P2=P3=0xff;
dlysys（）;
datamd=9;
datamg=5;
datahd=3;
datahg=2;
ddatamd=0;
ddatamg=0;
ddatahd=0;
ddatahg=0;
flagplay=0;
flagflash=0;
EA=EX0=EX1=ET0=ES=IT0=IT1=1;
TMOD=0x21;
SCON=0x50;
TH1=0xe6;
TL1=0xe6;
TH0=0x3c;
TL0=0xb0;
TR0=1;
TR1=1;
sled1=sled2=0;
while
（1）
{
chgi=0;
while（flagplay==0）
{
sm1out=sm2out=sm3out=sm4out=1;
smplay=tabsm[datamd];
if（fselect==2）
sm1out=flagflash;
else
sm1out=0;
dlyplay（）;
sm1out=sm2out=sm3out=sm4out=1;
smplay=tabsm[datamg];
if（fselect==2）
sm2out=flagflash;
else
sm2out=0;
dlyplay（）;
sm1out=sm2out=sm3out=sm4out=1;
smplay=tabsm[datahd];
if（fselect==1）
sm3out=flagflash;
else
sm3out=0;
dlyplay（）;
sm1out=sm2out=sm3out=sm4out=1;
smplay=tabsm[datahg];
if（fselect==1）
sm4out=flagflash;
else
sm4out=0;
dlyplay（）;
if（fselect==2）
{
TR0=0;
chkkey--;
if（chkkey==0）
{
chkkey=10;
if（addtime==0）
{
datamd++;
if（datamd==10）
{datamd=0;
datamg++;
if（datamg==6）
datamg=0;}}
if（subtime==0）
{
datamd--;
if（datamd==255）
{
datamd=9;
datamg--;
if（datamg==255）
datamg=5;}}
}
}
if（fselect==1）
{
TR0=0;
chkkey--;
if（chkkey==0）
{
chkkey=10;
if（addtime==0）
{
datahd++;
if（（datahg!
=2）&&（datahd==10））
{datahd=0;
datahg++;}
if（（datahg==2）&&（datahd==4））
{datahd=0;
datahg=0;}
}
if（subtime==0）
{
datahd--;
if（datahd==255）
{datahd=9;
datahg--;
if（datahg==255）
{datahg=2;
datahd=3;}}}
}
}
if（flagspk==1）
{
if（（addtime==0）||（subtime==0））
flagspk=0;
speak=~speak;}
else
speak=1;
}
while（flagplay）
{
sm1out=sm2out=sm3out=sm4out=1;
smplay=tabds[ddatamd];
if（fselect==2）
sm1out=flagflash;
else
sm1out=0;
dlyplay（）;
sm1out=sm2out=sm3out=sm4out=1;
smplay=tabds[ddatamg];
if（fselect==2）
sm2out=flagflash;
else
sm2out=0;
dlyplay（）;
sm1out=sm2out=sm3out=sm4out=1;
smplay=tabds[ddatahd];
if（fselect==1）
sm3out=flagflash;
else
sm3out=0;
dlyplay（）;
sm1out=sm2out=sm3out=sm4out=1;
smplay=tabds[ddatahg];
if（fselect==1）
sm4out=flagflash;
else
sm4out=0;
dlyplay（）;
if（fselect==2）
{
chkkey--;
if（chkkey==0）
{
chkkey=10;
if（addtime==0）
{
ddatamd++;
if（ddatamd==10）
{ddatamd=0;
ddatamg++;
if（ddatamg==6）
ddatamg=0;}}
if（subtime==0）
{
ddatamd--;
if（ddatamd==255）
{
ddatamd=9;
ddatamg--;
if（ddatamg==255）
ddatamg=5;}}
}
}
if（fselect==1）
{
chkkey--;
if（chkkey==0）
{
chkkey=10;
if（addtime==0）
{
ddatahd++;
if（（ddatahg!
=2）&&（ddatahd==10））
{ddatahd=0;
ddatahg++;}
if（（ddatahg==2）&&（ddatahd==4））
{ddatahd=0;
ddatahg=0;}
}
if（subtime==0）
{
ddatahd--;
if（ddatahd==255）
{ddatahd=9;
ddatahg--;
if（ddatahg==255）
{ddatahg=2;
ddatahd=3;}}}
}
}
if（fselect==0）
{
chgi++;
if（chgi==255）
{
flagplay=0;
chgi=0;
}
}
if（flagspk==1）
{
if（（addtime==0）||（subtime==0））
flagspk=0;
speak=~speak;}
else
speak=1;
}
}
}
voidint0zd（）interrupt0
{
if（flagspk==1）
flagspk=0;
else
{
flagplay=~flagplay;
fselect=0;
dlyint（）;
IE0=0;
}
}
voidint1zd（）interrupt2
{
if（flagspk==1）
flagspk=0;
else
{
fselect++;
fselect%=3;
if（fselect!
=0）
{TMOD=0x11;
TH1=0x3c;
TL1=0xb0;
ET1=1;
ES=0;
TR1=1;}
else
{
TMOD=0x21;
TH1=0xe6;
TL1=0xe6;
ET1=0;
ES=1;
TR1=1;
TR0=1;}
dlyint（）;
IE1=0;
}
}
voidt0zd（）interrupt1
{
TH0=0x3c;
TL0=0xb0;
t0num1--;
if（t0num1=
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