基于单片机的电子时钟设计.docx

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基于单片机的电子时钟设计

本科生毕业论文（设计）

基于单片机的电子时钟设计

独创性声明

本人郑重声明：

所呈交的毕业设计是本人在指导教师指导下取得的研究功效。

除文中专门加以注释和致谢的地址外，设计中不包括其他人已经发表或撰写的研究功效。

与本研究功效相关的所有人所做出的任何奉献均已在设计中作了明确的说明并表示了谢意。

签名：

　　年　　月　　日

授权声明

本人完全了解许昌学院有关保留、利用本科生毕业设计的规定，即：

有权保留并向国家有关部门或机构送交毕业设计的复印件和磁盘，许诺毕业设计被查阅和借阅。

本人授权许昌学院能够将毕业设计的全数或部份内容编入有关数据库进行检索，能够采纳影印、缩印或扫描等复制手腕保留、汇编设计。

本人设计中有原创性数据需要保密的部份为（如没有，请填写“无”）：

签名：

　　年　　月　　日

指导教师签名：

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　年　　月　　日

摘要

本文详细介绍了51单片机应用的数据转换显示,动态扫描显示原理，单片机的按时中断原理、从而达到学习，了解单片机相关指令在各方面的应用。

电子时钟系统由AT89C51、LCD显示器、按键、二极管等部份组成，能实现日历的功能,能进行时、分、秒的显示，也具有日历计算、显示、校准、定不时刻的设定、温度显示，实现三路开关按时输出等功能。

关键词：

电子时钟；单片机

ABSTRACT

Inthispaper,detailedinformationontheapplicationof51displaydataconversion,digitaldisplayprinciple,dynamicscanshowstheprincipleoftiminginterruptionprinciple,toachievethelearningandunderstandingofinstructioninallaspectsrelatedtotheapplication.ElectronicclocksystemconsistsofAT89C51,LCDdigitaltubes,buttons,diodesandothercomponents,toachievethefunctionofthecalendar,canbehours,minutesandsecondshasacalendarcalculation,displayandclock,acalendarofthecalibration,setthetimefromtimetotime、temperaturedisplay,therealizationofoutputfunctions.

Keywords:

electronicclock；SingleChipMicrocomputer

1绪论

随着现代技术的进展，尤其是数字技术的进展，用数字电路技术实现电子时钟变得愈来愈重要，而且切近咱们的实际生活。

在现代社会各领域中，普遍需要各类不同的按时系统，来完成按时操作功能。

用单片机实现按时操纵，是当前实时操纵的进展方向。

而一些按时系统只能知足特定的需要，而定不时刻是由研发者依照用户需要输入到系统存储器中的，在利用顶用户无法更改。

本系统采纳通用单片机按时系统，具有很强的通用性，有效性．而且其定不时刻能够依照需要，由用户任意更改，而且能够设定多个定不时刻，极大地址便了利用者。

系统选用单片开发机。

具有体积小、电路简单、操作便利、价钱低廉、运用灵活、利用方便等特点。

系统中，定不时刻抵达时将相应的LED灯点亮，此功能也可变成其他功能从而应用到更普遍的领域．例如：

按时开启电源、打开阀门自动浇水等。

课题研究的目的和意义

数字电子时钟是一个无处不在的电子产品，通过量年的进展技术已经相当做熟了，目前普遍应用的电子时钟大多用AT89C51单片机为核心部件制作的，能够实现对年、月、日、时、分、秒的数字显示，通过扩展可实现对电子钟所在地址的温度显示和智能闹钟功能，普遍应用于车站、医院、机场等公开场合的时刻显示。

与机械钟表和3V电源半机械钟表相较，数字电子钟有时刻精准、减少汞电池的利用等优势。

本课题将通过对市场上的电子时钟的研究，制作一个以AT89C51单片机为核心操纵部件的数字式电子时钟，该时钟具有显示年、月、日、时、分、秒，正点报时，温度显示等功能，能够令人们在取得准确时刻显示的同时提示接下来的时刻安排，方便人们的生活。

电子时钟进展动态

二十一世纪的今天，最具代表性的计时产品确实是电子时钟，它是近代世界钟表业界的第三次革命。

第一次是摆和摆轮游丝的发明，相对稳固的机械振荡频率源使钟表的走时差从分级缩小到秒级，代表性的产品确实是带有摆或摆轮游丝的机械钟或表。

第二次革命是石英晶体振荡器的应用，发明了走时精度更高的石英电子钟表，使钟表的走时月差从分级缩小到秒级。

第三次革命确实是单片机数码计时技术的应用（电子时钟），从原有传统指针计时的方式进展为人们日常更为熟悉的数字显示方式，直观明了，并增加了全自动日期、礼拜、温度和其改日常附属信息的显示功能，它更符合消费者的生活需求。

电子时钟是一种利用数字电路来显示秒、分、时的计时装置，与传统的机械钟相较，它具有走时准确、显示直观、无机械传动装置等优势，因此取得普遍应用。

随着人们生活环境的不断改善和美化，在许多场合能够看到数字电子时钟。

在城市的要紧营业场所、车站、码头等公开场合利用LCD数字电子钟已经成为一种时尚，但目前市场上各式各样的LCD数字电子钟大多数用全硬件电路实现，电路结构复杂，功率损耗大等缺点，因此有必要对数字电子钟进行改良。

2电子时钟设计硬件结构

单片机简介

2.1.1单片机的大体概念

单片机，是集CPU，ROM，RAM，计数和多种接口于一体的微操纵器。

自20世纪70年代问世以来，以其极高的性能价钱比，受到人们的重视和关注。

它体积小、重量轻、抗干扰能力强、环境要求不高，价钱低廉、靠得住性高、灵话性好、开发较为容易，普遍应用于智能生产和工业自动化上。

单片微型运算机（Single-ChipMicrocomputer），简称单片机。

确实是将微处置器（CPU），存储器（寄存程序或数据的ROM和RAM），总线，按时器/计数器，输入/输出接口（I/O口）和其他多种功能器件集成在一块芯片上的微型运算机。

由于单片机的重要应用领域为智能化电子产品。

单片机的工作原理

　　单片机自动完成给予它的任务的进程，也确实是单片机执行程序的进程，即一条条执行的指令的进程，所谓指令确实是把要求单片机执行的各类操作用命令的形式写下来，一条指令对应着一种大体操作；单片机所能执行的全数指令，确实是该单片机的指令系统，不同种类的单片机，其指令系统亦不同。

为使单片性能自动完成某一特定任务，把要解决的问题编成一系列指令（这些指令必需是选定单片性能识别和执行的指令），这一系列指令的集合就成为程序，程序需要预先寄存在具有存储功能的部件——存储器中。

存储器由许多存储单元（最小的存储单位）组成，指令就寄存在这些单元里，单元里的指令掏出并执行就像大楼房的每一个房间的被分派到了唯一一个房间号一样，每一个存储单元也必需被分派到唯一的地址号，该地址号称为存储单元的地址，如此只要明白了存储单元的地址，就能够够找到那个存储单元，其中存储的指令就能够够被掏出，然后再被执行。

　　程序一般是顺序执行的，因此程序中的指令也是一条条顺序寄存的，单片机在执行程序时要能把这些指令一条条掏出并加以执行，必需有一个部件能追踪指令所在的地址，这一部件确实是程序计数器PC（包括在CPU中），在开始执行程序时，给PC赋以程序中第一条指令所在的地址，然后取得每一条要执行的命令，PC在中的内容就会自动增加，增加量由本条指令长度决定，可能是1、2或3，以指向下一条指令的起始地址，保证指令顺序执行，单片机的芯片如2-1所示。

图2-1单片机芯片

单片机是靠运行的，而且能够修改。

通过不同的程序实现不同的功能，尤其是特殊的独特的一些功能，这是别的器件需要费专门大力气才能做到的，有些那么是花大力气也很难做到的。

一个不是很复杂的功能若是用50年代开发的74系列，或60年代的CD4000系列这些纯来弄定的话，是一块大PCB板,可是若是若是用美国70年代成功投放市场的系列单片机，结果就会有天壤之别,因为单片机的通过你编写的程序能够实现高智能、高效率、和高靠得住性。

由于单片机对本钱是灵敏的，因此目前占统治地位的仍是最低级语言，它是除机械码以上最低级的语言了，既然这么低级什么缘故还要用呢？

很多高级的语言已经达到了可视化编程的水平什么缘故不用呢？

缘故很简单，确实是单片机没有家用运算机那样的CPU，也没有像硬盘那样的海量存储设备。

一个可视化编写的小程序里面即便只有一个按钮，也会达到几十K的尺寸,关于家用PC的硬盘来讲没什么，可是关于单片机来讲是不能同意的。

单片机在硬件资源方面的利用率必需很高才行，因此汇编尽管原始却仍是在大量利用。

AT89C51简介

AT89C51是一种4K字节闪存可编程可擦除只读存储（FPEROM—FlashProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低电压、高性能CMOS8位微处置器，俗称单片机。

AT89C52是一种带2K字节闪存可编程可擦除只读存储器的单片机。

单片机的可擦除只读存储器能够反复擦除1000次。

该器件采纳ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。

由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微操纵器，AT89C2051是它的一种精简版本。

AT89C51单片机为很多嵌入式操纵系统提供了一种灵活性高且价廉的方案，外形及引脚排列如图2-2所示。

图2-2AT89C51引脚图

　VCC：

供电电压。

　　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P0口的管脚第一次写1时，被概念为高阻输入。

P0能够用于外部程序数据存储器，它能够被概念为数据/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，现在P0外部必需被拉高。

　　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口被外手下拉为低电平常，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放器的内容。

P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和操纵信号。

　　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，由于外手下拉为低电平，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，如下所示：

　　RXD（串行输入口）

　　TXD（串行输出口）

　　INT0（外部中断0）

　　INT1（外部中断1）

　　T0（记时器0外部输入）

　　T1（记时器1外部输入）

　　WR（外部数据存储器写选通）

　　RD（外部数据存储器读选通）

　　P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些操纵信号。

　　RST：

复位输入。

当振荡器复位器件时，要维持RST脚两个机械周期的高电平常刻。

XTAL1：

反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。

　　XTAL2：

来自反向振荡器的输出。

振荡器特性:

XTAL1和XTAL2别离为反向放大器的输入和输出。

该反向放大器能够配置为片内振荡器。

石晶振荡和陶瓷振荡都可采纳。

采纳外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。

有余输入至内部要通过一个二分频触发器，对外部时钟信号的脉宽无要求，但必需保证脉冲的高低电平要求的宽度。

DS1302简介

DS1302是美国DALLAS公司推出的一种高性能、低功耗、带RAM的实不时钟电路，它能够对年、月、日、时、分、秒进行计时，具有闰年补偿功能，工作电压为～，采纳三线接口与CPU进行同步通信，并可采纳突发方式一次传送多个字节的时钟信号或RAM数据。

DS1302内部有一个31×8的用于临时性寄存数据的RAM寄放器。

DS1302的外形及引脚排列如图2-3所示。

图2-3DS1302引脚图

VCC1:

后备电源。

VCC2：

主电源，在主电源关闭的情形下，也能维持时钟的持续运行。

DS1302由VCC1或VCC2二者中的较大者供电。

当VCC2大于VCC1＋时，VCC2给DS1302供电。

当VCC2小于VCC1时，DS1302由VCC1供电。

X1,X2:

振荡源，外接晶振。

RST:

复位/片选线，通过把RST输入驱动置高电平来启动所有的数据传送.RST输入有两种功能：

第一，RST接通操纵逻辑，许诺地址/命令序列送入移位寄放器；第二，RST提供终止单字节或多字节数据的传送手腕。

当RST为高电平常，所有的数据传送被初始化，许诺对DS1302进行操作。

I/O:

串行数据输入输出端（双向）。

SCLK:

输入端，只有在SCLK为低电平常，才能将RST置为高电平。

温度传感器DS18B20简介

DS18B20温度传感器是美国DALLAS半导体公司最新推出的一种改良型智能温度传感器，与传统的热敏电阻等测温元件相较，它能直接读出被测温度，而且可依如实际要求通过简单的编程实现9～12位的数字值读数方式。

2.4.1DS18B20的性能特点

DS18B20的性能特点：

独特的单线接口仅需要一个端口引脚进行通信；多个DS18B20能够并联在唯一的三线上，实现多点组网功能；不必外部器件可通过数据线供电，电压范围为～；零待机功耗；温度以9或12位数字量读出；用户可概念的非易失性温度报警设置；报警搜索命令识别并标志超进程序限定温度（温度报警条件）的器件；负电压特性，电源极性接反时，温度计可不能因发烧而烧毁，但不能正常工作。

2.4.2DS18B20与单片机的接口电路

DS18B20能够采纳两种方式供电，一种是采纳电源供电方式，现在DS18B20的1脚接地，2脚作为信号线，3脚接电源。

另一种是寄生电源供电方式。

本设计采纳电源供电方式，如图2-4所示。

图2-4DS18B20采纳电源供电的电路图

LCD显示

显示电路选用AMPIRE128×64，其显示器LCD的引脚图如2-5所示。

图2-5LCD的引脚图

管脚一共18个。

CS1：

左半屏片选端，CS2：

右半屏片选端；V0：

液晶显示驱动电压，通过一个电位器接到VCC；RS：

数据指令选择信号，H为数据，L为指令，也叫D/I；R/W：

读写选择信号，H为读，L为写；E：

LCD使能端，R/W为L时，E信号下降沿锁存DB7-DB0；R/W为H时，E为H，DDRAM数据读到DB7-DB0。

DB0-DB7：

数据传输端口。

RST：

复位信号。

-VOUT和V0：

液晶显示驱动电压。

128×64是一种图形点阵液晶显示器,它要紧由行驱动器/列驱动器及128×64全点阵液晶显示器组成。

可完成图形显示，也能够显示8×4个（16×16点阵）汉字。

电子时钟的原理图

本设计要紧由单片机、时钟芯片、液晶显示器和温度传感器等几部份组成。

其中时钟芯片用于显示日历、按时各类功能的实现。

通过温度传感器与单片机的连接从而显示出温度，在确信了选用AT89C51型号的单片机后，就要确信外围电路如时钟输入部份、复位部份、晶振部份、显示部份、按时部份组成，其原理图如图2-6所示。

图2-6电子时钟原理图

3电子时钟软件设计

程序设计思想和相关指令介绍

本系统的主程序要紧完成时刻显示和按时输出判定功能。

而年月日显示和各时刻单元进位，时刻设按时，调按时刻设按时等功能全数在中断效劳程序中完成。

3.1.1计时功能的实现与中断效劳程序

时刻的运行依托按时中断子程序对时钟单元数值进位调整来实现的。

计数器T0打开后，进入计时，满100毫秒后，重装按时。

中断一次，满一秒后秒进位，满60秒后即为1分钟，分钟单元进位，60分到了后，时单元进位，24小时满后，天单元进位。

如此然后依照进率，取得年、月、日、时、分、秒存储单元的值，并经译码后，通过扫描程序送LCD中显示出来，实现时钟计时功能。

累加是用指令INC来实现的。

进入中断效劳程序以后，执行PUSHPSW和PUSHA将程序状态寄放器PSW的内容和累加器A中的数据保留起来，这即是所谓的爱惜现场.以爱惜现场和恢复现场时存取关键数据的存储区叫做堆栈。

在软件的操纵之下，堆栈可在片内RAM中的任一区间设定，而堆栈的数据存取与一样的RAM存取又有区别，对它的操作，要遵循后进先出的原那么。

3.1.2时钟误差分析

开启按时器/计数器0，使之开始计时，中断后进入中断程序。

自停止计数到计数又开始，中间执行了7条指令，也确实是延迟了13个单周期共历时刻26us，如此，每一个中断的总时刻应为为，而原先按时是100ms，因此，也确实是说每次中断按时多了26us.如此，可改变计数重装值，使每次中判定不时刻为，加上原先的7条指令所用的时刻，正好100ms.计数10次得1s.如此就可取得较精准的计时秒数，然后依照进率，取得时、分的值。

3.1.3时刻操纵功能与比较指令

系统的另一功能确实是实现对执行设备的按时开关操纵，其要紧操纵思想是如此的：

先将执行设备开启的时刻和关闭时刻置入RAM某一单元，在计时主程序当中执行几条比较指令，若是当前计不时刻与执行设备的设定开启时刻相等，就执行一条CLR指令，将对应的那路P3置为高电位，开启；若是当前计不时刻与执行设备设定的关闭时刻相等，就执行SETB对应的P3置低电位，二极管截止。

实现此操纵功能用到的比较指令为CJNEA，#direct，rel，其转移条件是累加器A中的值与当即数不等那么转移。

程序电路图

本系统的软件设计电路图要紧由程序流程图、按时中断流程图、调时功能流程图等组成。

3程序流程图

程序流程图如图3-1所示。

图3-1程序流程图

3按时中断流程图

按时中断流程图如图3-2所示。

图3-2按时中断流程图

3调时功能流程图

调时功能流程图如图3-3所示。

图3-3调时功能流程图

4电子时钟软件仿真

介绍

Protues软件是Labcenterelectronics公司出版的EDA工具软件（该软件中国总代理为广州风标电子技术公司）。

它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。

它是目前应用普遍的仿真单片机及外围器件的工具。

尽管目前国内推行刚起步，但已受到单片机爱好者和从事单片机教学的教师、致力于单片机开发应用的工作者的青睐。

Proteus是世界上闻名的EDA工具，从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的设计，是目前世界上将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台，其处置器模型支持805一、HC1一、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，2020年增加Cortex和DSP系列处置器，并持续增加其他系列处置器模型。

在编译方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多种编译器，在这次设计利用的是Keil编译器。

ProteusISIS的仿真步骤

Proteus仿真时，单片机需要加载程序，加载程序为.HEX文件。

在ProteusISIS中，选中AT89C51并单击鼠标左键，对AT89C51进行设置，设置单片机时钟频率为12MHz，依照正确的文件途径加载.HEX文件，对单片机设置完毕后就能够够开始仿真了。

仿真进程中如有硬件问题可在ProteusISIS中直接修改，如有软件问题可在KeiluVision2中直接修改，通过Keil与Proteus的联合调试就能够够取得中意的结果。

ProteusISIS的工作界面是一种标准的Windows界面，仿真界面如以下图4-1所示。

图4-1ProteusISIS仿真界面

打开Proteus程序后，进入软件的主界面。

通过左侧工具栏中的P（从库当选择元件命令）命令，在PickDevices左侧窗口当选择所需元件的关键字，然后放置元件并调整方向和位置和参数设置，如图4-2所示。

图4-2元件选取界面

KeiluVision2调试软件

KeiluVision2是美国KeilSoftware公司出品的51系列兼容C语言软件开发系统，利用接近于传统的语法来开发，与相较，C语言在功能上、结构性、可读性、可保护性上有明显的优势。

KeiluVision2软件提供丰硕的库函数和功能壮大的集成开发调试工具，全界面，使您能在很短的时刻内就能够学会利用keiluVision2来开发您的单片机应用程序。

KeiluVision2的利用流程如以下图4-3所示。

图4-3Keil的大体利用流程

KeiluVision软件的调试界面如以下图4-4所示。

图4-4KeiluVision2程序调试界面

单片机的类型选取界面如以下图4-5所示，本设计选取的是AT89C51单片机。

图4-5单片机类型选取界面

本设计利用软件KeiluVision2，在新建Keil项目时选择AT89C51单片机作为CPU，将源程序导入，在“OptionsForTarget”对话窗口中，选中“Output”选项中的“CreateHEXFile”，编译链接后就能够够生成.HEX文件，此文件的选取界面如图4-6所示。

图4-6HEX文件的选取界面

电子时钟仿真及其结果

当未按下任何按钮时电子时钟的仿真原理图如图4-7所示。

图4-7电子时钟的仿真原理图

当启动运行后电子时钟的仿真图如图4-8所示。

图4-8电子时钟显示结果

当按下闹铃开关及温度按钮时的仿真图如图4-9所示。

图4-9电子时钟的闹铃及温度功能显示

总结

大学五年的光阴咱们大体上都在学习理论知识中度过，很少有机遇将这些理论知识用于实践中，而这次的毕业设计正好给了咱们展现这五年学业功效的好机遇。

在整个的设计进程中，事实上是自己对五年学习的总结，它不但加深了自己对理论知识的深化认知，更让自己学会了如何去正确运用理论知识解决实际问题，也确实是“从理论中来，到实践中去”，从中也使自己学到和积存了许多体会。

我的设计还具有专门大的扩展空间，例如在硬件电路上增加彩灯，在不同的时刻有不同的显示，使其加倍美观。

同时还能够与红外遥控连接，如此就省去了很多麻烦，咱们能够利用遥控器对其进行远距离的操作。

通过这次设计使我熟悉到我对单片机方面的知识明白的太少了，关于书本上的很多