基于单片机的数字钟的设计与制作 学位论文.docx

1、基于单片机的数字钟的设计与制作 学位论文分类号_ 密级_U D C 中国地质大学江城学院毕业设计（论文）基于单片机的数字钟的设计与制作姓 名： 李 科 专 业： 电子信息工程 班 级： 22001202 学 号： 2200120210 指导教师： 孙利华 讲师 原创性声明本人呈交的毕业论文，是在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，所有数据、图片资料真实可靠。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本毕业论文的研究成果不包含他人享有著作权的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确的方式标明。本毕业论文的知识产权归属于培养单位。本人签名： 日期： 摘 要单片机

2、的发展对于人们来说，有着不可估量的作用，其意义非凡。纵观这几十年来，单片机从根本上改变了人们的生活方式，生活习惯，各式各样单片机产品的出现，使得我们生活更加方便，例如电视机、电脑、手机都在一定程度上应用了单片机的技术。另外，单片机的发展对于航空航天事业来说同样有着极其重大的意义，飞机上的黑匣子以及仪器仪表，都离不开单片机的强大功能。在我们生活中，还有许许多多单片机应用的例子，应用范围也是非常广泛。单片机主要是作为核心部件来使用，根据具体硬件结构，结合软件根据具体应用对象的特点，进行改进。在本文中，主要内容是采用单片微机接口技术来设计的电子时钟，使用数码管来实现时钟定时，让通过LED数码管显示的

3、时钟信号，并且还可以通过独立的改性键，可以实现精确的计时，当以数字形式显示的时间分秒;小时的计时要求为满24回1，分秒的计时为60进制进位。时间的校正;定时控以及仿无线电报时的时间;在上方显示日期星期。关键词：单片机 数字钟 LED数码管ABSTRACTCurrently microcontroller penetrated into every field of our lives, almost hard to find there was no sign of the single chip microcomputer which field. Missile navigation de

4、vices, control plane various kinds of instrument, computer network communication and data transmission, real-time control and data processing, industrial automation process widely used a variety of smart IC card, the security system of civil limousine tape recorders, cameras, fully automatic washing

5、 machine control, as well as program-controlled toys, electronic pets, etc., these are inseparable from the single chip microcomputer. Not to mention the robot in the field of automatic control, intelligent instruments, medical apparatus and instruments. Therefore, the single-chip learning, developm

6、ent and application will create a group of computer applications and intelligent control of scientists and engineers.SCM mainly as a core component to use, according to the specific hardware structure, combined with the software according to the characteristics of the specific application object, to

7、 improve. In this article, the main content is to use single chip microcomputer interface technology to design the electronic clock, using digital tube to realize clock timing, make through the LED digital tube display the clock signal, and can also be modified through independent key, can achieve p

8、recise timing, when displayed in digital form time minutes; Timing requirements for a full 24 back to 1, split second timing for 60 carry into the system. Calibration of time; Timing control and radio tell the time. In the above shows date week.Keywords: Single chip microcomputer Digital clock LED d

9、igital tube1 引言1.1 课题背景单片机MCS-48自1976年引入英特尔公司已经三十多年了，基于其极高的集成与强大的功能以及可靠性高、体积小、能耗等优点，已经占据了人们工作和生活的各个方面，其影响力可见一斑。单片机的应用领域包括工业、交通、通讯等方面，近几年正在迅速往家用产品、办公自动化、人工智能、以及航海航空等领域。本文主要讨论的是当前应用比较广泛的51系列单片机，外围设备的配置，形成了一个全面的可编程计时系统，其体积小、功能性强、可靠性高等特点不仅能满足大多需求并且还有许多功能可以开发，拥有十分广阔的应用领域。上个世纪80年代中期以后，英特尔公司将8051个核心技术转移给了许

10、多半导体芯片厂商，如飞利浦、Atmel、达拉斯、等等。这些厂商生产出了许多与51单片机兼容的产品，它们与51系列单片机有着相似的功能，但采用了不同的制作工艺，于是，我们如今用51系列来统称具有8051系统结构的单片机，它们在8051单片机上都作了一些改进与扩充，具有不同的特点。它们的功能性与市场竞争力更强。1.2 课题来源日常生活中，我们经常用到定时控制，如在时间和曝光过程中扩大。一些常用的早期控制单元使用模拟电路设计和生产，它们的定时精度和重复精度都不太理想。如今大多是基于数字技术的新产品，随着不断改进的单片机性能价格比，新产品的应用也随之变的更加广泛，逐渐构成一个复杂的工业过程控制系统，并

11、且能够完成极其复杂的控制功能。小的方面，可用于家用电器的控制，也可用于儿童玩具。由于单片机强大的功能，体积小，价格便宜，灵活好用，通过配置不同的接口芯片，能够构造出不同样式的微电子产品。单片机的应用对于人类社会发展的重要性在于它的灵活性，它打破了常规的设计方式，并且丰富了功能性，给我们的生活带来了极大的便利。微控制技术是人类社会发展史上精彩的一笔，它是传统技术的一次完美蜕变。1.3 数字钟的意义现代生活中，数字钟被广泛应用于许多公共场所，例如车站、码头、机场，已经成为了人们胜过工作中不可或缺的产品，并且，数字钟当中应用了集成电路与石英晶体振荡器以后，其走时精确度已经超越了旧式机械表。数字钟给我

12、们带来的便利远远不止这些。例如，智能报时（能够实时提醒我们该时间点应该做的事情），自动报警（能在发生特殊情况的时候快速的报警，及时解决突发状况），通断动力设备（省去了大量的人力，更加方便准确），类似于这些的例子还有很多很多，钟表的数字化给我们带来了相当大的便捷，所以，研究数字钟具有非常重大的意义。2 MCS-51单片机的结构MCS-51单片机是一种高集成电路芯片，它把作为控制应用的必须的基本内容都集成在一起。按照功能的不同可以分为几种部分，CPU、RAM、ROM、并行I/O口、中断系统、定时器以及SFR。它们都是传统的结构模式，即CPU加外围芯片。但是控制部分则是由SFR完成的。2.1 控制器

13、控制器是单片机的核心部件，它的主要功能是识别指令并且根据指令完成对单片机各功能部件的控制，以此使单片机的各种功能协调工作。单片机准确的执行指令其实是在于控制器对指令的正确识别，而执行一条指令的过程包含了6个步骤：读取指令发送至指令寄存器发送至指令译码器发送至定时控制逻辑电路发送至单片机各部件完成操作。执行程序即此过程的不断重复。2.2 存储器的结构MCS-51单片机采用的是程序存储器和数据存储器空间截然分开的结构，两种存储器都有各自的寻址方式、空间以及控制系统。这种特殊的结构对单片机控制的实际应用来说更为方便且有效。一：它具备相当容量的存储器；二：添加了许多具有很灵活的扩展能力的特殊功能寄存器

14、；三：提升寻址能力至64KB。MCS-51单片机的存储器空间可分为以下几种：1内部数据存储器MCS-51单片机在满足众多控制需求的同时，它的内部128个字节的随机存取存储器RAM能够作为数据缓冲器来处理大量的问题，使得用户设计出的程序更加的有可行性。MCS-51单片机内部的RAM存储器拥有着众多的操作指令，使得设计程序更加灵活多变，操作也更加简单它内部的通用工作寄存器区包含32个单元，每个区有8个8位寄存器，编号名为R7-R0。用户可以通过指令任意切换当前工作寄存器区，这种功能在中断嵌套时能够为保护工作寄存器的现场内容带来较大的方便。 2程序存储器我们要清楚的是，经过调试的应用程序等的固定常数

15、是单片机系统正常工作的前提，它能够为单片机系统提供一个较快较准确完成操作任务的条件。由于8031内部没有存储器，本设计当中决定在其外部扩展程序存储器用来存放程序。CPU对存储器的访问决定于引脚上的电平高低，因为片内4KB存储空间000H0FFFH与片外存储器地址000H0FFFG发生冲突，会导致存储空间不足，所以：当EA引脚接高电平时，如果片内存储空间不足，则片外程序存储器空间执行此程序。3特殊功能寄存器SFR存储空间中包含有众多的特殊功能寄存器，共21个，他们随机的分布在SFR中。SFR空间中包含了128个字节，即128个地址空间，它们与21个特殊功能寄存器有着相同的地址，80HFFH，在这

16、128个地址当中，仅有83个为有效地址，它们主要对11个特殊功能寄存器的一部分位作位寻址。在MCS-51单片机的内部都有一个用来进行控制、运算的CPU，它有四个并行IO口，它们分别为P0、P1、P2、P3,ROM用来存放程序，RAM用来存放中间结果，单片机中，一些独立的被用来控制内部时钟电路、串行IO口、中断系统及定时计数器的存储单元，即为特殊功能寄存器。2.3 并行I/O口MCS-51单片机的四个并行IO口皆为双向通用IO口，他们分别为P0、P1、P2、P3。P0.0P0.7统称为P0口，P0口一般作为准双向输入输出接口，也可作为外部扩展时的数据总线及低8位地址总线的分时复用口。P1、P2、

17、P3皆可作为准双向IO口使用，每个端口都包含一个锁存器、输出驱动器、输入缓冲器。一般情况下，P1作为普通IO口，P2做地址的高8位，P3具有第二功能，在特殊情况下使用，主要靠软件的设定来运行，如外部中断、串口等。2.4 单片机的应用领域1智能仪器仪表单片机有体积小，功耗低、控制功能强、扩展灵活等优点，被广泛应用于仪器仪表中，与不用的传感器搭配能够实现电压、频率、温度、速度、厚度、长度等等物理量的测量。2工业控制单片机能构成形式多种多样的控制系统，例如电梯智能化控制、流水线、报警系统、二级控制系统。3家用电器家用电器是单片机的一个重要应用领域，前景非常广阔，如空调、冰箱、洗衣机、电饭煲、彩电、玩

18、具等等，可以说目前的家用电器基本都采用了单片机控制。4 通信设备手机、电脑的普及离不开单片机的发展，它有效降低了这些通讯工具的制作成本，并且丰富了功能性，使得通讯变得更简单快捷。此外，单片机的应用还在于航空航天，医疗，交通等各个方面，范围之广，作用之大，都体现了单片机的扩展性。2.5 本章小结本章主要介绍了单片机的一些硬件结构，单片机继承了微计算机的许多技术，并且单片机具有更良好的扩展性。单片机的基本结构是CPU与外围芯片相结合的传统模式，但各个功能部件的控制是采用特殊功能寄存器集中控制的方式。3 电路的硬件设计3.1 复位电路复位电路的核心在于复位引脚，在MCS-51单片机的内部有一个复位引

19、脚（RST），复位电路完成复位需要CPU的实时检测，当RST端口出现高电平并且持续两个周期以上的时候，即可完成复位。电路图3.1如下： 图3.1当Vcc上升时间少于1ms时，能通过外部复位电路的电容充电，完成上电复位。3.2 时钟电路时钟是单片机的重要一环，意义非凡，它的频率决定了单片机的速度以及单片机的正常运行。时钟的质量好坏也会直接影响到单片机系统的稳定。时钟电路有两种：内部时钟，外部时钟。此文章采用内部时钟。电路图如下：MCS-51单片机的内部有一个高增益反向放大器，它能通过跨接晶体振荡器与微调电容构成一个稳定的自激振荡器，其实现方法为：高增益反相放大器的输入端引脚XTAL1与输出端引脚

20、XTAL2完成晶体振荡器与微调电容的跨接。3.3 按键电路按键开关由按键电路控制，能够对电平状态的高低进行调整，使电路更加稳定。 电路图如下： P1.0口为功能移位键，按键选择分别要调整的时与分的个位和十位。 P1.1口为数字“+“键，按一下则对应位的数字加1。 P1.2口为数字“-”键，按一下则对应位的数字减1。 P1.3口为时间表的切换，程序默认为日常时间表，按下开关，输入低电平时，显示当前执行的是工作时间表，并由绿发光二极管显示。再次按键，使键抬起，输入高电平时，显示当前执行的是休息时间表，用红发光二级管显示。3.4 数码管显示电路数码管显示器具有成本低、接口简单、颜色多样、效率高、配置

21、多变的特点，在单片机的日常应用中比较常见。数码管工作原理：数码管由8个特性不同的发光二极管组成。有共阳极数码管与共阴极数码管。共阳极的数码管将二极管的阳极（即二极管正端）连接在一起。一般情况下，公共阳极接高电平，其它管脚接段驱动电路的输出端，当某段驱动电路的输出端为低电平，则该段所连接的字段导通并点亮，能够通过发光字段组成不同的字符和数字。本文采用的是6个共阴极的数码管。数码管的显示还分为静态和动态两种，本文采用的是动态显示的方式，通过段选线将所有数码管并联起来，由位选线实现控制，从而实现数码管的正确显示。3.5 电源电路设计电源电路由变压器、电容、稳压器以及桥式整流器组成。变压器能够将220

22、V电压变为5V，为时钟电路供电，同时，桥式整流器、电容和稳压器能保障稳定的输出5V电压。3.6 本章小结本章主要介绍的是时钟电路的硬件结构，复位电路、时钟电路以及数码管的工作原理。4电路的软件设计4.1软件程序内容 本文的软件程序内容包括主程序、打铃子程序、中断子程序、时钟显示子程序、查询时间表切换程序和延时子程序等。此外，由于电路中有四个按键，并且还设计了防抖动程序以防止干扰。4.2软件流程图 软件流程图如图4.1所示： 图4.1由上图我们可以知道，在按键被初始化之后，我们可以通过是否按时间切换键来决定切换时间表或者是查询功能移位键，然后再调整时间，或者是通过与时间表匹配与否确定是否启用打铃

23、子程序。4.3定时程序设计单片机定时器函数实现通过计数器计数,计数脉冲的这个时候,从单片机的内部,即每台机器周期产生计数脉冲,即每经过一个机器周期的时间，计数器加1。如果MCS-51采用12MHz晶体，即计数频率为1MHz，也就是每经过1us的时间计数器加1。这样我们就可以根据数据来计算时间，也可以根据要求的定期时间来计算计数器的初始值。MCS-51单片机的定时器有4种不同的工作方式，他们在相应的特殊功能寄存器中包含其控制字，对特殊功能寄存器的编程，能够快速方便的选择其两种工作模式以及4种工作方式。定时器工作方式为0时：由TLX的低5位与THX的高8位构成13位计数器。工作方式为，TLX低5位

24、计时溢出，向THX进位，直至THX计时溢出，TCON溢出标志位进行置位。定时器工作方式为1时：使用的是16位计数器。本设计中，采用的是定时器模式，即输入信号与之前的工作方式截然不同，采取时钟脉冲，即每一个机器周期产生一个内部脉冲信号，脉冲信号发送至定时器时，计数器加1。4.4程序说明在整个时钟系统中，单片机30H、31H、32H中存储了当前时间的时、分、秒。由于使用数码管显示当前时间，必须使用到分字及合字，因此，当前时间的时、分、秒的个位与十位存储在33H、34H、35H、36H、37H、38H中，并且更方便显示。本设计采用了查表的方式，事先在程序里存储好工作时间表与休息时间表，通过按键选择需

25、要执行操作的时间表。当前所执行的时间表可用红绿发光二极管来区别。此设计有四个小键盘，皆由轻触按键组成，它们可以任意改变当前状态。例如，按功能移位键一次，可以校对小时的十位。以此类推，往后分别是对小时的个位、分钟的十位以及分钟的个位进行校对。数字“+”“-”键可调整当前校对数字加1或减1。数据显示方式为：数据进入数据缓冲区SBUF，再从SUBF当中显示。SBUF是一种具有可直接寻址功能的专用寄存器。它对应有两个不同的寄存器，功能分别为发送与接收。4.5 本章小结 本章主要介绍的是本设计的软件设计部分，内容与功能在流程图中都十分清晰的表现出来了，充分体现了本设计的可行性以及合理性。4 结论与展望5

26、.1 结论 单片机的定时系统充分的发挥了单片机的智能应用程序，该系统同时也是在满足学校教学需求基础上的一种理想化的智能设计，走时精确，时间表的可控转换，显示功能，自控的设置时间，以及按键操控和数字显示。此系统规模不大，但是功能全面，而且操作也十分简便，造价低廉，应用范围非常广。该系统具有十分优越的性能和低廉的成本，是家庭数字化前进的一小步，也是单片机给我们带来方便的一大步。5.2 单片机的发展现状和趋势 单片机自问世以来，对于人类社会发展所作出的贡献不言而喻。它的发展现状主要体现在以下几方面：（1） 内部资源的扩展（2） CPU的精度以及速度的提升（3） 片内I/O口功能的增强（4） 引脚的多

27、功能化（5） 寻址范围扩大（6） 性能与质量的提升单片机技术的发展仍在继续，不久的将来，具有更多更强大功能的单片机将会不断出现。预测将会在以下几个方面提升其性能：（1） 改善结构（2） 降低功耗（3） 提高集成性能以及兼容性能（4） 提高抗干扰能力（5） 增强稳定性致 谢大学生活转瞬即逝，回想这四年来的经历，竟无语凝噎。而这篇论文，已基本是为我的大学生涯画上的那颗句号，此时心中感慨万千。 在此，首先要诚挚感谢的，是我的论文指导老师孙利华老师。她在忙碌的教学工作中抽出时间来审查、修改我的论文，还给我提供意见以及建议，给了我信心和动力。也许，一个两个人的话大概没有什么，但是我们小组几十人都是她一个

28、人在指导，事必躬亲，孜孜不倦，每篇论文都认真对待，每个同学，她都认真指导。由此可想其操劳程度。再次向孙利华老师表示诚挚的感谢。 另外，在我大学四年里教过我的老师们，你们辛苦了。你们是我人生道路上的引导者，你们给予了我前进的方向，你们教会了我，只有学习，才能使自身处于不败之地。作为21世纪的大学生，我甚感责任之重，今后必定努力奋斗，报效国家和社会。 感谢四年中陪伴在我身边的同学们，在学习中，你们是我的良师益友，在生活上，你们更是让我懂得了一个团结的集体，能够迸发出多大的力量。是你们，让我懂得了学会与人合作，坦诚相待。在此，感谢你们对我的帮助，将来的不管在何方，我，一直在你们身边。谢谢你们。再见了

29、，我的大学。参考文献1 张景元.基于单片机的多用途定时器的设计与实现.电子工程师2000年第8期.2 元增民.单片机原理与应用.长沙.国防科技大学出版社.2006.3 刘守义.王静霞.单片机应用技术.西安电子科技大学出版社.2002.4 吴国经.单片机应用技术.北京.中国电力出版社.2004.22-23.5 郑家龙.集成电子技术基础教程.北京.高等教育出版社.20026 范立南.单片机微机接口与控制技术.沈阳.辽宁大学出版社.1996.7 皮红梅.李英顺.单片机开发中的定时方法.沈阳石油化工高等专科学校学报.2002年12月.8 张友德.单片微机原理、应用于实践.上海.复旦大学出版社.1992

30、.9 李洪涛.一种单片机控制的定时打铃器.电子世界.1990年第2期 10 李华.MCS-51系列单片机实用接口技术，北京：北京航空航天大学出版社.199311 何希庆,高伟.MCS-51单片机原理、实验、实例M.山东:山东大学出版 社.198912 关宗安 仲丛久.基于单片机实现的多路定时控制器的设计.沈阳航空工业 学院学报.2004年6月.第21卷第3期 13 张毅刚,彭喜源，潭晓昀.MCS-51单片机应用设计M.哈尔滨：哈尔滨工 业大学出版社.199714 余永权，单片机与家用电器智能化设计M.北京：电子工业出版社.199515 房小翠，王金凤.单片微型计算机与机电接口技术M.北京国防工

31、业出版 社.2002缺英文的，格式的要按学校的来，要素之间是点隔开科左后旗妇幼保健所建设工程钢筋专项施工方案编制人： 审核： 批准：科左后旗建业建筑安装有限责任公司后旗建业公司妇幼保健所项目部1.编制依据 1.1 妇幼保健所建设项目结构施工图 1.2 钢筋连接技术规程1.5建筑物抗震构造详图1.6建筑工程施工质量验收统一标准1.7混凝土结构工程施工质量验收规范1.8钢筋机械连接通用技术规程1.9混凝土结构施工图平面整体表示方法制图规则和构造 二、工程概况：1、工程简介 本工程位于甘旗卡镇南新区，科尔沁大街南侧，经二路东侧。工程总建筑面积6860，地上七层局部八层，框架结构。本工程室内0.000相当于绝对标高2.100。工程建筑高度32.9米。地下底板为标高为-5m（结构），首层层高5.100米，其余各层层高均为3.600米。2、构件种类普通构件：筏板基础、楼梯、柱、梁、板。3、使用的钢筋种类本工程钢筋主要采用三级钢筋，钢筋直径从8mm到28mm，详见下表。本工程的钢筋规格种类多，