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1、论文多功能数字时钟的设计学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文是本人在导师指导下独立进行研究工作所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。学位论文作者签名： 日期： 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学院有关保障、使用学位论文的规定，同意学院保留并向有关学位论文管理部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权省级优秀学士学位论文评选机构将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位

2、论文。本学位论文属于1、保密 ，在_年解密后适用本授权书。2、不保密 。（请在以上相应方框内打“”）学位论文作者签名： 日期： 年 月 日多功能数字时钟的设计摘 要 近年来随着计算机在社会领域的渗透和大规模集成电路的发展，单片机的应用正在不断地走向深入，由于它具有功能强，体积小，功耗低，价格便宜，工作可靠，使用方便等特点，因此特别适合于与控制有关的系统，越来越广泛地应用于自动控制，智能化仪器，仪表，数据采集，军工产品以及家电等各个领域。单片机往往是作为一个核心部件来使用，在根据具体硬件结构，以及针对具体应用对象特点的软件结合，以作完善。本次做的多功能数字时钟是以单片机（AT89C51）为核心，

3、结合相关的元器件（共阴极LED数码显示器、BCD-锁存、7段译码等），再配以相应的软件，达到制作简易数字钟的目的，其硬件部分难点在于元器件的选择，布局及焊接。关键词： 单片机； AT89C51； 共阴极LED数码显示器； 7段译码The design of the multi-function digital clockAbstractIn recent years, with computer penetration in the field of society and the development of large scale integrated circuit, SCM appli

4、cations are constantly go deeper,because it has strong functions, small volume, low power consumption, cheap, reliable work, convenient use, etc,therefore particularly suitable for related to control system, more and more widely used in automatic control, intelligent instruments, meters, data acquis

5、ition, military products and home appliances and other fields. SCM often as a core component to use, in according to the specific hardware structure, and in combination with the software according to the characteristics of the specific application object, to be improved. Do the multi-function digita

6、l clock based on single chip microcomputer (AT89C51) as the core, the combination of related components (common cathode LED digital display, BCD - latches, 7 segment decoding, etc.), combined with the corresponding software, to achieve the purpose of making simple digital clock, the hardware part of

7、 the difficulty lies in the choice of components, layout and welding. Key words: Single chip microcomputer; AT89C51; Common cathode LED digital display; 7 segment decoding绪 论 11 多功能数字钟功能及设计方案2 1.1 多功能数字钟功能 3 1.2 多功能数字钟的设计方案4 1.2.1计时方案 5 1.2.2显示方案 62 硬件介绍6 2.1 单片机简介8 2.1.1 单片机发展的大阶段 9 2.1.2单片机的发展趋势 9

8、 2.1.3单片机的组成10 2.1.4单片机的特点10 2.1.5单片机的分类12 2.1.6 AT89C51单片机介绍13 2.2 LED数码管 153 软件设计16 3.1主程序流程18 3.2 中断程序流程 18 3.3调试过程19结 论 20参考文献 21致 谢 22绪 论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。 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

9、和外围电路内装化等几个方面发展。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数字钟，数字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。数字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

10、电路的发展和石英晶体振荡器的广泛应用,使得数字钟的精度,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，研究数字钟及扩大其应用，有着非常现实的意义。1 多功能数字钟功能及设计方案11 多功能数字钟功能该数字钟由89C51，七段数码管等构成，采用晶振电路作为驱动电路，由延时程序和循环程序产生的一秒定时，达到时分秒的计时，六十秒为一分钟，六十分钟为一小时，满二十四小时为一天。

11、显示时间功能：显示时，分，秒。具有校时功能： 能对时、分、秒按实际时间进行手动校正。12 多功能数字钟设计方案1.2.1 计时方案利用AT89C51单片机内部的定时/计数器进行中断定时，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。1.2.2 显示方案AT89C51的P0口和P2口外接由8个LED数码管(LED7LED0)构成的显示器，用P0口作LED的段码输出口，P2口作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。2硬件介绍21 单片机简介 单片机从根本上改变了传统的控制系统设计思想和设计方

12、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。2.1.1 单片机发展的三大阶段 单片机诞生于20 世纪70 年代末，经历了SCM、MCU、SOC 三大阶段。 第一，SCM 即单片微型计算机（Single Chip Microcomputer）阶段，主要是寻求最佳的单片形态嵌入式系统的最佳体系结构。“创新模式”获得成功，奠定了SCM 与通用计算机完全不同的发展道路。在开创嵌入式系统独立发展道路上，Intel 公司功不可没。 第二，MCU 即微控制器（Micro Controller Unit）阶段，主要的技术发展方向是：不断扩展满足嵌入式应用时，对象系统

13、要求的各种外围电路与接口电路，突显其对象的智能化控制能力。它所涉及的领域都与对象系统相关，因此，发展MCU 的重任不可避免地落在电气、电子技术厂家。从这一角度来看，Intel 逐渐淡出MCU 的发展也有其客观因素。在发展MCU 方面，最著名的厂家当数Philips 公司。Philips 公司以其在嵌入式应用方面的巨大优势，将MCS-51 从单片微型计算机迅速发展到微控制器。因此，当我们回顾嵌入式系统发展道路时，不要忘记Intel和Philips 的历史功绩。 第三，单片机是嵌入式系统的独立发展之路，向MCU 阶段发展的重要因素，就是寻求应用系统在芯片上的最大化解决；因此，专用单片机的发展自然形

14、成了SOC 化趋势。随着微电子技术、IC 设计、EDA 工具的发展，基于SOC 的单片机应用系统设计会有较大的发展。因此，对单片机的理解可以从单片微型计算机、单片微控制器延伸到单片应用系统。单片机作为微型计算机的一个重要分支，应用面很广，发展很快。自单片机诞生至今，已发展为上百种系列的近千个机种。 如果将8 位单片机的推出作为起点，那么单片机的发展历史大致可分为以下几个阶段: 第一阶段（1976-1978）：单片机的控索阶段。以Intel 公司的MCS 48为代表。MCS 48 的推出是在工控领域的控索，参与这一控索的公司还有Motorola 、Zilog 等，都取得了满意的效果。这就是SCM

15、 的诞生年代，“单机片”一词即由此而来。 第二阶段（1978-1982）：单片机的完善阶段。Intel 公司在MCS 48 基础上推出了完善的、典型的单片机系列MCS 51。它在以下几个方面奠定了典型的通用总线型单片机体系结构。 完善的外部总线。MCS-51 设置了经典的8 位单片机的总线结构，包括8 位数据总线、16 位地址总线、控制总线及具有很多机通信功能的串行通信接口。 CPU 外围功能单元的集中管理模式。 体现工控特性的位地址空间及位操作方式。指令系统趋于丰富和完善，并且增加了许多突出控制功能的指令。 第三阶段（1982-1990）： 8 位单片机的巩固发展及16 位单片机的推出阶段，

16、也是单片机向微控制器发展的阶段。Intel 公司推出的MCS 96 系列单片机，将一些用于测控系统的模数转换器、程序运行监视器、脉宽调制器等纳入片中，体现了单片机的微控制器特征。随着MCS 51 系列的广应用，许多电气厂商竞相使用80C51 为内核，将许多测控系统中使用的电路技术、接口技术、多通道A/D转换部件、可靠性技术等应用到单片机中，增强了外围电路路功能，强化了智能控制的特征。2.1.2 单片机的发展趋势目前，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。CMOS 化近年

17、，由于CHMOS 技术的进小，大大地促进了单片机的CMOS 化。CMOS芯片除了低功耗特性之外，还具有功耗的可控性，使单片机可以工作在功耗精细管理状态。这也是今后以80C51 取代8051 为标准MCU 芯片的原因。因为单片机芯片多数是采用CMOS（金属栅氧化物）半导体工艺生产。CMOS 电路的特点是低功耗、高密度、低速度、低价格。采用双极型半导体工艺的TTL 电路速度快，但功耗和芯片面积较大。随着技术和工艺水平的提高，又出现了HMOS（高密度、高速度MOS）和CHMOS 工艺。CHMOS 和HMOS 工艺的结合。目前生产的CHMOS 电路已达到LSTTL 的速度，传输延迟时间小于2ns，它的

18、综合优势已在于TTL 电路。因而，在单片机领域CMOS 正在逐渐取代TTL 电路。低功耗化单片机的功耗已从Ma 级，甚至1uA 以下；使用电压在36V 之间，完全适应电池工作。低功耗化的效应不仅是功耗低，而且带来了产品的高可靠性、高抗干扰能力以及产品的便携化。低电压化几乎所有的单片机都有WAIT、STOP 等省电运行方式。允许使用的电压范围越来越宽，一般在36V 范围内工作。低电压供电的单片机电源下限已可达12V。目前0.8V 供电的单片机已经问世。低噪声与高可靠性为提高单片机的抗电磁干扰能力，使产品能适应恶劣的工作环境，满足电磁兼容性方面更高标准的要求，各单片厂家在单片机内部电路中都采用了新

19、的技术措施。大容量化以往单片机内的ROM 为1KB4KB，RAM 为64128B。但在需要复杂控制的场合，该存储容量是不够的，必须进行外接扩充。为了适应这种领域的要求，须运用新的工艺，使片内存储器大容量化。目前，单片机内ROM 最大可达64KB，RAM 最大为2KB。随着半导体集成工艺的不断发展，单片机的集成度将更高、体积将更小、功能将列强。在单片机家族中，80C51 系列是其中的佼佼者，加之Intel 公司将其MCS 51 系列中的80C51 内核使用权以专利互换或出售形式转让给全世界许多5著名IC 制造厂商，如Philips、NEC、Atmel、AMD、华邦等，这些公司都在保持与80C51

20、 单片机兼容的基础上改善了80C51 的许多特性。这样，80C51 就变成有众多制造厂商支持的、发展出上百品种的大家族，现统称为80C51 系列。80C51单片机已成为单片机发展的主流。2.1.3 单片机的组成 单片机是通过内部总线把计算机的各主要部件接为一体，其内部总线包括地址总线、数据总线和控制总线。其中，地址总线的作用是在进行数据交换时提供地址，CPU 通过它们将地址输出到存储器或I/O 接口；数据总线的作用是在CPU与存储器或I/O 接口之间，或存储器与外设之间交换数据；控制总线包括CPU发出的控制信号线和外部送入CPU 的应答信号线等。2.1.4 单片机的特点 由于单片机的这种结构形

21、式及它所采取的半导体工艺，使其具有很多显著的特点，因而在各个领域都得到了迅猛的发展。单片机主要发如下特点： 第一，有优异的性能价格比。 第二，集成度高、体积小、有很高的可靠性。单片机把各功能部件集成在一块芯片上，内部采用总线结构，减少了各芯片之间的连线，大大提高了单片机的可靠性与抗干扰能力。另外，其体积小，对于强磁场环境易于采取屏蔽措施，适合在恶劣环境下工作。 第三，控制功能强。为了满足工业控制的要求，一般单片机的指令系统中均有极丰富的转移指令、I/O 口的逻辑操作以及位处理功能。单片机的逻辑控制功能及运行速度均高于同一档次的微机。 第四，低功耗、低电压，便于生产便携式产品。 第五，外部总线增

22、加了I C（Inter-Integrated Circuit）及S P I（Serial Peripheral Interface）等串行总线方式，进一步缩小了体积，简化了结构。 第六，单片机的系统扩展和系统配置较典型、规范，容易构成各种规模的应用系统。2.1.5 单片机的分类单片机作为计算机发展的一个重要领域，应用一个较科学的分类方法。根据目前发展情况，从不同角度单片机大致可以分为通用型/专用型、总线型/非总线型及工控型/家电型。1. 通用型/专用型这是按单片机适用范围来区分的。例如，80C51 是通用型单片机，它不是为某种专用途设计的；专用型单片机是针对一类产品甚至某一个产品设计生产的，例

23、如为了满足电子体温计的要求，在片内集成ADC 接口等功能的温度测量控制电路。2. 总线型/非总线型这是按单片机是否提供并行总线来区分的。总线型单片机普遍设置有并行地址总线、数据总线、控制总线，这些引脚用以扩展并行外围器件都可通过串行口与单片机连接，另外，许多单片机已把所需要的外围器件及外设接口集成一片内，因此在许多情况下可以不要并行扩展总线，大大减省封装成本和芯片体积，这类单片机称为非总线型单片机。3. 控制型/家电型这是按照单片机大致应用的领域进行区分的。一般而言，工控型寻址范围大，运算能力强；用于家电的单片机多为专用型，通常是小封装、低价格，外围器件和外设接口集成度高。显然，上述分类并不是

24、惟一的和严格的。例如，80C51 类单片机既是通用型又是总线型，还可以作工控用。2.1.6 AT89C51 的单片机简介AT89C51 是一种带4K 字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROMFlashProgrammable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS8 位微处理器，俗称单片机。AT89C2051 是一种带2K 字节闪烁可编程可擦除只读储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100 次。该器件采用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

25、器组合在单个芯片中，ATMEL 的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C2051 是它的一种精简版本。AT89C 单片为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。图1单片机内部结构图为如图2 所示：图21. 主要特性与MCS-51 兼容4K 字节可编程闪烁存储器寿命：1000 写/擦循环数据保留时间：10 年全静态工作：0Hz-24Hz低功耗的闲置和掉电模式片内振荡器和时钟电路2. 管脚说明 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P1 口的管脚第一次写1 时，被定义为高阻输入。P0 能够用于外部程序数

26、存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FLASH 编程时，P0 口作为原码输入口，当FLASH 进行校验时，P0 输出原码，此时P0 外部必须被拉高。 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 口被外部下拉为低电平时，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 口作为第八位地址接收。 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

27、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存器的内容。P2 口在FLASH 编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。 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，由于外部下拉为低电平，P3 口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。P3

28、口也可作为AT89C51 的一些特殊功能口，如下所示：表2.1口管脚备选功能P3.0 RXD串行输入口P3.1 TXD 串行输出口P3.2 /INT0 外部中断0P3.3 /INT1 外部中断1P3.4 T0 记时器0 外部输入P3.5 T1 记时器1 外部输入P3.6 /WR 外部数据存储器写选通P3.7 /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控制信号。 P0，P1，P2，P3 口银角图为如图3：图3其中我们用了P1 口和P2 口。RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST 脚两个机器周期的高电平时间。 ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许

29、的输出电平用于锁存地址的地 位字节。在FLASH 编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE 端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE 脉冲。如想禁止ALE 的输出可在SFR8EH 地址上置0。此时， ALE只有在执行MOVX，MOVC 指令是ALE 才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE 禁止，置位无效。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。2.2 LED 数码显示器 发光二极管LE

30、D 是一种通电后能发光的半导体器件，其导电性质与普通二极管类似。LED 数码显示器就是由发光二极管组合而成的1 种新型显示器件。在单片机系统中应用非常普遍。 1. LED 数码显示器的结构 LED 数码显示器是1 种由LED 发光二极管组合显示字符的显示器件。它使用了8 个LED 发光二极管，其中7 个用于显示字符，1 个用于显示小数点。 2. LED 数码显示器有两种连接方法 第一，共阳极接法。把发光二极管的阳极连在一起构成公共阳极，使用时公共阳极接+5V，每个发光二极管的阴极通过电阻与输入端相连。当阴极端输入低电平时，段发光二极管就导通点亮，而输入高电平时则不点亮。 第二，共阴极接法。把发光二极管的阴极连在一起构成公共阴极，使用时公共阴极接地。每个发光二极管的阳极通过电阻与输入端相连。当阳极端输入高电平时，段发光二极管就导通点亮，而输入低电平时则不点亮。在本设计中所采用的是共阴极LED 数码显示器，其引脚排列如下图所示：3软件介绍软件设计功能部分包括一秒计时程序INTT0，加一程序ADD1，显示程序DISPLAY，延时程序，中断，调时程序SETMM，闪烁程序INTT1，