【正文】 武漢大學(xué)電子信息學(xué)院電子系統(tǒng)綜合設(shè)計課程論文 基于51單片機的數(shù)字鐘設(shè)計 專 業(yè)： 年 級： 作 者： 指導(dǎo)教師：2012年 6月 13 日 目 錄1 作品的背景與意義 12 功能指標(biāo)設(shè)計 13 作品方案設(shè)計 2 2一基于51單片機的數(shù)字鐘設(shè)計 2 2 3 公式 44 硬件設(shè)計 4 4 4X4矩陣鍵盤硬件原理圖 5 55 軟件設(shè)計 6 6 6 7 定時器中斷流程圖 86 系統(tǒng)測試 9 9 10 10 10參考文獻 11附錄1 系統(tǒng)電路圖 12附錄2 系統(tǒng)軟件代碼 12附錄3 系統(tǒng)器件清單 361 作品的背景與意義 近年來，隨著電子產(chǎn)品的發(fā)展，人們對數(shù)字時鐘的要求越來越高，本文針對人們的這一需求，設(shè)計了一種有單片機控制的多功能數(shù)字時鐘。該系統(tǒng)具有年、月、日、星期、時、分、秒設(shè)置及顯示、鬧鐘定時等功能。系統(tǒng)以 C51單片機為核心，主要進行基于C51單片低功耗MCU的字符型數(shù)字鐘及其系統(tǒng)的研究，可以通過它的時鐘信號進行計時實現(xiàn)計時功能，將其時間數(shù)據(jù)經(jīng)單片機輸出，利用顯示器顯示出來。通過鍵盤可以進行定時、校時功能。輸出設(shè)備顯示器可以用液晶顯示技術(shù)和數(shù)碼管顯示技術(shù)。系統(tǒng)帶有數(shù)碼管顯示器，配合按鍵提供友好的用戶界面，操作簡單，同時具有定點報時功能，該數(shù)字鐘能長期、連續(xù)、可靠、穩(wěn)定的工作；同時還具有體積小、功耗低等特點，便于攜帶，使用方便。系統(tǒng)軟件設(shè)計包括單片機計算機兩部分的編程。計算機軟件編程主要實現(xiàn)參數(shù)設(shè)置、串行口數(shù)據(jù)接收、指令發(fā)送以及數(shù)據(jù)的顯示和存儲。單片機軟件編程主要實現(xiàn)鍵盤、數(shù)碼管顯示、定點報時等各模塊的功能，采用匯編語言編程。鐘表的數(shù)字化給人們生產(chǎn)生活帶來了極大的方便而且大大地擴展了鐘表原先的報時功能。因此，研究數(shù)字鐘及擴大其應(yīng)用，有著非?，F(xiàn)實的意義。 2 功能指標(biāo)設(shè)計本設(shè)計準(zhǔn)備實現(xiàn)的功能：(1)顯示公歷日期功能（年、月、日、時、分、秒）。(2)可通過按鍵切換年、月、日及時、分、秒的顯示狀態(tài)。(3)可隨時調(diào)校年、月、日或時、分、秒。(5)可實現(xiàn)鬧鐘功能。3 作品方案設(shè)計 —————————基于51單片機的數(shù)字鐘設(shè)計單片機芯片作為控制系統(tǒng)的核心部件，它除了具備微機CPU的數(shù)值計算功能外，還具有靈活強大的控制功能，以便實時檢測系統(tǒng)的輸入量、控制系統(tǒng)的輸出量，實現(xiàn)自動控制。在本次設(shè)計中采用單片機技術(shù)來實現(xiàn)數(shù)字鐘的功能。方案的設(shè)計可以從以下幾個方面來確定。在本次設(shè)計中采用AT89C51單片機；顯示電路的設(shè)計，在這里采用數(shù)碼管顯示；校時和定時電路的設(shè)計；實時控制電路是時鐘電路的一個重要組成部分，采用的是一個時鐘芯片，單片機從中讀取數(shù)據(jù)送到顯示器上顯示，從而實現(xiàn)數(shù)字鐘的功能；還有一些其他控制電路如復(fù)位電路、時鐘電路等。通過這些控制電路的連接構(gòu)成了完整的電路。程序設(shè)計內(nèi)單片機的程序設(shè)計有其自身的特點。在單片機系統(tǒng)中，硬件與軟件緊密結(jié)合，由于硬件電路的設(shè)計不具有通用性，所以必須根據(jù)具體的硬件電路來設(shè)計對應(yīng)的軟件，硬件設(shè)計的優(yōu)劣直接影響到軟件設(shè)計的難易，軟件設(shè)計的優(yōu)劣又直接影響到硬件的發(fā)揮。在很多時候，軟件可以替代硬件的功能，當(dāng)然，需要付出額外占用CPU時間的代價。軟件程序的設(shè)計是根據(jù)硬件電路圖的連接和各個元器件的功能進行設(shè)計。在編寫軟件時，可以按各個程序的功能將軟件細分為各個功能模塊，再通過主程序的調(diào)用來實現(xiàn)整個軟件系統(tǒng)。而一般編寫的程序都是根據(jù)事前所用的流程圖來編寫的，而且，流程圖中也包含了對設(shè)計所得結(jié)果的要求，因此，流程圖的設(shè)計直接影響到源程序的設(shè)計。 控制鍵盤采用獨立式按鍵，開機時，顯示12：00：00的時間開始計時；“秒”的調(diào)整，每按一次加1秒； “分”的調(diào)整，每按一次加1分；“時”的調(diào)整，每按一次加1個小時；定時器1中斷入口，產(chǎn)生秒基準(zhǔn)時間并實現(xiàn)時間日期自增，定時器2中斷入口，由軟件控制蜂鳴器產(chǎn)生鬧鐘鈴聲。單片機控制段式LED數(shù)碼管顯示。碼管由7段LED組成，因此可以稱為七段數(shù)碼管。將這七個LED按一定規(guī)律點亮，就能夠顯示數(shù)字0~9，以及英文字母A、B、C、D、E、F。而現(xiàn)在的數(shù)碼管都有帶有小數(shù)點（DP），實際上數(shù)碼管就變成8段了。顯示二進制、十進制數(shù)、十六進制數(shù)，小數(shù)都不是問題。 數(shù)碼管有共陽、共陰的區(qū)分。顧名思義，共陽數(shù)碼管公共陽極，即將8個數(shù)碼管正極連接在一起，負(fù)極又8個不同端口控制。共陰則與共陽相反。段選引腳用于驅(qū)動一位數(shù)碼管的八個段，即圖上的a、c、d、e、f、g和dp。根據(jù)不同的數(shù)字輸出對應(yīng)的電平，從而點亮一位數(shù)碼管。位選用于選擇在某一時刻驅(qū)動哪一位數(shù)碼管，設(shè)計里面使用兩位數(shù)碼管，因此需要兩個引腳來控制這些位。在控制位選時候，將數(shù)碼管的位選引腳直接接到單片機的I/O口，是可行的。原因是，單片機的I/O負(fù)載能力不足以驅(qū)動數(shù)碼管，這時候，就需要外加上三極管作為電流放大使用。使用了PNP三極管，將發(fā)射極接到電源的+5V，基極串上一10K電阻接到單片機的位選I/O口，集電極就接到數(shù)碼管的位選端。 公式定時時間 t=(T0初值)*振蕩周期*12 （）4 硬件設(shè)計 AD9851連接電路 4X4矩陣鍵盤硬件原理圖按鈕未按下前，四個I/O口通過一個10K的電阻與VCC相連，所以此時四個I/O口的輸入都為1即高電平；當(dāng)按鈕按下時，四個I/O口都接地，此時四個I/O口的輸入都為即低電平。 4*4鍵盤蜂鳴器工作電壓為+5V，將蜂鳴器的正極連接到電源+5V，負(fù)極連接到電源的GND，蜂鳴器就能發(fā)出聲響。單片機I/O的負(fù)載能力并不足以驅(qū)動蜂鳴器，為了解決這個問題，必需另需它法。蜂鳴器的典型驅(qū)動電路是使用極管做開關(guān)。5 軟件設(shè)計 程序開始 啟動定時器按鍵檢測時間顯示 結(jié)束 主程序流程圖 程序開始 秒十位計數(shù)顯示分個位計數(shù)顯示分十位計數(shù)顯示時個位計數(shù)顯示時十位計數(shù)顯示 結(jié)束開始秒按鍵按下？ N秒加1 Y分按鍵按下？ N Y分加1時按鍵按下？ N Y時加1顯示時間結(jié)束開始 定時器中斷流程圖1秒時間到？ N Y秒單元加160秒時間到？ N Y秒單元清零；分單元加160分鐘時間到？ N 分單元清零，時單元加1 Y24小時到？ N Y時單元清零時間顯示中斷返回6 系統(tǒng)測試KEIL:KEIL C51標(biāo)準(zhǔn)C編譯器為微控制器的軟件開發(fā)供了C語言環(huán)境,同時保留了匯編代碼高效,快速的特點。C51編譯器的功能不斷增強。使你可以更加貼近CPU本身，及其它的衍生產(chǎn)品。C51已被完全集成到uVision2的集成開發(fā)環(huán)境中，這個集成開發(fā)環(huán)境包含：編譯器，匯編器，實時操作系統(tǒng)，項目管理器，調(diào)試器。uVision2 IDE可為它們提供單一而靈活的開發(fā)環(huán)境。一個單一的uVision2工程能夠產(chǎn)生一個或多個目標(biāo)程序。產(chǎn)生目標(biāo)程序的源文件構(gòu)成“組”。開發(fā)工具選項可以對應(yīng)目標(biāo)，組或單個文件。同時uVision2包含一個器件數(shù)據(jù)庫(device database)，可以自動設(shè)置匯編器、編譯器、連接定位器及調(diào)試器選項，來滿足用戶充分利用特定，微控制器的要求。此數(shù)據(jù)庫包含：片上存儲器和外圍設(shè)備的信息，擴展數(shù)據(jù)指針(extra data pointer)或者加速器(math accelerator)的特性。uVision2還可以為片外存儲器產(chǎn)生必要的連接選項：確定起始地址和規(guī)模。uVision2編輯器包含了所有用戶熟悉的特性，彩色語法顯像和文件辯識都對C源代碼進行和優(yōu)化，也可以在編輯器內(nèi)調(diào)試程序，它能提供一種自然的調(diào)試環(huán)境，使你更快速地檢查和修改程序。另外KEIL C51編譯器在遵循ANSI標(biāo)準(zhǔn)的同時，為8051微控制器系列特別設(shè)計。因為語言上的擴展能讓用戶使用應(yīng)用中的所有資源。 PROTEUS: Proteus軟件是Labcenter Electronics公司的一款電路設(shè)計與仿真軟件，它包括ISIS、ARES等軟件模塊，ARES模塊主要用來完成PCB的設(shè)計，而ISIS模塊用來完成電路原理圖的布圖與仿真。Proteus的軟件仿真基于VSM技術(shù)，它與其他軟件最大的不同也是最大的優(yōu)勢就在于它能仿真大量的單片機芯片，比如MCS51系列、PIC系列等等，以及單片機外圍電路，比如鍵盤、LED、LCD等等。通過Proteus軟件的使用我們能夠輕易地獲得一個功能齊全、實用方便的單片機實驗室。，檢測硬件是否合格；，按24小時制分別為 “時時,”。然后進行走時調(diào)整；，為 “年份,”?？梢赃M行調(diào)整；，可以定時鬧鐘。單片機數(shù)