【正文】 1 基于 AT89C51的數(shù)字時鐘設(shè)計 緒論 畢業(yè)設(shè)計（論文） 基于 AT89C51的數(shù)字時鐘設(shè)計 班 級 ： 機(jī)電 711班 專 業(yè) ： 機(jī)電一體化 所 在 系： 機(jī)電工程系 指導(dǎo)老師 ： 完成時間 2020 年 12月 1日至 2020 年 12月 30日 2 摘 要 本設(shè)計采用 AT89C51單片機(jī)為核心器件 。具有電子鐘顯示，時間調(diào)整，鬧鈴定時，以及彩燈控制等功能。此數(shù)字鐘是一個將 “ 時 ” 、 “ 分 ” 、 “ 秒 ” 顯示于人的視覺器官的計時裝置。根據(jù) 60秒為一分、 60分為 1小時的計數(shù)周期，構(gòu)成秒、分、時的計數(shù)，實現(xiàn)計時的功能。而且能顯示清晰、直觀的數(shù)字符號。針對數(shù)字鐘會產(chǎn)生誤差的現(xiàn)象，就設(shè)計有校準(zhǔn)事件的功能。 關(guān)鍵字 ：電子鐘；萬年歷；電子時鐘鬧鈴 Abstract This design uses at89C51 monolithic integrated circuit for the core ponent. Has the electron clock to demonstrate, time adjustment, alarum fixed time, as well as functions and so on colored lantern control. This digital clock will be one “when”, “the minute”, “the second” will demonstrate Yu Ren the visual an39。s timing unit. According to 60 seconds is one point, 60 divides into 1 hour count cycle, the constitution second, divides, the time counting, realizes the time function. Moreover can demonstrate clearly, the directviewing numeric character. Can have error39。s phenomenon in view of the digital clock, the design has the calibration event39。s Key words: electronic bell。 calendar。 electronic alarm clock 3 目 錄 ? 第一章 緒論 5 第一章 緒 論 3 設(shè)計背景 3 設(shè)計來源 3 AT89C51在本設(shè)計中的應(yīng)用 4 第二章 系統(tǒng)概述 5 4 5 要功能 5 AT89C51簡介 6 ： 6 ： 6 第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計 9 系統(tǒng)簡介 9 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路設(shè)計 9 電源電路設(shè)計 11 LED 數(shù)碼管電路設(shè)計 12 按鍵電路設(shè)計 12 彩燈電路設(shè)計 13 第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計 15 程序設(shè)計流程圖 15 中斷子程序流程圖 16 按鍵子程序流程圖 17 彩燈子程序流程圖 18 第五章 系統(tǒng)的仿真測試 19 19 20 20 21 結(jié) 束 語 22 參考文獻(xiàn) 23 附 錄 24 5 附錄 1： 24 附錄 2： 24 1‘ 第一章 緒 論 設(shè)計背景 單片機(jī)是 20世紀(jì) 70年代中期發(fā)展起來的一種大規(guī)模集成電路器件。它在一塊硅芯片內(nèi)集成了各種計算機(jī)功能部件，構(gòu)成一種單片式的微型計算機(jī)。 20世紀(jì) 80年代以來，隨著國際上單片機(jī)迅速發(fā)展，其應(yīng)用不斷深入，新技術(shù)層出不窮。也因為其體積小， 功能強(qiáng)，成本地，尤其是隨著 CMOS 工藝的發(fā)展，耗電也大大低于其它相似的電子產(chǎn)品，被廣泛應(yīng)用于智能產(chǎn)品和工業(yè)控制之中。其中最著名的生產(chǎn)商就是 INTEL 公司，其開發(fā)的 51系列單片機(jī)是目前市場上最典型和最有代表性的一種，也是國內(nèi)市場用的最多的單片機(jī)。 [1]在其之后，世界上許多著名的半導(dǎo)體廠商相繼生產(chǎn)和這個系列兼容的單片機(jī)，這就使得其產(chǎn)品型號不斷地增加，品種不斷豐富，功能不斷增強(qiáng)。在國內(nèi)外單片機(jī)應(yīng)用中占有非常重要的地位。AT89C51是一種帶 4K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（ FPEROM— Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能 CMOS8位微處理器，俗稱單片機(jī)。 AT89C2051是一種帶 2K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除 100次。該器件采用 ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能 8位 CPU 和閃爍存儲器組合在單個芯片中， ATMEL 的 AT89C51是一種高效微控制器， AT89C2051是它的一種精簡版本。 AT89C 單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng) 提供了一種靈活性高且價廉的方案。 設(shè)計來源 現(xiàn)在是一個知識爆炸的新時代。新產(chǎn)品、新技術(shù)層出不窮，電子技術(shù)的發(fā)展更是日新月異。可以毫不夸張的說，電子技術(shù)的應(yīng)用無處不在，電子技術(shù)正在不斷地改變我們的生活，改變著我們的世界。在這快速發(fā)展的年代，時間對人們來說是越來越寶貴，在快節(jié)奏的生活時，人們往往忘記了時間，一旦遇到重要的事情而忘記了時間，這將會帶來很大的損失。因此我們需要一個定時系統(tǒng)來提醒這些忙碌的人。數(shù)字化的鐘表給人們帶來了極大的方便。近些年，隨著科技的發(fā)展和社會的進(jìn)步，人們對數(shù)字鐘的要求也越來越 高，傳統(tǒng)的時鐘已不能滿足人們的需求。多功能數(shù)字鐘不管在性能還是在樣式上都發(fā)生了質(zhì)的變化，有電子鬧鐘、數(shù)字鬧鐘等等。單片機(jī)在多功能數(shù)字鐘中的應(yīng)用已是非常普遍的，人們對數(shù)字鐘 6 的功能及工作順序都非常熟悉。但是卻很少知道它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及工作原理。 [2]由單片機(jī)作為數(shù)字鐘的核心控制器，可以通過它的時鐘信號進(jìn)行計時實現(xiàn)計時功能，將其時間數(shù)據(jù)經(jīng)單片機(jī)輸出，利用顯示器顯示出來。通過鍵盤可以進(jìn)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)。 AT89C51在本設(shè)計中的應(yīng)用 AT89C2051單片機(jī)控制的數(shù)字鐘的硬件結(jié)構(gòu)與軟件設(shè)計 ,給出了匯編語言源程序。此數(shù)字鐘是一個將 “ 時 ” 、 “ 分 ” 、 “ 秒 ” 顯示于人的視覺器官的計時裝置。它的計時周期為 24小時，顯示滿刻度為 24時 00分 00秒，另外應(yīng)有校時功能。電路由時鐘脈沖發(fā)生器、時鐘計數(shù)器、譯碼驅(qū)動電路和數(shù)字顯示電路以及時間調(diào)整電路組成。用晶體振蕩器產(chǎn)生時間標(biāo)準(zhǔn)信號，這里采用石英晶體振蕩器。根據(jù)60秒為 1分、 60分為 1小時、 24小時為 1天的計數(shù)周期，分別組成兩個 60進(jìn)制（秒、分）、一個 24進(jìn)制（時）的計數(shù)器。構(gòu)成秒、分、時的計數(shù)，實現(xiàn)計時的功能。顯示器件選用 LED 七段數(shù)碼管。在譯碼顯示電路輸出的驅(qū)動下，顯示出清晰、直觀的數(shù)字符號。針對數(shù)字鐘會產(chǎn)生走時誤差的現(xiàn)象，在電路中就設(shè)計有有校準(zhǔn)時間功能的電路。 [3] 7 第二章 系統(tǒng)概述 本設(shè)計電子鐘，其功能以單片機(jī)控制時鐘顯示，并且能調(diào)整時間參數(shù)，有定時時間鬧鐘提示，能夠彩燈控制發(fā)光二極管的各種花樣，通過模擬仿真以及電路調(diào)試與測試，可采用以上兩種不同的系統(tǒng)方案。 [4] 方案一：采用數(shù)字電路中的加法 器和減法器， 555集成電路作為時鐘脈沖信號， CD4017作為彩燈控制芯片，用數(shù)字電路技術(shù)實現(xiàn)時、分、秒計時的裝置，與機(jī)械式時鐘相比具有更高的準(zhǔn)確性和直觀性，且無機(jī)械裝置，具有更長的使用壽命，因此得到了廣泛的使用數(shù)字電路設(shè)計電子鐘，從原理上講是一種典型的數(shù)字電路，其中包括了組合邏輯電路和時序電路。設(shè)計數(shù)字電子鐘是為了了解數(shù)字電子鐘的原理，而且通過數(shù)字電子鐘的制作進(jìn)一步的了解各種在制作中用到的中小規(guī)模集成電路的作用及實用方法。且由于數(shù)字電路包括組合邏輯電路和時序電路。通過它可以進(jìn)一步學(xué)習(xí)與掌握各種組合邏輯電路與 時序電路的原理與使用方法。數(shù)字電子鐘有下幾部分組成：石英晶體振蕩器、分頻器、秒脈沖發(fā)生器、校正電路、 60進(jìn)制的秒、分計時器和 24進(jìn)制計時計數(shù)器以及秒、分、時的譯碼顯示部分等。 方案二：采用單片機(jī)程序設(shè)計，該系統(tǒng)單片機(jī)最小系統(tǒng)，也是日常生活中常見的萬年歷一個小模塊化，功能雖然沒有那么多，但是可以在顯示，按鍵，鬧鐘，彩燈的基礎(chǔ)上擴(kuò)展年月日以及 LCD 的顯示，和繼電器弱電對強(qiáng)電的控制，我們采用的是當(dāng)前最流行的 AT89系列單片機(jī)，單片機(jī)的集成度很高，他將微型計算機(jī)的主要部件都集成在一塊芯片上，具有下列特點： ? . 體積 小、重量輕、價格便宜、耗電少。 ? . 根據(jù)工程環(huán)境要求設(shè)計，且許多功能部件集成在芯片內(nèi)部，其信號通道受外界影響小，故可靠性高，抗干擾性能優(yōu)于采用一般的 CPU 。 ? . 控制功能強(qiáng)，運行速度快。其結(jié)構(gòu)組成與指令系統(tǒng)都著重滿足工控要求，又極豐富的條件分支指令，有很強(qiáng)的位處理功能和 I/O 口邏輯作功能。 ? . 片內(nèi)存儲器的容量不可能很大；引腳也嫌少， I/O引腳常不夠用，且兼 8 第二功能，第三功能但存儲器和 I/O口都易于擴(kuò)展。 [5] 用單片及制作數(shù)字鐘是單片機(jī)的一個典型應(yīng)用。通過設(shè)計制作一個多功能數(shù)字鐘， 我們可以充分了解單片機(jī)的工作原理，學(xué)會如何用單片機(jī)實現(xiàn)數(shù)據(jù)的處理，設(shè)備的控制等。制作一個數(shù)字中雖然簡單，但它涉及到的內(nèi)容卻很廣泛，在本設(shè)計中，我們用到了鍵盤控制，需要加接鍵盤；用到了定時中斷功能和電平觸發(fā)外部中斷功能； [6]用到了顯示模塊，顯示時間 。另外還涉及單個口的作。另外單片機(jī)工作還需要軟件支持，所以程序的編寫，調(diào)試也是制作數(shù)字鐘的一個重要的方面出于實驗室條件和經(jīng)濟(jì)條件的影響，作者沒有在數(shù)字鐘上加上過多的功能，不過也實現(xiàn)了數(shù)字時鐘的基本功能，如計時功能、整點報時功能，鬧鈴功能，調(diào)時功能和秒表功能等，由于 它功能強(qiáng)，資源容易大，價格便宜，穩(wěn)定性好，因此本設(shè)計采用些方案。 AT89C51簡介 ： 與 MCS51 兼容 4K 字節(jié)可編程閃爍存儲器 壽命： 1000寫 /擦循環(huán) 數(shù)據(jù)保留時間： 10年 全靜態(tài)工作： 0Hz24Hz 三級程序存儲器鎖定 128*8位內(nèi)部 RAM 32可編程 I/O 線 兩個 16位定時器 /計數(shù)器 5個中斷源 可編程串行通道 低功耗的閑置和掉電模式 片內(nèi)振蕩器和時鐘電路 ： VCC：供電電壓。 GND：接地。 P0口： P0口為一 個 8位漏級開路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門電流。當(dāng) P1口的管腳第一次寫 1時，被定義為高阻輸入。 P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的第八位。在 FIASH 編程時， P0 口作為原碼輸入口，當(dāng) FIASH 進(jìn)行校驗時， P0輸出原碼，此時 P0外部必須被拉高。 P1口： P1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的 8位雙向 I/O 口， P1口緩沖器能接收輸出 4TTL 門電流。 P1口管腳寫入 1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入， P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 [7]在 FLASH 編程和 校驗時， P1口作為第八位地址接收。 9 P2口： P2口為一個內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/O 口， P2口緩沖器可接收，輸出 4個 TTL 門電流，當(dāng) P2口被寫 “1” 時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時， P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 P2口當(dāng)用于外部程序存儲器或 16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行存取時， P2口輸出地址的高八位。在給出地址 “1” 時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行讀寫時， P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。 P2口在 FLASH 編程和校驗時接收 高八位地