【正文】 關(guān)鍵詞：單片機(jī)；AT89C2051；C語言北京理工大學(xué)2014屆本科生畢業(yè)設(shè)計The design of the multifunction digital electronic clockABSTRACTMultifunction digital electronic clock with their own advantages have been widely used in life, the control center is a singlechip digital clock. Achieve timing functions through the microcontroller clock signal is reached, the time data can be output via the MCU using the display shows the results. When the school, timing, alarm clock, countdown and other functions using the keyboard implementation. The graduation AT89C2051 through 51 series multifunction digital electronic clock design, Using C programming language, can be achieved in seconds, minutes, hours and days, months, years to accurately display, timing alarm clock and other functions. The graduate design electronic clock system by the clock circuit, LED display circuit, timer alarm circuit, key adjustment circuit. Programmable digital clock chip has the advantage of easy extensions, for leave a temperature sensor, a power outlet on the board and others,it is very easy for extensions.Keyword: MCU。C programming language目錄1緒論 1 數(shù)字鐘發(fā)展史 1 研究背景 2 研究狀況 3 未來發(fā)展趨勢 4 數(shù)字鐘設(shè)計研究內(nèi)容 4 52單片機(jī) 6（Single Chip Microsoftputer,簡稱MCU）簡介 6 6 6 7 7 8 9 10 103各個模塊的特性及結(jié)構(gòu) 11 AT89C2051單片機(jī)模塊 11 LED顯示模塊 15 15 17 多功能數(shù)字電子鐘技術(shù)路線 1流程圖 18 19 本章小結(jié) 194硬件電路設(shè)計 20 復(fù)位電路 20 按鍵電路 20 時鐘電路 21 顯示控制電路 22 數(shù)碼管顯示電路 22 電源電路設(shè)計 23 綜合電路的實現(xiàn) 23 本章小結(jié) 245系統(tǒng)軟件的設(shè)計 25 調(diào)時功能 25 顯示功能 26 程序設(shè)計 26 本章小結(jié) 266電路仿真 27 Proteus軟件簡介 27 Proteus的功能模塊 27 Proteus的貢獻(xiàn) 29 電路仿真設(shè)計 29 本章小結(jié) 307多功能數(shù)字電子鐘展示 31 電子鐘展示 31 本章小結(jié) 358工作的總結(jié)與未來工作的展望 36 工作總結(jié) 36 未來展望 37參考文獻(xiàn) 38致謝 40附錄 41附錄1：程序 41附錄2：元件清單 53附錄3：外文文獻(xiàn) 541緒論 數(shù)字鐘發(fā)展史中國是人類文明中最先發(fā)明計時儀器的國度。公元130年的東漢時期張衡制作出了水云渾天儀，水云渾天儀的動力來著落水，是觀測天象的最早機(jī)械計時器，為機(jī)械天文鐘的鼻祖。首次做到將機(jī)械鐘的“心臟”——擒縱器運用于計時器，這是中國古代科學(xué)家為人類的計時科學(xué)做出的偉大貢獻(xiàn)，讓人類計時事業(yè)向前邁了一大步，這項發(fā)明比十四世紀(jì)歐洲制造的機(jī)械鐘整整快了六個世紀(jì)。早在1880年，法國科學(xué)家皮埃爾雅克經(jīng)研究，科學(xué)家用電子鐘和以石英晶體制成的振蕩計時器成功制成了石英鐘。鑒于石英鐘如此精確的計時，英國格林尼治天文臺于1942年也開始選用了石英鐘作為御用計時工具。石英鐘迅速發(fā)展，到1970年前后，石英鐘變得越來越精致小巧，它已經(jīng)既是實用品，也是一件高雅的裝飾品?，F(xiàn)今的設(shè)計理念主要是簡單實用、走時準(zhǔn)確。鐘表作為一種計時器具，它的出現(xiàn)創(chuàng)造了時間計量新的里程碑。中國的鐘表業(yè)在二十世紀(jì)八十年代發(fā)生了一場天翻地覆的轉(zhuǎn)折。這翻天覆地的轉(zhuǎn)變以閃電般的速度沖擊上了傳統(tǒng)的國內(nèi)鐘表制造業(yè)?？恐鴱娜毡?、德國進(jìn)口石英鐘機(jī)芯堅強(qiáng)的發(fā)展本國的鐘表業(yè)。到了最近的十余年，通過自主研發(fā)，對新技術(shù)的投資與發(fā)展機(jī)芯質(zhì)量的穩(wěn)定性、實用性等各方面都有了提高，對手機(jī)表機(jī)芯研制與開發(fā)成了新的主流方向。當(dāng)今中國的電子業(yè)發(fā)展十分快速，達(dá)到了日新月異的程度，電子業(yè)的快速發(fā)展同時也促進(jìn)了鐘表業(yè)的發(fā)展。一支新的充滿智慧、勇敢、活力的鐘表精英在中國這塊土地上茁壯的成長。我們也希望在不斷的提高制造技術(shù)水平中，能夠不斷的創(chuàng)新和發(fā)展，做出具有獨立的知識產(chǎn)權(quán)的好產(chǎn)品。 研究背景本次畢業(yè)設(shè)計的多功能數(shù)字電子鐘的核心是采用目前應(yīng)用最為普遍的51系列單片機(jī)[1] [2]，加上配置了外圍設(shè)備，從而組成了一個可編程的定時和計時的系統(tǒng)，這個系統(tǒng)的突出特點是可靠性高，體積小，功能多等。　　20世紀(jì)末，電子科技技術(shù)的迅猛發(fā)展毋庸置疑的推動了當(dāng)今電子產(chǎn)品和其他各種高科技產(chǎn)品的蓬勃發(fā)展，如今社會的各個領(lǐng)域幾乎都能見到，這些變化大力地推動了社會生產(chǎn)力的發(fā)展，社會的信息化水平和綜合技術(shù)水平有了空前的提高。各種產(chǎn)品更新?lián)Q代的頻率變得愈來愈快，電子鐘不論在性能上，還是在外觀上亦或是用途上都為滿足市場需要發(fā)生了巨大的變化，市面上大多電子鐘都已具備電子鬧鐘功能、溫度檢測、電子秒表等多種功能。數(shù)字鐘現(xiàn)在已經(jīng)普遍的運用于個人家庭及教室、車站、工作辦公室、碼頭等公眾場合，作為人們生活中不可缺少的生活必需品。鐘表的數(shù)字化在為我們的生產(chǎn)生活帶來了極大的便利的同時，已經(jīng)不僅局限于原先的報時功能，它的功能越來越多，越來越人性化，為人類的生活貢獻(xiàn)出自己的力量，例如定時自動提醒、定時自動開啟開關(guān)、定時自動關(guān)閉開關(guān)、時間程序按時自動控制、自動按時通斷動力設(shè)備、以及其他各類定時電路及電氣的自動啟用等，以上所述都是以鐘表數(shù)字化為基礎(chǔ)的。 研究狀況數(shù)字電子時鐘從誕生起，憑借自己的強(qiáng)大魅力就成為人類的好伙伴，給人們的生活、工作、學(xué)習(xí)、娛樂提供各種各樣的便利。精確無誤的時間已經(jīng)成為各個行業(yè)安全運行的基本準(zhǔn)則，電子化的時代時間稍微一點的誤差，都將會造成一系列不可估量的嚴(yán)重后果和巨大的經(jīng)濟(jì)損失 。其中，使用單片機(jī)編程來實現(xiàn)功能的電子時鐘具有編程靈活、硬件的結(jié)構(gòu)相對簡單、方便功能擴(kuò)展等突出優(yōu)點。在這里可以選用數(shù)碼管顯示技術(shù)或者液晶顯示技術(shù)其中一種作為輸出設(shè)備顯示器。因此具備多種功能的電子鐘擁有廣大的市場，對多功能電子鐘的市場開發(fā)具有現(xiàn)實的意義。現(xiàn)今的新生代產(chǎn)品幾乎都是運用數(shù)字技術(shù)，伴隨著單片機(jī)迅速發(fā)展，性價比在愈來愈高，應(yīng)用新一代的產(chǎn)品變得越來越普遍。它質(zhì)量輕、功能多、體積小巧、靈活而實用，只需搭配適當(dāng)?shù)慕涌谛酒湍軌蚪M成各式各樣、不同功能，形狀各異的微電子產(chǎn)品。隨著單片機(jī)的普遍運用，各種功能的電子產(chǎn)品的出現(xiàn)不僅解決了各種問題，減輕了人的勞動，大大拓展了數(shù)字化的范圍，促進(jìn)了數(shù)字化在家庭中的發(fā)展進(jìn)程。為了避免混淆不同的控制器，只需一個控制器就能夠做到對各種電器進(jìn)行操作；也可以增添溫度傳感器，實時掌握溫度，擴(kuò)展到利用溫度的不同實現(xiàn)對某些特定的電氣產(chǎn)品進(jìn)行數(shù)字自動的操控；也可增加濕度傳感器，通過對實時濕度測量，對濕度進(jìn)行控制，實現(xiàn)數(shù)字化的方便人性化的健康生活。未來的儀表儀器應(yīng)該是數(shù)字化、智能化、柔性化和多功能化的，而運用單片機(jī)這些功能都能夠得到實現(xiàn)。例如測量溫度的溫度測控儀、分析用的邏輯分析儀、常見的智能毫伏表及實驗室的智能萬用表。 數(shù)字鐘設(shè)計研究內(nèi)容多功能數(shù)字電子鐘設(shè)計是利用電子技術(shù)設(shè)計出一個數(shù)字時鐘，數(shù)字鐘可以將“時”、”分”、“秒”顯示給人的計算時間的裝置[6]。通過本次多功能數(shù)字鐘的設(shè)計，可以提高人的知識綜合應(yīng)用的能力、整體設(shè)計的能力，對以后從事電子產(chǎn)品的前線研制、實際生產(chǎn)、后期維修、市場經(jīng)營等奠定扎實的基礎(chǔ)。鐘表的發(fā)展經(jīng)歷了各個時期，現(xiàn)如今電子的快速發(fā)展，電子鐘的為人們的便利數(shù)字化健康生活做出越來越大的貢獻(xiàn)，電子鐘的設(shè)計與研究有著實際意義。從中既可提高個人的綜合知識應(yīng)用能力、設(shè)計能力，也可以為以后從事電子產(chǎn)品的研制、生產(chǎn)、維修、經(jīng)營等打下基礎(chǔ)。單片機(jī)是把中央處理器CPU、只讀存儲器ROM、隨機(jī)存儲器RAM、定時器、計數(shù)器、多種I/O口和中斷系統(tǒng)等運用超大規(guī)模的集成電路的技術(shù)集成在一塊硅片上，構(gòu)成了一個小而功能完善的小計算機(jī)系統(tǒng)的集成電路芯片[8] [9] [10]。Intel8031指令系統(tǒng)是目前比較廣泛運用的系統(tǒng)，所有兼容這個指令系統(tǒng)的單片機(jī)統(tǒng)稱為51單片機(jī)，該系列單片機(jī)的鼻祖為Intel的8031單片機(jī)，后來Flansh rom技術(shù)不斷的發(fā)展，8031單片機(jī)成為了當(dāng)前應(yīng)用最廣泛的8位單片機(jī)之一[12]。在工業(yè)控制領(lǐng)域，MCS48系列單片機(jī)的推出與運用標(biāo)志著計算機(jī)的智能化已經(jīng)進(jìn)入到應(yīng)用嵌入式芯片的形態(tài)探索的新階段[13]。單片機(jī)發(fā)展的勢頭一發(fā)不可收拾，MCS48探索的成功促使很快就推出了更加完善、更加典型的MCS5l單片機(jī)系列。它主要在如下幾個方面奠定了如今通用總線型單片機(jī)典型的結(jié)構(gòu)體系：①完善的總線結(jié)構(gòu)：串行總線：通信總線，擴(kuò)展總線；并行總線：8位數(shù)據(jù)總線、16位地址總線以及相應(yīng)的控制總線，兩個獨立的地址空間。③MCS51的完善，使其成為SCMC的典型體系結(jié)構(gòu)。MCS51系列單片機(jī)已開始蔓延到各大電氣商，許多電氣公司爭相使用80C51作為核心，把大多測控系統(tǒng)中需要使用到的接口技術(shù)、電子電路技術(shù)、可靠性技術(shù)運用在單片機(jī)上；伴隨單片機(jī)的內(nèi)外圍的功能電路不斷強(qiáng)大，智能控制器典型特征得到了明顯的強(qiáng)化。其特點表現(xiàn)為：1）、達(dá)到了嵌入式應(yīng)用外圍擴(kuò)展的要求，如模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)、調(diào)制脈寬的脈寬調(diào)制器(PWM)、監(jiān)視程序運行的監(jiān)視器(WDT)、高速I/O口等。d)提供OTP的供應(yīng)狀態(tài)，可以運用現(xiàn)代技術(shù)大規(guī)模批量生產(chǎn)。為了達(dá)到滿足不同的要求，涌現(xiàn)出了高速、運算功能強(qiáng)大、尋址快范圍廣和可以多機(jī)通信的132位三種的升級版通用型單片機(jī)，還有外圍系統(tǒng)集成、袖珍廉價型的專用型單片機(jī)，形形色色各具特色的現(xiàn)代單片機(jī)陸續(xù)出現(xiàn)在大家的面前。這一時期的特點表現(xiàn)為：(1) 電氣商、 半導(dǎo)體商加入戰(zhàn)爭MCS48單片機(jī)的巨大成功，迅速刺激了各個半導(dǎo)體公司，他們爭相研制和努力發(fā)展各自的單片機(jī)系列。另外在開本的日立公司、NEC公司也都相繼研制出各具特色的性能好的單片機(jī)品種。比如，80C51屬于通用型單片機(jī)，因為它并非為了某一種專門用途而專門設(shè)計的單片機(jī)；而專用型單片機(jī)是針對一個特定產(chǎn)品或某一類產(chǎn)品特定的需要而設(shè)計、最后生產(chǎn)出來的單片機(jī)。(3)綜合品質(zhì)高在體系結(jié)構(gòu)(精簡指令微處理器)、支持ISP、IAP等高級語言的開發(fā)環(huán)境、電磁兼容性能、功耗管理等諸方面都得到了明顯的提高。精簡指令集結(jié)構(gòu)的特點是成本相對較低，指令和尋址方式少，結(jié)構(gòu)簡單，能夠較快的執(zhí)行程序，已經(jīng)成為單片機(jī)中一顆閃亮的新星，如PIC、Z86HCXXX和EM78XX；而繁雜指令集結(jié)構(gòu)(CISC)具有尋址方式多，指令數(shù)量豐富，適合初學(xué)者的系統(tǒng)的學(xué)習(xí)的特點，如英特爾的80C51或MC68K、80C196。不用借助傳統(tǒng)的開發(fā)裝置，憑借單片機(jī)和計算機(jī)高性能特點，就可以實現(xiàn)需要的在線仿真。 1980年由美國的INTE公司推出的MCS51系列單片機(jī)，對比于MCS48單片機(jī)，功能更加強(qiáng)大，擁有先進(jìn)的結(jié)構(gòu)，在本來的基礎(chǔ)上也增添了更多的電路單元和系統(tǒng)指令,指令數(shù)達(dá)到了111條。8038051和8751等通用產(chǎn)品是MCS51系列單片機(jī)的主要組成，其主要的功能具體有：8位CPU、數(shù)據(jù)存儲器(RAM) 、程序存儲器(ROM)111條指令（大部分為單字節(jié)指令）、32條I/O口線可編程定時/計數(shù)器、專用寄存器全雙工串行通信口邏輯操作的位尋址功能、外部程序的存儲器尋址、外部數(shù)據(jù)的存儲器尋址單一+5V電源供電由于51MCU擁有性能比較優(yōu)越的專用寄存器、統(tǒng)一管理和典型的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，對于擁有控制方式多樣的指令系統(tǒng)以及眾多邏輯位控制功能，被稱作一代“名機(jī)”，巨大的效益等等都為以后的其它單片機(jī)的發(fā)展奠定了不可磨滅的堅實基礎(chǔ)。最近幾年C51更是迅猛的發(fā)展，C51的發(fā)源公司是INTEL公司，PHILIPS公司從未拋卻改善單片機(jī)的性能，在原來的基礎(chǔ)上已發(fā)展出了A/D轉(zhuǎn)換器，高速I/O口，脈寬調(diào)制PWM、WDT等增強(qiáng)的功能，并且在功耗微小、低電壓、網(wǎng)絡(luò)控制總線CAN和擴(kuò)展串行總線I2C等功能都做了相應(yīng)完善。51系列單片機(jī)的精益求精，使其有了更加廣泛的發(fā)展與運用；也恰恰因為其廣泛的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用，推動了51系列單片機(jī)的功能的不斷完善，相輔相成，向著更加光明的方向發(fā)展著?？梢灶A(yù)見在不久的將來，隨著各種電子產(chǎn)品的發(fā)展，性能強(qiáng)大、功能多、低電壓、高速度、存儲器容量大、功耗低的單片機(jī)將會出現(xiàn)在我們面前。 通過了解單片機(jī)的發(fā)展與發(fā)展方向，主要運用做到為課程設(shè)計選擇合適的單片機(jī)，為課程設(shè)計中排解問題奠定基礎(chǔ)。這次將由兩大模塊組成：由AT89C2051單片機(jī)控制的模塊和由LED實現(xiàn)顯示的模塊。(AIN1)和同相輸入(AIN