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湖南信息科学职业学院毕业论文数字钟的设计学生姓名：陈海龙学号：08120145年级专业：二零零八级计算机控制技术专业指导老师：凌双明湖南·长沙提交日期：2011年5月目录摘要……………………………………………………………………………3前言……………………………………………………………………………3第一章数字钟设计内容…………………………………………41.1设计方案的选择…………………………………………………………………41.2设计要求…………………………………………………………………41.3设计题目分析…………………………………………………………………41.4设计目的…………………………………………………………………5第二章基于单片机的数字钟设计…………………………………………………52.1设计思想………………………………………………………………52.2电路设计及其工作原理………………………………………………………………5第三章软件的设计…………………………………………………………113.1程序原理概述……………………………………………………113.2程序设计……………………………………………………11第四章其他辅助功能………………………………………………………………124.1整点报时功能…………………………………………………………124.2闹时功能……………………………………………………13第五章结论………………………………………………………………13参考文献………………………………………………………………………14致谢………………………………………………………………………14附录一………………………………………………………………………15数字钟的设计作者：陈海龙指导老师：凌双明（湖南信息科学职业学院电子信息系2008级计算机控制技术专业，长沙410128）摘要：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，目前单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。导弹的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能IC卡，民用豪华轿车的安全保障系统，录像机、摄像机、全自动洗衣机的控制，以及程控玩具、电子宠物等。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。本次做的数字钟通过对一个实现定时、时钟显示等功能的时间系统的设计，其中结合了数据转换显示、数码管显示、动态扫描、单片机定时中断等技术。系统由AT89C51、LED数码管、按键、三极管、VD5026、VD5027、电阻、晶振等组成。能实现时钟时、分、秒的显示，也具有时间设置。关键词：单片机、AT89C51、数码显示器、LED数码管、驱动器前言计算机尤其是以微细加工技术支持的微型计算机技术飞速发展，其应用渗透到了各行各业。以单片机、嵌入式处理器、数字信号处理器（DSP）为核心的计算机系统，以其软硬件可裁剪、高度的实时性、高度的可靠性、功能齐全、低功耗、适应面广等诸多优点而得到极为广泛的应用。目前计算机硬件技术向巨型化、微型化和单片机化三个方向告诉发展[1]。自1975年美国德州仪器公司（TexasInstruments）第一块微型计算机芯片TMS-1000问世以来，在短短的20年间，单片机技术已发展成为计算机领域一个非常有前途的分之，它有自己的技术特征、规范和应用领域。单片机是自动控制系统的核心部件，主要用于工业控制、智能化仪器仪表、家用电器中。它具有体积小、性能突出可靠性高（某些方面的性能指标大大优于通用微机中央处理器）、价格低廉等一系列优点，应用领域不断扩大，除了工业控制、智能化仪表、通信、家用电器外，在智能化高档电子玩具产品中也大量采用单片机芯片作为核心控制部件，已经渗入到人们工作和生活的各个角落，有力地推动了各行业的技术改造和产品的更新换代，前景广阔。数字钟具备单片机最小系统的基本组成，对于我们了解单片机有很大的帮助。目前，单片机在朝着高性能和多品种的方向发展的同时也进一步向着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。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，具有更长的使用寿命，因此得到了广泛地使用。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，由于数字集成电路的发展和石英振荡器的广泛应用，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地方便，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、校时自动打铃、时间程序自动控制、定是广播、自动启闭路灯、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。第一章数字钟设计内容1．1设计方案的选择该课题主要有两种方案：一种是用数字电路通过硬件实现，另一种是用单片机通过软件编程实现。在以上两种方案中：第一种是直接采用的是数字电路，但是在外围电路和控制比较麻烦，需要比较多的器件来控制；第二种是采用软件来实现一些特定功能，硬件电路只需要一些显示部件和控制部件，其他的都是由软件来实现。第一种一切都由硬件实现，几乎没有软件编程，但电路复杂、芯片多、后续制板及硬件调试麻烦而且成本高；第二种虽电路简单、芯片少、成本低，但编写程序相当复杂。经过一番利弊的权衡及对今后电子业发展趋势的考量，最后敲定用单片机方案实现。另外用单片机实现本设计也有两种可选的子方案：第一种，用软件编程实现设计中的钟控功能；另一种则选用单片机加时钟芯片实现钟控功能。在本次主要的是时间的设计，因此对时间的精度要求是比较高的，竟量是误差减少到最小值，但是为了更好的练习复习自己在以前所学习的编程能力，所以不采用单片机加时钟芯片的方案，直接用软件编程实现钟控功能。1.2设计要求：(1)掌握AT89C51实验开发系统中的实验模块原理。(2)时钟功能。以数字形式显示时、分、秒的时间。(3)校时功能。当电路发生走时误差时，要求电路具有快速校准时、分、秒的功能。1.3设计题目分析数字电子钟由秒信号发生器、“时、分、秒”计数器、译码器及显示器、校时电路等组成。秒信号产生器是整个系统的时基信号，它直接决定计时系统的精度，将标准秒脉冲信号送入“秒计数器”，该计数器采用60进制计数器，每累计60秒发出一个“分脉冲”信号，该信号将作为“分计数器”的时钟脉冲。“分计数器”也采用60进制计数器，每累计60分，发出一个“时脉冲”信号，该信号将被送到“时计数器”。“时计数器”采用24进制计数器，可以实现一天24h的累计。译码显示电路将“时、分、秒”计数器的输出状态经七段显示译码器译码，通过六位LED显示器显示出来。校时电路是来对“时、分、秒”显示数字进行校对调整。1.4设计目的1巩固、加深和扩大单片机应用的知识面，提高综合及灵活运用所学知识解决工业控制的能力；2培养针对课题需要，选择和查阅有关手册、图表及文献资料的自学能力，提高组成系统、编程、调试的动手能力；单片机学习应用的六大重要部分3过对课题设计方案的分析、选择、比较、熟悉单片机用系统开发、研制的过程，软硬件设计的方法、内容及步骤；第二章基于单片机的数字钟电路的设计2.1设计思想单片机控制系统是整个控制系统的核心，它完成整个系统的信息处理及协调功能。本次我们选用ATMEL公司的AT89C51芯片；其功能强大，兼容性好。AT89C51是与8051兼容的CHMOS微控制器。与CHMOS工艺的8051一样，支持软件选择的空闲和掉电两种节电方式。在AT89C51的P0.0—P0.7是数码管的段选；P2.0—P2.5是数码管的位选。P1.0调时接开关；单片机9脚接开关。2.2电路设计及其工作原理2.2.1控制部分:AT89C51单片机AT89C51单片机概述：AT89C51单片机是国Atmel公司生产的采用高性能的静态89C51设计，是一个低电压，高性能CHMOS8位单片机，片内含4kbytes的可反复擦写的只读Flash程序存储器和128bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元。AT89C51是一个功能强大的单片机，但它只有40个引脚，32个双向输入/输出（I/O）端口，其中P1是一个完整的8位双向I/O口，两个外中断口，两个16位可编程定时计数器，两个全双向串行通信口，一个模拟比较放大器。此外，由于器件采用了动态设计，可提供很宽的操作频率范围(频率0HZ~24MHZ)。即具备可用软件设置的睡眠省电功能，系统的唤醒方式有RAM、定时/计数器、串行口和外中断口，系统唤醒后即进入继续工作状态。省电模式中，片内RAM将被冻结，时钟停止振荡，所有功能停止工作，直至系统被硬件复位方可继续运行。2.2.2AT89C51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存储器的单片机。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单片机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2图2-1AT89C51时钟电路连接在本设计中AT89C51的时钟电路采用内部时钟方式，此方式是在XTAL1和XTAL2两端跨接晶体或陶瓷谐振器。在本设计中XTAL1和XTAL2两端跨接12MHz晶体振荡器，其发出的脉冲直接送入内部时钟电路。本设计采用按键手动复位的按键电平复位。图2-289C2051外部复位电路设计AT89C51在本设计中的I/O口应用：AT89C51的P0.0~P0.7控制244译码实现数码管段选；AT89C51的P2.0~P2.5控制三极管电路实现数码管位选；AT89C51的P1.0连接按钮，用于输入校时。2.2.3数码管显示部分本设计中所涉及数码管皆采用共阳数码管，显示电路为动态扫描式显示。123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:31-May-2005SheetofFile:\\SERVER\yd021-30\许的毕业设计\毕业设计2.ddbDrawnBy:1234567abcdefg8dp9GNDabfcgdedpDS2YELLOWCC图2-3数码管及显示电路选择数码管显示位选：AT89C51的P2.0~P2.5输出控制数码管位选，在本次设计的电路中，因为是使用的是共阳数码管，因此由AT89C51的P2.0~P2.5的输出控制公共端，使之输出相应的端口为低电平，控制数码管点亮。74ls138芯片简介：图2-474LS138芯片图2-6数码管位选原理数码管段选AT89C51的P2.0~P2.5控制7448译码实现数码管段选，在本次设计的电路中，由于二级管使用的是共阳数码管，在输出的是要低电平。在设计的时候，怕在芯片输出的电流信号过大，因此在输出的时候加了限流电阻，为保护数码管，防止烧坏。图2-7数码管段选原理图2-8电路图图2-9PCB图第三章软件的设计3.1程序原理概述在程序设计这一环节，本次将其分为时钟中断程序、时钟显示程序、键盘程序、主程序、各程序衔接程序。在以下几节中将根据实际各个部分的编程及调试顺序，依次介绍各