基于89C51的数字电子钟设计

1单片机系统课程设计目录1概述..............................................................31.1研究背景....................................................31.2设计思想及基本功能..........................................42总体方案设计......................................................42.1方案选取....................................................42.1.1显示模块选择方案和论证.................................42.1.2时钟芯片的选择方案和论证...............................52.2总体方案设计.................................................62.3系统整体设计框图............................................63硬件电路设计......................................................63.1电源电路设计................................................63.2晶振电路....................................................73.3复位电路....................................................73.4时钟电路....................................................83.4.1DS1302芯片介绍........................................83.4.2DS1302在本设计中的应用...............................123.5键盘电路...................................................123.6显示电路...................................................133.7整点报时电路...............................................164系统软件设计.....................................................164.1主程序软件设计.............................................174.2键盘子程序设计.............................................1824.3日历时钟子程序设计.........................................194.4显示子程序设计.............................................204.5整点报时子程序的设计.......................................215系统调试.........................................................225.1软件调试....................................................225.2硬件调试...................................................236总结.............................................................24参考资料：..........................................错误!未定义书签。附录一：系统原理图..................................错误!未定义书签。附录二：元件清单....................................错误!未定义书签。附录三：源程序代码..................................错误!未定义书签。31概述1.1研究背景在日新月异的21世纪里，家用电子产品得到了迅速发展。许多家电设备都趋于人性化、智能化，这些电器设备大部分都含有CPU控制器或者是单片机。单片机以其高可靠性、高性价比、低电压、低功耗等一系列优点，近几年得到迅猛发展和大范围推广，广泛应用于工业控制系统、通讯设备、日常消费类产品和玩具等。并且已经深入到工业生产的各个环节以及人民生活的各个方面，如车间流水线控制、自动化系统等、智能型家用电器（冰箱、空调、彩电）等。用单片机来控制的小型家电产品具有便携实用，操作简单的特点。而时钟，自从它发明的那天起，就成为人类的朋友，但随着时间的推移，科学技术的不断发展，人们对时间计量的精度要求越来越高，应用越来越广。怎样让时钟更好的为人民服务，这就要求人们不断设计出新型时钟。现今，高精度的计时工具大多数都使用了石英晶体振荡器，由于电子钟，石英表，石英钟都采用了石英技术，因此走时精度高，稳定性好，使用方便，不需要经常调校，数字式电子钟用集成电路计时时，译码代替机械式传动，用LED显示器代替显示器代替指针显示进而显示时间，减小了计时误差，这种表具有时，分，秒显示时间的功能，还可以进行时和分的校对，片选的灵活性好。时钟电路在计算机系统中起着非常重要的作用，是保证系统正常工作的基础。在一个单片机应用系统中，时钟有两方面的含义：一是指为保障系统正常工作的基准振荡定时信号，主要由晶振和外围电路组成，晶振频率的大小决定了单片机系统工作的快慢；二是指系统的标准定时时钟，即定时时间，它通常有两种实现方法：一是用软件实现，即用单片机内部的可编程定时/计数器来实现，但误差很大，主要用在对时间精度要求不高的场合；二是用专门的时钟芯片实现，在对时间精度要求很高的情况下，通常采用这种方法，典型的时钟芯片有：4DS1302，DS12887，X1203等都可以满足高精度的要求。本文设计的日历和时钟的显示广泛用于小型智能家用电子产品，如电子钟。利用单片机进行控制，实时时钟芯片DS1302进行记时，外加整点报时电路和显示电路，可实现时间的调整和显示。电子钟既可广泛应用于家庭,也可应用于银行、邮电、宾馆、医院、学校、企业、商店等相关行业的大厅，以及单位会议室、门卫等场所。因而，此设计具有相当重要的现实意义和实用价值。1.2设计思想及基本功能本设计在实现一般的数字电子钟的要求前提下，结合单片机知识以及电路知识，本着使电路工作稳定，降低能耗，减少器件的使用，节约成本，现实使用价值高的原则而设计。本设计具体可以完美实现以下几个功能：（1）能准确实时显示年、月、日、时、分、秒、星期。（2）可以对时间随时进行手动校正。（3）采用24小时制。（4）使用LED显示时间参数。(5)上电后，电子钟显示“2013年12月31日23时59分59秒星期2”。(6)当年、月、日、时、分、秒高位为0时做消隐处理，只显示单个数字以增强其可读性。2总体方案设计2.1方案选取2.1.1显示模块选择方案和论证方案一：采用LED液晶显示屏,液晶显示屏的显示功能强大,可显示大量文字,图形,显示多样,清晰可见,但是价格昂贵,需要的接口线多,所以在此设计中不采用LED液晶显示屏。5方案二：采用点阵式数码管显示，点阵式数码管是由八行八列的发光二极管组成，对于显示文字比较适合,如采用在显示数字显得太浪费,且价格也相对较高,所以也不用此种作为显示。方案三：LED数码管静态显示。所谓静态显示，就是当显示器显示某一字符时，相应的发光二极管恒定的导通或截止。该方式每一位都需要一个8位输出口控制。静态显示时较小的电流能获得较高的亮度，且字符不闪烁。但当所显示的位数较多时，静态显示所需的I/O口太多，造成了资源的浪费。方案四：LED数码管动态显示。所谓动态显示就是一位一位的轮流点亮各个位，对于显示器的每一位来说，每隔一段时间点亮一次。利用人的视觉暂留功能可以看到整个显示，但必须保证扫描速度足够快，字符才不闪烁。显示器的亮度既与导通电流有关，也于点亮时间与间隔时间的比例有关。调整参数可以实现较高稳定度的显示。动态显示节省了I/O口，降低了能耗。本设计采用LED数码管动态扫描,由于LED数码管价格适中,对于显示数字最合适,而且采用动态扫描法与单片机连接时,占用的单片机口线少，所以本设计采用方案四。2.1.2时钟芯片的选择方案和论证方案一：直接采用单片机定时计数器提供秒信号，使用程序实现年、月、日、星期、时、分、秒计数。采用此种方案虽然减少芯片的使用，节约成本，但是，实现的时间误差较大。所以不采用此方案。方案二：采用DS1302时钟芯片实现时钟，DS1302芯片是一种高性能的时钟芯片，可自动对秒、分、时、日、周、月、年以及闰年补偿的年进行计数，而且精度高,RAM做为数据暂存区，工作电压2.5V～5.5V范围内，2.5V时耗电小于300nA.从时间计时的精度以及提高单片机工作效率角度考虑，本设计采用方案二。62.2总体方案设计综上各方案的论证与选取,本设计的最终方案为：以单片机AT89C51为主控制器，时间数据通过时钟芯片DS1302来读取，并通过LED数码管显示出来，并用键盘来完成对当前时间的调整。2.3系统整体设计框图结合以上方案选取，系统的整体设计框图方案如下：AT89C51主控制模块LED数码管动态扫描显示模块时钟电路键盘模块复位电路DS1302时钟模块整点报时模块图2-3系统整体设计框图3硬件电路设计3.1电源电路设计单片机正常工作电压为5V，因此设计的电源电路主要是提供单片机工作电压。图3-1是为单片机提供电压的电源电路。在这个电路中采用了三端集成稳压器LM7805，可以输出5V的直流电压以供给单片机，另外，用一个刀开关控制电源的断开与接通。T1TRANS11234D1BRIDGE1Vin1GND2Vout3U1LM7805C10.33uFC20.1uFC310ufVCCS1SWDPDT12J1220V7图3-1电源电路图3.2晶振电路时钟是单片机的心脏，单片机各功能部件的运行都是以时钟频率为基准，有条不紊的一拍一拍地工作。因此，时钟频率直接影响单片机的速度，时钟电路的质量也直接影响单片机系统的稳定性。常用的时钟电路有两种方式：一种是内部时钟方式，另一种为外部时钟方式。本设计采用内部时钟方式，因此只需外接晶振源，就能产生一定频率的时钟信号送到单片机的内部的各个单元。电路中的两个电容的作用有两个：一是帮助振荡器起振（C1C2的值大，起振的速度慢；反之，速度快。）；二是对振荡器的频率起到微调的作用（C1C2的值大，频率略有减少，反之，频率略有提高）。本设计选用12MHZ的晶振，C1、C2的值采用30pF。晶振电路如下图所示。C530pFC630pFY112MHZP0.0/AD039P0.1/AD138P0.2/AD237P0.3/AD336P0.4/AD435P0.5/AD534P0.6/AD633P0.7/AD732P2.0/A821P2.1/A922P2.2/A1023P2.3/A1124P2.4/A1225P2.5/A1326P2.6/A1427P2.7/A1528P3.0/RXD10P3.1/TXD11P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/T014P3.5/T115P3.6/WR16P3.7/RD17XTAL119XTAL218RST9PSEN29ALE30EA31P1.78P1.67P1.56P1.45P1.34