数字电子时钟的设计与制作

湖北理工学院毕业设计（论文）I摘要本次设计以AT89C52芯片为核心，辅以必要的外围电路，设计了一个简易的数字电子时钟，它由5V直流电源供电。在硬件方面，除了CPU外，使用两个四位一体的七段LED数码管和一个单独的共阳极数码管显示时、分、秒。四个简单的独立按键实现对时间的调整以及时钟/秒表功能的转换。软件方面采用C语言编程，使用keil软件进行编程与调试，使整个电子时钟能够完成时间的显示，调时，秒表，报时等功能。数字时钟是采用数字电路实现对“时”、“分”、“秒”数字显示的计时装置。数字时钟的精度、稳定度远远超过老式的机械时钟。在这次设计中，我们采用LED数码管分别显示时、分、秒，以24小时计时方式，根据数码管动态显示原理来进行显示，用12MHz的晶振产生振荡脉冲，定时器计数。数字时钟体积小巧，价格低廉，时间精度高，使用方便，功能全，便于集成化而受广大消费的喜爱，因此得到了广泛的应用。关键词：单片机；数字电子时钟；LED；数码管湖北理工学院毕业设计（论文）IIABSTRACTThisdesignwithAT89C52chipasthecore,supplementedbythenecessaryperipheralcircuit,designasimpledigitalelectronicclock,itconsistsof5vdcpowersupply.Intermsofhardware,inadditiontotheCPU,usingtwofouroneofthesevensegmentLEDdigitaltubeandasingleanodedigitaltubedisplaywhen,minutesandseconds.Foursimpleimplementationindependentbuttonsadjustyourtimeaswellastheconversionclock/stopwatchfunction.SoftwareusingClanguageprogramming,programminganddebugging,usingkeilsoftwaretocompletethewholeelectronicclocktime,accordingtotheadjustment,timingalarmclock,reset,etc.DigitalClockisadigitalcircuitimplementationofthe“when”,“minutes”,“seconds”thefiguresshowthetimingdevice.Digitalclockprecision,stability,farmorethantheoldmechanicalclock.Inthisdesign,weuseLEDdigitaldisplayhours,minutes,seconds,to24-hourtimemode,accordingtodigitalcontroltheorytodynamicdisplaytodisplay,usethe12MHzcrystaloscillationpulse,thetimercount.Digitalclockisitscompact,lowcost,traveltimeandhighprecision,easytouse,featuresandmore,easyintegrationandlovedbythegeneralconsumer,sowidelyused.Keywords:singlechip;digitalelectronicclock;LED;digitaltube湖北理工学院毕业设计（论文）III目录摘要……………………………………………………………………………………ⅠABSTRACT………………………………………………………………………………Ⅱ1绪论……………………………………………………………………………………11.1研究的背景……………………………………………………………………11.2数字时钟的意义与应用………………………………………………………12整体设计方案…………………………………………………………………………32.1设计要求………………………………………………………………………32.2整体方案的设计………………………………………………………………32.2.1整体方案的确定………………………………………………………32.2.2电路设计框图…………………………………………………………42.3单片机的介绍…………………………………………………………………43数字时钟硬件电路设计………………………………………………………………73.1最小系统的设计………………………………………………………………73.2数码管显示电路的设计……………………………………………………103.2.1单个数码管简介……………………………………………………103.2.2四位一体数码管简介………………………………………………103.3蜂鸣器控制电路的设计……………………………………………………123.4按键控制电路的设计………………………………………………………134数字时钟的软件设计………………………………………………………………164.1主程序设计…………………………………………………………………174.2数码管显示子程序设计……………………………………………………184.3按键检测子程序设计………………………………………………………194.4蜂鸣器报时子程序设计……………………………………………………205数字时钟的仿真及制作……………………………………………………………215.1调试与仿真…………………………………………………………………215.2仿真图缺陷分析……………………………………………………………245.3数字时钟的制作……………………………………………………………25总结……………………………………………………………………………………28湖北理工学院毕业设计（论文）IV参考文献………………………………………………………………………………29致谢……………………………………………………………………………………30附录程序清单…………………………………………………………………………31湖北理工学院毕业设计（论文）11绪论1.1研究的背景电子技术是十九世纪末、二十世纪初开始发展起来的新兴技术，二十世纪发展最迅速，应用最广泛，成为近代科学技术发展的一个重要标志。在其推动下，现代电子产品正在以前所未有的革新速度，向着功能多样化、体积最小化、功耗最低化的方向迅速发展，电子技术的发展有力的推动社会生产力的发展。单片机自1976年由Intel公司推出MCS-48开始，迄今已有二十多年了。由于单片机集成度高、功能强、可靠性高、体积小、功耗低、使用方便、价格低廉等一系列优点，目前已经渗入到人们工作和生活的方方面面，单片机的应用领域已从面向工业控制、通讯、交通、智能仪表等迅速发展到家用消费产品、办公自动化、汽车电子、PC机外围以及网络通讯等广大领域。单片机模块中最常见的是数字钟，数字时钟路技术实现时、分、秒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，具有更更长的使用寿命，因此得到了广泛的使用。单片机应用的重要意义还在于，它从根本上改变了传统的控制系统设计思想和设计方法。从前必须由模拟电路或数字电路实现的大部分功能，现在已能用单片机通过软件方法来实现了。这种软件代替硬件的控制技术也称为微控制技术，是传统控制技术的一次革命。1.2数字时钟的意义与应用基于单片机的数字电子时钟是采用电子电路实现对时、分、秒进行数字显示的计时装置，广泛应用于个人家庭，室外广场，汽车站和火车站等公共场所，成为人们日常生活中不可少的必需品。机械式钟表虽然也可以告知人们时间，也可以定时，显示日历。但是由于受到机械结构、动力和体积的限制，在功能、性能以及造价上都没办法与电子时钟相比。由于数字集成电路的发展和石英晶体振荡器的广泛应用，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的方便，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、0按时自动打铃、定时广播、自动起闭路灯、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，更为先进的电子钟的研究有着良好的发展前景和市场潜力。湖北理工学院毕业设计（论文）2数字钟已成为人们日常生活中：必不可少的必需品，广泛用于个人家庭以及车站、码头、剧场、办公室等公共场所，给人们的生活、学习、工作、娱乐带来极大的方便。由于数字集成电路技术的发展和采用了先进的石英技术，使数字钟具有走时准确、性能稳定、携带方便等优点，它还用于计时、自动报时及自动控制等各个领域。湖北理工学院毕业设计（论文）32整体设计方案2.1设计要求（1）用六位LED数码管显示时、分、秒。（2）以24h（小时）计时方式。（3）白天整点报时，晚上22点后不报时。（4）可实现时分调整、秒表功能转换。（5）可实现时分调整、时钟功能转换。2.2整体方案的设计2.2.1方案的选择本次设计的方案有许多种，下面列出了三种方案：方案一：基于数字电路的数字钟。传统的数字钟以最为基本的数字电路来实现的。其设计复杂，体积大，运行稳定性不好。所以不考虑。方案二：通过单片机AT89C52芯片为主控电路，由电源电路、单片机主控电路、按键控制电路和蜂鸣器等组成。本次设计就是通过单片机为主控电路，通过电路仿真而实现。使用Proteus软件进行绘制仿真电路图，用Medwin软件进行编程与调试，即用汇编语言编写程序。方案三：通过单片机AT89C52芯片为主控电路，由电源电路、单片机主控电路、按键控制电路和蜂鸣器等组成。本次设计就是通过单片机为主控电路，通过电路仿真而实现。使用Proteus软件进行绘制仿真电路图，用keil软件进行编程与调试，最终生成hex文件，传入单片机内部，从而实现仿真效果。即用C语言来编写程序，以实现最终的目标。通过比较各种方案的优缺点以及自己学习过的专业知识，最终确定按照第三种方案实施。第三种方案相比第一、第二种方案而言，不需要对单片机的各种指令以及不同存储器的寻址、寄存器分配等有所掌握，而只需用基本的C语言知识就可以实现设计的要求。所以此次设计采用第三种方案。湖北理工学院毕业设计（论文）42.2.2电路设计框图根据本次设计的要求，在尽量要求准确精简的条件下设计了以下电路框图。本次设计包含有四个主要的部分：单片机的最小系统，即由单片机，时钟电路，复位电路组成；蜂鸣器控制电路；数码管显示电路和按键控制电路。其整体设计框图如下图2-2所示：图2-1整体设计框图2.3单片机的介绍单片机是微型计算机的一个重要分支，也是颇具生命力的机种。单片机微型计算机简称单片机，特别适用于控制领域，故又称为微控制器。单片机经过几代的发展，正朝着多功能、高性能、低电压、低功耗、低价格、大存储容量、强I/O功能及较好的结构兼容性方向发展。其发展趋势不外乎以下几个方面：1.多功能单片机中尽可能地把所需要的存储器和I/O口都集成在一块芯片上，使得单片机可以实现更多的功能。比如A/D、PWM、PCA（可编程计数器阵列）、WDT（监视定时器---看家狗）、高速I/O口及计数器的捕获/比较逻辑等。有的单片机针对某一个应用领域，集成了相关的控制设备，以减少应用系统的芯片数量。例如，有的芯片以51内核为核心，集成了USB控制器、SMARTCARD接口、MP3解码器、CAN或者I*I*C总线控制器等，LED、LCD或VFD显示驱动器也开始集成在8位单片机中。AT89C52单片机数码管显示电路时钟电路复位电路蜂鸣器控制电路按键控制电路湖北理工学院毕业设计（论文）52.高效率和高性能为了提高执行速度和执行效率，单片机开始使用RISC、流水线和DSP的设计技术，使单片机的性能有了