基于AT89C52单片机的数字钟设计方案

1 基于 片机的数字钟设计方案 一、 设计目的与背景 计目的 (1)通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。 (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； (3)提高综合及灵活运用所学知识解决工业控制的能力，培养动手能力和实际应用能力 。 计背景 目前，单片机正朝着高性能和多品种方向发展趋势将是进一步向着 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。下面是单片机的主要发展趋势。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。 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，具有更更长的使用寿命，因此得到了广泛的使用。 字钟的意义 数字钟是采用数字电 路实现对时 、 分 、 秒 的 数字显示计时装置 ,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 2 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、按时自动打铃、时间程序自动控制、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，研究数字钟及扩大其应用，有着非常现实的意义。 二、 设计内容及要求 务及要求 通过单片机内定时器控制走时，准确持续走时，调时不影响走时。 在八个数码管上显示时、分、秒及两个小数点。 含有闹钟功能，可以选择闹钟开关，可以设定闹铃时间。 到达闹钟时刻蜂鸣器警报，可以关掉警报。 统功能说明 电子钟的格式为： 由左向右分别为：时、分、秒。完成显示由秒 01一直加 1至 59，再恢复为 00；分加 1，由 00至 01，一直加 1至 59，再恢复 00；时加 1，时由 00 加至 23之后秒、分、时全部清清零。该钟使用 250 走 时调整：走时过程中直接调整且不影响走时准确性，按下时间选择键对“时、分、秒”显示进行调整，每按一下时间加，即加 1，时间减，即减 1。 三、 整体设计方案 本课题整体设计方案分为硬件设计和软件设计。 硬件电路设计主要是用单片机和 外加入按键，开关，蜂鸣器等；软件编程设计室用 51 调试。 3 片机 的基本介绍 单片机微型计算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。 通常，单片机由单块集成电 路芯片构成，内部包含有计算机的基本功能部件1：中央处理器、存储器和 I/此，单片机只需要和适当的软件及外部设备相结合，便可成为一个单片机控制系统。 片机的特点 单片机经过三代的发展， 正朝着多功能、高性能、低电压、低功耗、低价格、大存储容量、强 大的 I/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、 编程 计数器阵列）、 视定时器 高速 I/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 者 总线控制器等， 位单片机中。 2、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 水线和 设计技术，使单片机的性能有了明显的提高，表现为：单片机的时钟频率得到提高；同样频率的单片机运行效率也有了很大的提升；由于集成度的提高，单片机的寻址能力、片内 由于系统资源和系统复杂程度的增加，开始使用高级语言（如 开发单片机的程序。使用高级语言可以降低开发 难度，缩短开发周期，增强软件的可读性和可移植性，便于改进和扩充功能。 3、低电压和低功耗 4 单片机的嵌入式应用决定了低电压和低功耗的特性。由于 工艺的大量采用，很多单片机可以在更低的电压下工作（ 功耗已经降低到些特性使得单片机系统可以在更小电源的支持下工作更长的时间。 4、低价格 单片机应用面广，使用数量大，带来的直接好处就是成本的降低。目前世界各大公司为了提高竞争力，在提高单片机性能的同时，十分注意降低产品的价格。 片机的主要应用领域 （ 1）家用电器领域 用单片机控制系统取代传统的模拟和数字控制电路，使家用电器（如洗衣机、空调、冰箱、微波炉、和电视机等）功能更完善，更加智能化和易于使用。 （ 2）办公自动化领域 单片机作为嵌入式系统广泛应用于现代办公设备，如计算机的键盘、磁盘驱动、打印机、复印机、电话机和传真机等。 （ 3）商业应用领域 商业应用系统部分与家用和办公应用系统相似，但更加注重设备的稳定性、可靠性和安全性。商用系统中广泛使用的电子计量仪器、收款机、条形码阅读器、安全监测系统、空气调节系统和冷冻保鲜系统等，都采用了单片机构成的专用系统。与通用计算机相比，这些系统由于比较封闭，可以更有效地防止病毒和电磁干扰等，可靠性更高。 （ 4）工业自动化 在工业控制和机电 一体化控制系统中，除了采用工控计算机外，很多都是以单片机为核心的单片机和多机系统。 （ 5）智能仪表与集成智能传感器 目前在各种电气测量仪表中普遍采用了单片机应用系统来代替传统的测量系统，使得测量系统具有存储、数据处理、查询及联网等智能功能。将单片机和传感器相结合，可以构成新一代的智能传感器。它将传感器变换后的物理量作进一步的变化和处理，使其成为数字信号，可以远距离传输并与计算机接口。 （ 6）现代交通与航空航天领域 5 通常应用于电子综合显示系统、动力监控系统、自动驾驶系统、通信系统以及运行监 视系统等。这些领域对体积、功耗、稳定性和实时性的要求往往比商用系统还要高，因此采用单片机系统更加重要。 片机的结构 片机内部结构 8052单片机包含中央处理器、程序存储器 (数据存储器 (定时 /计数器、并行接口、串行接口和中断系统等几大单元及数据总线、地址总线和控制总线等三大总线 。 1. 中央处理器 3： 中央处理器 (整个单片机的核心部件，是 8位数据宽度的处理器，能处理 8位二进制数据或代码， 挥和调度整个单元系统协调的工作 ，完成运算和控制输入输出功能等操作。 2 数据存储器 (8052 内部有 128 个 8 位用户数据存储单元和 128 个专用寄存器单元，它们是统一编址的，专用寄存器只能用于存放控制指令数据，用户只能访问，而不能用于存放用户数据，所以，用户能使用的 28个，可存放读写的数据，运算的中间结果或用户定义的字型表。 如图 1 图 1 单片机 8052的内部结构 3 程序存储器 ( 8052共有 4096 个 8位掩膜 于存放用户程序，原始数据或表格。 6 4 定时 /计数器 ： 8052有两个 16 位的可编程定时 /计数器，以实现定时或计数产生中断用于控制程序转向。 5 并行输入输出 (I/O)口： 8052共有 4组 8位 I/ 用于对外部数据的传输。 6 全双工串行口： 8052内置一个全双工串行通信口，用于与其它设备间的串行数据传送，该串行口既可以用作异步通信收发器，也可以当同步移位器使用。 7 中断系统： 8052 具备较完善的中断功能，有两个外中断、两个定时 /计数器中断和一个串行中断，可满足不同的控制要求，并具有 2级的优先级别选择。 8 时钟电路： 8052内置最高频率达 12于产生整个单片机运行的脉冲时序，但 8052单片机需外置振荡电容。 单片机的结构有两种类型，一种是程序存储器和数据存储器分开的形式，即哈佛 (构，另一种是采用通用计算机广泛使用的程序存储器与数据存储器合二为一的结构，即普林斯顿 (构。 列单片机采用的是哈佛结构的形式，而后续产品 16位的 下图 2 是 列单片机的内部结构示意图。 7 图 2 引脚说明 031、 8051及 8751 均采用 40图是它们的引脚配置， 40个引脚中，正电源和地线两根，外置石英振荡器的时钟线两根， 4组 8位共 32个 I/断口线与 在我们对这些引脚的功能加以说明 。如图 3 图 3 单片机的引脚图 口 一个 8 位漏极开路型双向 I/O 端口，端口置 1 8 （对端口写 1）时作高阻抗输入端。作为输出口时能驱动 8个 对内部 序存储器编程时，接收指令字节 ;校验程序时输出指令字节，要求外接上拉电阻。 在访问外部程序和外部数据存储器时， 是分时转换的地址 (低 8 位 )/数据总线，访问期间内部的上拉电阻起作用。 位 双向 I/0 端口。输出时可驱动 4个 口置 1时，内部上拉电阻将端口拉到高电平，作输入用。对内部 收低 8位地址信息。 位双向 I/0 端口。输出时可驱动 4个 口置 1时，内部上拉电阻将端口拉到高电平，作输入用。对内部 收高 8位地址和控制信息。 在访问外部程序和 16 位外部数据存储器时， 送出高 8 位地址。而在访问 8位地址的外部数据存储器时其引脚上的内容在此期间不会改变。 口 是一个带有内部上拉电阻的 8 位双向 I/0 端口。输出时可驱动 4个 口置 1时，内部上拉电阻将端口拉到高电平，作输入用。 对内部 控制信息。除此之外 表 1。 兼用功能 行通讯输入（ 行通讯输出（ 部中断 0（ 部中断 1（ 时器 0输入 (时器 1输入 (部数据存储器写选通 部数据存储器写选通 1 : 8052通电，时钟电路开始工作，在 4 个时钟周期以上的高电平，系统即初始复位。初始化后，程序计数器 000H， 栈指 针 写入 07H，其它专用寄存器被清 “0” 。 高电平下降为低电平后，系统即从 0000H 地址开始 9 执行程序。然而，初始复位不改变 括工作寄存器 状态， 8052的初始态 。 当访问外部程序器时， 址锁存 )的输出用于锁存地址的低位字节。而访问内部程序存储器时， ，这个信号可以用于识别单片机是否工作，也可以当作一个时钟 向外输出。更有一个特点，当访问外部程序存储器， 对 储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲 （ 如有必要，可通过对特殊功能寄存器（ 中的 8元的 置位，可禁止 作。该位置位后，只有一 条 令才能将 活。此外，该引脚会被微 拉高，单片机执行外部程序时，应设置 止位无效。 当访问外部程序存储器时，此脚输出负脉冲选通信号， 6位地址数据将出现在 2口上，外部程序存储器则把指令数据放到 8051 和 8751 单片机，内置有4程序存储器，当 高电平并且 程序地址小于 4，读取内部程序存储器指令数据，而超过 4址则读取外部指令数据。如 低电平，则不管地址大小，一律读取外部程序存储器指令。显然，对内部无程序存储器的 8031, 件设计 件设计的原则 在性价比满足应用系统要求的情况下，选择更可靠，更熟悉的单片机缩短研制周期。尽可能选择自己较为熟悉的应用电路，以提高系统的可靠性。 单片机内部的资源与外部的扩展资源应在满足系统设计的基础上留有余地，为进一步的升级和扩展提供方便。 应充分的结合软件方案考虑硬件的结构，通 常硬件功能较完善，其相应的软件程序就简单，但硬件的成本较高，而功能较低，其相应的软件就复杂，其实际常用软件代替硬件来降低成本。 10 整个系统相关的器件尽可能的做到性能相匹配。 片机的型号选择 目前，我国生产很多型号的单片机，在此，我们采用型号为 单片机。因为 一个低电压，高性能 位单片机，片内含 4k 读程序存储器和 128 随机存取数据存储器（ 器件采用 易失性存储技术生产，兼容标准 内置通用 8位中央处理器和 储单元，内置功能强大的微型计算机的 40 个引脚， 32 个外部双向输入 /输出（ I/O）端口，同时内含 2个外中断口， 3 个 16 位可编程定时计数器 ,2 个全双工串行通信口， 2 个读写口线， 以按照常规方法进行编程 ,但不可以在线编程 (S 系列的才 支持在线编程 )。其将通用的微处理器和 储器 结合在一起，特别是可反复擦写的 兼容 8k 可反复擦写 (1000次） 32 个双向 I/ 256部 3 个 16位可编程定时 /计数器中断 时钟频率 0 2 个串行中断 可编程 2 个外部中断源 共 8个中断源 2 个读写中断口线 3 级加密位 低功耗空闲和掉电模式 软件 设置睡眠和唤醒功能 码管 管是 显示常用电子元器件，它是 由发光二极管构成的，亦称半导体数码管。将条状发光二极管按照共阴极 (负极 )或共阳极 (正极 )的方法连接，组成“8” 字，再把发光二极管另一电极作笔段电极，就构成了 下面将介绍它的性能特点： (1)能在低电压、小电流条件下驱动发光，能与 11 (2)发光响应时间极短 ( #=0 /位选，控制哪个数码管亮。（从右到左） 2=0 /0-， 灭 =0 /时间缓冲区，分别为：秒、时、分。 =0 /时间缓冲区，初始化显示 00 tt,; 13; 18 15; 17; /*延时函数 * i, j; i=0; ii+) j=0; j=148; j+); /*调用显示