基于单片机的电子时钟 毕业设计论文1.doc

基于单片机的电子时钟 毕业论文（设计）开题报告 学生姓名 班级 指导教师 学号 1 毕业论文（设计）题 目 基于单片机的电子时钟 选题的意义 数字钟是对时、分、秒、年、月、日数字显示及到时提醒的一个装置由于 数字集体电路的发展及石英晶体振荡的广泛应用，使得数字钟的显示远远超过 老式钟中标的数字化给人们带来极大的方便。最常见的数字钟是单片机模块控 制，与机械型时钟相比具有更高的准确性、直观性。具有更长的使用寿命。所 以本文采用基于单片机来设计和制作一个数字电子钟。 通过本论文课题的研究，预计达到: 本设计由单片机 at89s52 芯片和 led 数码管为核心，辅以必要的电路， 构成了一个单片机电子时钟。与传统机械表相比，它具有走时精确,显示直观 等特点。它的计时周期为 24 小时，显满刻度为“23 时 59 分 59 秒” ，另外具有 校时功能等特点。该电子钟可以做到的功能：上电或按键复位后能自动显示系 统默认时间“12-00-00”进入时钟运行状态。 具体安排进度： 2012 年 3 月 1 日3 月 30 日：查阅资料，搜集所需信息；根据数字电子钟 课题任务制定合理、可行的工作计划； 2012 年 4 月 1 日4 月 30 日：根据所制定的任务书绘制原理图编写程序； 2012 年 5 月 1 日5 月 31 日：编写毕业设计论文，装订成册，进行毕业答 辩。 2 指导教师 评语 选题合理，具有一定的实用价值，符合专业培养目标，前期准 备工作较为充分，设计方案切实可行。同意开题。 指导教师签名： 2011 年 3 月 20 日 摘 要 近年来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，因此特别适合于与控制有关的系统，越来越广泛 地应用于自动控制，智能化仪器，仪表，数据采集，军工产品以及家用电器等 各个领域，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。 本文介绍了基于单片机的数字钟的设计，详细讨论了它从软件上实现的过 程，重点在时钟调整的方式：查询和中断的比较，然后，对数字钟的稳定性和 精确性作了相关的讨论。在文章的最后，给出了采用中断方式实现的数字钟的 源程序。 关键字：单片机，数字钟，数据缓冲区，中断 abstract in recent years， with computers in the in filtration and the development of large-scale integrated circuits. scm application is steadily deepening, as it has strong function, small size, low power dissipation, low prices, reliable, easy to use features, it is particularly suited to and control of the system, increasingly widely used in automatic control, intelligent instruments, gauges, data acquisition, military products and household appliances, and other areas, is often microcontroller as a core component to use, in light of specific hardware architecture, and application-specific software features object combine to make perfect. in this paper, based on single-chip digital clock design, discussed in detail from the software realize the process, focusing on the clock adjust in the way: queries and 3 disruption of comparison, then, on the digital clock made of the stability and accuracy related discussion. in the last article, keywords: mcu, digital clock, data buffer, interruption, timing, 目 录 引言 6 第一章 单片机的相关知识 .7 1.1proteus 软件简介 7 1.2 单片机简介 7 1.3 单片机的发展史 7 1.4 at89c51 单片机介绍 8 1.4.2 单片机的基本结构 9 1.4.3 单片机的选择 .9 第二章 硬件电路设计 .9 2.1 电子钟系统硬件组成 9 2.2 电子钟硬件电路工作说明 .10 2.3 proteus进行电子钟系统仿真 .10 第三章软件设计 .11 3.1 程序流程图设计 .11 3.2 keilc51 进行程序调试 .12 3.3 基于 at89s51 单片机数字时钟的参考电路 .12 第四章 结束语 13 第五章 致 谢 .13 参考文献 .13 附录 单片机程序 14 引言 近年来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，因此越来越广泛地应用各个领域. 本文的电子钟系统是以单片机（at89c51）为核心，时钟芯片 ds1302、数 码管显示驱动芯片 max7219 等元器件组成。具体介绍应用 proteus 的 isis 软件 进行单片机系统的电子钟设计与仿真的实现方法。该方法既能准确验证所设计 的系统是否满足技术要求,又能提高系统设计的效率和质量,降低开发成本,具有 推广价值。随着半导体技术的飞速发展，以及移动通信、网络技术、多媒体技 术在嵌入式系统设计中的应用，单片机从 4 位、8 位、16 位到 32 位，其发展历 程一直受到广大电子爱好者的极大关注。单片机功能越来越强大，价格却不断 下降的优势无疑成为嵌入式系统方案设计的首选，同时单片机应用领域的扩大 也使得更多人加入到基于单片机系统的开发行列中，推动着单片机技术的创新 进步。 然而传统的单片机系统开发除了需要购置诸如仿真器、编程器、示波器等价格 不菲的电子设备外，开发过程也较繁琐。单片机系统作为一种典型的嵌入式系 统，其系统设计包括硬件电路设计和软件编程设计两个方面, 其调试过程一般 分为软件调试、硬件测试、系统调试 3 个过程。如果采用单片机系统的虚拟仿 真软件proteus，则不用制作具体的电路板也能够完成以上工作。 5 第一章 单片机的相关知识 1.1proteus 软件简介 proteus 软件由 labcenter 公司开发，是目前世界上最先进、最完整的嵌 入式系统设计与仿真平台，可以实现数字电路、模拟电路及微控制器系统与外 设的混合电路系统的电路仿真、软件仿真、系统协同仿真和 pcb 设计等功能， 是目前唯一能够对各种处理器进行实时仿真、调试与测试的 eda 工具。微控制 器系统相关的仿真需建立编译和调试环境，可选择 keil c51uvision2 软件。 该软件支持众多不同公司的芯片，集编辑、编译和程序仿真等于一体，同时还 支持 plm、汇编和 c 语言的程序设计。它的界面友好易学，在调试程序、软件 仿真方面有很强大的功能。 其革命性的功能是：将电路仿真和微处理器仿真进 行协同，直接在基于原理图的虚拟原型上进行处理器编程调试，并进行功能验 证，通过动态器件如电机、led、lcd、开关等，实时看到运行后的输入、输出 的效果，配合系统配置的虚拟仪器如示波器、逻辑分析仪等， proteus 为我们 建立了完备的电子设计开发环境。 1.2 单片机简介 单片微型计算机简称单片机，是典型的嵌入式微控制器常用英文字母的缩 写 mcu 表示单片机，它最早是被用在工业控制领域。单片机由芯片内仅有 cpu 的专用处理器发展而来。最早的设计理念是通过将大量外围设备和 cpu 集成在 一个芯片中，使计算机系统更小，更容易集成进复杂的而对体积要求严格的控 制设备当中。intel 的 z80 是最早按照这种思想设计出的处理器，从此以后， 单片机和专用处理器的发展便分道扬镳。 1.3 单片机的发展史 1.3.1 4 位 单 片 机 4 位单片机的主要应用领域有：pc 机的输入装置，电池充电器，运动器材， 带液晶显示的音/视频产品控制器，一般家用电器的控制及遥控器，电子玩具， 钟表，计算器，多功能电话等。 6 1.3.2 8 位 单 片 机 8 位单片机由于功能强，被广泛用于自动化装置、智能仪器仪表、智能接 口、过程控制、通信、家用电器等各个领域。 1.3.3 16 位 单 片 机 16 位单片机主要用于工业控制，智能仪器仪表，便携式设备等场合。 1.3.4 32 位 单 片 机 随着高新技术智能机器人，光盘驱动器，激光打印机，图像与数据实时处 理，复杂实时控制，网络服务器等领域的应用与发展推出 32 位单片机 1.3.5 64 位 单 片 机 64 位单片机在引擎控制，智能机器人，磁盘控制，语音图像通信。 1.4 at89c51 单片机介绍 at89c51 是一种带 4k 字节闪烁可编程可擦除只读存储器（fperomfalsh programmable and erasable read only memory）的低电压，高性能 cmos8 位 微处理器，俗称单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除 100 次。由 于将多功能 8 位 cpu 和闪烁存储器组合在单个芯片中， 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。 1.4.1 管 脚 说 明 vcc： 供 电 电 压 。 gnd： 接 地 。 rst： 复 位 输 入 。 p0 口 ： p0 口 为 一 个 8 位 漏 级 开 路 双 向 i/o 口 ， 每 脚 可 吸 收 8ttl 门 电 流 。 p1 口 ： p1 口 是 一 个 内 部 提 供 上 拉 电 阻 的 8 位 双 向 i/o 口 ， p1 口 缓 冲 器 能 接 收 输 出 4ttl 门 电 流 。 p2 口：p2 口为一个内部上拉电阻的 8 位双向 i/o 口，p2 口缓冲器可接收， p3 口：p3 口管脚是 8 个带内部上拉电阻的双向 i/o 口，可接收输出 4 个 ttl 门 电流。p3 口也可作为 at89c51 的一些特殊功能口 ale/prog： 地 址 锁 存 允 许 的 输 出 电 平 用 于 锁 存 地 址 的 地 位 字 节 。 /psen： 外 部 程 序 存 储 器 的 选 通 信 号 。 /ea/vpp： 当 /ea 保 持 低 电 平 时 ， 则 在 此 期 间 外 部 程 序 存 储 器 （ 0000h- ffffh） ， 不 管 是 否 有 内 部 程 序 存 储 器 。 7 xtal1： 反 向 振 荡 放 大 器 的 输 入 及 内 部 时 钟 工 作 电 路 的 输 入 。 xtal2：来自反向振荡器的输出。 1.4.2 单片机的基本结构 mcs-51 单 片 机 内 部 结 构 8052 单 片 机 包 含 中 央 处 理 器 、 程 序 存 储 器 (rom)、 数 据 存 储 器 (ram)、 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 。 1.4.3 单片机的选择 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：中 央处理器、存储器和 i/o 接口电路等。因此，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。 单片机经过 1、2、3、3 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。 第二章 硬件电路设计 2.1 电子钟系统硬件组成 max72 电子钟系统硬件主要由 at89c51 单片机、时钟芯片 ds1302、数码管 码显示驱动芯 19 等元器件组成。 单 片 机 晶 振 电 路 单 片 机 复 位 电 路 a t 8 9 c 5 1 单 片 机 时 钟 芯 片 d s 1 3 0 2 8 位 l e d 显 示 数 码 管 显 示 驱 动 芯 片 m a x 7 2 1 9 按 键 电 路 蜂 鸣 器 电子钟系统硬件电路组成框图 8 2.2 电子钟硬件电路工作说明 系统硬件电路根据课题设计要求，它由以下几个部件组成：单片机 89c52rc、电源、时分秒显示模块。 时分秒显示采用动态扫描，以降低对单片机端口数的要求，同时也降低 系统的功耗。显示模块中时分秒显示驱动、校时模块都通过 89c52rc 的 i/o 口控制。显示模块中的复位电路由 89c52rc 的 reset 端控制。 电源部分：电源部分有二部分组成。一部分是由 220v 的市电通过变压、 整流稳压来得到+5v 电压，维持系统的正常工作；另一部分是由 5v 的电池供 电，以保证停电时正常走时。正常情况下电池是不提供电能的，以保证电池 的寿命。 2.3 proteus 进行电子钟系统仿真 在 proteus isis 的 debug 菜单中选择 execute，运行程序，系统仿真结 果如下图所示。实现功能：当进入调整功能时，按第一个键 k1 进行减运算，按 第二个键 k2 进行加运算。按下第三个键 k3,实现日期时间调整及定时功能， 等数字闪烁后，按一二键进行加减，从而可以进行具体日期时间调整。当定时 设定后，到预定时间后，系统通过 c51 音乐程序演唱歌曲-八月桂花。按下第四 个键 k4，可以进行时间日期切换，8 位 led 数码管将显示时间或日期，采用 24 小时制。时间显示格式为：时-分-秒；日期显示格式为：日-月-年。有实时 显示当前计算机系统时间和日期的功能。 9 第三章软件设计 3.1 程序流程图设计 按 键 处 理 是 先 检 测 秒 按 键 是 否 按 下 ， 秒 按 键 如 果 按 下 ， 秒 就 加 1； 如 果 没 有 按 下 ， 就 检 测 分 按 键 是 否 按 下 ， 分 按 键 如 果 按 下 ， 分 就 加 1； 如 果 没 有 按 下 ， 就 检 测 时 按 键 是 否 按 下 ， 时 按 键 如 果 按 下 ， 时 就 加 1； 如 果 没 有 按 下 ， 就 把 时 间 显 示 出 来 。 定时器中断时是先检测 1 秒是否到，1 秒如果到，秒单元就加 1；如果没到， 就检测 1 分钟是否到，1 分钟如果到，分单元就加 1；如果没到，就检测 1 小时 是否到，1 小时如果到，时单元就加 1，如果没到，就显示时间。 开始 秒按 键按 秒加 1 分 按 键 按 分 加 1 时 按 键 按 时加 1 显示 时间 结 束 开 始 一 秒时 间 秒单 元加 1 60 秒时 间 秒单 元清零 分单 元加 1 60 分钟 分单 元清零 时单 元加 1 2 4 小 时 时 单 元 清 零 时 间显 示 中 断返 回 10 时间显示是先秒个位计算显示，然后是秒十位计算显示，再是分个位计算 显示，再然后是分十位显示，再就是时个位计算显示，最后是时十位显示。 3.2 keilc51 进行程序调试 3.3 基于 at89s51 单片机数字时钟的参考电路 开 始 秒个 位计算 显示 秒十 位计算 显示 分个 位计算 显示 分十 位计算 显示 时个 位计算 显示 时十 位计算 显示 结束 11 第四章 结束语 本文的电子钟系统是以单片机（at89c51）为核心，时钟芯片 ds1302、数 码管显示驱动芯片 max7219 等元器件组成。具体介绍应用 protel dxp 进行电路 原理图设计，keil c51 软件调试程序以及 proteus 的 isis 软件进行单片机系 统的电子钟设计与仿真。实现了硬件软化的目的。 我在这一次数字电子钟的设计过程中，很是受益匪浅。通过对自己在大学 三年时间里所学的知识的回顾，并充分发挥对所学知识的理解和对毕业设计的 思考及书面表达能力，最终完成了。这为自己今后进一步深化学习，积累了一 定宝贵的经验。撰写论文的过程也是专业知识的学习过程，它使我运用已有的 专业基础知识，对其进行设计，分析和解决一个理论问题或实际问题，把知识 转化为能力的实际训练。培养了我运用所学知识解决实际问题的能力。 我们的学习不但要立足于书本，以解决理论和实际教学中的实际问题为目 的，还要以实践相结合，理论问题即实践课题，解决问题即课程研究，学生自 己就是一个专家，通过自己的手来解决问题比用脑子解决问题更加深刻。学习 就应该采取理论与实践结合的方式，理论的问题，也就是实践性的课题。这种 做法既有助于完成理论知识的巩固，又有助于带动实践，解决实际问题，加强 我们的动手能力和解决问题的能力。 第五章 致 谢 参考文献 1 代启化.基于 proteus 的电路设计与仿真j.现代电子技术 2006 第 19 期. 2 曹洪奎;马莹莹 基于 proteus 单片机系统设计与仿真j.辽宁工学院学 报 3 蔡希彪,曹洪奎; 单片机电子时钟系统的设计与仿真 j;中国科技信 息; 4 刘文秀.单片机应用系统仿真的研究j.现代电子技术.2005, 第 286 期 12 附录 单片机程序 data_seg segment data ;定 义 一 个 data 段 stack segment idata ;定 义 一 个 堆 栈 段 bit_seg segment bit ;定 义 一 个 位 段 bkey bit p1.0; idleconst equ 50 rseg stack ds 10h ;16 个 字 节 的 堆 栈 rseg data_seg ;开 始 data_seg 段 buffer: ds 6 ;6 个 字 节 的 显 示 缓 冲 区 ms50: ds 1 ;50ms 计 数 ms250: ds 1 ;250ms 计 数 sec: ds 1 ;秒 min: ds 1 ;分 hour: ds 1 ;时 ms50_1: ds 1 ;存 放 多 少 个 50ms,用 于 记 录 按 键 时 间 setpos: ds 1 ;设 置 位 置 setpos1: ds 1 ;需 要 屏 蔽 的 数 码 管 rseg bit_seg bidle: dbit 1 ;省 电 模 式 btwinkle: dbit 1 ;当 前 设 置 位 置 闪 烁 cseg at 0 ;相 当 于 小 汇 编 的 org ljmp main cseg at 000bh ;定 时 器 t0 中 断 处 理