基于51单片机的数字时钟设计的毕业设计概要

安徽财贸职业学院电子1201班单片机技术及应用课程设计第20页2020/6/4摘要2Abstract3第一章绪论41.1多功能数字时钟设计的背景4第二章AT89C51单片机简介42.1单片机介绍42.2单片机的应用特点52.3单片机的应用领域52.4单片机中断与时序系统52.4.1 MCS-51单片机中断系统52.4.2 MCS-51单片机定时器/计数器62.4.3 MCS-51计时器/计数器的4种动作方式72.5 AT89C51引脚功能介绍7第三章设计方案93.1主程序93.2数字代码管理显示模块103.3定时器计数器T0中断服务程序103.4按键处理模块10第四章硬件电路设计104.1复位电路114.2时钟电路114.3按键电路124.4数字编码管理显示电路134.5电源电路设计14第五章软件设计和程序代码155.1软件的选择和介绍155.1.1软件介绍155.1.2 Proteus7.8的特点155.2软件仿真电路全图165.3源程序代码16第六章结论21参考文献22谢谢2320摘要近年来，单片机在各种领域得到了广泛应用。 从工业到人们的日常生活，大部分科技产品都是由单片机控制的。 直到它出现，自动控制设备才得到广泛应用。 这是因为控制设备体积大，耗电大，价格高。 最初的微处理器研制成功不久，最初的单片机就诞生了。 由于体积小、功耗低、性能高效，单片机深受欢迎。本设计利用STC89C51单片机开发电子钟表，设计实现必要功能的硬件电路，用c语言进行软件编程，用Proteus软件进行演示、验证。 主要介绍了单片机内部时序/计数器实现电子钟表的方法，本设计以单片机STC89C51芯片和LED数码管为中心，辅助了必要的电路，构成了单片机的数字电子钟表。 其计时周期为24小时，满刻度为“23时59分59秒”，配备8个独立键盘，可灵活调节时间和日期，具有一定的扩展性。关键词：单片机、数字时钟、动态显示、LED数字代码显示、独立按钮。第一章绪论多功能数字时钟设计背景自英特尔于1976年推出MCS-48以来，单片机已有20多年了。 由于具有单片机集成度高、功能强、可靠性高、体积小、功耗低、使用方便、价格便宜等一系列优点，目前已经渗透到人们的工作和生活的各个方面，单片机的应用领域已经成为工业控制、通信、通信等从智能仪表等方面迅速发展到家用消费产品、办公自动化、汽车电子、PC周边以及互联网通信等广泛领域。本文讨论的单片机多功能数字钟表系统的核心是目前应用非常广泛的51系列单片机，配置外围设备，构成可编程定时器系统，具有体积小、可靠性高、功能多等多个特点不仅能满足必要的要求，而且能扩展很多功能，有广泛的应用实践领域。第二章STC89C51单片机简介2.1单片机介绍单片机也称为单片机控制器，它将一个计算机系统集成在一个芯片中，而不是完成某种逻辑功能的芯片。 总而言之，一个芯片就是电脑。 为体积小、质量轻、价格便宜、学习、应用和开发提供了便利条件。 同时，学习使用单片机是了解计算机原理和结构的最佳选择。在单片机的内部也使用具有与个人计算机相同功能的模块，如CPU、存储器、并行总线以及具有与硬盘相同功能的存储装置。 不同之处在于，这些部件的性能比我们家用电脑弱很多，但价格也低，一般在10元以下。 用这个来控制电器不是复杂的工作。 在我们现在使用的全自动滚筒洗衣机、排烟罩、VCD等家电产品中，可以看到它的身影！ 这主要是控制部的核心部件。这是在线型实时控制计算机，在线型是现场控制，需要较强的抗干扰能力，成本低，这也是与离线型计算机(如家用PC )的主要区别。单片机依赖于程序，可以进行修改。 用不同的程序实现不同的功能，特别是特殊的独特功能，对于其他设备来说，可能需要很大的努力，有时甚至不能用力。 在美国50年代开发的74系列、60年代的CD4000系列等硬件中处理不复杂的功能时，电路一定是大型PCB基板！ 但是，如果使用美国70年代投入市场的系列单片机，结果会有天壤之别！ 只为了单片机，用你写的程序就能实现高性能、高效率、高可靠性！2.2单片机的应用特点随着集成电路技术的发展，单片机功能增强，涉及各电子应用领域。 目前，单片机系列也非常多，各具特点，如当前的MCS51系列、PIC系列等，通过近年来的应用，单片机尤其需要具有以下应用特点1 .低功耗、宽电压工作范围、内部监视2 .高速指令系统、单字节指令、紧凑指令集易于学习3 .内部ROM结构，并且拥有廉价的OTP (一次性打火机) ROM，少量生产，减少MASK风险4 .程序的保密功能、防止复印和成果保护5 .方便的开发工具(仿真器和打火机)。2.3单片机的应用领域目前，单片机已经渗透到我们生活的各个领域，很难找到哪个领域有单片机的痕迹。 导弹导航装置，飞机各种仪表控制，计算机互联网通信和数据传输，工业自动化过程实时控制和数据处理，广泛应用的各种智能IC卡，民用豪华轿车安全保障系统，摄像机，全自动洗衣机控制，程序自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械是不言而喻的。 因此，单片机的学习、开发和应用培养了计算机应用和智能控制科学家、工程师。单片机广泛应用于仪表、家用电器、医疗器械、航天、专用仪器的智能管理和过程控制等领域。2.4 HT1380端子功能介绍1、HT1380的针脚功能HT1380是以DIP8封装格式实作，其针脚分配如图3所示。 各引脚的功能及其使用方法如下所示。1 )、脚(NC):空销。2 )、脚(X1 ) :内部振荡器输入脚。3 )、脚(X2 ) :内部振荡器输出脚。在HT1380芯片内集成有高增益的自激振荡放大电路，2 )脚、3 )脚通过间接外接该放大电路的输入输出端子，2 )脚、3 )脚通过32.768khz的石英振动，可以生成32.768khz频率的时钟信号。4 )、脚(GND ) :接地端子。5 )、脚(RST ) :复位端子。 如果RST=0，则该芯片被复位，并且对HT1380的单片微计算机所建立的控制逻辑是无效的，并且所有数据传输都终止。 当RST=1时，建立的控制逻辑是有效的。 只有在RST=1时，才能对HT1380进行读取、写入和测试。6 )、脚(I/O ) :数据输入输出端子。7 )、脚(SCLK ) :串行时钟输入端子。8 )、脚(VCC ) :电源端子。2、HT1380的应用电路HT1380的应用电路如下所示的双曲馀弦值。 HT1380的SCLK、I/O和RST脚分别与单片机的3条I/O端口线P1.1、P1.2和P1.3接触，并且单片机的P1.1端口线用作时钟线，用于向HT1380传送时钟信号，而P1.2端口线用作时钟线C1、C2为5P8P的小容量，起到稳定频率和加速振动的作用。第三章设计方案通常，用单片机设计电子钟表有两种方法通过单片机内部的计时器。 用软件编程实现时钟计数的方法一般被称为软时钟，这种方法硬件线路简单，程序复杂。 系统的功能通常与软件有关。 通常在不要求时间精度时使用。 二是采用时钟芯片的其他功能强大，功能未与芯片的内需整合，自动产生时钟等相关功能。 硬件成本高，软件编程。 通常，在要求钟表精度高的情况下。电子钟表的系统软件程序由主程序和子程序构成，主程序包括初始化参数设定、按键处理、数字代码显示模块等。 在设计时，各模块采用子程序结构设计。 在主程序中调用。 由于计时器、计数器是以中断方式处理的，因此它区别计时器，中断服务子程序，按计时器、计数器中断服务子程序的种类调整时钟。3.1主程序主程序的执行流程图如图1所示。 主程序首先将显示单元和计时器计数器初始化，然后反复调用数字代码管理显示模块和按键处理模块，在按下建设按钮时，转移到相应的功能程序。图1主程序执行流程图3.2系统框图项目系统的框图如图2所示。3.3数字编码管理显示模块本设计的显示模块采用6位一体的阴极数字管，显示部分为钟表显示模式，显示部分从右向左依次显示秒位、秒十位、分十位、时位、时十位的数字代码管理部显示的信息被存储在6个存储器单元中，该6个存储器单元在显示缓冲器中按顺序排列在本系统中，数字编码管理的显示采用软件解码动态显示。 在存储器中，首先制作显示信息的场代码表，在显示的情况下，首先从显示缓冲器中读出显示的信息，接着，在查找表程序中从场代码表中检测出的显示场代码。 从P2端口输出的同时，在P1端口输出对应的位代码，检查显示的数字代码后，在对应的数字代码中显示缓冲器的内容。3.4按键处理模块按钮处理是在没有按钮的钟表模式下，当钟表正常时，按下时间按钮和秒按钮，则以秒为单位逐秒或1秒递增，除了59以外跳过00，按下分钟单位则以分钟为单位逐秒或1秒递减，除了59以外跳过00第四章硬件电路设计4.1复位电路MCS-51单片机的复位是通过外部复位电路来实现的。 重置端RST通过用于抑制噪声的施密特触发器与重置电路连接，并且在每个机器周期中在S5P2中对雾触发器的输出电平或重置电路采样一次，以便获得内部重置操作所必需的信号。上电复位：上电复位电路是简单的复位电路，在RST复位端子上连接电容器与VCC，将电阻接地即可。 所谓上电复位，当系统被接通电源时，复位电路通过电容器对RST复位端子施加短的高电平信号，该复位信号在基于VCC的电容器的充电过程中下降，因此RST端子的复位的高电平维持时间取决于电容器的充电时间。 RST端子的高电平信号应保持足够的时间以确保系统安全并且可靠地复位。上电复位通过外部复位电路的电容器充电来实现。 如果Vcc的上升时间为1ms以下，则能够实现自动上电复位。键复位：回路也可以在运行中按键复位。 按下复位按钮后，复位销RST通过按钮接地，获得低电平，从而实现复位。电路图如图2所示图2复位电路4.2时钟电路时钟是单片机的心脏，单片机各功能部件的运行以时钟频率为基准，整齐地一拍一拍地工作。 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。 一般的时钟电路有内部时钟方式和外部时钟方式两种方式。 本文采用了内部时钟方式。电路图如图3所示图3时钟振荡电路MCS-51单片机包括构成振荡器的高增益反相放大器，该高增益反相放大器的输入端子是芯片端子XTAL1，并且输出端子是端子XTAL2。 这两根针脚横跨晶体振子和微调电容，构成了稳定的自激振子。4.3键电路按钮的开关状态在一定的电路中转变为高电平、低电平的状态。 按键关闭时，对应的I/O端口会形成负脉冲。 封闭和开放的过程必须经过一定的过程达到稳定，这个过程处于高低水平之间的不稳定状态，称为抖动。 抖动持续时间的正常长度与开关的机械特性相关联，并且其通常处于5至5-10ms之间。 为了防止CPU多次处理键的一次关闭，需要采取消除抖动的对策。 本文采用独立键，直接用I/O端口线构成单一键电路，各键占用I/O端口线，不影响各键的动作状态。电路图如图4所示图4键电路P1.4端口连接的键为模式切换键，如果不按此键则为时钟显示模式，按此键则为日期和星期显示模式。在时钟显示模式下，每个端口连接如下所示P0.4端口表示调整秒、分钟“”，点击加1，加59，再次变为0P0.3口指的是调整秒、分“-”，点击减少1，成为0后再减少59P0.4端口表示调整时间，单击“ ”后加1，加23后再次加0P0.3口在调整时表示“-”，点击后减少1，变为0后再次减少23P0.2端口表示确认键P0.1端口表示调整秒的按钮P0.5端口表示调整点按钮P0.6端口表示调整时的按钮4.4数字编码管显示电路数字代码管为包括六个发光二极管的显示装置。 在数码管中，连接二极管的阳极时，称为同一阳极数码管。连接二极管的阴极时，称为共模扼流线圈。 本设计中使用的6个数字编码管都是公共阴极。 当发光二极管接通时发光。 每个二极管都是笔划，当某些二极管发光时，它们构成显示字符。 通过将与单片机I/O端口控制对应的芯片连接到数字代码管的a-g，点亮与低电平位对应的发光二极管，从I/O端口输出不同代码，能够在数字代码管显示不同字符。本设计的6个数字码管都采用动态显示方式，系统采用动态显示方式