数字时钟的课程设计基于单片机的数字时钟

1、编号： 课程设计说明书题 目： 基于单片机的数字时钟 院 （系）： 信息与通信学院 专 业： 电子信息工程 学生姓名： 学 号： 指导教师： 2013年 12月 03 日摘 要电子时钟是一种非常广泛日常计时工具，对现代社会越来越流行。它可以实现对年、月、日、星期、时、分、秒进行计时等多种功能。数字时钟采用直观数字显示，还具有时间校准等功能。该电路采用AT89S52单片机作为核心，功耗小，能在3V的低压工作，电压可选用3-5V电压供电。本系统硬件部分由AT89S52单片机、1062液晶显示器、键盘、蜂鸣器系统等部分构成。软件部分在keil环境下用C51语言编写，包括时间显示、时间校对。基于单片机

2、技术原理，以单片机芯片AT89C52作为核心控制器，通过硬件电路的制作以及软件程序的编制，设计制作出一个简易数字时钟系统。单片机扩展的LCD显示器用来显示秒、分、时、星期、日、月、年计数单元中的值。整个设计包括两大部分：硬件部分和软件部分，以单片机为核心，配以一定的外围电路和软件。硬件是整个系统的基础，软件部分则要合理、充分地支持和使用系统的硬件，从而完成系统所要完成的任务。关键词：单片机AT89S52；液晶显示1602；按键AbstractElectronic clock is a very extensive daily timing tool , more and more popula

3、r in modern society . It can be achieved on the year, month , date, day , hour, minute , seconds chronograph and other functions . Intuitive digital display digital clock , also has a time calibration functions. This circuit uses AT89S52 microcontroller as the core , low power consumption , can work

4、 in low-voltage 3V voltage can choose 3 5V voltage supply.The hardware of the system by the AT89S52 microcontroller , some 1062 LCD monitor, keyboard , buzzer systems and other accessories. Software part in keil environment with C51 language, including the time display, time proofreading.Based on th

5、e principle of single-chip technology , chip AT89C52 microcontroller as the core controller , and a software program produced by the preparation of the hardware circuit , designed to create a simple digital clock system. Single-chip LCD display is used to display the extended seconds, minutes , hour

6、s, day, date, month, year counting unit value. The whole design consists of two parts: hardware and software components , microcontroller as the core , with some peripheral circuits and software. Hardware is the foundation of the entire system, the software part will have reasonable and adequate to

7、support the use of systems and hardware ,thus completing the system to complete the task .Keywords: Microcontroller AT89S52; LCD 1602; buttons目 录引言51 设计方案51.1 数字时钟的设计分析51.2 设计要求62 总体系统方案的设计与选择论证62.1 计时方案62.2 控制芯片的选择62.3 芯片控制语言的选择73 系统电路的设计及原理说明83.1.1AT89S52单片机性能与特点 8AT89S52单片机的引脚及内部结构83.2 单片机最小系统电路介

8、绍83.3 LCD1602显示电路94 软件设计部分 94.1 软件编程思路94.2 电路的仿真10Proteus仿真原理图10Proteus仿真结果.104.3 电路调试.104.3.1硬件调试.104.3.2软件调试.10 5 结论10谢 辞11参考文献12附 录.13附录一：原理图.13附录二：PCB图.14附录三：程序代码.15引言21世纪，电子技术获得了飞速的发展，在其推动下，现代电子产品几乎渗透了社会的各个领域，有力地推动了社会生产力的发展和社会信息化程度的提高，同时也使现代化电子产品性能进一步提高，产品更新换代的节奏也越来越快。时钟，自它被发明的那天起，就成为人类的朋友。随着时间

9、的推移，随着科学技术的不断发展，随着生活水平的提高,人们越来越追求人性化的事物，对时间计量的精度要求越来越高，应用也越来越广泛，这些都导致传统的时钟已不能满足人们的需求。现代生活的人们越来越重视了时间观念，可以说是时间和金钱划上了等号。对于那些对时间把握非常严格和准确的人或事来说，时间的不准确会带来非常大的麻烦，所以以LCD1602为显示器的时钟比指针式的时钟表现了更大的优势。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CMOS化、低功耗、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。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

10、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时钟。利用单片机实现的电子时钟具有编程灵活、精确度高等特点，并且便于电子时钟的扩充，即可用该电子钟发出各种控制信号，同时可以用该电子时钟发出各种控制信号。 本时钟还具有环保、走时无噪音、低功耗等非实时时钟不具有的功能。该实时时钟不但可以作为家用，而且更可以在公共场合使用，如车站、码头、商场等场所。本文主要介绍用单片机内部的定时/计数器来实现电子时钟的方法，本设计由单片机AT89S52芯片和LCD1602为核心，辅以必要

11、的电路，构成了一个单片机数字时钟。1 设计方案1.1 数字时钟的设计分析方案一：采用AT89S52作为主控单片机，显示模块选用LCD1602，设置部分选用按键电路；方案二：采用AT89S52作为主控单片机，显示模块选用数码管，设置部分选用按键电路；方案三：可用数字电路芯片74192，74153，7447，NE555，与非门和数码管实现数字时钟功能。三种方案相比较，方案三使用芯片过多，线路繁琐，方案二显示电路需要多个三极管辅助驱动，电路复杂，相比之下，方案一LCD1602显示电路、驱动程序都相对简单，所以本设计选择了方案一。1.2 设计要求设计制作一个能实现显示年、月、日、星期、时、分、秒功能时

12、钟，要求方案简单，易行并有一定的实用意义。2 总体系统方案的设计与选择论证2.1 计时方案采用AT89S52作为主控单片机，显示模块选用LCD1602，设置部分选用按键电路配合软件延时实现时、分、秒的计时。该方案节省硬件成本，并且能使读者在定时/计数器的使用、中断及程序设计方面得到锻炼和提高，对单片机的指令系统能有更深入的了解。AT89S52外接LCD1602显示电路、按键电路、晶振电路、复位电路、电源以及按键电路构成设计框图。设计框图如图2-1所示：AT89S52 按键电路LCD1602显示电路晶振电路复位电路电源 图2-1 系统设计框图图2-2 系统整体设计图数字时钟总电路包括单片机最小系

13、统，即单片机、振荡电路、复位电路、电源供电模块，另外供电，模块附有LED指示灯，指示电源电源供电是否成功，LCD1602显示模块，独立按键模块，下载接口模块，蜂鸣器模块。2.2 控制芯片的选择 AT89S52 是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K 在系统可编程Flash存储器。使用Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。2.3 芯片控制语言的

14、选择C语言是一种计算机程序设计语言，它既具有高级语言的特点，又具有汇编语言的特点。它由美国贝尔研究所的D.M.Ritchie于1972年推出，1978年后，C语言已先后被移植到大、中、小及微型机上，它可以作为工作系统设计语言，编写系统应用程序，也可以作为应用程序设计语言，编写不依赖计算机硬件的应用程序。它的应用范围广泛，具备很强的数据处理能力，不仅仅是在软件开发上，而且各类科研都需要用到C语言，适于编写系统软件，三维、二维图形和动画，具体应用比如单片机以及嵌入式系统开发。3 系统电路的设计及原理说明3.1 AT89S52单片机的工作原理AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，

15、具有8K 在系统可编程Flash 存储器。它是利用单片机内部定时器/计数器工作与定时方式，对机器周期计数形成基准时间（如10ms），然后再用另外一个计数器或软件计数的形式对基准时间进行计数，形成秒（如10ms计数100次），“秒”计数60次形成“分”，“分”计数60次形成“时”，“时”计数24次形成“天”，并清零，然后通过译码、显示器把它们的内容在显示屏上显示出来。在具体的设计时，定时器采用中断方式工作，对时钟的形成在中端程序中实现，主程序是对定时器/计数器的定义初始化，调用显示程序和控制程序的初始化，另外为了使用方便，也设计了按键，他可以对时分秒等进行调整，这样，程序就加了按键程序。AT89

16、S52单片机性能与特点（1）AT89S52为 ATMEL 所生产的一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。（2）在单片机的应用系统中，单片机作为一种较为简单的计算机是嵌入到系统内部，作为系统电路的一部分，作为系统实现数字化和智能化的关键部件。AT89S52主要功能列举如下：拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash晶片内部具时钟振荡器（传统最高工作频率可至 12MHz）内部程序存储器（ROM）为 8KB内部数据存储器（RAM）为 256字节32 个可编程I/O 口线8 个中断向量源三个 16 位定时器/计数器三级加密程序存储器全双工UART串行通道3.1

17、.2AT89S52单片机的引脚及内部结构P89C5X系列单片机有40个引脚。其引脚图如图2-1所示：（1）VCC：AT89S52电源正端输入，接+5V。（2）VSS：电源地端。（3）XTAL1：单芯片系统时钟的反相放大器输入端。（4）XTAL2：系统时钟的反相放大器输出端，一般在设计上只要在 XTAL1 和 XTAL2 上接上一只石英振荡晶体系统就可以动作了，此外可以在两引脚与地之间加入一 20PF 的小电容，可以使系统更稳定，避免噪声干扰而死机。 （5）RESET：AT89S52的重置引脚，高电平动作，当要对晶片重置时，只要对此引脚电平提升至高电平并保持两个机器周期以上的时间，AT89S51

18、便能完成系统重置的各项动作，使得内部特殊功能寄存器之内容均被设成已知状态，并且至地址0000H处开始读入程序代码而执行程序。 （6）EA/Vpp："EA"为英文"External Access"的缩写，表示存取外部程序代码之意，低电平动作，也就是说当此引脚接低电平后，系统会取用外部的程序代码（存于外部EPROM中）来执行程序。因此在8031及8032中，EA引脚必须接低电平，因为其内部无程序存储器空间。如果是使用 8751 内部程序空间时，此引脚要接成高电平。此外，在将程序代码烧录至8751内部EPROM时，可以利用此引脚来输入21V的烧录高压（Vpp）

19、。（7）ALE/PROG：ALE是英文"Address Latch Enable"的缩写，表示地址锁存器启用信号。AT89S52可以利用这支引脚来触发外部的8位锁存器（如74LS373），将端口0的地址总线（A0A7）锁进锁存器中，因为AT89S52是以多工的方式送出地址及数据。平时在程序执行时ALE引脚的输出频率约是系统工作频率的1/6，因此可以用来驱动其他周边晶片的时基输入。此外在烧录 图3-1 AT89S52引脚图8751程序代码时，此引脚会被当成程序规划的特殊功能来使用。（8）PSEN：此为"Program Store Enable"的缩写，其意

20、为程序储存启用，当8051被设成为读取外部程序代码工作模式时（EA=0），会送出此信号以便取得程序代码，通常这支脚是接到EPROM的OE脚。AT89S52可以利用PSEN及RD引脚分别启用存在外部的RAM与EPROM，使得数据存储器与程序存储器可以合并在一起而共用64K的定址范围。（9）PORT0（P0.0P0.7）：端口0是一个8位宽的开路汲极（Open Drain）双向输出入端口，共有8个位，P0.0表示位0，P0.1表示位1，依此类推。其他三个I/O端口（P1、P2、P3）则不具有此电路组态，而是内部有一提升电路，P0在当做I/O用时可以推动8个LS的TTL负载。如果当EA引脚为低电平时

21、（即取用外部程序代码或数据存储器），P0就以多工方式提供地址总线（A0A7）及数据总线（D0D7）。设计者必须外加一锁存器将端口0送出的地址栓锁住成为A0A7，再配合端口2所送出的A8A15合成一完整的16位地址总线，而定址到64K的外部存储器空间。（10）PORT2（P2.0P2.7）：端口2是具有内部提升电路的双向I/O端口，每一个引脚可以推动4个LS的TTL负载，若将端口2的输出设为高电平时，此端口便能当成输入端口来使用。P2除了当做一般I/O端口使用外，若是在AT89S52扩充外接程序存储器或数据存储器时，也提供地址总线的高字节A8A15，这个时候P2便不能当做I/O来使用了。（11）

22、PORT1（P1.0P1.7）：端口1也是具有内部提升电路的双向I/O端口，其输出缓冲器可以推动4个LS TTL负载，同样地若将端口1的输出设为高电平，便是由此端口来输入数据。如果是使用8052或是8032的话，P1.0又当做定时器2的外部脉冲输入脚，而P1.1可以有T2EX功能，可以做外部中断输入的触发脚位。（12）PORT3（P3.0P3.7）：端口3也具有内部提升电路的双向I/O端口，其输出缓冲器可以推动4个TTL负载，同时还多工具有其他的额外特殊功能，包括串行通信、外部中断控制、计时计数控制及外部数据存储器内容的读取或写入控制等功能。其引脚分配如下：P3.0：RXD，串行通信输入。P3

23、.1：TXD，串行通信输出。P3.2：INT0，外部中断0输入。P3.3：INT1，外部中断1输入。P3.4：T0，计时计数器0输入。P3.5：T1，计时计数器1输入。P3.6：WR：外部数据存储器的写入信号。P3.7：RD，外部数据存储器的读取信号。AT89S52单片机的内部功能模块如下图3-2，为实现其基本功能，内部必需要有配置输入输出（I/O口）、储存器（RAM或ROM）、运算和控制单元（CPU）等相应的功能电路。图3-2 AT89S52内部结构3.2 单片机最小系统电路介绍 单片机最小系统主要由复位电路，晶振电路，电源等几部分组成。复位电路是为了把电路初始化到一个确定的状态，把一个例如

24、状态机初始化到空状态；震荡电路是为系统提供基本的时钟信号；电源则是为系统供电。复位电路：由电容串联电阻构成，由图2-1并结合“电容电压不能突变”的性质，可以知道，当系统一上电，RST脚将会出现高电平，并且这个高电平持续的时间由电路的RC值决定，所以适合组合RC的取值就可以保证可靠的复位。一般C取10uF，R取10K。单片机最小系统复位电路的极性电容的大小直接影响单片机的复位时间，相应的值越大，复位时间越短。晶振电路：典型的晶振取11.0592MHz或者12MHz，单片机最小系统晶振的振荡频率直接影响单片机的处理速度，频率越大处理速度越快。图3-3 单片机最小系统3.3 LCD1602显示电路图

25、3-4 1602显示电路液晶显示器简称是利用液晶经过处理后能够改变光线传输方向的特性，达到显示字符或者图形的目的。其特点是体积小、重量轻、功耗极低、显示内容丰富等特点，在单片机应用系统中有着日益广泛的应用。1602芯片：主要用于显示时间和定时时间。1602芯片由点阵字符液晶显示器件和专用的行、列驱动器、控制及必要的链接件、结构件组装而成，可以显示数字和西文字符，但不能显示图形，已经可以满足本次设计的需要。1602型LCD可以显示2行16个字符，有8位数据总线D0D7和RS，R/W，EN三个控制端口，工作电压为5V，并且具有字符对比度调节和背光功能。4 软件设计部分软程序主要分为两个部分，即液晶

26、显示部分和控制按键部分。由于本设计采用的是用按键分别控制，可以在主函数中调用一个键盘扫描的函数，当相应的不同按键按下后通过控制单片机P2的输出，从而控制液晶的显示。源程序见附录三所示：4.1 软件编程思路在确定了时钟要实现的功能后按照上述各按键所实现的效果编写程序。本程序包含液晶写指令函数（write-com()）、写数据函数(write-data()、初始化函数（init()）、写入时分秒函数（write-sfm()）和键盘扫描函数这些程序围绕主函数相互调用。4.2 电路的仿真4.2.1Proteus仿真原理图图4-1 仿真原理图4.2.2Proteus仿真结果图4-2 仿真结果图4.3 电

27、路调试4.3.1硬件调试将安装好的电路板按要求接入5V电源，指示灯亮，说明电源连接成功；拨动开关后，两个指示灯都亮，电路板已进入正常供电模块，液晶也已点亮，调节控制LCD1602的电位器，使液晶显示屏第一行出现16个小黑方块，则电位器调已合适，硬件调试结束。4.3.2软件调试先定义管脚，写void w_com(uchar com);（写指令）和void w_data(uchar date);（写数据）函数，初始化函数，中断函数，主函数等，液晶显示年月日、星期、时分秒，然后写按键扫描函数，实现时间校对功能。5 结论本次设计主要采用了AT89S52单片机和LCD1602显示频等元器件，实现本次设计

28、的方法不唯一，但相较而言，本方案所用的元器件较少，提高了设计电路的易操作性，并且实验的调节方法也很简单，做到了节约、简便、迅速、易行的基本要求。通过C语言将程序写入芯片内部后，是芯片按照设定进行运行。课程设计主要目的还是培养我们综合运用所学的知识，将理论与实践相结合，初步认识单片机芯片与电路，研究它的线路组成和工作方式、工作原理。电路设计是一个很灵活的东西，它反映你解决问题的逻辑思维和创新能力。本次课程设计，我能运用已学知识解决设计过程中碰到的问题，使自己的动手能力和思考问题的能力得到很大的提高本次实验提高了我的课程设计基本技能，使我学会了如何设计电路，熟练了电路焊接方法以及掌握硬件调试方法与

29、软件调试方法，同时还提高了我的动手能力和测试技术能力。从开始进行设计到完成实现数字时钟功能，我找了很多资料，并应用了Altium designer，Proteus软件进行画图、仿真，并通过调试以完成设计要求的功能。 谢 辞感谢学校、学院给我们提供这样的实践动手机会，并通过课程设计使我们能够有机会将书本上学到的知识运用到的实际中去。在电路设计和硬件调试的过程中，本人通过复习课本和上网查阅多种资料，尤其是着重对单片机的学习，了解其原理、性能及各引脚的作用，此外本次设计中的复位电路，晶振电路及LCD1602显示部分也有了更深刻的认识，也对模拟电路和数字电路的基础知识又有了许多新的了解，从而对设计方法

30、与性能参数的测试有所了解与掌握。在这次课程设过程中蒋俊正老师给了我很多的指导和帮助，并监督我及时完成了本次课程设计，在此对蒋俊正老师和所有给予我帮助的同学表示感谢。谢谢！参考文献1 王卫东 李旭琼. 模拟电子技术基础（第2版）. 北京：电子工业出版社，20102 周茜.电路分析基础M.北京:电子工业出版社,2010.3 谭浩强.C语言程序设计M.北京:清华大学出版社,2008.4 华成英. 模拟电子技术基础（第4版）. 北京：高等教育出版社，20065 康华光. 电子技术基础-模拟部分（第4版）.北京：高等教育出版社，2006附 录附录一：原理图附录二：PCB图附录三：程序代码#include

31、<reg52.h> #define uchar unsigned char #define uint unsigned int sbit rs=P20;sbit rw=P21; sbit lcden=P22; sbit s1=P14; sbit s2=P16; sbit s3=P17;sbit beep=P36; uint count,s1num; uchar shi,fen,miao,zhou,ri,yue,nian; uchar code table=" 2013-11-26 2 " uchar code table1=" 23:59:55 &qu

32、ot; void delay(uint z); /延时1msvoid di();/void w_com(uchar com); /写指令void w_data(uchar date); /写数据void init(); /1602初始化void w_sfm(uchar add,uchar date);/时分秒显示函数void w_zhou(uchar add,uchar date);/周显示函数void w_ryn(uchar add,uchar date); /日月年显示函数void keyscan();/按键扫描程序/-主程序-/-主程序-void main() init(); TMOD=

33、0x01; /使用定时器T0的模式1TH0=(65536-46083)/256; /定时器T0的高8位设置初值TL0=(65536-46083)%256; /定时器T0的低8位设置初值EA=1; /开总中断ET0=1; /定时器T0中断允许TR0=1; /启动定时器T0 while(1) keyscan(); if(count=20) count=0; miao+; if(miao=60) miao=0; fen+; if(fen=60) fen=0; di(); shi+; if(shi=24) shi=0; zhou+; ri+; if(zhou=8) zhou=1; w_zhou(14,

34、zhou); if(yue=1|yue=3|yue=5|yue=7|yue=8|yue=10|yue=12) if(ri=32) ri=1; yue+; if(yue=13) yue=1; nian+; if(nian=100) nian=1; w_ryn(4,nian); w_ryn(7,yue); w_ryn(10,ri); if(yue=4|yue=6|yue=9|yue=11) if(ri=31) ri=1; yue+; if(yue=13) yue=1; nian+; if(nian=100) nian=1; w_ryn(4,nian); w_ryn(7,yue); w_ryn(10

35、,ri); w_sfm(4,shi); w_sfm(7,fen); w_sfm(10,miao); /-子程序-/-子程序-void delay(uint z) uint x,y; for(x=0;x<z;x+) for(y=0;y<110;y+); void di() beep=0; delay(50); beep=1; delay(50); void w_com(uchar com) rs=0; rw=0; lcden=0; P0=com; delay(5); lcden=1;/给高脉冲 delay(5); lcden=0; void w_data(uchar date) rs

36、=1; rw=0; lcden=0; P0=date; delay(5); lcden=1; delay(5); lcden=0; void init() uchar num; lcden=0;/初始化使能为0 fen=59; miao=55; shi=23; zhou=2; ri=26; yue=11; nian=1013; w_com(0x38);/写入显示模式指令码 w_com(0x0c);/写入显示开/关及光标指令码 w_com(0x06);/当写一个字符后，地址指针加一，光标加一，不动光标不闪烁 w_com(0x01); /清零 w_com(0x80);/代表第一行第一位 for(n

37、um=0;num<15;num+) w_data(tablenum); delay(5); w_com(0x80+0x40);/代表第二行第一位 for(num=0;num<12;num+) w_data(table1num); delay(5); TMOD=0x01; TH0=0x3c; TL0=0xb0; EA=1; ET0=1; TR0=1; /* 初始化函数 */ void w_sfm(uchar add,uchar date)/时分秒 uchar shi,ge; shi=date/10; ge=date%10; w_com(0x80+0x40+add);/写第二行add个

38、地址 w_data(0x30+shi); w_data(0x30+ge); void w_zhou(uchar add,uchar date)/周 uchar z; z=date; w_com(0x80+add); /写第一行add个地址 w_data(0x30+z); void w_ryn(uchar add,uchar date)/日 uchar shi,ge; shi=date/10; ge=date%10; w_com(0x80+add); w_data(0x30+shi); w_data(0x30+ge); void keyscan() if(s1=0)/闪烁位置 delay(15); if(s1=0) while(!s1); s1nu