07电科电子档佘2稿

1、目 录目 录I摘要. IIAbstrac. III第一章引言1第二章整体设计方案22.1单片机的选择22.2电子钟的整体电路设计5第三章电子钟的硬件设计63.1最小系统电路63.2LED 显示电路83.3复位电路 .103.4校时电路 .12第四章电子钟的设计 .134.1主函数流程 .134.2定时器 1 中断流程.144.3定时器 0 中断.154.4Display 函数 .16第五章系统调试 .175.1所用工具介绍 .175.2调试结果 .17参考文献 .18附录 .19致谢 .27基于单片机的数字电子钟摘要本设计通过使用 ATMEL 公司的 AT89C51 系列单片机作为控件实现时间

2、显示，整点报时，以及时间校对功能。在本设计钟 AT89C51 的P1 作为控制端口接开关，P0，P2，P3 均为输出端口，接显示器。时间显示器是六个共阳极七段数码管组成，用于显示时、分、秒。由于单片机本身的驱动能力不强，所以在数码管片选端接三极管和上拉电阻加以驱动，此显示器并非由单片机 C 语言直接控制而是通过 74LS47 译 把 C 语言译成 BCD 码实现对每个管每段的控制，使结构简单精确。时间校队功能是由三个开关组成，SW4 确认校队，SW3 选位，SW2 选数值。初始状态开关均开启，SW4 的闭合开启代表开始校队，当再次闭合开启时表示完成校队。SW3 的一次闭合开启代表一此片选，SW

3、2 的一次闭合开启代表一个进位，当数值到 9 时再闭合开启就会回到 0。依次类推。通过闭合与开启的切换可校队到预设的时间。其它细小电路的连接将在下述中详细介绍。：电子钟；T89C51；74LS47Based On SCM Digital Electric ClockAbstracThis design by using ATMEL company AT89C51 series microcontroller as the corecontrol achieve time to show, time, and time viewers proofreading function.he desig

4、n ofP1 as control clock AT89C51 P0, pick up switch, port, P3 are P2 pick up output port, display.Time displays are six altogether anode comed, seven segment digital tube used to display,minutes and seconds. Due to the microcontroller itself driving capability is not strong, so in digital segment cho

5、ose termination transistor and pull-up resistors to drive, the display is not directly controlled by microcontroller C language but by the C language 74LS47 decoderBCD to achieve each translated each segment of control, tube structure simple and accurate.maain a seconds, tip the hour se. Time is the

6、 school team comed of three switchfunction of the school team, K1 confirmation, K2 selected bits, ultrachrome K3 choose numerical. Initial se of all open, K1 switch closed open represenives to begin school teams, when completed when closed open again said school team. K2s a closed openrepresents one

7、 this optional, ultrachrome K3 a closed open represents a rounded, whennumerical to 9 closed again when opening will return to 0.urn on. Through the closed andopened the school team switch can to preset time. Other small circuit connection willhefollowing prroduced in detail.Keywords： Electric clock

8、,T89C51, 74LS47第一章引言数字钟是用数字集成电路的、由数码显示的一种现代计时器，与传统机械表相比，它具有走时准确、显示直观、无机械传动装置等特点，因而广泛用于车站、码头、机场和商店等公共场所。在控制系统中，数字钟也常用来作定时控制的时钟源1。本设计的数字钟基于单片机设计的，AT89C51 是ATMEL 公司生产的一种低功耗、低电压、高性能的 8 为单片机，片内带有一个 4K 字节的Flash 可编程、可擦除只读器(EPROM),它采用了 COMS 工艺和 ATMEL 公司的高密度非易失器（NVRAM）技术，而且其引脚和指令系统都与MCS-51 兼容。片内的Flash系统内编程或用

9、常规的非易失性器编程器来编程2。AT89C51 以其多重的功效，强大的实用性等优点成为单片机设计的首选。器允的价格，本设计是基于 AT89C51 完成的一个单片机多功能定时系统，它可以避免多种控制，利用一个控制器对多路电器进行控制，同时又可以进行时钟校准和整点报时。器的它可以任意设置时间。这种具有人们所需要的智能化特性的产品减轻了人的劳动，扩大了数字化得范围，为家庭数字化提供了可能。本文的单片机多功能定时器的是目前应用极为广泛的 51 系列单片机，配置了设备，了一个可编程的计时定时系统，具有体积小，可靠性高，功能强等特点。不仅能满足所需要求，而且还有很多功能可供开发，有着广泛的应用领域。第二章

10、整体设计方案2.1单片机的选择目前在单片机系统中，应用比较广泛的微处理器主要为 8XC5X 系列单片机 。该系列单片机均采用标准 MCS-51 内核。MCS-51 单片机是在一块中集成了 CPU、RAM、ROM、定时器/计数器和多功能的I/O 口等一台计算机所需要的基本功能。例如 89C51 是一种带 4K 字节闪烁可编程可擦除只读器（FPEROMFalshProgrammable and Erasable Read Only Memory）的低电压、高性能 CMOS8 位微处理器，可擦除只读器可以反复擦除 1000 次。该器件采用ATMEL 高密度非易失器制造技术制造，与工业标准的 MCS-

11、51 指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能 8 位 CPU中， 有 32 根 I/O 线，外部存贮器寻址范围 ROM、和闪烁器组合在单个RAM64K，2 个 16 位的定时器/计数器，5 个中断源，两个中断优先级，全双工串行设计，应用 AT89C51 完全可以实口，处理器。完成时钟设计，和环境温度现3。下面来简单介绍 AT89C51 的基本情况：AT89C51 是用静态逻辑来设计的，其工作频率可下降到 0Hz，并提供两种可用来选择的省电方式空闲方式（Idle Mode）和掉电方式（er Down Mode）。在空闲方式中，CPU 停止工作，而 RAM、定时器/计数器、串行口和中断系统都继续工作

12、。在掉电方式中，片内振荡器停止工作，由于时钟被“冻结”，使一切功能都暂停，只保存片内 RAM 中的内容，直到下一次硬件复位为止。管脚说明如图 2.1 所示：VCC：供电电压。 GND：接地。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。当 P1口的管脚第一次写 1 时，被定义为输入。地址的第八位。在 FIASH 编程时，P0，当 FIASH 进行校验时，P0 输出原码，此时 P0 外部必须被拉高。口作为原码输P1 口：P1 口是一个提供上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P1 口缓冲器能接收输出 4TTL 门电流。P1 口管脚写入 1 后，被部下拉为低

13、电平时，将输出电流，这是由于上拉为高，可用作输入，P1 口被外上拉的缘故。在 FLASH 编程和校验时，P1 口作为第八位地址接收。P2 口：P2 口为一个上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P2 口缓冲器可接收，输出 4 个 TTL 门电流，当 P2 口被写“1”时，其管脚被上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2 口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于上拉的缘故。P2 口当用于外部程序器进行存取时，P2器或 16 位地址外部数据口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用上拉优势，当对外部八位器进行读写时，P2 口输出其特殊功能寄存器的内容。P2 口在 FLASH地址数据编程和

14、校验时接收高八位地址信号和控制信号。P3 口：P3 口管脚是 8 个带上拉电阻的双向 I/O 口，可接收输出 4 个 TTL门电流。当 P3 口写入“1”后，它们被上拉为，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3 口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。P3 口也可作为 AT89C51 的一些特殊功能口4，如下表所示：口管脚 备选功能P3.0 P3.1 P3.2 P3.3 P3.4 P3.5 P3.6P3.7RXD（串行输）TXD（串行输出口）/0（外部中断 0）/1（外部中断 1）T0（记时器 0 外部输入）T1（记时器 1 外部输入）/WR（外部数据/RD（外部数据器写选通）器读

15、选通）P3 口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持 RST 脚两个机器周期的时间。ALE/PROG：当外部器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在 FLASH 编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE 端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的 1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据器时，将跳过一个 ALE 脉冲。如想ALE 的输出可在 SFR8EH 地址上置 0。此时， ALE 只有在执行 MOVX，MOVC 指令是 ALE 才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果

16、微处理器在外部执行状态 ALE，置位无效。PSEN 非：外部程序器的选通信号。在由外部程序器取指期间，每个机器周期两次 PSEN 非有效。但在信号将不出现。外部数据器时，这两次有效的 PSEN 非EA 非/VPP：当 EA 非保持低电平时，则在此期间外部程序器（0000H-FH），不管是否有1 时，EA 非将内器。在 FLASH 编程序器。注意部锁定为 RESET；当 EA 非端保持时，此间程序程期间，此引脚也用于施加 12V 编程电源（VPP）。XTAL1：反向振荡放大器的输入及XTAL2：来自反向振荡器的输出5。时钟工作电路的输入。图 2.1 89C51 引脚图2.2电子钟的整体电路设计本

17、系统主要设计是：整个系统用单片机作为控制器，由最小系统，LCD 显示电路，电源电路，复位电路组成。如图 2.2 所示。图 2.2 电子钟硬件电路图第三章电子钟的硬件设计3.1最小系统电路正常运行，必须具备一定的硬件条件，其中最主要的就是三个基本条件：电源正常、时钟正常、复位正常6。AT89C51 的引脚，在单片机的 40 个引脚中，电源引脚 2 根，晶振引脚 2根，控制引脚 4 根，可编程输入输出引脚 32 根。如图 3.1 所示：图 3.1 单片机的最小系统电路图工作电源：电源是单片机工作的动力源泉，对应的接线方法为；40 脚（vcc）电源引脚，工作时接+5 电源，20 脚（GND）为接地线

18、。时钟电路：时钟电路为单片机产生时序脉冲，单片机所有运算与控制过程都是在统一的时序脉冲的驱动下进行的，时钟电路就好比人的心脏一样重要。当采用时钟时，连接方法如上图所示，在晶振引脚XTAL1（19 脚）和XTAL2（18 脚）引脚之间接入一个晶振，两个引脚对地分别再接入一个电容即可产生所需的时钟信号，电容的容量一般在几十皮法，eg:20 PF。复位电路：在复位引脚（9 脚）持续出现 24 个振荡器脉冲周期（即 2 个机器周期）的高电平信号将使单片机复位。如上图所示电容 C 和电阻 R了单片机上电自动复位电路。复位后，单片机从 0000H 单元开始执行程序，并初始化一些值，受影响的寄存器如表 3.

19、2 所示7：寄存器为复位状态表 3.2复位寄存器状态表寄存器状态寄存器状态PC000HTC0N00HACC00HTL000HPSW00HTH000HSP07HTL100HDPTR0000HTH100HP0- P3FFHSCON00HIP00000HSBUF不确定IE0XX00000HPCON00000HTMOD00HEA/VP（31 脚）为内外程序程序器取指令；当EA 接器选择控制引脚，当 EA 为低电位时单片机从外部时单片机从程序器取指令。AT89C51 单片机有 4KB 可反复擦写 1000 次以上的程序器，因此要把EA 接+5V，让单片机运行的程序，这样就可以通过反复烧写来验证程序了。这

20、就是 AT89C51 单片机最小化系统的连接，只要把编写好的程序烧写到单片机内部，并接上 5V 电源就可以正常运行了，在 17 脚接上的发光二极管可以用来验证系统是否正常。3.2LED 显示电路本设计的显示部分是用了 7SEG-MPX6-CA 七段六位共阳级数码管完成的，它的引脚部分由两部分组成。AG 为段码控制数码管其显示为 0-b,1-g,2-a,3-f,4-c,5-e,6- h,7-d。16 为位码也就是片选，若要实现动态显示则要轮流通低电平。段码部分：一般不直接控制这七段不同组合的发亮来显示数字，而是通过一个译码器 74LS47 来对数字进行编码。为了防止二极管电流过大而损坏，通常在二

21、极管支路中串联一个限流电阻8。74LS47BCD 译，其功能是在输出端产生一个按时序递增的二进制数，通的编码就能在LED 上看到十进制数了。其真值表如表 3.3 所示9：表 3.3 七段数码管真值表过译显示DCBAabcdefg000001111110100010110000200101101100111008100011111111多数微处理器由于端口驱动能力有限，LED 显示时需要驱动电路驱动。本设计是用拉电流驱动 LED，当 I/O 口输出时 LED 亮，否则不亮，上拉电阻暂时定为10R10。位码部分：数码管的位码部分与P2 口相接，P2 接下拉电阻输出，但单片机的 I O 口驱动能力有

22、限故接三极管和上拉电阻驱动 LED，上拉电阻的大小可以决定 LE D 显示的效果，本设计当小于 150R 时 LED 不能显示动态数字钟功能，故定为 150R。显示部分电路如图 3.4 所示：图 3.4 LED 显示电路3.3复位电路复位是单片机的初始化操作，以便使 CPU 和系统中其他都处于一个确定的初始化状态，并从这个状态开始工作。而且，当单片机系统在运行出错或者操作错误使得系统处于锁死状态时，也可以按复位键重启系统11。单片机复位后，PC 初始化为 0000H，即是使单片机从 0000H 单元开始执行程序。单片机复位后，除PC 外，还对片内的特殊功能寄存器有影响，它们复位状态如表 3.5

23、所示：表 3.5单片机复位状态表寄存器复位状态寄存器复位状态PC0000HTCON00HACC00HTH000HPSW00HTL000HSP07HTH100HDPTR0000HTL100HP1、P3FFHSCON00HIPXX000000BSBUF不定IE0XX00000BPCON0XB(NMOS)TMOD00H00000B(OS)（单片机复位后不影响RAM 的状态）AT89C51 复位信号的的输入端是 RST 引脚，有效，可持续 24 个时钟周期（2 个机器周期）以上。RST 端的外部复位电路有两种操作方式：上电自动复位；按键手动复位。上电自动复位是利用电容储电来实现的。上电瞬间，RC 电路

24、充电，RST 端出现正脉冲，随着充电电流的减少，RST 的电位逐渐下降。按键手动复位有电平方式和脉冲方式两种。按键电平复位是相当于 RST 端通过电阻接；按键脉冲复位，利用 RC 微分电路产生正脉冲；本设计是采用的是按键电平复位，复位按键为 SW1。如图 3.6 所示12：图 3.6 按键电平复位电路3.4整点报时电路本设计的整点报时功能是通过发挥 AT89C51 对蜂鸣器的控制功能来实现的。蜂鸣器接在 P1.7 脚上，该脚接以上拉电阻，并由一个三极管作放大，当准点到达时 P3.3给出使三极管导通，蜂鸣器通电后就发出有节奏的提示音，未到达准点时，P3.3给出低电平，蜂鸣器不发音13。如图 3.

25、7 所示13：图 3.7 整点报时电路3.5校时电路校时电路由三个开关组成，SW4 为确认校队，SW3 选位，SW2 为数字选值。初始状态开关均开启，SW4 的闭合开启代表开始校队，当再次闭合开启时表示完成校队。SW3 的一次闭合开启代表一此片选，SW2 的一次闭合开启代表一个进位，当数值到 9时再闭合开启就会回到 0。通过调节开关的开合则可以校队时间。电路如图示：图 3.8 时间校队电路第四章电子钟的设计4.1主函数流程如图 4.1 所示主函数Set键按下设置调时Set标志YNShift键按下且Set标志有效NWhile循环Y选择数码位右移有键按下Up键按下且Set标志Y有效YN选择位加1有

26、键按下Y图 4.1 主函数流程图读P1口输入延时去抖动NN读P1口输入初始化定时器和显示4.2定时器 1 中断流程如图 4.2 所示定时器1中N分60YN计数值YYSet标志有NN时24YN秒60Y中断图 4.2定时器 1 中断流程图秒清0分加10秒加1分清0时加1计数值加14.3定时器 0 中断如图 4.3 所示定时器0中N计数值Y计数值为10的NY中断返回图 4.3 定时器 0 中断流程图调用函数Display（）显示数据显示数据传送至显示缓冲调时选择位异或求反计数值清0计数值加14.4Display 函数如图 4.4 所示YDisplay函数输出时十位BCD数据当前位是左一NY输出时个位

27、BCD数据当前位是左二NY输出分十位BCD数据当前位是左三NY输出分个位BCD数据当前位是左四NY当前位是左五输出秒十位BCD数据NY输出秒个位BCD数据当前位是左六返回图 4.4 Display 函数流程程序框图当前位右移位第五章系统调试5.1所用工具介绍本设计用到了仿真proteus 和keil，proteus 做电路原理图，keil 编译c 语言生成到原理图的单片机中变可仿真出结果。clock.hex 文件，在将此文件Proteus 是英国labcenter 公司系统仿真开发。Proteus 的电路原理图设计系统的仿真实验功能，电路不仅能做电路基础实验、模拟电路实验与数字电路实验，而且能

28、做单片机与接口实验。为毕业设计提供综合系统仿真14。Keil 是keil software 公司的 51 系列兼容单片机 c 语言开发系统，与汇编相比，c语言在功能上、结构性、可读性、可性上有明显的优势，因而易学易用15。5.2调试结果系统仿真结果如图 5.1 所示：图 5.1 系统仿真结果图参考文献123. 实验电子技术M.：国防工业，2001.351. 基于 AT89C51 的温度控制系统设计J. 微计算机信息，2010.26(12):8788.，张美金. 单片机原理与接术M.：邮电大学：高等教育，1998.130.，2007.6.，2004.1417.4张为民5. MCS-51 系列单片

29、机系统及其应用M.,英. 模拟电子技术基础M.：高等教育67891011.MCS-51 系列单片机使用接术M.航空航天大学，1993.82，姚志成. 单片机系统实用技术M.，2003.154.：人民邮电，2009.8081.，2005.214215. 数字电子技术基础M.电子设计从零开始M.：电子科技大学.：交通大学. 单片微型计算机的运用开发技术M.：人民邮电, 2001.101.，1998.152. 实用电子电路大全M.：电子工业12刘南平. 现代电子设计与制作技术M.，2003.155学院学报，2010，9(2):1722.，1998.152.：电子工业131415大学.基于单片机的数字

30、电子钟及其实现J. 常州信息. 单片机运用技术M.：航空大学，等. 基于 51 系列单片机的LED 显示屏开发技术M.：航空航天，2009.62附录：/多功能数字电子钟程序/包含文件#include /包含标准 51 头文件/宏定义#define LEDOut P0 #define LEDSeg P2/定义 LED 数码管 BCD 码输出端口，BCD 码由 P0.0-P0.3 输出/定义 LED数码管位段选择输出端口，位段从左至右分别对应P2.7-P2.2，低电平对应段点亮 #define Key P1sbit KeySet=P10; sbit KeyShift=P11; sbit KeyUp

31、=P12; struct Timeunsigned char Hour; unsigned char Minute; unsigned char Second;/函数void INIT_TMR(void); void Display(void);void SendDispBuff(void); void KeyDelay(unsignedvoid InitDisp(void);n);/全局变量定义struct Time NowTime=12,0,0; /定义时间类型数据 unsigned char DispBuff6;/定义显示输出缓冲区unsignedunsignedTimer1Counte

32、r=0;/定义定时中断计数变量Timer0Counter=0;/定义定时中断计数变量bit KeySetFlag=0;unsigned char SelectSeg=0 x80; unsigned char OutSelectSeg=0 x00;/定时器 0 和 1 初始化函数/定时器 0 和 1 选择自动 8 位定时方式，计数值 256/定时时间间隔：11059200Hz/(12*256)=3600Hz/void INIT_TMR(void)TMOD=0 x22;/设定定时器工作方式字，定时器 0 和 1，8 位自动重装TH1=0; TL1=0; TH0=0; TL0=0; PT1=1; E

33、T1=1; ET0=1; EA=1; TR1=1;TR0=1;/装载计数值 256 到定时器 1/装载计数值 256 到定时器 0/为保障定时精度，设定定时器 1 高优先级中断/开定时器 1 中断/开定时器 0 中断/开总中断/启动定时器 1/启动定时器 0/数码显示初始化函数/void InitDisp(void) LEDOut=0 x0;LEDSeg=0 xff;/定时器 1 中断函数，中断频率 3600Hz，用于计时/void TMR1_SRV(void)errupt 3/定时中断计数Timer1Counter+;if (Timer1Counter=3600) Timer1Counter

34、=0;if (!KeySetFlag)NowTime.Second+;/定时中断计数值到达 3600/清除定时中断计数值/设置时间时暂停计时/秒计数值加 1if (NowTime.Second=60) NowTime.Minute+; NowTime.Second=0;if (NowTime.Minute=60) NowTime.Hour+; NowTime.Minute=0;if (NowTime.Hour=24) NowTime.Hour=0;/每 60 秒，分加一/每 60 分，时加一/24 小时后，自动回 0/定时器 0 中断函数，中断频率 3600Hz，用于动态显示/void TMR

35、0_SRV(void)errupt 1Timer0Counter+;if (Timer0Counter=450) Timer0Counter=0; OutSelectSeg=SelectSeg; SendDispBuff();if (Timer0Counter%10=0) Display();60Hz/以 4Hz 平率将调整时间选择为闪烁显示/以 8Hz 平率将当前时间送显示缓冲区显示/每隔 2.777ms 输出一位时间数值，动态刷新频率/动态显示函数，每次调用按从左到右的顺序，显示一位时间/6 位全部显示完，又从左开始/void Display(void)sic unsigned char

36、CurrentSeg=0 x80; LEDSeg=0 xff; /显示消隐/初始当前显示位，左边第一位if (CurrentSeg=0 x80) LEDOut=DispBuff0; /，显示时十位，输出对应 BCD 码else if (CurrentSeg=0 x40) LEDOut=DispBuff1; /，显示时个位，输出对应 BCD码else if (CurrentSeg=0 x20) LEDOut=DispBuff2; /，显示分十位，输出对应 BCD码else if (CurrentSeg=0 x10) LEDOut=DispBuff3; /，显示分个位，输出对应 BCD码else

37、if (CurrentSeg=0 x08) LEDOut=DispBuff4; /，显示秒十位，输出对应 BCD码else if (CurrentSeg=0 x04) LEDOut=DispBuff5; /，显示秒个位，输出对应 BCD码if (KeySetFlag & SelectSeg=CurrentSeg) LEDSeg=OutSelectSeg;的选择位闪烁显示/ 调整时间过else LEDSeg=CurrentSeg; /输出当前数码位段CurrentSeg=1;/LED 位段if (CurrentSeg=0 x02) CurrentSeg=0 x80; /超过最右边，又重新回到/将

38、时间数据按时、分、秒顺序送到显示缓冲区/void SendDispBuff(void)DispBuff0=(unsigned char)(NowTime.Hour/10); DispBuff1=(unsigned char)(NowTime.Hour%10);DispBuff2=(unsigned char)(NowTime.Minute/10);/时十位/时个位/分十位DispBuff3=(unsigned char)(NowTime.Minute%10);DispBuff4=(unsigned char)(NowTime.Second/10); DispBuff5=(unsigned char)(NowTime.Second%10);/分个位/秒十位/秒个位/延时子程序void KeyD