毕业论文-LED显示电子钟

重庆邮电大学移通学院毕业设计(论文)任务书设计(论文)题目单片机时钟显示学生姓名系别电子信息工程系专业通信工程班级01110708指导教师王军职称高工联系电话指导教师所在单位重庆邮电大学移通学院主要研究内容、方法和要求主要研究内容：利用单片机与外围电路实现四位（时分）时钟显示要求：利用protel实现原理图和PCB设计给出元器件汇总表画出软件流程图给出编译通过的原代码（包括注释）进度计划4月16日到4月20日画出原理图和PCB设计4月21日到4月23日给出元器件汇总表4月24日到4月26日画出软件流程图4月27日到5月1日给出初稿主要参考文献[1]张迎新单片微型计算机原理、应用接口技术.北京：国防工业出版社，2004.1[2]何利民单片机高级教程.北京：航空航天大学出版社，2000.8[3]谢维成单片机原理与应用与51程序设计.北京：清华大学出版社，2006.8指导教师签字：年月日教研室主任签字：年月日备注：此任务书于第一学期第十六周前各系发放给指导教师，指导教师填写完整后于下学期第一周内交回各系，由各系进行统计并组织学生于第二周进行选题，确定选题后，交至辅导员于第三周发放给学生。毕业设计于第四周开始进行。摘要随着半导体技术的飞速发展，以与移动通信、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。来自Altium公司的Protel软件很好地诠释了利用现代EDA工具方便快捷开发单片机系统的优势。它包括设计流程、集成化PCB设计、可编程器件（如FPGA）设计和基于处理器设计的嵌入式软件开发功能，在PC机上就能实现原理图电路设计、电路分析与仿真、单片机代码级调试与仿真、系统测试与功能验证以与形成PCB文件的完整嵌入式系统设计与研发过程。单片机在多功能数字钟中的应用已是非常普遍的，人们对数字钟的功能与工作顺序都非常熟悉。但是却很少知道它的内部结构以与工作原理。由单片机作为数字钟的核心控制器，可以通过它实现计时功能，将其时间数据经单片机输出，利用显示器显示出来。通过键盘可以进行校时、定时等功能。输出设备显示器可以用液晶显示技术和数码管显示技术。本设计利用单片机实现具有计时、校时等功能的数字时钟，是以单片机AT89C51为核心元件同时采用LED动态显示“时”，“分”，“秒”的现代计时装置。与传统机械表相比，它具有走时精确,显示直观等特点。同时本文还对两种不同的单片机时钟显示方案进行了比较，通过比较，LED方案在实现难易程度、体积、节能、成本等方面明显优于LCD方案；因此，LED方案可用于大规模批量化生产当中。关键词：数字电子钟；单片机；AT89C51；LED；LCD；

AbstractWiththerapiddevelopmentofsemiconductortechnology,andmobilecommunication,networktechnology,multimediatechnologyintheapplicationoftheembeddedsystemdesign,fromfour,eightmicrocontrollerbits,16to32bit,itsdevelopmentprocesshasbeenreceivedbytheelectronicloversenormousattention.Single-chipfunctionmoreandmorepowerful,theadvantageoffallingpriceshaveundoubtedlybecomeembeddedsystemdesign,andmicrocomputerapplicationfieldspreferredtheexpandingalsomakesmorepeopletojointheranksofdevelopmentbasedonsingle-chipmicrocomputersystem,pushthemicrocontrollertechnologyinnovationadvances.However,thetraditionalsingle-chipmicrocomputersystemdevelopmentinadditiontoneedtopurchasesuchassimulators,programmer,oscilloscopeetcexpensiveelectronicequipmentoutside,thedevelopmentprocessismorecomplicated.ThecompanyfromAltiumProtelsoftwareisverygoodtointerpretthemodernEDAtoolsusingSCMsystem,convenientdevelopmentofadvantage.Itincludesthedesignprocess,integrationPCBdesign,programmabledevices(suchastheFPGA)designandprocessorbaseddesignofembeddedsoftwaredevelopmentfunction,inthePCcanachieveprinciplediagramcircuitdesign,circuitanalysisandsimulation,asinglechipmicrocomputercodeleveladjustmentandsimulation,systemtestandfunctionofverifiedandformingPCBfileembeddedsystemsdesignandr&dcompleteprocess.Microcomputerintheapplicationofmulti-functiondigitalclockalreadyisverycommon,peopleonadigitalclockfunctionandworkingorderareveryfamiliar.Butfewknowitsinternalstructureandworkingprinciple.Bysinglechipmicrocomputerasadigitalclockcorecontrollercanachievetimingfunction,throughwhichthetimedataSCMoutputs,usingmonitorsdisplayed.Throughthekeyboardcanbereset,timing,andotherfunctions.OutputdevicesmonitorcanuseLCDtechnologyanddigitaltubedisplaytechnology.Thisdesignusingthemicrocomputertimer,resetwithfunctionsofdigitalclock,basedonsingle-chipmicrocomputerAT89C51asthecorecomponentandusingLEDwhendynamicdisplay",""points","seconds"moderntimingdevice.Comparedwiththetraditionalmechanicalwatch,itisaccurate,showintuitionalwhenetc..Meanwhile,thisarticlealsototwodifferentmicrocontrollerclockdisplayschemesarecompared,throughcomparing,LEDtherealizationschemedegreeofdifficulty,volume,energysaving,costetc.obviouslybetterthanLCDplan;Therefore,theLEDschemescanamongbatchforlarge-scaleproduction.Keywords:Digitalelectricclock;SCM;AT89C51;LED;LCD;目录TOC\o"1-3"\h\u重庆邮电大学移通学院毕业设计(论文)任务书 I第一章前言 11.1系统功能 11.2基本参数 11.3注意事项 1第二章模块特性简介 22.1AT89C51单片机 22.2LED简介 32.2.1LED优势 32.2.2LED显示屏 32.3系统总体方案介绍 4第三章硬件电路设计 53.2Protel电路图设计与印制电路板（PCB板） 5第四章系统软件设计 74.1软件的结构 74.2概述 74.2.1主程序 74.2.2调时程序 84.2.3LED显示模组显示数字 8第五章程序设计 105.1程序预览 10第六章方案1与方案2的比较 166.1方案2的简介 166.2方案间的对比 24结论 25参考文献 26致谢 27附录1主要元器件清单 28附录2外文原文 29+ 35附录3外文翻译 36第一章前言1.1系统功能此课程设计要求用单片机AT89C51定时功能，中断系统，按键与LED数码管显示，设计一个能显示时、分、秒的数字时钟。数字时钟通过数码管显示，使用按键开关来实现调时功能。1.2基本参数1.工作电压：4.5V；2.时间采用24小时制。1.3注意事项1.在接通电源时注意正负极，否则容易烧坏芯片；2．在印制电路板上的焊接元器件前要认真对照原理图，仔细查看印制电路板，找到对应的元器件功能区；3．在电源测试期间请勿将单片机芯片插入座中，以免电源部分有问题造成芯片烧坏。注：以下视我的设计为方案1。第二章模块特性简介2.1AT89C51单片机89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—FalshProgrammableandErasableReadOnlyMemory）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。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的89C51是一种高效微控制器，89C2051是它的一种精简版本。89C单片机为很多嵌入式系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。图2-189C51引脚图89C51芯片的引脚功能为：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，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的低八位。在FIASH编程时，P0口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。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。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。P2口：P2口为一个内部上拉电阻的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，其管脚被内部上拉电阻拉高，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。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和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个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，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。2.2LED简介在某些半导体材料的PN结中，注入的少数载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来，从而把电能直接转换为光能。PN结加反向电压，少数载流子难以注入，故不发光。这种利用注入式电致发光原理制作的二极管叫发光二极管，通称LED。2.2.1LED优势资料显示，LED光源比白炽灯节电87%、比荧光灯节电50%，而寿命比白炽灯长20~30倍、比荧光灯长10倍。LED光源因具有节能、环保、长寿命、安全、响应快、体积小、色彩丰富、可控等系列独特优点，被认为是节电降能耗的最佳实现途径。2.2.2LED显示屏LED显示屏（LEDpanel）：LED就是lightemittingdiode，发光二极管的英文缩写，简称LED。它是一种通过控制半导体发光二极管的显示方式，用来显示文字、图形、图像、动画、行情、视频、录像信号等各种信息的显示屏幕。2.3系统总体方案介绍电脑钟的原理框图如图1所示。它由以下几个部件组成：单片机89C51、电源、时分显示部件。时分显示采用动态扫描，以降低对单片机端口数的要求，同时也降低系统的功耗。时分显示模块以与显示驱动都通过89C51的I/O口控制。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。图2-2电子钟系统原理框图第三章硬件电路设计3.2Protel电路图设计与印制电路板（PCB板）早期的PROTEL主要作为印制板自动布线工具使用，运行在DOS环境，对硬件的要求很低，在无硬盘286机的1M内存下就能运行，但它的功能也较少，只有电原理图绘制与印制板设计功能，其印制板自动布线的布通率也低，而现今的PROTEL已发展到PROTEL99（网络上可下载到它的测试板），是个庞大的EDA软件，完全安装有200多M，它工作在WINDOWS95环境下，是个完整的板级全方位电子设计系统，它包含了电路原理图绘制、模拟电路与数字电路混合信号仿真、多层印制电路板设计（包含印制电路板自动布线）、可编程逻辑器件设计、图表生成、电子表格生成、支持宏操作等功能，并具有Client/Server（客户/服务器）体系结构，同时还兼容一些其它设计软件的文件格式，如ORCAD，PSPICE，EXCEL等，其多层印制线路板的自动布线可实现高密度PCB的100％布通率。以下是单片机时钟显示的系统原理图：图3-1Protel中设计的系统原理图印制电路板的设计是以电路原理图为根据，实现电路设计者所需要的功能。印刷电路板的设计主要指版图设计，需要考虑外部连接的布局。内部电子元件的优化布局。金属连线和通孔的优化布局。电磁保护。热耗散等各种因素。优秀的版图设计可以节约生产成本，达到良好的电路性能和散热性能。简单的版图设计可以用手工实现，复杂的版图设计需要借助计算机辅助设计(CAD)实现。以下是PCB板图： 图3-2PCB板第四章系统软件设计4.1软件的结构4.2概述本系统的软件系统主要可分为主程序、调试程序和LED显示三大模块。下面对部分模块作介绍。4.2.1主程序主程序的功能是完成系统的初始化，程序流程如图5所示。定时器初始化，开定时器定时器初始化，开定时器暂停/启动时键按下分键按下秒键按下二次按下一次按下时钟启动时钟暂停时位加1分位加1秒位清零初始化显示显示时间结束图4-1系统主程序流程图4.2.2调时程序给三个按键，当P2.0口的按键T/R按下，则进入调时状态，按S按键，时加1；按F按键，分加1；按M按键，秒清零。再按T/R按键则退出调时功能，进行正常计数运行。4.2.3LED显示模组显示数字由于系统要显示的内容较简单，显示量不多，所以选用数码管既方便又经济。LED有共阴极和共阳极两种。如图6所示。二极管的阴极连接在一起，通常此公共阴极接地，而共阳极则将发光二极管的阳极连接在一起，接入+5V的电压。一位显示器由8个发光二极管组成，其中7个发光二极管构成字型“8”的各个笔划（段）a～g，另一个小数点为dp发光二极管。当在某段发光二极管施加一定的正向电压时，该段笔划即亮；不加电压则暗。为了保护各段LED不被损坏，需外加限流电阻。图4-2LED数码管结构原理图众所周知，LED显示数码管通常由硬件7段译码集成电路，完成从数字到显示码的译码驱动。本系统采用软件译码，以减小体积，降低成本和功耗，软件译码的另一优势还在于比硬件译码有更大的灵活性。所谓软件译码，即由单片机软件完成从数字到显示码的转换。从LED数码管结构原理可知，为了显示字符，要为LED显示数码管提供显示段码，组成一个“8”字形字符的7段，再加上1个小数点位，共计8段，因此提供给LED数码管的显示段码为1个字节。各段码位与显示段的对应关系如表1。段码位D7D6D5D4D3D2D1D0显示段dpgfedcba表4-1各段码位的对应关系需说明的是当用数据口连接LED数码管a～dp引脚时，不同的连接方法，各段码位与显示段有不同的对应关系。通常数据口的D0位与a段连接，D1位与b段连接，……D7位与dp段连接,如表1所示，表2为用于LED数码管显示的十六进制数和空白字符与P的显示段码。字型共阳极段码共阴极段码字型共阳极段码共阴极段码0C0H3FH990H6FH1F9H06HA88H77H2A4H5BHB83H7CH3BOH4FHCC6H39H499H66HDA1H5EH592H6DHE86H79H682H7DHF84H71H7F8H07H空白FFH00H880H7FHP8CH73H表4-2LED显示段码注：（1）本表所列各字符的显示段码均为小数点不亮的情况。（2）“空白”字符即没有任何显示。根据AT89C51单片机灌电流能力强，拉电流能力弱的特点，我们选用共阳数码管。将AT89C51的P0.0～P0.7分别与共阳数码管的a～g与dp相连，高电平的位对应的LED数码管的段暗，低电平的位对应的LED数码管的段亮，这样，当P0口输出不同的段码，就可以控制数码管显示不同的字符。例如：当P0口输出的段码为11000000，数码管显示的字符为0。数码管显示器有二种工作方式，即静态显示方式和动态扫描显示方式。为节省端口与降低功耗，本系统采用动态扫描显示方式。动态扫描显示方式需解决多位LED数码管的“段控”和“位控”问题，本电路的“段控”（即要显示的段码的控制）通过P0口实现；而每一位的公共端，即LED数码管的“位控”，则由P3口控制。这种连接方式由于多位字段线连在一起，因此，要想显示不同的内容，必然要采取轮流显示的方式，即在某一瞬间，只让其中的某一位的字位线处于选通状态，其它各位的字位线处于断开状态，同时字段线上输出这一位相应要显示字符的字段码。在这一瞬时，只有这一位在显示，其他几位则暗。在本系统中,字位线的选通与否是通过PNP三极管的导通与截止来控制,即三极管处于“开关”状态。第五章程序设计5.1程序预览以下为部分源程序：//单片机AT80C51,晶振11.0592MHz#include<reg51.h>sbitB1=0xa0;sbitB2=0xa1;sbitB3=0xa2;sbitB4=0xa3;sbitB5=0xa4;sbitB6=0xa5;sbitA0=0x94;sbitA1=0X95;sbitA2=0X96;sbitA3=0X97;sbitaj0=0x90;sbitaj1=0x91;sbitaj2=0x92;sbitaj3=0x93;voids_z();voidaj_time();voidTime();voidxian_s();voidji_s();voidaj_pd();voidD_s();unsignedcharxx=0;unsignedcharwei=0;unsignedcharz_t=0;unsignedcharaj_0,aj_1,aj_2;aj_3;unsignedcharS1,S2,F1,F2,M1,M2;unsignedcharshu_z[]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90};voidmain()TH0=0X00;TL0=0X00;D_s();S1=S2=F1=F2=M1=M2=0;P2=0XFF;P0=0XFF;A0=0;A1=0;A2=0;A3=0;aj_0=0;aj_1=0;aj_2=0;aj_3=0;while(1)if(z_t==0)ET0=1;if(z_t==1)ET0=0;xian_s();s_z();aj_pd();voidTime()//显示扫描时间unsignedchara,b,c,d;for(a=0;a<120;a++)for(b=0;b<2;b++)voidxian_s()//数码管动态显示P0=shu_z[M1];B6=0;Time();B6=1;P0=shu_z[M2];B5=0;Time();B5=1;P0=shu_z[F1];B4=0;Time();B4=1;P0=shu_z[F2];B3=0;Time();B3=1;P0=shu_z[S1];B2=0;Time();B2=1;P0=shu_z[S2];B1=0;Time();B1=1;voidji_s()//时钟计算M1=M1+1;if(M1==10)M1=0;M2=M2+1;if(M2==6)M2=0;F1=F1+1;if(F1==10)F1=0;F2=F2+1;if(F2==6)F2=0;S1=S1+1;if(S1==10)S1=0;S2=S2+1;if(S2==2)if(S1==4)S2=0;S1=0;voidD_s()//定时器016位工作方式TMOD=0x01;TR0=1;ET0=1;EA=1;timer0()interrupt1//定时器中断TH0=0X00;TL0=0X00;xx++;if(xx==14){xx=0;ji_s();voidaj_time()//按键消抖延时unsignedchara,b,c;for(a=0;a<80;a++)for(b=0;b<3;b++)voidaj_pd()//按键处理if(aj0==1)if(aj_0==1)aj_0=0;if(aj1==1)if(aj_1==1)aj_1=0;if(aj2==1)if(aj_2==1)aj_2=0;if(aj3==1)if(aj_3==1)aj_3=0;voids_z()//按键判断if(aj_0==0)if(aj0==0)aj_time();if(aj0==0)aj_0=1;z_t=z_t+1;if(z_t==2)z_t=0;if(aj_1==0)if(aj1==0)aj_time();if(aj1==0)aj_1=1;F1=F1+1;if(F1==10)F1=0;F2=F2+1;if(F2==6)F2=0;if(aj_2==0)if(aj2==0)aj_time();if(aj2==0)aj_2=1;S1=S1+1;if(S1==10)S1=0;S2=S2+1;if(S2==6)S2=0;if(S2==2)if(S1==4)S2=0;S1=0;if(aj_3==0)if(aj3==0)aj_time();if(aj3==0)aj_3=1;M1=0;M2=0;第六章方案1与方案2的比较6.1方案2的简介AT89S52简介：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在众多嵌入式控制应用系统中得到广泛应用。AT89S52引脚图：图6-1AT89S52引脚图VCC：AT89S52电源正端输入，接+5V。VSS：电源地端。XTAL1：单芯片系统时钟的反相放大器输入端。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。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。EA/Vpp："EA"为英文"ExternalAccess"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与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）。ALE/PROG：ALE是英文"AddressLatchEnable"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（A0～A7）锁进锁存器中，因为AT89S52是以多工的方式送出地址与数据。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。PSEN：此为"ProgramStoreEnable"的缩写，其意为程序储存启用，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与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。PORT0（P0.0～P0.7）：端口0是一个8位宽的开路汲极（OpenDrain）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（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（A0～A7）与数据总线（D0～D7）。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A0～A7，再配合端口2所送出的A8～A15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。PORT2（P2.0～P2.7）：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A8～A15，这个时候P2便不能当做I/O来使用了。PORT1（P1.0～P1.7）：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LSTTL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。PORT3（P3.0～P3.7）：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、计时计数控制与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。P3.1：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。RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。ALE/PROG：当访问外部存储器时，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：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止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。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。/PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。/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。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，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与内部时钟工作电路的输入。XTAL2：来自反向振荡器的输出。LCD简介：LCD液晶显示器是LiquidCrystalDisplay的简称，LCD的构造是在两片平行的玻璃当中放置液态的晶体，两片玻璃中间有许多垂直和水平的细小电线，透过通电与否来控制杆状水晶分子改变方向，将光线折射出来产生画面。LCD液晶投影仪是液晶和投影技术相结合的产物，它利用了液晶的电光效应，通过电路控制液晶单元的透射率与反射率，从而产生不同灰度层次与多达1670万种色彩的靓丽图像。LCD投影机的主要成像器件是液晶板。LCD投影机的体积取决于液晶板的大小，液晶板越小，投影机的体积也就越小。方案2的电路图：图6-2方案2的电路图方案2的部分程序：voidmain(void)Speaker=1;//关闭蜂鸣器LED=0;//打开LED，低电平有效，外接9012驱动Delay400Ms();//启动等待，等LCM进入工作状态LCMInit();//LCM初始化TMOD=0x01;//16位定时TH0=0x3c;//50msTL0=0xb0;EA=1;TR0=1;ET0=1;while(1)if(TimerDown==0)//左移键按下后背光灯打开{Delay5Ms();if(TimerDown==0){KeySound();//蜂鸣声LED=0；//打开背光灯LedTime=R1302(0xc1)/16*10+R1302(0xc1)%16;}//取出背光灯时间并转换为十进

制数b=1;//模式键是否动作标志。为1时不动作，为0时动作。Modset();//调用模式键处理程序判断案件是否按下。if(b==0)KeySound();//蜂鸣声LED=0；//打开背光灯systemsetup();//进入系统设置模式LedTime=R1302(0xc1)/16*10+R1302(0xc1)%16;}//取出背光灯时间并转换为十进

制数if((LED==0)&&LedTime==0)//延时间是否到LED=1;//关闭背光灯if(R1302(0xc3)==1)//闹铃是否打开，0xc3为读闹铃寄存器地址。{if((R1302(0x85)==R13020xc5))&&(R1302(0x83)==R1302(0xc7)))//判断闹铃时

间是否到，ClockSound();//发出闹铃蜂鸣声，无按键动作蜂鸣一分钟。model0();//输出显示屏幕voidKeySound()//按键音Speaker=0;//开蜂鸣声Delay5Ms();Speaker=1;//关蜂鸣声voidClockSound()//闹铃蜂鸣声if(a==0)Speaker=0;//开蜂鸣声Delay5Ms();Delay5Ms();Delay5Ms();Speaker=1;voidModset()//模式键处理{if(system==0)Delay5Ms();if(system==0){while(system==0);KeySound();//蜂鸣声a=0;msec=0;b=0;//a、msec为闪烁标志，按键有动作时清零，不闪烁。}//b为模式键确认动作。其他程判断b是否为零时来确定模式键是否动作。voidsystemsetup(void)//系统设置model=1;while(model!=0)Out_LCM();if(TimerUp==0)//设置项目左移{Delay5Ms();if(TimerUp==0){a=0;msec=0;KeySound();//蜂鸣声if(model--==1)//6种系统设置项目model=6;while(TimerUp==0);if(TimerDown==0)//设置项目右移Delay5Ms();if(TimerDown==0){a=0;msec=0;KeySound();//蜂鸣声if(model++==6)model=1;while(TimerDown==0);b=1;//模式键是否动作标志。为1时不动作，为0时动作。Modset();//调用模式键处理程序判断按键是否按下。if(b==0){KeySound();//蜂鸣声switch(model)//进入逐个项目设置case1:timesetup();break;//时间设置case2:datesetup();break;//日期设置case3:alarmclockset();break;//闹铃设置case4:lampsetup();break;//背光灯设置case5:timereset();break;//时间清零case6:model=0;break;//退出系统设置6.2方案间的对比区别点方案1方案2所选单片机方案1的单片机是AT89C51，AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—FalshProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。AT89C2051是一种带2K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C2051是它的一种精简版本。AT89C51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。方案2选择的是AT89S52，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。AT89S52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，AT89S52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。AT89S52同时兼容AT89C51，具有更强大的功能。所选显示方案1的是LED，发光二极管，是一种能够将电能转化为可见光的固态的半导体器件，它具有成本低，节能，环保，地方小，亮度高等特点。方案2选择的是LCD，液晶显示器的构造是在两片平行的玻璃当中放置液态的晶体，两片玻璃中间有许多垂直和水平的细小电线，透过通电与否来控制杆状水晶分子改变方向，将光线折射出来产生画面。它具有成本比较高，亮度比较柔和，亮度可调范围大等特点。所写程序方案1所写程序简单易懂，比较适合初学者。方案2所写程序使用了多种C语言语法，适合熟练者提升编程水平。所达到的功能功能简单，仅仅显示时间和时间的设定。功能全面，包含了年、月、日、时、分、秒的显示，还包含闹钟。表6-1方案间的对比优劣比较：成本方面：89C51和89S52的成本在市场上都差不多，但是方案1选用LED作作为显示器材，这样大大的节约了成本，和能源；实现的功能：方案2包含了闹钟，年月日时分秒。星期、功能齐全，在功能方面方案1不如方案2；实现的难易程度：正因为方案1功能简单，所以方案1在实现的程度上来说，很好容易实现；体积：方案1所用元器件少，所用的空间也小于方案2。方案1的功能简单，便于编程和设计电路；所选单片机AT89C51是AT89C2051的精简版，便于初学者使用；同时，选择LED作为显示器材，降低了成本，也达到了节能，环保的目的。

结论本设计利用protel仿真软件实现，基本实现了要求的功能。为了校准时钟增加了按键，便于调节。在本次设计中对单片机内部结构有一定了解，熟悉了各个引脚的功能，同时熟知了LED数码管的使用与各种电路的功能。通过此次设计，无论是从软件方面还是硬件方面，都进一步学习和巩固了程序的总体设计。在软件方面，进一步熟悉了各条指令的功能与用法，定时、中断的用法，更深一步学习了用C语言编写实现数字时钟功能。在硬件方面，了解并学习使用keil软件和protel软件，在keil中编程，调试，运行，在Protel中进行硬件设计、仿真。在整一个设计过程中，从设计到实现，从编程到调试，每一步都是自己亲力亲为，虽然从中遇到各种问题，有时叫人很烦，但在发现问题后去解决，并成功了，此时会有一种快乐和成就感。只有自己亲自去操作，才能将学习的知识变成自己的。通过对LED和LCD的比较，使我对LED和LCD有了更深的认识，LCD可能在柔和度和亮度可调范围上比LED好；但是，LED具有节能、环保、体积小、亮度高、时尚、成本低等特点，在生产中明显优于LCD。我之所以要选择方案1，是因为方案1在实现难易程度上、体积上、节能上和成本上都明显优于方案2。因此，我认为，在现实的生产中，方案1设计的数字时钟可大规模或批量化生产。我对程序设计课程的学习的目标是在若干年以后能够独立设计一个复杂的系统，包括硬件电路和软件部分。所以，这次设计我付出了比别人跟多的努力，同样也学习到了更多的知识。在我能够独立设计更复杂的实用系统的时候，回想现在我连设计一个简单的数字钟系统都没有很好的把握时，我一定会为自己的成长感到喜悦。参考文献[1]张迎新单片微型计算机原理、应用接口技术.北京：国防工业出版社，2004.1[2]何利民单片机高级教程.北京：航空航天大学出版社，2000.8[3]谢维成单片机原理与应用与51程序设计.北京：清华大学出版社，2006.8[4]余永权单片机在控制系统中的应用.北京：电子工业出版社，2003.10[5]李朝青单片机原理与接口技术.北京：航空航天大学出版社，1999.3[6]夏继强单片机实验与实践教程.北京：航空航天大学出版社，2001.11[7]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;2007年04期[8]方怡冰.单片机课程的教学与实验改革[J].电气电子教学学报.2006，第3期.[9]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[10]张友德.单片微型机原理、应用与实验[M].上海：复旦大学出版社，2003.225～256.致谢在论文完成之际，我首先向关心帮助和指导我的指导老师王军表示衷心的感谢并致以崇高的敬意在我即将完成学业之际，我深深地感谢我的家人给予我的全力支持！最后，衷心地感谢在百忙之中评阅论文和参加答辩的各位专家、教授!附录1主要元器件清单名称数量备注AT89C511按扭44插脚晶振111.0592MHZLED数码管6共阴电容310uF三极管69012或5401（PNP）电阻510K电阻141K线路板不定64×77mm

附录2外文原文Single-chipSCMisalsoknownasmicro-controller(MicrocontrollerUnit),commonlyusedlettersoftheacronymMCUthatitwasfirstusedinindustrialcontrol.OnlyasinglechipbytheCPUchipdevelopedfromadedicatedprocessor.ThefirstdesignisbyalargenumberofperipheralsandCPUonachipinthecomputersystem,smaller,moreeasilyintegratedintoacomplexanddemandingonthevolumecontroldevicewhich.INTEL'sZ80isthefirstdesignedinaccordancewiththisideaprocessor,thenonthedevelopmentofmicrocontrolleranddedicatedprocessorshavepartedways.Are8-bitmicrocontrollerearlyor4bits.OneofthemostsuccessfulistheINTEL8031,forasimple,reliableandgoodperformancewasalotofpraise.Thendevelopedin8031outofMCS51MCUSystems.SCMsystemsbasedonthissystemuntilnowisstillwidelyused.Withtheincreasedrequirementsofindustrialcontrolfield,begana16-bitmicrocontroller,becausethecostisnotsatisfactorybuthavenotbeenverywidelyused.After90yearswiththegreatdevelopmentofconsumerelectronics,microcontrollertechnologyhasbeenahugeincrease.WithINTELi960series,especiallythelaterseriesofwidelyusedARM,32-bitmicrocontrollerquicklyreplacehigh-end16-bitMCUstatusandenterthemainstreammarket.Thetraditional8-bitmicrocontrollerperformancehavebeentherapidincreasecapacityincreasecomparedto80thenumberoftimes.Currently,high-end32-bitmicrocontrollerclockedover300MHz,theperformancecatchingthemid-90'sdedicatedprocessor,whiletheaveragemodelpricesfalltooneU.S.dollars,themosthigh-end[1]modelonly10dollars.ModernSCMsystemsarenolongeronlyinthedevelopmentanduseofbaremetalenvironment,alargenumberofproprietaryembeddedoperatingsystemiswidelyusedinthefullrangeofSCM.Thehandheldcomputersandcellphonesasthecoreprocessingofhigh-endmicrocontrollercanevenuseadedicatedWindowsandLinuxoperatingsystems.SCMismoresuitablethanthespecificprocessorusedinembeddedsystems,soitwasuptotheapplication.InfactthenumberofSCMistheworld'slargestcomputer.Modernhumanlifeusedinalmosteverypieceofelectronicandmechanicalproductswillbeintegratedsinglechip.Phone,telephone,calculator,homeappliances,electronictoys,handheldcomputersandcomputeraccessoriessuchasamousewitha1-2inboththeDepartmentofSCM.PersonalcomputerwillhavealargenumberofSCMinthework.Generalcarwithmorethan40SCM,complexindustrialcontrolsystemsmayevenhavehundredsofSCMinthesametimework!SCMisnotonlyfarexceedsthenumberofPCandothercomputingthesum,orevenmorethanthenumberofhumanbeingsSinglechip,alsoknownassingle-chipmicrocontroller,itisnotcompleteacertainlogicchips,buttoacomputersystemintegratedintoachip.Equivalenttoamicro-computer,andcomputerthanjustthelackofamicrocontrollerI/Odevices.Generaltalk:achipbecomesacomputer.Itssmallsize,lightweight,cheap,forthestudy,applicationanddevelopmentoffacilitiesprovided.Atthesametime,learningtousetheMCUistounderstandtheprincipleandstructureofthecomputerthebestchoice.SCMandthecomputerfunctionsinternallywithsimilarmodules,suchasCPU,memory,parallelbus,thesameeffectaswell,andharddiskmemorydevices,anddifferentisitsperformanceofthesecomponentswererelativelyweakmanyofourhomecomputer,butthepriceislow,usuallynotmorethan10yuanyoucandowithitsomecontrolforaclassisnotverycomplicatedelectricalworkisenoughof.Weareusingautomaticdrumwashingmachine,smokehood,VCDandsoonapplianceswhichcouldseeitsshadow!ItisprimarilyasacontrolsectionofthecorecomponentsItisanonlinereal-timecontrolcomputer,control-lineisthatthesceneisneededisastrongeranti-jammingability,lowcost,andthisis,andoff-linecomputer(suchashomePC),themaindifference.Singlechip

MCUisthroughrunning,andcanbemodified.Throughdifferentprocedurestoachievedifferentfunctions,inparticularspecialuniquefeatures,thisisanotherdevicemucheffortneedstobedone,somegreateffortsareverydifficulttodo.Anotverycomplexfunctionsifthe50'swiththeUnitedStatesdeveloped74series,orthe60'sCD4000seriesofthesepurehardwarebuttoned,thenthecircuitmustbealargePCBboard!ButiftheUnitedStatesifthe70'swithaseriesofsuccessfulSCMmarket,theresultwillbeadrasticchange!Justbecauseyouarepreparedbymicrocomputerprogramscanachievehighintelligence,highefficiencyandhighreliability!Asthemicrocontrolleronthecost-sensitive,sonowthedominantsoftwareorthelowestlevelassemblylanguage,whichisthelowestlevelinadditiontomorethanbinarymachinecodelanguage,andassolowwhyistheuse?Manyhigh-levellanguagehasreachedthelevelofvisualprogrammingWhyisnotit?ThereasonissimplythatthereisnohomecomputerasasinglechipCPU,notashardasamassstoragedevice.Avisualizationofsmallhigh-levellanguageprogramwhichevenifonlyonebutton,willreachtensofKofsize!ForthehomePC'sharddriveintermsofnothing,butintermsoftheMCUisnotacceptable.SCMintheutilizationofhardwareresourcestobeveryhighforthejobsoalthoughtheoriginalisstillinthecompilationofalotofuse.Thesametoken,ifthegiantcomputeroperatingsystemandapplicationsrunuptogethomePC,homePC,alsocannotaffordto.Canbesaidthatthetwentiethcenturyacrossthethree"power"era,thatis,theageofelectricity,theelectronicageandhasenteredintothecomputerage.However,thiscomputer,usuallyreferstothepersonalcomputer,referredtoasPC.Itconsistsofthehost,keyboard,monitorandothercomponents.Anothertypeofcomputer,mostpeopledonotknowhow.Thiscomputeristogiveallkindsofintelligentmachinessinglechip(alsoknownasmicro-controller).Asthenamesuggests,thiscomputersystemtookonlyaminimalintegratedcircuit,canbeasimpleoperationandcontrol.Becauseitissmall,usuallyhiddeninthechargedmechanical"stomach"in.Itisinthedevice,likethehumanbrainplaysarole,itgoeswrong,thewholeplantwasparalyzed.Now,thismicrocontrollerhasaverybroadfieldofuse,suchassmartmeters,real-timeindustrialcontrol,communicationsequipment,navigationsystems,andhouseholdappliances.OnceallkindsofproductswereusingSCM,canservetoupgradetheeffectivenessofproducts,oftenintheproductnameprecededbytheadjective-"intelligent,"suchasintelligentwashingmachines.Nowsometechnicalpersonneloffactoriesorotheramateurelectronicsdeveloperstoengageinoutofcertainproducts,notthecircuitistoocomplicated,thatfunctionistoosimpleandcaneasilybecopied.Thereasonmaybestuckintheproductdidnotuseamicrocontrollerorotherprogrammablelogicdevice.SCMhistorySCMwasborninthelate20thcentury,70,experiencedSCM,MCU,SOCthreestages.

Firstmodel

1.SCMthesinglechipmicrocomputer(SingleChipMicrocomputer)stage,mainlyseekingthebestofthebestsingleformofembeddedsystemsarchitecture."Innovationmodel"success,layingtheSCMandgeneralcomputercompletelydifferentpathofdevelopment.Intheopenroadofindependentdevelopmentofembeddedsystems,IntelCorporationcontributed.2.MCUthemicro-controller(MicroControllerUnit)stage,themaindirectionoftechnologydevelopment:expandingtomeettheembeddedapplications,thetargetsystemrequirementsforthevariousperipheralcircuitsandinterfacecircuits,highlighttheobjectofintelligentcontrol.Itinvolvestheareasassociatedwiththeobjectsystem,therefore,thedevelopmentofMCU'sresponsibilityinevitablyfallsonelectrical,electronicsmanufacturers.Fromthispointofview,IntelfadedMCUdevelopmenthasitsobjectivefactors.InthedevelopmentofMCU,themostfamousmanufacturersasthenumberofPhilipsCorporation.Philipscompanyinembeddedapplications,itsgreatadvantage,theMCS-51single-chipmicro-computerfromtherapiddevelopmentofthemicro-controller.Therefore,whenwelookbackatthepathofdevelopmentofembeddedsystems,donotforgetIntelandPhilipsinHistory.

EmbeddedSystems

Embeddedsystemmicrocontrollerisanindependentdevelopmentpath,theMCUimportantfactorinthedevelopmentstage,isseekingapplicationstomaximizethesolutiononthechip;Therefore,thedevelopmentofdedicatedsinglechipSOCtrendofthenaturalform.Asthemicroelectronics,ICdesign,EDAtoolsdevelopment,applicationsystembasedonMCUSOCdesignhavegreaterdevelopment.Therefore,theunderstandingofthemicrocontrollerchipmicrocomputercanbe,extendedtothesingle-chipmicro-controllerapplications.MCUapplications

SCMnowpermeateallareasofourlives,whichisalmostdifficulttofindtracesofthefieldwithoutSCM.Missilenavigationequipment,aircraft,alltypesofinstrumentcontrol,com