单片机数字时钟毕业设计.docx

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单片机数字时钟毕业设计

毕业设计说明书

设计题目:

电子钟的设计

专业:

班级:

学号:

姓名:

指导教师:

毕业设计（论文）任务书

设计（论文）内容：

以单片机技术为核心，充分应用各种外围电路元器件，设计一通过显示器显示时间（时、分、秒）的电子钟。

要求：

1、上电时，时、分、秒显示为00时、00分、00秒。

2、运行状态下，按动控制按扭SW1，对秒进行调整；

3、运行状态下，按动控制按扭SW2，对分进行调整；

4、运行状态下，按动控制按扭SW3，对小时进行调整。

进度安排：

第5、6、7周查找资料、选择参考方案；

第8、9周确定方案、系统硬件电路的设计；

第10、11周系统软件的设计、期中检查；

第12、13周调试仿真；

第14、15周完成设计报告

第16、17周答辩。

主要参考文献、资料（写清楚参考文献名称、作者、出版单位）：

1．《单片机应用技术》，朱永金等主编，中国劳动社会保障出版社。

2．《单片机实验教程》，彭冬明.韦友春主编，理工大学出版社。

3．《单片机原理及应用》，朱家建主编，机械工业出版社。

4．《单片机原理及接口技术》，胡汉才主编，清华大学出版社。

5．《单片机原理及应用》，张伟主编，机械工业出版社。

摘要

单片微型计算机简称单片机，它是把微型计算机的各个功能部件:

中央处理器CPU、随机存取存储器RAM、只读存储器ROM、I/O接口、定时器/计数器以及串行通信接口等待集成在一块芯片上，构成一个完整的微型计算机，故又把它称为单片微型计算机。

当今信息科技高速发展，使用方便、低成本电子设备已逐步成为我们日常生活中电子产品的主力军。

用软件代替硬件的电子设备能大大地节省成本，且有利于资源的节约，因此，以软代硬的设计必将成为我们现代设计的主流。

本设计是利用MCS-51系列单片机内部的定时器/计数器进行中数年定时，配合软件延时实现时、分、秒的计时。

该方案节省硬件成本，且能够使设计者在定时/计数器的使用、中数年及程序设计方面得到锻炼和提高，因此本系统将采用软件方法实现计时。

关键词:

单片机数码管程序设计

第1章绪论

1.1数字时钟的发展史

电子钟有着很长的历史，从民国19年的电钟，研制始於60年代中期的国内电晶体、半导体管钟，到研制始於70年代末的石英电子钟，再到今天我们所用的智能电子钟。

以前的电子钟存在着很多缺点，其外观体积庞大，在功能上有死摆、走时时间不长、走时精确度不高等缺点。

如今无论是外观，还是在功能上，电子钟都有了很大的改进。

虽然世界绝大多数钟表都是中国制造，但钟表对于国内市场来说只是个小行业，2003年总盘子不过才100多亿，但不是没有前景。

近年来，市场在急剧膨胀。

根据国外的统计数据显示，发达国家人均一生拥有手表23块，发展中国家12块，而目前中国的城镇人口人均拥有量不多于6块，空间很大。

比如彩电一般是一个家庭一台，手表则是每人一块，但从销售量来看，光TCL一家公司两个月的彩电销量可以接近300万台，而我们手表每年总共才卖200多万只。

所以绝对不是市场潜力不够的问题，而是我们应该如何去做的问题。

1.2设计的目的与意义

人类的生活包括：

工作、学习、休息以及参与社会的多种实践活动，环环有条理，更加丰富多彩。

应该说时钟的计时功能与人类的各种行为和活动有着密切的联系，于是时钟的作用便体现出来，生活中有许多人，因为只顾工作而忘记时间，从而耽误了重要的安排或者计划，造成不可挽回的损失，使之后悔莫及。

我们要养成良好的时间观念，就需要电子钟时刻提醒我们。

因此，电子钟已成为人们日常生活中必不可少，它的应用非常广泛，应用于家庭以及车站、码头、剧场、办公室等公共场所，给人们的生活、学习、工作、娱乐带来极大的方便。

现在投入生产的大多是智能时钟，它的功能很全面，但价格有点昂贵，大多数学生或者经济条件较差的人，想要拥有它，都有点困难。

因此，在这里设计一个较简单的电子钟，它能完成计时和校时的功能。

这个时钟系统很简单，投入生产的成本很低，因此，它的价格比较便宜，对于学生很实用。

1.3设计的基本思路与主要内容

设计一个电子产品，首先了解它能实现的功能，时钟系统最基本的功能就是实现计时，在这里设计的数字电子时钟，它能实现计时和校时的功能，给电子钟加上电自动计时，设计一个按键对时钟进行复位和三个按键对时间进行调整。

硬件设计很简单，主要包括：

单片机、按键电路、驱动显示电路，以及LED显示器四个部分。

单片机选用AT89C51芯片，它无须外扩程序存储器，设计电路很简单。

由于只用了四个按键，所以采用独立式按键使设计更简单。

显示时、分、秒加两个分隔符，采用8位的数码管，用常用的74LS244来驱动LED数码管显示字符。

简易数字时钟可实现校时和整点报时功能，该软件采用C语言来实现，主要包括主程序、键输入程序、显示程序、定时程序和中断程序等软件模块。

把原程序加入原理图，做出电子钟的仿真，以秒计数并显示时、分、秒。

其中秒和分为60进制，小时为24进制计数。

可通过按键实现时钟复位和分、秒、时的校正。

第2章简易数字时钟系统的整体设计

2.1系统功能要求

以单片机技术为核心，充分应用各种外围电路元器件，设计一个通过显示器显示时间（时、分、秒）的电子钟。

要求：

1、上电时，时、分、秒显示为00时、00分、00秒,并以秒为单位开始计时；

2、运行状态下，按动控制按扭S-SET，对秒进行调整；

3、运行状态下，按动控制按扭M-SET，对分进行调整；

4、运行状态下，按动控制按扭H-SET，对小时进行调整。

5、当数字时钟运行到正点时，实现自动报时功能。

6、当按下T-SET键是实现小时由24进制和12进制的相互转换。

2.2整体方案

电子钟的电路图主要由单片机（AT89C51）、键盘电路、驱动显示电路和LED显示器四部分组成，它主要实现时钟的显示，以及对时、分、秒进行调整，即实现调时的功能。

其数字钟系统整体结构如图2-1所示。

按键

图2-1电子钟系统整体结构

（1）显示方案

方案一:

静态显示就是当CPU将要显示的字或字段码送到输出口，显示器就可以显示出所要显示的字符，如果CPU不去改写它，它将一直保持下去；静态显示硬件开销大，电路复杂，信息刷新速度慢。

方案二:

动态显示则是一位一位地轮流点亮显示器地各个位（扫描）。

对于显示器的每一位而言，每隔一段时间点亮一次；动态显示耗能较小，但编写程序较复杂。

动态显示硬件连接简单，信息刷新速度快。

由于本次设计是对时间进行显示，如采用静态显示，则所占用的I/O口较多，电路较复杂,所以在此选择的是方案二，采用动态显示。

（2）键盘方案

方案一:

独立式键盘。

独立式键盘的各个按键相互独立，每个按键独立地与一根数据输入线（单片机并行接口或其他芯片的并行接口）连接。

独立式键盘配置灵活，软件结构简单，但每个按键必须占用一根接口线，在按键数量不多时，接口线占用多。

所以，独立式按键常用于按键数量不多的场合。

方案二:

矩阵式键盘。

矩阵式键盘采用的是行列式结构,按键设置在行列的交点上.（当接口线数量为8时,可以将4根接口线定义为行线,另4根接口线定义为列线,形成4*4键盘,可以配置16个按键。

）

由于本设计只用了四个按键，不需要采用矩阵式键盘，所以选用第一种方案,采用独立式键盘。

（3）计时方案

采用软件控制:

利用单片机内部的定时/计数器进行定时，配合软件定时实现时、分、秒的计时。

该方案能够使设计者，在设计的过程中容易实现，且节省硬件成本，因此本系统将采用软件方法实现计时。

第3章硬件设计与分析

3.1硬件设计原理

时钟电路的核心是AT89C51单片机，其内部带有2KB的可反复擦写的只读Flash程序存储器和128bytes的随机存取数据存储器（RAM），无须外扩程序存储器。

电脑时钟没有大量的运算和暂存数据，现有的128B片内RAM已能满足要求，也不必外扩片RAM。

系统配备8位LED数码管显示和3个独立式按键，用P0口作为键盘接口电路，P1口和P3口作为段码和位码输出口，并在字段码输出口接74LS245芯片，用该芯片来驱动LED数码管显示。

利用P0.0、P0.1和P0.2作为功能按键输入口。

3.2各单元电路介绍

3.2.1AT89C51单片机介绍

AT89C51是一个低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含2kbytes的可反复擦写的只读Flash程序存储器和128bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS－51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，所以说AT89C51是一个功能强大的单片机。

AT89C51是一个低功耗高性能单片机，它有40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中断口，2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，AT89C51可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程。

其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本。

同时AT89C51的时钟频率可以为零，即具备可用软件设置的睡眠省电功能，系统的唤醒方式有RAM、定时/计数器、串行口和外中断口，系统唤醒后即进入继续工作状态。

省电模式中，片内RAM将被冻结，时钟停止振荡，所有功能停止工作，直至系统被硬件复位方可继续运行。

3.2.2单片机最小应用系统

时钟电路和复位电路是单片机最小应用系统中必不可少的。

单片机时钟电路图，如图3-1所示:

XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。

该反向放大器可以配置为片内振荡器。

石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。

如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。

有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。

图3-1单片机时钟电路图

复位是使单片机或系统中的其他部件处于某种确定的初始状态。

单片机的工作就是从复位开始的，当在单片机的RST引脚引入高电平并保持2个机器周期时，单片机内部就执复位操作（若该引脚持续保持高电平，单片机就处于循环复位状态）。

实际应用中，复位操作有两种基本的形式：

一种是上电复位，另一种是上电与按键均有效的复位。

由于本次设计采用的是上电复位，所以这里只介绍上电复位，如下图3-3所示：

图3-3上电复位电路

上电复位要求接通电源后，单片机自动实现复位操作。

常用的上电复位如上图所示。

上电瞬间RST引脚获得高电平，随着电容C1的充电，RST引脚的高电平将逐渐下降。

3.2.3显示电路

一、七段LED显示器的原理

显示器是单片机应用系统常用的设备，包括LED、LCD等。

LED显示器由若干个发光二极管组成。

七段LED通常构成字型“8”，还有一个发光二极管用来显示小数点。

每段LED分别引出一个电极，电极的名为a、b、c、d、e、d、g、dp，其中dp是小数点段的引出电极。

当发光二极管导通时，相应的一个笔画或一个点就发光。

控制相应的二极管导通，就能显示出对应字符。

说明：

在该设计中，没有用到电极（dp），而是用单位的数码管来显示分隔符，其

七段LED显示器如图3-4所示

图3-4七段LED显示器

二、动态显示

本设计共用了八位LED显示器，因此采用动态显示方式。

所谓动态显示就是一位一位的轮流点亮显示器的各个位。

对于显示器的每一位而言，每隔一段时间点亮一次。

虽然在同一时刻只有一位显示器在工作，但由于人眼的视觉暂留效应和发光二极管熄灭时的余晖，我们看到的却是多个字符“同时“显示。

显示器亮度既与点亮时的导通电流有关，也与点亮时间长短和时间间隔有关。

显示器的位数不大于8位，则控制显示器公共极电位只需要一个I/O接口，称为扫描口或字位口，控制各位LED显示器所显示的字型也需要一个8位接口，称为段数据口或字型口。

图3-5为驱动显示电路框图。

图3-4驱动显示电路框图

74LS244是我们常用的芯片，用来驱动led或者其他的设备

当8051单片机的P1口总线负载达到或超过P1最大负载能力时，必须接入74LS244等总线驱动器。

当片选端/CE低电平有效时，DIR=“0”，信号由B向A传输；（接收）

3.2.4键盘及其接口

键盘是由若干个按键组成的，它是单片机最简单的输入设备。

通过键盘输入数据或命令，就可实现简单的人机对话。

一、按键的抖动现象

按键就是一个简单的开关。

当按键按下时，相当于开关闭合；当按键松开时，相当于开关断开。

按键在闭合和断开时，触点会存在抖动现象。

按键抖动时间一般为5ms～10ms，抖动可能造成一次按键的多次处理问题。

应采取措施消除抖动的影响。

消除的方法很多，本设计采用软件延时的方法来消除抖动。

当单片机检测到有按键按下时先定时，然后再检测按键的状态，若仍是闭合状态则认为真的有键按下。

当检测到按键释放时，亦需要做同样的处理。

二、按键电路

独立式键盘的各个按键相互独立，每个按键独立地与一根数据输入线（单片机并行接口或其他芯片的并行接口）连接。

独立式键盘配置灵活，软件结构简单，但每个按键必须占用一根接口线，在按键数量不多时，接口线占用多。

所以，独立式按键常用于按键数量不多的场合。

该设计只用了三个按键，来实现功能控制。

在运行状态下，按动控制按扭S-SET，可对秒进行调整；按动控制按扭M-SET，可对分进行调整；按动控制按扭H-SET，可对时进行调整；因此采用独立式键盘方式，设计起来比较简单。

如图3-6所示

图3-5键盘电路

3.3系统原理图

AT89C51的P1口接入三个按键，对时、分、秒进行调整。

P0口输出字段码，控制要显示的字符，外接74LS245芯片，驱动LED显示。

P3口输出字位码，去控制要显示的位，其原理图如图3-6所示。

图3-6电子钟原理图

当接入电源时，数字电子钟以秒为单位开始计时。

运行状态下，按下控制按键S-SET，对秒进行调整；按下M-SET调整分钟；按下H-SET对小时进行调整。

这样通过三个按键，分别对时、分、秒进行调整，从而实现调时。

第4章软件设计

在软件设计中，整个程序的主框架是以定时1s计算的方式来实现电子钟。

定时1s的程序段，使用动态显示程序实现延时，既完成了延时，也完成了数字的显示。

在计算程序中，使对应于时、分、秒的变化量按照60进制和24进制进行计算，动态显示程序直接引用这些变量，达到显示的数字也随之不断变化，即完成了电子钟的功能。

其软件功能模块主要有键输入程序、中断程序、显示程序，以及延时程序。

需要说明的是，这里设计的是简易的电子钟，主要是用程序运行来计算时间，这样用程序来确定出1s的时间精度是很有限的，所以整个时钟的精度不太高。

4.1主程序的设计

初始化将时、分、秒各单元的内容清空，置T0为计数器方式1，分别给计数器的高8位和低8位赋计数初值，启动T0工作。

键入一个按键，如执行此动作，秒值加1，否则重新键如按键。

主程序模块:

主程序流程图，如图4-1所示

结束

图4-1主程序流程图

4.2键输入程序

键输入程序用于调整时间。

以秒为例，按下按键S-SET，判断S-SET是否真的被按下，若没有键按下，转到A1程序段，再次键入按键，重新判断。

若按键按下了，则调用延时程序，消除抖动现象秒值加1，当秒值大于60时，秒清零，进行下一次计时，同时分加一，并转到J0显示。

此过程循环执行，其程序流程图如图4-2所示：

N

图4-2键输入程序流程图

A1:

LCALLDISPLAY；调用延时程序

JNBS_SET,S1；判断按键是否按下

JNBM_SET,S2

JNBH_SET,S3

LJMPA1

S1:

LCALLDELAY;去抖动

JBS_SET,A1

INCSECOND;秒值加1

MOVA,SECOND

CJNEA,#60,J0;判断是否加到60秒

MOVSECOND,#0;秒清0

LJMPJ0

J0:

JBS_SET,A1

LCALLDISPLAY;调用显示

SJMPJ0

4.3显示程序

显示其时、分、秒的数值，和两个分隔符。

以显示秒为例，当P3.7输入高电平时，秒的个位所对应的字段码点亮，显示其秒的个位；当秒有十位输入时，P3.6输入高电平，秒所十位对应的字段码点亮，显示其秒十位。

其程序流程图如图4-3所示：

调用延时

图4-3显示程序流程图

DISPLAY:

MOVA,SECOND;显示秒

MOVB,#10

DIVAB

CLRP3.6

MOVCA,@A+DPTR;取字段码

MOVP0,A

LCALLDELAY;调用延时

SETBP3.6;显示秒十位

MOVA,B

CLRP3.7

MOVCA,@A+DPTR;取字段码

MOVP0,A

LCALLDELAY;调用延时,去抖动

SETBP3.7;显示秒个位

CLRP3.5

4.4延时程序

按键抖动时间一般为5ms～10ms，因此延时10ms，其流程图如图4-4所示：

N

图4-4延时程序流程图

DELAY:

MOVR6,#10;延时10ms

D1:

MOVR7,#250

DJNZR7,$

DJNZR6,D1

RET

2.5中断程序

中断程序主要用于控制显示的字符。

当秒值大于60时，秒清零，重新计数，分值加1，秒、分同时显示；当分值大于60时，分清零，重新计数，小时加1，秒、分、时同时显示，当小时大于23时，一天的计时完毕，秒、分、时均清零，进行第二天的计时。

此任务循环执行。

其程序流程图如图4-5所示：

N

图4-4中断程序流程图

DISPLAY:

MOVA,SECOND;显示秒

MOVB,#10

DIVAB

CLRP3.6

MOVCA,@A+DPTR

MOVP0,A

LCALLDELAY;调用延时

SETBP3.6;显示秒的十位

MOVA,B

CLRP3.7

MOVCA,@A+DPTR

MOVP0,A

LCALLDELAY

SETBP3.7;显示秒的个位

CLRP3.5

MOVP0,#40H;显示分隔符

LCALLDELAY

SETBP3.5

MOVA,MINUTE;显示分钟

MOVB,#10

DIVAB

CLRP3.3

MOVCA,@A+DPTR

MOVP0,A

LCALLDELAY

SETBP3.3;显示分的十位

MOVA,B

CLRP3.4

MOVCA,@A+DPTR

MOVP0,A

LCALLDELAY

SETBP3.4;显示分个位

CLRP3.2

MOVP0,#40H;显示分隔符

LCALLDELAY

SETBP3.2

MOVA,HOUR;显示小时

MOVB,#10

DIVAB

CLRP3.0

MOVCA,@A+DPTR

MOVP0,A

LCALLDELAY

SETBP3.0;显示时的十位

MOVA,B

CLRP3.1

MOVCA,@A+DPTR

MOVP0,A

LCALLDELAY

SETBP3.1;显示时的个位

RET

第5章调试与运行

5.1电路仿真

此设计的电路在单片机仿真软件[Proteus.Professional.7.1]中进行仿真，仿真电路如图5-1所示：

图5-1电子钟仿真电路图

5.2调试和运行

在KEIL（单片机汇编）C51软件中编写好的程序，将程序放入单片机仿真软件中，结合硬件电路进行调试与运行。

通过按键对时间进行调整。

如显示时间为14-30-22，既是14点30分22秒，通过以下调整则可实现。

（1）按动S-SET键，将秒调到22；

（2）按动M-SET键，将分调到30；

（3）按动H-SET键，将时调到14。

则将时间调到了所要显示的时间14-30-22，通过此方法可将时间调整到任何需要显示的时间。

第6章结论

因为单片机的种类多，而型号杂，也是我们学习中的困难，所以就MCS—51系列的产品来说，就是一个典型的学习方法。

对于类似汇编的单片机编程过程，也是一个十分有趣的过程。

为了更好的说明，我以上介绍先从应用电路切入，同时介绍它们的使用方法，以便能快速掌握它们的应用。

通过本次的课程设计，我学会了单片机的一般设计过程，通常都要进行系统扩展与配置，因此，要完成一个单片机的设计工作，必须依次做到下述工作：

1、硬件电路的设计、组装与调试；2、应用软件的编写、调试；3、完整应用软件的调试、固化和脱机运行。

而在进行硬件系统设计时我们应当尽量做到：

1、尽可能的选择典型电路，并符合单片机的常规使用方法；2、在充分满足系统功能要求前提下，留余地以便于二次开发；3、硬件结构设计应与软件设计方案一并考虑；4、整个系统相关器件要力求性能的匹配；5、硬件上要有可靠性与抗干扰设计；6、充分考虑单片机的带载驱动能力。

所以我用单片机编写了上面的程序，因为基础知识学的不怎么好，如有错误之处，还望老师理解，并加以批改。

通过这次设计使我对单片机有了更深入的了解。

培养了我的动手实践能力。

致谢

本文从拟定题目到定稿，经历了很长一段时间。

在本论文完成之际，首先要向我的导师刘老师致以诚挚的谢意。

在论文的写作过程中，刘老师给予我许许多多的帮助，刘老师不厌其烦地为我讲解毕业设计中繁琐的问题，并且多次提出宝贵意见，使我的毕业设计能够更完整，更充实。

同时，还要感谢四年中孜孜不倦的为我们讲课的老师们，是他们毫无保留地将他们的知识传授给我们，才使得今天的我能够顺利的完成我的毕业设计，感谢四川信息职业技术学院，是这里给我提供了良好的学习环境和生活环境，让我的大学生活丰富多彩，让我对今后的生活更加充满了信心。

另外，衷心感谢我的同窗同学们，在我毕业论文写作中，与他们的探讨交流使我受益颇多；同时，他们也给了我很多无私的帮助和支持，我在此深表谢意！

最后，向我亲爱的家人和朋友表示深深的谢意，他们给予我的爱、理解、关心和支持是我不断前进的动力。

“惧怀逸兴思斗志，欲上青天揽日月。

”

参考文献

[1].朱永金等主编，《单片机应用技术》，中国劳动社会保障出版社。

[2].彭冬明.韦友春主编，《单片机实验教程》，理工大学出版社。

[3].朱家建主编，《单片机原理及应用》,机械工业出版社。

[4].胡汉才主编，《单片机原理及接口技术》，清华大学出版社。

[5].张伟主编，《单片机原理及应用》，机械工业出版社。

附录一系统原理图

附录二元件清单

序号

名称

型号规格

数量

1

单片机

AT89C51

1片

2

译码驱动器

74LS245

1片

3

LED数码管

7SEG-MPX8-CC-BLUE

1个

4

按键

BUTTON

3个

5

导线

若干

附录三程序清单

S_SETBITP1.0;数字钟秒控制位

M_SETBIT