1、毕业设计（论文）智能化万年历时钟电路的设计摘要 本文设计了具有智能化万年历时钟电路，通过对各种方案设计的研究，采用了比较常用且价格便宜的 LED 数码管作为电路的显示部分，按钮开关作为调时部分，通过与单片机连接数码管动态显示年、月、日，时、分、秒等功能，并能准确计算闰年闰月的显示，外加 4 个 LED 会随每秒闪烁一次，更加美观直观，三个按钮连接 P3 口可以精确调整每一个时间数值，通过对所设计的万年历时钟电路进行实验测试，达到了动态显示时间，随时调整时间，LED 每秒闪烁的技术指标，基本达到了任务书的要求。关键词 时钟 数码管 LED 动态显示 单片机The Design of A Cale
2、ndar Clock CircuitIntelligently PerpetualAbstract This paper mainly concerns with the design of an intelligently perpetual calendar clock circuit. By researching on a variety of programs, a relatively cheap but commonly used LED digital tube is introduced as part of the circuit, and the push-buttom
3、switch the timing part. Funtions like the display of year, month , day, hour, minute and second, and also the intercalary year and intercalary month can be fulfilled by connecting the single-chip to the digital tube. In addition, it adds to its attractiveness with the additional 4LED flashing one pe
4、r second. The three buttons can precously adjust every value of time with them connecting to P3. After being teated, the functions of dynamically displaying time, adjusting time at any time and the LED flashing per second have all achieved the requirements for the task book. Keywords Clock Digital t
5、ube LED Dynamic display SCM目 录引 言 .1第一章 智能化万年历时钟电路设计仿真 .21.1 设计思路 .21.2 构成框图 .2第二章 系统硬件电路的设计 .32.1 单片机的选择与参数介绍 .32.2 时钟功能的实现选择 .52.3 复位电路的选择 .52.4 时间调整电路的设计 .62.5 时间显示电路的设计 .72.5.1 扫描方式的选择 .72.5.2 LED 数码管的选择 .72.5.3 显示电路的整体实现 .9第三章 系统程序设计与软件仿真 .103.1 主程序的设计 .103.2 仿真实验 .11第四章 实物的制作与调试 .134.1 原理图的绘制与
6、 PCB 的制作 .134.1.1 原理图的绘制 .134.1.2 PCB 的绘制 .134.2 元件安装焊接 .144.3 系统的调试 .15结论 .16参考文献 .17附录一 PROTEL 99SE 原理图 .18附录二 PCB 板图 .19附录三 元器件清单 .20附录四 实物图 .21附录五 系统源程序 .22致谢 .28智能化万年历时钟电路的设计 毕业设计1引 言电子科技日新月异，人们对现代电子设备的智能化和微型化及其精度提出了更高的要求，而单片机因其具有稳定可靠、 体积小、 价格低廉等特点，成为设计智能化仪器仪表的首选微控制器，因此本次我们没有选用传统的专用的时钟芯片，而是采用了
7、AT89C51 芯片，此款单片机可以使用软件对其进行在线编程，其灵活性和可靠性都相对提高。现在是一个知识爆炸的新时代。新产品、新技术层出不穷，电子技术的发展更是日新月异。可以毫不夸张的说，电子技术的应用无处不在，电子技术正在不断地改变我们的生活，改变着我们的世界。在这快速发展的年代，时间对人们来说是越来越宝贵，在快节奏的生活时，人们往往忘记了时间，一旦遇到重要的事情而忘记了时间，这将会带来很大的损失。因此我们需要一个定时系统来提醒这些忙碌的人。数字化的钟表给人们带来了极大的方便 1。近些年，随着科技的发展和社会的进步，人们对数字钟的要求也越来越高，传统的时钟已不能满足人们的需求。多功能数字钟不
8、管在性能还是在样式上都发生了质的变化，有电子闹钟、数字闹钟等等。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及工作顺序都非常熟悉。但是却很少知道它的内部结构以及工作原理。由单片机作为数字钟的核心控制器，可以通过它的时钟信号进行计时实现计时功能，将其时间数据经单片机输出，利用显示器显示出来。通过键盘可以进行定时、校时功能。输出设备显示器可以用液晶显示技术和数码管显示技术。数字钟是采用数字电路实现对时、分、秒数字显示的计时装置,广泛用于家庭、车站、码头办公室等公共场所，成为人们日常生活中不可少的必需品，由于数字集成电路的发展和石英晶体振荡器的广泛应用，使得数字钟的精度，远远超过老
9、式钟表, 钟表的数字化给人们生产生活带来了极大的方便，而且大大地扩展了钟表原先的报时功能。诸如定时自动报警、按时自动打铃、时间程序自动控制、定时广播、自动起闭路灯、定时开关烘箱、通断动力设备、甚至各种定时电气的自动启用等， 所有这些，都是以钟表数字化为基础的。因此，研究数字钟扩大其应用，有着非常现实的意义。通过此次实物毕业设计制作,增强了我的动手能力,把理论与实践融合在一起。同时，也进一步加深了对单片机的硬件结构的理解和巩固，编程能力也得到了提高。在此将电子钟制作过程中用到的知识进行了一些总结，并记录了遇到的问题，希望自己今后能注意。智能化万年历时钟电路的设计 毕业设计2第一章 智能化万年历时
10、钟设计方案1.1 设计思路通过一段时间对专业书籍及多种设计方案的研究机分析，我采用了比较常用的 AT89C51 作为核心控制芯片，用 C 语言进行编程来满足设计的要求 。用 LED 数码管来实现年、月、日, 时、分、秒的显示,在时、分、秒之间各有 2 个 LED 发光二极管来作为时间分隔符每秒随秒位闪烁一次,直观且具有美感,通过 3 个按钮开关可以在日期与时间间切换和对时钟进行调整,其他外接电路还有晶振电路、复位电路等等。1.2 构成框图本设计用 AT89c51 作为核心控制部分，外接晶振电路与复位电路， P3 口接三个按钮开关作为时间调整部分，以 LED 数码管作为显示部分，P0 口控制数码
11、管段选部分，P1 口和 P2 口控制数码管位选部分。如图 11 所示：图 11 总体系统框图晶振电路单片机AT89C51数码管段选部分复位电路时间调整电路数码管位选部分LED 数码管管智能化万年历时钟电路的设计 毕业设计3第二章 系统硬件电路的设计2.1 单片机的选择与参数介绍我选用了比较常用且功能强大的 AT89C51 单片机，下面我来详细介绍该芯片的参数与功能：AT89C51 是由美国 Atmel 公司生产的至今为止世界上最新型的高性能八位单片机。该芯片采用 FLASH 存储技术，内部具有 2KB 字节快闪存存储器，采用 DIP 封装，是目前在中小系统中应用最为普及的单片机 2。（1）AT
12、89C51 的功能描述AT89C51 是一种低损耗、高性能、CMOS 八位微处理器，片内有 4k 字节的在线可重复编程、快速擦除快速写入程序的存储器，能重复写入/擦除 1000 次，数据保存时间为十年。它与 MCA-51系列单片机在指令系统和引脚上完全兼容，不仅可完全代替 MCS-51 系列单片机，而且能使系统具有许多 MCS-51 系列产品没有的功能。AT89C51 可构成真正的单片机最小应用系统，缩小系统体积，增加系统的可靠性，降低系统的成本。只要程序长度小于 4K，四个 I/O 口全部提供给用户。可用 5V 电压编程，而且擦写时间仅需 10 毫秒，仅为 8751/87C51 的擦除时间的
13、百分之一，与 8751/87C51 的 12V 电压擦写相比，不易损坏器件，没有两种电源的要求，改写时不拔下芯片，适合许多嵌入式控制领域。工作电压范围（2.7V6V） ，全静态工作，工作频率宽在 0Hz24MHz 之间，比 8751/87C51 等 51 系列的6MHz 12MHz 更具有灵活性，系统能快能慢。 AT89C51 芯片提供三级程序存储器加密，提供了方便灵活而可靠的硬加密手段，能完全保证程序或系统不被仿制。P0 口是三态双向口，通称数据总线口，因为只有该口能直接用于对外部存储器的读/写操作。（2）AT89C51 引脚功能AT89C51 单片机为 40 引脚芯片如图所示，在本设计中，
14、主要用到 P0 口、P2 口、P1.0口及 P3.0、P3.1、P3.2 口。图 21 AT89C51 引脚图智能化万年历时钟电路的设计 毕业设计4AT89S51 具有 PDIP,TQFP 和 PLCC 三种封装形式。上图就是 PDIP 封装的引脚排列，有 40 个引脚，32 个外部双向输入/输出（I/O）端口;具有两个 16 位可编程定时器；中断系统是具有 6 个中断源、5 个中断矢量、2 级中断优先级的中断结构；震荡器频率 0 到 33MHZ,因此我们在此选用12MHZ 的晶振是比较合理的；具有片内看门狗定时器；具有断电标志 POF 等等。P0 口可作为通用 I/O 口，但须外接上拉电阻；
15、作为输出口，每各引脚可吸收 8 各 TTL 的灌电流。作为输入时，首先应将引脚置 1。P0 也可用做访问外部程序存储器和数据存储器时的低 8 位地址/数据总线的复用线。在该模式下，P0 口含有内部上拉电阻。在 FLASH 编程时，P0 口接收代码字节数据；在编程效验时，P0 口输出代码字节数据(需要外接上拉电阻)。P1 口：8 位、双向 I/0 口，内部含有上拉电阻。P1 口可作普通 I/O 口。输出缓冲器可驱动四个 TTL 负载；用作输入时，先将引脚置 1，由片内上拉电阻将其抬到高电平。P1 口的引脚可由外部负载拉到低电平，通过上拉电阻提供电流。在 FLASH 并行编程和校验时，P1 口可输
16、入低字节地址。在串行编程和效验时，P1.5/MO-SI,P1.6/MISO 和 P1.7/SCK 分别是串行数据输入、输出和移位脉冲引脚。 P2 口：具有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口。P2 口用做输出口时，可驱动 4 各 TTL 负载；用做输入口时，先将引脚置 1，由内部上拉电阻将其提高到高电平。若负载为低电平，则通过内部上拉电阻向外部输出电流。CPU 访问外部 16 位地址的存储器时，P2 口提供高 8 位地址。当 CPU 用 8 位地址寻址外部存储时，P2 口为 P2 特殊功能寄存器的内容。在 FLASH 并行编程和校验时，P2 口可输入高字节地址和某些控制信号。P3 口：具有内
17、部上拉电阻的 8 位双向口。P3 口用做输出口时，输出缓冲器可吸收 4 各 TTL 的灌电流；用做输入口时，首先将引脚置1，由内部上拉电阻抬位高电平。若外部的负载是低电平，则通过内部上拉电阻向输出电流。在与 FLASH 并行编程和校验时，P3 口可输入某些控制信号。P3 口除了通用 I/O 口功能外，还有替代功能如表 21 所示。表 21 P3 口的第二功能端口引脚 各个功能P3.0 RXD(串行口输入端)P3.1 TXD(串行口输出端)P3.2 INT0(外部中断 0 请求输入端，低电平有效)P3.3 INT1(外部中断 1 请求输入端，低电平有效)P3.4 T0(定时/计数器 0 计数脉冲
18、输入端)P3.5 T1(定时/计数器 1 计数脉冲输入端)P3.6 WR(外部数据存储器写选通信号输出端，低电平有效)P3.7 RD(外部数据存储器读选通信号输出端，低电平有效)智能化万年历时钟电路的设计 毕业设计52.2 时钟功能的实现选择方案一：采用实时时钟芯片。实时时钟芯片具备年、月、日、时、分、秒计时功能和多点定时功能，计时数据的更新每秒自动进行一次，不需程序干预。计算机可通过中断或查询方式读取计时数据进行显示，因此计时功能的实现无需占用 CPU 的时间，程序简单。此外，实时时钟芯片多数带有锂电池做后备电源，具备永不停止的计时功能；具有可编程方波输出功能，可用做实时测控系统的采样信号等
19、；有的实时时钟芯片内部还带有非易失性 RAM，可用来存放需长期保存但有时也需变更的数据。由于功能完善，精度高，软件程序设计相对简单，且计时不占用 CPU 时间，因此，在工业实时测控系统中多采用这一类专用芯片来实现实时时钟功能。方案二：软件控制。利用单片机内部的定时/计数器进行中断定时，配合软件延时实现时、分、秒的计时及秒表计时。该方案节省硬件成本，且能使设计者对单片机的指令系统能有更深入的了解，从而掌握单片机应用技术 MCS-51 汇编语言程序设计方法，因此，本系统设计采用此种软件控制方法来实现计时。而由于 ATMEL 公司的 AT89C51 单片机是低功耗的具有 4KB 在线可编程 Flas
20、h 存储器的单片机。它与通用 80C51 系列单片机的指令系和引脚兼容。片内的 Flash 可允许在线重新编程，也可使用通用非易失性存储器编程。它将通用 CPU 和在线可编程 Flash 集成在一个芯片上，形成了功能强大、使用灵活和具有较高性能价格比的微控制器。它的功能强大，而且也较容易购买 3。总结：我所要实现的功能通过单片机编程就可以达到，不需要额外的时钟芯片来增加成本，并使外围电路更加简单明了。2.3 复位电路的选择目 前 为 止 ， 单 片 机 复 位 电 路 主 要 有 四 种 类 型 ： （ 1） 微 分 型 复 位 电 路 ； （ 2） 积 分 型 复 位电 路 ； （ 3） 比
21、 较 器 型 复 位 电 路 ； （ 4） 看 门 狗 型 复 位 电 路 。 我 列 举 了 2 种 方 案 进 行 比 较 ：方 案 一 ： 采用手动复位，该方法线路简单。在系统运行过程中，有时可能需要对系统进行复位，以避免对硬件经常加电或断电而造成的伤害，我们可以采用手动复位的方式。如图 22 所示。图 22 手动上电复位电路+C122uFR11KGND+5VVccRST/VPDVssMCS-51R2200智能化万年历时钟电路的设计 毕业设计6方案二：阻容上电自动复位电路，这种电路线路也简单，它利用电容上电压不能突变而是按指数规律上升或下降的特性，产生所需的复位脉冲。优点：使用最为普遍且
22、成本低廉的复位电路。图 23 自动复位电路总结：这两种方案对我的设计影响其实差别不大，根据我的电路所需要的就是选取最简单的电路即可，显然方案二元件和电路更加简单，所用原件更少，所花成本更少。2.4 时间调整电路的设计我采用了独立式按键设计，如图 24 所示，独立式按键直接与单片机 I/O 口相连构成键盘 4，每个按键不会相互影响，因本系统用到的按键比较少，采用独立式键盘不会浪费 I/O 口线，所以本系统采用独立式键盘。按键一端接地，一端接于 P3.0、P3.1、P3.2 口，并接 10K 的上拉电阻，按下开关时就会向单片机输入低电平，触发程序跳转。按下跳转键可以开始调时，多按几次就会在秒分时，日月年之间切换，按下+键可以调高数值，按下键可以调低数值，做到了功能齐全且元件消耗最好。图 24 时间调整电路+C122uFR11KGND+5VVccRST/VPDVssMCS-51
