1、XX 大学毕业设计（论文）I毕业设计论文基于单片机的秒表/时钟计时器设计基于单片机的秒表/时钟计时器设计II摘 要近年来，随着科学技术的进步和时代的发展，人们对时钟的功能和精度提出了越来越高的要求，各种时钟的设计也越来越重要。秒表/ 时钟计时器是在一种计时器上实现两种基本功能的一种器件。它广泛应用于各种场所，同时，它以其小巧，价格低廉，走时精度高，使用方便，功能多，便于集成化，而受到广大消费者的喜爱。本文介绍了一种以 AT89S51 单片机为核心的秒表 /时钟计时器的设计，实时时钟芯片 DS1302 提供实时时间，6 位 LED 动态显示时、分、秒， 并在计时过程中具有报时功能, 定时时间到时
2、，音乐电路播放悦耳的乐曲。该数字钟设有五个按键: K1, K2，K3，K4 和 K5 键,使之具备了校时、定时功能，在设计中分别介绍了它们的工作特点、原理和使用方法，并给出了它们与单片机 AT89S51 的接口电路。单片机和集成芯片的应用使得本设计硬件电路简化、编程方便，同时功能也更稳定。由于单片机可以重新写入不同程序这就便于时钟功能的扩充和改变，同时时钟芯片时间精确度高可以保证系统的精度。关键词：单片机；秒表；时钟；实时时钟芯片；动态 LED 显示；The Design Of Stopwatch/Electronic-Clock System Based On Single-XX 大学毕业设
3、计（论文）IIIChip-MicrocomputerAbstractIn recent years, with the scientific progress and the development of the times, people requirements of the clock function and accuracy are more and more high. The various design of the clock also becomes increasingly important. As long as the existence of timing、 co
4、unting ,the clock will be used. Meanwhile ,in daily lives, with its feature of compact, low price ,high accuracy, ease to use, multi-functional, ease of integration, the digital clock are fond of majority of consumers.This paper introduces the design of digital alarming clock ,which was based on the
5、 core of single-chip microcomputer AT89S51.Real-time clock chip DS1302 provides real-time, six bit LED display hours, minutes and seconds dynamically, the clock also having the function of timekeeping in the process of timing .When timing time, the music circuit broadcast delightful music. The digit
6、al clock with five keys: the button of K1, K2, K3, K4, with these keys, the digital clock has the function of regulating Stopwatch;Clock;Real-time clock chip;Dynamic LED display;基于单片机的秒表/时钟计时器设计IV目 录引 言 -1第 1 章 绪论 -21.1 概述 -21.2 课题的总体设计及思路 - -2第 2 章 硬件电路设计 - -42.1 单片机最小系统 - -42.1.1 单片机的介绍及选择 - -42.1
7、.2 AT89S51 单片机性能与应用 - -42.1.3 单片机的时钟电路 - -62.1.4 单片机的复位电路 - -72.2 实时时钟电路 - -72.3 显示电路 - -82.3.1 LED 显示的基本原理 - -92.3.2 显示电路原理图 - -92.4 键盘电路 - -102.5 闹铃电路 - -11第 3 章 系统软件设计 - -133.1 主程序流程图 - -133.2 读 DS1302 程序流程图 - -143.3 显示程序流程图 - -143.4 秒表计时子程序流程图 - -143.5 时钟计时子程序流程图 - -153.6 设定时间子程序流程图 - -153.7 闹钟子
8、程序流程图 - -17第 4 章 调试 - -18结论与展望 - -19致 谢 - -20参考文献 - -21附录 A：系统原理图 - -22附录 B：外文文献及其译文 - -23附录 C：主要参考文献题录及摘要- -29附录 D：程序清单- -31XX 大学毕业设计（论文）V插图清单图1-1 系统原理框图 - -3图2-1 AT89S51的引脚结构图- -5图2-2 时钟电路- -6图2-3 复位电路- -7图2-4 DS1302引脚图- -8图2-5 DS1302与单片机AT89S51的接口电路 - -8图2-6 数码管引脚图- -9图2-7 数码管的共阴和共阳接法- -9图2-8 显示电
9、路- -10图2-9 键盘电路- -11图2-10 LM386的引脚图- -12图2-11 闹铃电路- -12图3-1 主程序流程图- -13图3-2 读DS1302时间子程序流程图- -14图3-3 显示程序流程图- -14图3-4 秒表计时子程序流程图- -15图3-5 时钟计时子程序流程图- -15图3-6 设定时间子程序流程图- -16图3-7 调时/ 定时子程序流程图- -16图3-8 时钟闹铃子程序流程图- -17基于单片机的秒表/时钟计时器设计VI插表清单表 2-1 P3 口的第二功能表- -6XX 大学毕业设计（论文）- 1 -引 言近年来随着计算机技术的飞速发展，计算机也正式
10、形成了通用计算机系统和嵌入式计算机系统二个分支。单片机作为最典型的嵌入式系统，由于其微小的体积和极低的成本，广泛应用于家用电器、仪器仪表、工业控制单元以及通信产品中，成为现代电子系统中最重要的智能化工具。同时数模电技术、微电子技术也快速发展使得大量集成芯片出现，从而实现很多简单功能代替了原来的模拟电路。这样利用单片机、集成芯片和电子电路就可以很方便的进行设计，其中最典型、现在应用也很多的就是电子产品的设计。本设计就是利用单片机技术将秒表和时钟两种计时器的功能集中到一种计时装置上，从而实现计时器功能的集成化，使其使用起来更加方便。本设计的一大特点就是在硬件设计中采用实时时钟芯片来实现计时，大大简
11、化了硬件电路，从而使设计更加简便易行。本设计共分四章来进行介绍。第一章为概述，主要介绍了设计的主要内容、总体思路及方案的确定，使大家对本系统有一个大致的了解。第二章为硬件设计，将方案中的各模块分节进行介绍，并对其中的器件和芯片等的特点和应用给以分析。第三章为软件的设计，根据硬件电路和设计要求设计软件，包括系统主程序和各子程序框图并对各程序简单介绍，在设计的最后将附上软件源程序.基于单片机的秒表/时钟计时器设计- 2 -第 1 章 绪论1.1 概述单片微型计算机作为微型计算机的一个重要分支，它成为今天工业控制领域、通信设备、信息处理以及日常生活中最广泛使用的计算机。如数控电梯机床、交通管理系统、
12、电脑、手机、电子词典和各种智能医疗器械等，其中单片机用于电子产品的设计是非常方便的。秒表和时钟是我们日常生活中最常见、应用也最广泛的电子产品。现在的体育及其他各种比赛非常的多，其中时间的控制是非常重要的，而秒表在时间控制中起着举足轻重的作用；而时钟的应用更广泛，它不但可以告诉人们时间，还可以应用于其它一些产品中实现时间的控制，比如应用于工业控制中实现定时报警、家用电器定时工作等等。因此研究这两种计时器有着非常现实的意义，本设计是将这两种计时器的功能集中于一个计时器上，使其使用更加方便。随着计时器广泛的应用，其无论在各种体育比赛还是人们的日常生活中抑或是在其它生产制造领域都起到非常重要的作用，随
13、着各领域的发展人们应用计时器并对计时器的功能提出了更高的要求。怎样让计时器实现更多的功能很好的为人们服务，这就要求人们在原有计时器的基础上不断改进设计制造出更多新型多功能计时器件。本设计基于单片机的秒表/时钟计时器的设计电路中,除了基本的单片机系统和外围电路外,还需要外部的控制和显示装置。在单片机技术日趋成熟的今天，其灵活的硬件电路的设计和软件的设计，让单片机得到了广泛的应用，几乎是从小的电子产品，到大的工业控制，单片机都起到了举足轻重的作用。单片机小的系统结构几乎是所有具有可编程硬件的一个缩影，单片机的学习和研究是对微机系统学习和研究的简捷途径。用单片机技术实现不仅具有秒表和时钟的基本功能，
14、还能在各种恶劣环境下工作。充分挖掘了单片机的资源和运算控制能力，具有功能多、显示全、成本低的特点。1.2 课题的总体设计及思路本设计秒表/时钟计时器的设计以单片机为控制核心，从各个控制模块，如显示模块、键盘模块、实时控制模块等来实现硬件电路的设计。通过定时芯片来实现实时控制,再经过单片机将时间数据由 LED 数码管显示,系统中通过按键完成秒表和时钟计时功能的切换以及时间的调整。此外，系统中时钟计时器的定时也采用按键来设定，当定时时间到时，系统中的音乐电路播放动听的乐曲。计时器的设计方法有多种，如可用中小规模集成电路组成，也可以用专用的时钟芯片配以显示电路及其所需要的外围电路来组成，还可以利用单
15、片机配以专用时钟芯片来实现。这些方法都各有特点，其中利用单片机进行设计的时钟编程灵活，便于时钟功能的扩充，精确度也很高。本设计采用的就是最后一种方法。即以单片机为核心，时钟芯片计时，键盘设定、校正时间，数码管显示相应时间来进行设计的。因此时钟系统中我们需设计较好的单片机的最小系统、显示电路、键盘电路和时钟芯片与单片机的接口电路。经过以上简单的分析可以得到本系统设计的原理方框图如图 1-1 所示XX 大学毕业设计（论文）- 3 -单片机最小系统显 示电路键 盘电路时钟电路闹铃电路图 1-1 系统原理框图本系统的设计采用的是常用的模块分析法，即将系统分为几个子模块分别设计。主要分为五个大模块设计，
16、即单片机最小系统模块、时钟电路模块、显示模块、键盘模块和闹铃模块，在以后的硬件电路设计中就按照以上的各模块分别进行设计。基于单片机的秒表/时钟计时器设计- 4 -第 2 章 硬件电路设计设计思路和方案确定后就可进行系统的硬件电路设计。硬件电路是一个系统非常重要的部分，它设计的结果直接影响系统软件设计的复杂程度和系统的性能指标。第1 章中已经指出本系统的设计采用模块法，将系统分为单片机最小系统、时钟电路、显示电路和键盘电路四个子模块，本章将对各模块分别进行设计介绍。系统的总原理图将在附录里给出2.1 单片机最小系统单片机的最小系统是指单片机能正常工作所必需的最小组成部分，主要包括单片机及其时钟电
17、路和对其进行复位的复位电路及电源电路。因此需选择合适单片机、设计时钟电路和复位电路以保证单片机的工作。2.1.1 单片机的选择及介绍单片机虽然种类繁多但不论哪种其内部结构都大同小异，都是把中央处理器CPU、随机存储器 RAM、只读存储器 ROM、中断系统、定时器 /计数器以及 I/O 口电路等主要微型机部件集成在一个芯片上，使单片机向着稳定可靠、体积小、功能强、速度快和价格廉的方向发展。单片机的典型代表是 MCS-51 系列单片机，后来又以其的技术核心为主导生产出很多功能更好的单片机，例如 ATMEL 公司推出的 AT89 系列单片机 1。ATMEL 公司将 Flash 存储器技术与 MCS-
18、51 核相结合，形成了 Flash 单片机 AT89系列。AT89 系列单片机和 MCS-51 单片机在内部功能、引脚以及指令系统方面完全兼容。由于 AT89 系列单片机继承了 MCS-51 的原有功能，内部含有大量的 Flash 存储器，又增加了新的功能，如看门狗定时器 WDT、ISP 及 SPI 串行接口技术等，因此在电子产品开发及智能化仪器仪表中有着广泛的应用，是目前取代 MCS-51 系列单片机的主流芯片之一。AT89S 系列是在 AT89C 系列的基础上增加一些特别的功能部件组成的。AT89S51、52 是 2003 年 ATMEL 推出的新型品种，除了完全兼容 8051 外，还多了
19、 ISP编程和看门狗功能。根据本课题的特点，我们选用 AT89S51。2.1.2 AT89S51 单片机性能与应用AT89S51 是一个低功耗，高性能 CMOS 8 位单片机，片内含 4k Bytes ISP(In-system programmable)的可反复擦写 1000 次的 Flash 只读程序存储器，器件采用ATMEL 公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准 MCS-51 指令系统及 80C51引脚结构，芯片内集成了通用 8 位中央处理器和 ISP Flash 存储单元，功能强大的微型计算机的 AT89S51 可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。AT89S51 具有如下特点： 40 个引脚； 4k Bytes Flash 片内程序存储器；
