1、毕业设计数字钟的设计摘要：随着电子工业的发展，电子产品日新月异。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功能。诸如数字钟、万年历、电子表、定时自动报警、定时启闭电路、通断动力设备，甚至各种定时电气的自动启用、通信、网络等众多领域，所有这些都是以钟表数字化为基础的。由于其功能的不断增加，使用方便性不断提高，很多产品已经成为人类日常生活中不可或缺的助手。本文是基于单片机控制的数字钟系统的设计。该系统主要以单片机芯片AT89C51 为核心结合按键选择模块来控制数码管显示模块和蜂鸣器模块工作，从而实现时钟和闹钟功能，并可对时钟及闹钟的时、分、秒进行单独校对，使其校正到标准
2、时间。此设计以软件控制硬件及软硬件结合为指导思想，充分发挥单片机功能。同时，该数字钟系统还具有功耗小、成本低的特点，具有很强的实用性。由于系统实现的功能简单，因此具有一定的可扩展性。关键词：AT89C51 单片机；数码管显示；The design of digital clock AbstractWith the development of the electronics industry, electronic products are different from before day by day. Watches digital has brought great convenien
3、ce to peoples production and living, and greatly expanded the original watch function. Such as digital clock, calendar, electronic watches, timed automatic alarm, timed to open and close circuits, open and close the power equipment, even a variety of timed electrical auto-enabled, communications, ne
4、tworking and many other fields, all of which are based on watches digital. Increasing its functionality, ease of use continue to increase, many products have become an indispensable assistant to human daily life. This article is based on single chip microcomputer control of digital clock system desi
5、gn. This system mainly by the single-chip microcomputer AT89C51 as the core in combination with key choice module to control the digital tube display and buzzer module work, so as to realize the clock and alarm clock function, and can be on the clock and alarm clock, minutes and seconds to individua
6、lly check, make the correction to standard time. This design in order to control the hardware and software and hardware combined with software as the guiding ideology, give full play to the MCU function. At the same time, the digital clock system also has the characteristics of low consumption, low
7、cost, strong practicability. Due to the function of the system is simple, thus has certain extensibility. Key words: AT89C51 single chip microcomputer; Digital tube display; 目 录 摘要 .i Abstract .ii第一章 绪 论 .- 1 - 1.1 课题研究的背景.- 1 - 1.2课题研究的内容 . - 2 - 第二章 KEIL集成开发环境的应用 . - 3 - 2.1AT89C51单片机概述 .- 3 - 2.2
8、 KEIL集成开发环境的应用与操作 . - 3 - 2.2.1KEIL集成开发环境简介 . - 3 - 2.2.2 KEIL集成开发环境的基本仿真流程 . - 4 - 第三章 数字钟系统的原理与设计 . - 6 - 3.1 数字钟系统的总体方案设计 .- 6 - 3.2 数字钟系统的硬件设计 . - 6 - 3.2.1 复位电路的设计 . - 7 - 3.2.2 振荡电路的设计 . - 8 - 3.2.3 按键选择电路的设计 . - 10 - 3.2.4 数码管显示电路的设计. - 11 - 3.2.4.1 数码管的显示原理. - 13 - 3.2.4.2数码管的连接 . - 14 - 3.2
9、.5蜂鸣器电路设计 . - 14 - 3.3 数字钟系统的软件设计.- 16 - 3.3.1 初始化参数设置. - 17 3.3.2 时钟计时程序. - 17 - 3.3.3 按键处理程序. - 17 - 3.3.3.1 时钟调时程序. - 17 - 3.3.3.2 闹钟调时程序. - 17 - 3.3.4 数码管显示程序. - 17 - 3.3.4.1 时钟当前值显示程序. - 17 - 3.3.4.2 闹钟调时显示程序. - 17 - 第四章 系统实现与分析 . - 20 - 4.1 系统总体电路原理图的设计 . - 20 - 4.2 系统整体软件设计 . - 21 第五章 总结与展望 .
10、 - 26 - 5.1 工作总结. - 26 - 5.2 技术展望. - 27 - 参考文献 . 第一章 绪 论1.1 课题研究的背景近年来随着科技的发展，任何设备和产品的自动化、数字化和智能化都离不开单片机，单片机已成为人类生活中不可或缺的助手。在实时检测和自动控制的单片机应用系统中，单片机往往是作为一个核心部件来使用，还要根据具体的硬件结构，以及针对具体的应用对象的软件结合，加以完善。单片机的应用的重要意义在于，它从根本上改变了传统意义设计理念和设计方法。数字钟已经成为人们日常生活中不可缺少的生活用品，广泛的应用于各种场所。给我们生活、学习、工作、娱乐带来了极大的方便。尽管目前市场上已有现
11、成的数字钟集成电路芯片出售，价格便宜、使用也方便，但鉴于单片机的定时功能也可以完成数字钟的电路设计，因此进行数字钟的设计是必要的。1.2 课题研究的内容本次设计的多功能数字钟就是应用单片机的计时功能为设计核心，采用定时器中断提供准确的计时，由键盘调整数字钟的功能，并利用软件编程通过数码管把时间数字显示出来，通过蜂鸣器提醒时间。本文内容结构安排如下：第一章主要介绍本文的研究背景，及本文的主要研究内容。 第二章是对KEIL集成开发环境的应用 的介绍，包括 AT89C51单片机概述，KEIL 集成开发环境简介及KEIL集成开发环境的基本仿真流程。 第三章主要介绍数字时钟的原理与设计，分别介绍了数字钟
12、系统的总体方案设计，数字钟系统的硬件设计，数字钟系统的软件设计。第四章是系统的实现与分析，分别介绍了系统总体电路原理图的设计，系统整体软件设计，将各个模块整合到一起，进行仿真、分析，以实现数字钟系统的整体功能。第五章是对本文的总结，以及对本设计的技术展望。第二章 KEIL 集成开发环境的应用 2.1 AT89C51 单片机概述单片机是计算机、自动控制和大规模集成电路技术相结合的产物，融计算机结构和控制功能于一体，集成在一个芯片上的计算机，全称单片微型计算机。 AT89C51 是 8 位单片机中一个最基本、最典型的芯片型号，它主要由中央处理器CPU、内部数据存储器、内部程序存储器、定时器/ 计数
13、器、并行 I/O 口、串行口、中断控制电路、时钟电路、位处理器、内部总线等组成。2.2 KEIL 集成开发环境的应用与操作2.2.1KEIL 集成开发环境简介Keil C51 是 Keil Software 公司出品的 51 系列兼容单片机 C 语言软件开发系统。 Keil 提供了包括 C 编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真复位电路 数码管显示电路蜂鸣器电路按键选择电路AT89C51调试器等在内的完整开发方案，通过一个集成开发环境（uVision）将这些部分组合在一起。 。在 Keil 中使用 C 语言编程，在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势。2.2.2 KEIL
14、 集成开发环境的基本仿真流程1.新建与保存源程序第一步：双击 KEIL uVision3 的桌面快捷方式，启动 KEIL 集成开发软件。第二步：新建文本编辑界面或加入原有的程序文件。选择“File(文件)”“New”命令或菜单栏的“新建文本”命令，即可在项目界面的右侧打开一个新的文本编辑界面，默认文件名为“Text1” 。第三步：在“Text1”中输入 C 语言源程序。第四步：保存源程序。保存文件时必须加上文件的扩展名并选择路径和文件名进行保存，C 语言程序文件的扩展名为“.C” 。2.建立新工程第五步：新建 KEIL 工程。选择“Project(工程)” “New Project(新建工程)
15、”命令，将出现保存对话框。在保存工程对话框中输入工程文件名，工程名称不用输入扩展名。输入名称后保存，将出现“Select Device for Target ”对话框。第六步：选择 CPU 型号。在对话框中选择“公司（Atmel） ” “CPU 型号” ，单击“确定”按钮返回主界面。3.加入源程序到工程中1 总体方案设计针对本课题的设计任务，进行分析得到：本次设计以单片机芯片 AT89C51 为核心进行控制，并由 4 个按键及一个开关键进行时间的调整和闹铃的设定。最终由 6 个数码管显示时间，1 个蜂鸣器提醒时间。根据设计的要求，该多功能数字钟的设计总体上大致可分为以下几个部分：1.复位电路；
16、2.振荡电路;3.按键选择电路；4.数码管显示电路； 5. 蜂鸣器电路。系统原理框图如下图所示。2 硬件电路设计2.1 复位电路设计单片机在上电以后内部的电路处于一种随机状态，这时如果开始工作则会出现混乱。对单片机而言，复位也就是在做准备工作，是使单片机回到初始化状态的一种操作。单片机系统上电后，从何处开始执行第一条指令是由系统复位后的状态决定的。RST 引脚是复位信号的输入端，高电平有效。常用的复位电路有上电复位电路、按键电平复位电路、按键脉冲复位电路，而此数字钟系统复位电路采用按键电平复位电路，如下图所示。XTAL218XTAL119ALE30EA31PSEN29RST9P0.0/AD03
17、9P0.1/AD138P0.2/AD237P0.3/AD336P0.4/AD435P0.5/AD534P0.6/AD63P0.7/AD732P1.01P1.2P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78P3.0/RXD10P3.1/TXD1P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/T014P3.7/RD17P3.6/WR16P3.5/T115P2.7/A1528P2.0/A821P2.1/A92P2.2/A1023P2.3/A1 24P2.4/A1225P2.5/A1326P2.6/A1427U1AT89C51VCR20.2k R11kC32uF2.2 振荡电路振荡
18、电路由两个皆为 30PF 的 C1,C2 及振荡频率为 12MHZ 的晶振组成，并配合单片机定时器 0 实现准确计时。XTAL218XTAL119ALE3031PSN29RST9P0./AD0390.1/138P0.2/AD2370.3/336P0.4/AD4350.5/534P0.6/AD630.7/732P1.011.2P1.231.34P1.451.56P1.671.78P3.0/RXD103.1/T 1P3.2/INT0123./IT113P3.4/T014P3.7/RD173.6/W163.5/T115P2.7/A1528P2.0/A8212.1/92P2./A10232.3/124
19、P2.4/A12252.5/13262.6/1427U1AT89C51C130pF C230pFX112MHz2.2 按键选择电路按键选择电路主要通过按键及开关实现随时输入定时（闹钟）时间和随时对当前时间进行调整。本设计选择 1 个单刀单掷开关为闹钟时间调整开关，4 个独立式键盘，分别为：秒钟调整按键、分钟调整按键、时钟调整按键及时钟运行按键。按键选择电路如下图所示。XTAL218XTAL119ALE30EA31PSEN29RST9P0.0/AD0 39P0.1/AD1 38P0.2/AD2 37P0.3/AD3 36P0.4/AD4 35P0.5/AD5 34P0.6/AD6 33P0.7/
20、AD7 32P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78P3.0/RXD 10P3.1/TXD 11P3.2/INT0 12P3.3/INT1 13P3.4/T0 14P3.7/RD 17P3.6/WR 16P3.5/T1 15P2.7/A15 28P2.0/A8 21P2.1/A9 22P2.2/A10 23P2.3/A11 24P2.4/A12 25P2.5/A13 26P2.6/A14 27U1AT89C51SW1SW-SPST其中，秒钟调整按键的功能是当闹钟时间调整开关闭合时调整闹钟时间的秒位，反之对时间值的秒位进行调整，分钟调整按键的功能是当闹钟时
21、间调整开关闭合时调整闹钟时间的分位，反之对时间值的分位进行调整，时钟调整按键的功能是当闹钟时间调整开关闭合时调整闹钟时间的时位，反之对时间值的时位进行调整。各按键每按一次+1，当秒位和分位加到 60 自动转化为 0，当时位加到 24 自动转化为0。键盘的硬件电路设计只能保证八个按键信号的可靠进入，要想完成键盘的输入功能，还要靠软件编程来具体实现。当时间值调整准确，按下时钟运行按键启动定时器中断开始准确计时。2.2 数码管显示电路设计在目前的扫描显示电路中为了节省成本广泛使用七段数码管显示，其工业控制、仪表仪器等都应用七段数码管做显示输出。用十进制数码管直观显示数字系统的运行数据，常常是主要的显
22、示手段，数码管每个线段都是一个发光二极管LED（Light Emitting Diode）组成的。因其驱动电压小、功耗低、寿命长和可靠性高等优点广泛显示电路中。2.2.1数码管的显示原理七段数码管显示就是将七个发光二极管 LED（加小数点为八个）按一定的方式排列起来，七段 a、b、c、d、e 、f、g（小数点 DP）各对应一个发光二极管，利用不同发光段的组合，显示不同的阿拉伯数字或字符，要使数码管显示，必须具备两个条件：1.要使 COM 端接地；2. 要使（a,b,c,d,e,f,g,dp)某些端口接高电。(a) 显示器 (b) 段组合图图 2.2.1 八段数字显示器及发光段组合图以共阴极数码
23、管为例ace佃 c 佃 佃Mg ba佃M 佃7 段数码管的段码为 7 位，8 段数码管的段码为 8 位，用一个字节即可表示。段码字节中代码位与各段发光二极管的对应关系如下：段码 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0段名 dp g f e d c b a显示十六进制数的段码值如下图所示： 显示数字 七段共阴极段码 八段共阴极段码 八段共阴极倒置段码0 3FH BFH BFH1 06H 86H B0H2 5BH DBH DBH3 4FH CFH F9H4 66H E6H F4H5 6DH EDH EDH6 7DH FDH EFH7 07H 87H B8H8 7FH FFH FFH9 6F
24、H EFH FDH本设计需设置 6 个数码管，其中时个位与倒置的分十位结合显示数字及“：” ，分个位与秒十位结合显示数字及“：” 。2.2.2数码管连接在使用中，为了给发光二极管加驱动电压，它们应有一个公共引脚，公共引脚共有共阴极和共阳极两种连接方法，如图下图所示。（a）共阳极接法 (b) 共阴极接法其中共阴极接法把发光二极管的阴极连在一起构成阴极公共引脚，使用时阴极佃佃 佃佃 佃佃b佃佃佃佃佃eeffgg佃 佃 公共引脚接地，这样阳极引脚上加高电平的发光二极管就导通点亮；共阳极接法则是把发光二极管的阳极连在一起作为阳极公共引脚，使用时阳极公共引脚接+5V，这样阴极引脚上加低电平的发光二极管即
25、可导通点亮。此图各数码管的 a,b,c,d,e,f,g,DP 端分别接P2.0,P2.1,P2.2,P2.3,P2.4,P2.5,P2.6,P2.7。自秒个位，秒十位，分个位，分十位，时个位，时十位起数码管的 COM 端分别接 P3.0,P3.1,P3.2,P3.3,P3.4,P3.5，对应数码管连接方法如下：XTAL218XTAL119ALE301PSN29RST9P0./AD039.1/18P0.2/AD237.3/36P0.4/AD435.5/54P0.6/AD63.7/72P1.01.2P1.23.34P1.45.56P1.67.78P3.0/RXD10.1/TP3.2/IN012./IT13P3.4/014P3.7/RD17.6/W6.5/T15P2.7/A1528P2.0/A821.1/9P2./A023.3/14P2.4/A225.5/136.6/47U1AT89C51234567891RP1RESPACK-82.3 蜂鸣器电路设计本设计中当闹钟预设时间与当前显示时间值相同时驱动蜂鸣器连续工作 1 分钟，起到提醒时间的作用，给人们的工作、学习、生活带来方便。将蜂鸣器一端与P3.6 相连，另一端与 VCC 相连，当 P3.6=0 时，蜂鸣器开始工作。具体连接电路如下图所示：
