畢業(yè)設計（論文）基于單片機的多功能數(shù)字電子鐘設計

1、XXXXXXXXXXXXXX畢畢業(yè)業(yè)設設計計 題題 目目 基于單片機的多功能數(shù)字電子鐘基于單片機的多功能數(shù)字電子鐘姓姓 名名 xxxxxx學學 號號 xxxxxx專業(yè)班級專業(yè)班級 xxxxxx分分 院院 xxxxxx指導教師指導教師 xxxxxxxx 年年 xxxxxx 月月 xxxxxx 日日摘摘 要要多功能數(shù)字鐘的應用非常普遍，由單片機作為數(shù)字鐘的核心控制器，通過它的時鐘信號進行實現(xiàn)計時功能，將其時間數(shù)據(jù)經單片機輸出，利用顯示器顯示出來。通過鍵盤可以進行校時、定時等功能。輸出設備顯示器可以用液晶顯示技術和數(shù)碼管來顯示技術。 本系統(tǒng)利用單片機實現(xiàn)具有計時、校時等功能的數(shù)字時鐘，是以單片機 A

2、T89C51 為核心元件同時采用 LED 數(shù)碼管顯示器動態(tài)顯示“時” ， “分” ， “秒”的現(xiàn)代計時裝置。另外具有校時功能，秒表功能，和定時器功能，利用單片機實現(xiàn)的數(shù)字時鐘具有編程靈活，便于功能的擴充等優(yōu)點。簡要介紹了 LED 顯示的發(fā)展狀況和其所特有的優(yōu)勢，簡述了該系統(tǒng)中一些重要芯片的基本工作原理，著重論述了硬件線路各個模塊的設計思想。數(shù)碼管與單片機的接口采用動態(tài)顯示技術，利用了時鐘芯片的系統(tǒng)自帶電池功能來實現(xiàn)斷電時保存一些重要數(shù)據(jù)，以便來電時正確顯示信息的功能。模塊化的設計和調試方法在整個課題研究過程中至關重要，事實上在任何設計中也同樣關鍵和有效。關鍵詞：關鍵詞：數(shù)字鐘系統(tǒng) 單片機 LE

3、D 液晶顯示器ABSTRACT Multi-function digital clock in the application is already very common. SCM as a digital clock from the core controller, it can achieve the clock signal timing, its time data by the MCU output, use of monitors displayed. Keyboard can be carried out at the school, timing, and other fu

4、nctions. Output devices can be used liquid crystal display monitors and digital technology to display the technology. The system uses MCU with time, the school features such as the digital clock, SCM AT89C51 is also used as the core components of the LED digital display dynamic display when and poin

5、ts and seconds of the modern time device .In addition a school function, stopwatch function, and the timer function to achieve MCU use of the digital clock with programming flexibility to facilitate the expansion of functional advantages. This paper gives a general description of development situati

6、on of LED display and advantages of LED products as display .It also introduces the basic functions of some relative vital chips briefly . Solutions of the key parts are also introduced with particular description. Dynamic display interface between LED display and MCU are used .It also can save some

7、 important data at the moment of power-off by making use of RTC chips system self-contained battery in order to make sure accurate information are present whenever power-on.Modularized design and debug are most important in the whole course of the topic research. In fact, it is as well as vital and

8、effective in any other design course.Keywords: Digital clock system SCM LED LCD Monitor目目 錄錄1 引言.11.1 選題的目的和意義.11.2 主要技術的背景.1發(fā)展歷史.1現(xiàn)狀.2發(fā)展趨勢.22 系統(tǒng)總體設計方案.42.1 系統(tǒng)功能實現(xiàn)總體設計思路 .42.2 LED 顯示器 .5顯示器的結構.5的接線形式.62.3 AT89C51 簡介 .6主要性能參數(shù).7單片機的功能特性概述.72.4 各部分功能實現(xiàn) .102.5 系統(tǒng)工作原理 .102.6 時鐘各功能分析及圖解.11電路各功能圖解分析.11電路功能

9、使用說明.133 軟件總體設計方案.143.1 主程序流程圖.143.2 總中斷程序流程.144 仿真結果分析.19結束語.20致 謝.22參考文獻.23附 錄.241 1 引言引言1.11.1 選題的目的和意義選題的目的和意義隨著生活水平的提高，人們越來越追求人性化的事物，傳統(tǒng)的時鐘已不能滿足人們的需求?，F(xiàn)代的數(shù)字鐘不僅需要數(shù)字電路技術而且需要模擬電路技術和單片機技術，增加數(shù)字鐘的功能。利用軟件編程盡量做到硬件電路簡單穩(wěn)定，減小電磁干擾和其他環(huán)境干擾,減小因元器件精度不夠引起的誤差，但是數(shù)字鐘還是可以改進和提高如選用更精密的元器件。但與機械式時鐘相比已經具有更高的準確性和直觀性，且無機械裝置

10、，具有更長的使用壽命，因此得到了廣泛的使用數(shù)字鐘通過數(shù)字電路實現(xiàn)時,分,秒.數(shù)字顯示的計時裝置,廣泛用于個人家庭,車站, 碼頭辦公室等公共場所,成為人們日常生活中不可少的必需品,由于數(shù)字集成電路的發(fā)展和石英晶體振蕩器的廣泛應用,使得數(shù)字鐘的精度,遠遠超過老式鐘表, 鐘表的數(shù)字化給人們生產生活帶來了極大的方便，而且大大地擴展了鐘表原先的報時功能。諸如定時自動報警、按時自動打鈴、時間程序自動控制、定時廣播、自動起閉路燈、定時開關烘箱、通斷動力設備、甚至各種定時電氣的自動啟用等，所有這些，都是以鐘表數(shù)字化為基礎的。因此，研究數(shù)字鐘及擴大其應用，有著非?，F(xiàn)實的意義。在此次設計中我們將用到集成電路 。集

11、成電路是一種微型電子器件，采用一定的工藝將包含三極管、二極管、電阻、電容等元件及其相互連線的整個電路，集中制造在一個或幾個很小的半導體晶片或介質基片上，再經引線和封裝，成為具有所需功能的微型結構。每片芯片（半導體晶片或介質基片）集成的元件數(shù)叫做集成度，小規(guī)模集成電路的集成度是 1100，中規(guī)模集成電路的集成度是 1001000，大規(guī)模集成電路的集成度是 100010 萬，超大規(guī)模集成電路的集成度是 10 萬100 萬，極大規(guī)模集成電路的集成度大于 100 萬。 集成電路具有體積小、引出線和焊接點少、壽命長、成本低、可靠性高、性能好等優(yōu)點，廣泛應用于電子計算機、通訊設備、導彈、雷達、人造衛(wèi)星和各

12、種遙控、遙測設備中。1.21.2 主要技術的背景主要技術的背景 發(fā)展歷史發(fā)展歷史集成電路是信息產業(yè)和高新技術的核心 ，是推動國民經濟和社會信息化的關鍵技術。集成電路的產業(yè)規(guī)模和技術水平已成為國家綜合國力的一個重要標志。集成電路是隨著計算機技術的發(fā)展而不斷進步 ，1946 年 2 月 15 日世界上第一臺通用電子數(shù)字計算機使用了 18000 個電子管，1500 個繼電器以及其他器件，安裝在面積為 9*15 平方米的室內。在 20 世紀 50 年代中期第二代電子計算機問世 ，它是以晶體管代替了電子管，此時第一個集成電路誕生了 ，它包括一個晶體管、兩個電阻和一個電阻、電容的組合.后來集成電路工藝日趨

13、完善 ，大部分電路元件都已經以集成電路的形式出現(xiàn)，甚至在約 1 平方厘米的芯片上，就可以集成上百萬個電子元件1。在 1967 年和 1977 年，分別出現(xiàn)了大規(guī)模集成電路和超大規(guī)模集成電路 ，不斷的完善和改進計算機的性能與規(guī)模。但我國集成電路相對于世界先進水平存在一定的差距 ，所以有發(fā)展本國集成電路的需要。 現(xiàn)狀現(xiàn)狀現(xiàn)在我國集成電路產業(yè)已經經過 30 多年的發(fā)展現(xiàn)已形成了近百家的產業(yè)規(guī)模，其中具備一定設計規(guī)模的單位有 20 多家，其中北京華大、大唐、深圳華威和無錫矽科四家設計公司的銷售額超過了 1 億元。 2000 年，我國集成電路總產量為 58.80 億塊，銷售額近 200 億元，產量和銷售

14、額分別比 1999 年增長 50.3%和 75%。并且集成電路芯片目前主要采用 56 英寸硅片、0.81 微米技術 ，大部分設計公司的技術水平在0.80.5 微米之間，最高設計水平可達 0.35 微米。不少設計公司可以設計上萬門的集成電路產品，而北京華大和深圳華威最高可設計 80 萬門的電路。目前國內的通信芯片行業(yè)取得了突破性進展，例如南京東南大學射頻與光電集成電路研究所設計的第一批芯片已成功通過測試，其中的 3 個芯片還達到世界先進水平，填補了我國高速 CMOS 集成電路設計的技術空白，在此基礎上開發(fā)出的實用產品可以打入光纖通信接口設備市場。多家外國著名公司也紛紛在中國建立起集成電路設計公司

15、 。 發(fā)展趨勢發(fā)展趨勢中國發(fā)展集成電路的主要目標為：達到大規(guī)模生產 150mm 和 0.8 微米的技術水平；200mm 和 0.5 微米的制造技術的產業(yè)化；提高集成電路的設計能力以滿足市場需求；跟蹤 0.30.4 微米和先進封裝技術的研發(fā)；開發(fā) 200mm 的硅片制造技術并在國內開始生產等。未來 10 年是我國微電子產業(yè)發(fā)展的關鍵時期。重點要推進超大規(guī)模集成電路和新技術的產業(yè)化。 我國集成電路市場潛力巨大 ， 是因為近年來因特網持續(xù)爆炸式增長、移動通信終端設備市場的迅猛發(fā)展，以及數(shù)碼相機、手持電腦等電子產品市場的興旺，尤其是移動通信業(yè)的高速發(fā)展成為推動半導體產業(yè)新一輪發(fā)展的強大動力。信息產業(yè)的

16、高速發(fā)展，為集成電路產業(yè)提供了巨大的市場空間 。未來幾年，我國集成電路市場需求主要來自以下幾個方面：1.通信運營業(yè)的高速發(fā)展對集成電路提出新的需 ；2.國民經濟和社會信息化建設給電子信息制造業(yè)創(chuàng)造了一個新市場 ;3.隨著我國經濟結構的戰(zhàn)略性調整，傳統(tǒng)產業(yè)改造升級，提高設計和制造水平推進機電一體化，為各行業(yè)提供先進和成套的技術準備，又會給集成電路產業(yè)帶來新的市場。 綜觀中國集成電路的設計概況，可以看到從 20 世紀 80 年代末開始，經過 90 年代初的創(chuàng)業(yè)期，現(xiàn)正進入它的發(fā)展期， 21 世紀將是中國設計業(yè)的成熟期。2 2 系統(tǒng)總體設計方案系統(tǒng)總體設計方案本次設計時鐘電路，使用了 AT89C51

17、 單片機芯片控制電路，單片機控制電路簡單且省去了很多復雜的線路，使得電路簡明易懂，使用鍵盤鍵上的按鍵來調整時鐘的時、分、秒，用一揚聲器來進行定時提醒，同時使用 C 語言程序來控制整個時鐘顯示，使得編程變得更容易，這樣通過四個模塊：鍵盤、芯片、揚聲器、顯示屏即可滿足設計要求。2.12.1 系統(tǒng)功能實現(xiàn)總體設計思路系統(tǒng)功能實現(xiàn)總體設計思路本系統(tǒng)可模擬電子時鐘，實現(xiàn)時鐘，秒表，校時功能，主從 CPU 數(shù)據(jù)處理、鍵盤控制與數(shù)據(jù)顯示。主控系統(tǒng)能響應按鍵，并對其進行相應的處理，再把其對應的結果數(shù)據(jù)在數(shù)碼管 LED 上顯示。具體設計基本任務是：1用 LED 數(shù)碼管顯示時間，且能顯示時、分、秒的 24 小時制

18、的數(shù)字鐘。2具有校時功能，具體方法：設置三個按鈕，其中兩個按鈕分別對“時” 、 “分”進行校時，另一個按鈕則實現(xiàn)對“秒”位清零。此設計原理框圖如圖 2.1 所示。方案一1計時用的“秒”脈沖信號可用實驗板中提供的 800Hz 分頻產生。800Hz 信號同時作為動態(tài)掃描顯示電路的時鐘信號。2時、分校時控制，當校時按鈕按下時，可對時、分計數(shù)器 CP 端輸入秒脈沖來加速計數(shù)速度來達到校時目的。方案二 1.用單片機定時器中斷原理實現(xiàn)數(shù)碼管動態(tài) 10ms 循環(huán)掃描，同時完成計數(shù)功能，并經過多次中斷產生“秒”信號。鬧鈴電路數(shù)碼管顯示鍵盤控制區(qū)AT89C51芯片圖 2.1 設計原理框圖 2.可控制按鍵實現(xiàn)時，

19、分，秒加一，減一功能?？紤]到設計硬件簡單原則，利用單片機實現(xiàn)的數(shù)字時鐘具有編程靈活，便于功能的擴充等優(yōu)點，故本設計采用方案二。詳細元器件列表如表 2.1 所示：表 2.1 詳細元器件列表AT89c511 片7SEG-MPX8-CA-BlUE 八位數(shù)碼管1 片NPN 三極管1 個104p 電容6 個30p 電容2 個10K 電阻6 個560 歐姆電阻8 個200 歐姆電阻1 個100 歐姆電阻6 個2.22.2 LEDLED 顯示器顯示器LED 就是 light emitting diode ，發(fā)光二極管的英文縮寫。它是一種通過控制半導體發(fā)光二極管的顯示方式，用來顯示文字、圖形、圖像、動畫、行情

20、、視頻、錄像信號等各種信息的顯示屏幕。LED 的技術進步是擴大市場需求及應用的最大推動力。最初，LED 只是作為微型指示燈，在計算機、音響和錄像機等高檔設備中應用，隨著大規(guī)模集成電路和計算機技術的不斷進步， LED 顯示器正在迅速崛起，近年來逐漸擴展到證券行情股票機、數(shù)碼相機、PDA 以及手機領域。LED 顯示器集微電子技術、計算機技術、信息處理于一體，以其色彩鮮艷、動態(tài)范圍廣、亮度高、壽命長、工作穩(wěn)定可靠等優(yōu)點，成為最具優(yōu)勢的新一代顯示媒體，目前，LED 顯示器已廣泛應用于大型廣場、商業(yè)廣告、體育場館、信息傳播、新聞發(fā)布、證券交易等，可以滿足不同環(huán)境的需要。 LEDLED 顯示器的結構顯示器

21、的結構LED 顯示塊是發(fā)光二極管顯示字段的顯示器件。在單片機應用系統(tǒng)中通常使用的是七段 LED。七段 LED 內部由 7 個條形發(fā)光二極管和一個圓點發(fā)光二極管組成。本設計中采用的是 7SEG-MPX8-CA-BlUE 八位數(shù)碼管，該數(shù)碼管為藍色數(shù)碼管，每一段數(shù)碼管內部相當于有一個藍色發(fā)光二極管。發(fā)光二極管具有單向導電性，只有當外加的正向電壓使得正向電流足夠大時才發(fā)光，它的開啟電壓比普通二極管的大，紅色的在 1.8V2.2V 之間，綠色的約為 2V。正向電流越大，發(fā)光越強。內部結構如圖 2.2 所示。 LEDLED 的接線形式的接線形式根據(jù)內部發(fā)光二極管的接線形式分成共陰極型（公共點接地）和共陽

22、極型（公共點接電源） 。計算機與七段顯示器的接口，分成靜態(tài)顯示接口和動態(tài)顯示接口。靜態(tài)接口是每個七段顯示器單獨用一組寄存器控制，將其公共點接地。動態(tài)接口使用兩組寄存器。幾個顯示器的七段用一組寄存器控制，該寄存器稱作段選寄存器。另一組寄存器控制這幾個七段顯示器的公共點，控制這幾個顯示器逐個循環(huán)點亮。適當選擇循環(huán)速度，利用人眼“視覺暫留”效應，使看上去好像這幾個七段顯示器同時在顯示一樣?？刂乒颤c的寄存器稱為位選寄存器。本次設計中采用共陽極型接法，公共級通過一個 PNP 三極管與12V 的電源相連。接口采用動態(tài)顯示。2.32.3 AT89C51AT89C51 簡介簡介AT89C51 是美國 ATM

23、EL 公司生產的低電壓、高性能的 CMOS 8 位單片機，片內含 8k bytes 的可反復擦寫的只讀程序存儲器（ PEROM）和 256 bytes 的隨即存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM） ，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲技術生產，與標準的 MCS-51 指令系統(tǒng)兼容，片內置通用 8 位中央處理器（CPU）和 Flash 存儲單元，功能強大。AT89C51 單片機適合于許多較為復雜控制應用場合。AT89C51 單片機內部主要有以下部件：8031CPU、振蕩電路、總線控制部件、中斷控制部件、片內 Flash 存儲器、并行 I/O 接口、定時器和串行 I/O 接口。 AT89C51 是

24、 89 系列單片機的標準型，它是與 MSC-51 系列單片機兼容的。在內部含有4KB 或 8KB 可重復編程的 Flash 存儲器，可進行 1000 次擦寫操作。全靜態(tài)工作為 0-圖 2.2 八段數(shù)碼管24MHZ，有 3 級程序緩存器，內部含有 128-256 字節(jié)的 RAM，有 32 條可編程 I/O 口線，2-3 個 16 位定時/計數(shù)器，6-8 個中斷源，通用的串行接口，低電壓空閑及電源下降方式。AT89C51 單片機內部 CPU、4KB 的 FPEROM，128 的 RAM，兩個 16 位的定時/計數(shù)器 T0和 T1，4 個 8 位的 I/O 端 P0、P1、P2、P3 等組成。單片微

25、機內部最核心的部分是CPU。CPU 主要功能是產生各種控制信號，控制存儲器、輸入/輸出端口的數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)的算數(shù)運算、邏輯運算以及操作處理等，CPU 按其功能可分為運算器和控制器兩部分?？刂破饔沙绦蛴嫈?shù)器 PC、指令存儲器、實時控制與條件轉移邏輯電路等組成。它的功能是對來自存儲器中的指令進行譯碼，通過實時控制電路在限定的時間發(fā)出各種操作所需要的內部和外部的控制信號，使各部分協(xié)調工作，完成指令規(guī)定的操作。運算器由算術邏輯器部件 ALU、累加器 ACC、暫存器、程序狀態(tài)字寄存器 PSW，BCD 碼運算調整電路等組成。 AT89C51AT89C51 主要性能參數(shù)主要性能參數(shù)AT89C51 與 MCS

26、-51 控制系列產品兼容，片內有 4K 可在線重復編程閃速電擦除存儲器（Flash Memory),存儲器可循環(huán)寫入/擦除 1000 次；存儲器數(shù)據(jù)保存時間可達 10 年；工作電壓范圍寬：Vcc 可由 2.7V 到 6V；全靜態(tài)工作可由 0HZ 到 16MHZ；中繼結構具有 3 級所存保護；128*8 位內部 RAM；32 條可編程 I/O 線；兩個 16 位定時器/計數(shù)器；中斷結構具有 5 個中斷源和 2 個中斷優(yōu)先級；可編程全雙工串行通信；空閑狀態(tài)維持低功耗和掉電狀態(tài)保存儲存內容。T89C51T89C51 單片機的功能單片機的功能特性概述特性概述AT89C51 提供以下標準功能：8k 字節(jié)

27、 Flash 閃速存儲器，256 字節(jié)內部 RAM，32個 I/O 口線，3 個 16 位定時/計數(shù)器，一個 6 向量兩級中斷結構，一個全雙工串行通信口，片內震蕩器及時鐘電路。同時， AT89C51 可降至 0Hz 的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式?？臻e方式停止 CPU 的工作，但允許 RAM，定時/計數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存 RAM 中的內容，但震蕩器停止工作并禁止其他所有部件工作直到下一個硬件復位。1.MCS1.MCS5151 單片機的中斷系統(tǒng)單片機的中斷系統(tǒng)（1）中斷源 MCS51 單片機是一個多中斷源的單片機，有五個中斷源：外部中斷 0、定時器

28、0中斷、外部中斷 1、定時器 1 中斷和串行接收或發(fā)送中斷。各中斷源的中斷處理程序入口地址如下表 2.2 所示：表 2.2 中斷向量表中斷源入口地址外部中斷 00003H定時器0000BH外部中斷10013H定時器1001BH串行口0023H（2）中斷控制1)中斷的開放或禁止是由中斷允許寄存器 IE 控制的。IE 的格式如下：EA /ESET1EX1ET0EX0 EA中斷總允許位。EA1，開放總中斷，而各個中斷源的中斷請求是允許還是禁止，分別由各自的中斷允許位確定； EA=0，禁止一切中斷。 ES串行口中斷允許位。 ET1 和 ET0 分別是定時器 T1 和 T0 的中斷允許位。 EX1 和

29、EX0 分別是外部中斷 1（INT1）和外部中斷 0（INT0）的中斷允許位。以上五個中斷允許位的意義是： 0 為禁止中斷,1 為允許中斷。2)中斷源優(yōu)先級控制中斷優(yōu)先級寄存器 IP。MCS51 單片機有高、低兩個中斷優(yōu)先級， 5 個中斷源可由程序設置為高優(yōu)先級中斷或低優(yōu)先級中斷，實現(xiàn)二級中斷嵌套。一個正在執(zhí)行的低優(yōu)先級中斷源的中斷服務程序，能被高優(yōu)先級中斷源所中斷，但不能被同級別的另一個中斷源所中斷。 MCS51單片機的 5 個中斷源的優(yōu)先級由中斷優(yōu)先級寄存器 IP 的相應位設定。IP 格式如下：/PSPT1PX1PT0PX0 PS 是串行口的中斷優(yōu)先級控制位。 PT1 和 PT0 分別是定

30、時器 T1 和 T0 的中斷優(yōu)先級控制位。 PX1 和 PX0 分別是外部中斷 INT1 和 INT0 的中斷優(yōu)先級控制位。中斷優(yōu)先級控制位的意義是： 0 為設定為低優(yōu)先級中斷源； 1 為設定為高優(yōu)先級中斷。 如果同優(yōu)先級的多個中斷請求同時出現(xiàn)時，則按 MCS51 單片機的 CPU 查詢次序確定那個中斷請求被響應，其查詢次序為： IE0、TF0、IE1、TF1、RI 或 TI。2.MCS2.MCS5151 的定時系統(tǒng)的定時系統(tǒng)在控制系統(tǒng)中，常常要求有一些實時時鐘以實現(xiàn)定時或延時控制，如定時中斷、定時檢測、定時掃描等等，也往往要求有計數(shù)器能對外部事件計數(shù)。 MCS51 單片機有2 個定時器，稱為

31、定時器 0（T0）和定時器 1（T1） 。(1)定時器的結構MCS51 單片機的定時器由計數(shù)器 0、計數(shù)器 1、方式控制寄存器和定時器控制寄存器組成。計數(shù)器 0 和計數(shù)器 1 分別由 8 位計數(shù)器 TH0、TL0 和 TH1 和 TL1 構成。TH0、TL0、TH1、TL1 是不能位尋址的特殊功能寄存器，通過對 TH0、TL0、TH1、TL1的初始化編程來控制 T0 和 T1 的計數(shù)初值。MCS51 單片機的兩個計數(shù)器 TH0、TL0 和 TH1、TL1 可以構成 16 位的計數(shù)器、13位的計數(shù)器和 8 位的計數(shù)器。計數(shù)器是定時器 T0 和 T1 的核心，它可以對引線 T0 和T1 來的外部事

32、件計數(shù)；也可以對單片機的機器周期計數(shù)。一個機器周期等于12 個振蕩脈沖周期，因此計數(shù)頻率為振蕩頻率的 1/12。這樣，不但可以根據(jù)計數(shù)值計算出定時時間，也可以反過來按定時時間的要求計算出計數(shù)器的預置值。計數(shù)器是加法計數(shù)器，所以預置的計數(shù)初值應為計數(shù)值的補碼。(2)定時器的工作方式MCS51 單片機的 T0 有方式 0、方式 1、方式 2 和方式 3 四種工作方式。T1 有方式 0、方式 1 和方式 2 三種工作方式。工作方式控制寄存器 TMOD:TMOD 寄存器是不能位尋址的特殊功能寄存器，用于控制T1 和 T0 的工作方式。TMOD 的高半字節(jié)和低半字節(jié)的定義相同，高半字節(jié)用于控制T1，低半

33、字節(jié)用于控制 T0，其中，GATE 是門控位。GATE 為 1 時，定時器的計數(shù)器受外部引線 INT0 或 INT1 輸入電平的控制，輸入高電平計數(shù)，輸入低電平停止計數(shù)，這時可以用于測量在 INTx 引線出現(xiàn)的正脈沖寬度； GATE 為 0 時，定時器的計數(shù)不受 INT0 或INT1 引線的控制。C/T 是定時器和計數(shù)器選擇位。 C/T 為 1，選擇計數(shù)器方式，計數(shù)器 THi 和 TLi 對Ti 引線輸入的外部事件計數(shù)； C/T 為 0，選擇定時器方式，計數(shù)器 THi 和 TLi 對機器周期進行計數(shù)。M1 和 M0 是定時器的工作方式選擇位。 M1 和 M0 這 2 位有 0011 四個狀態(tài)，

34、分別選擇方式 0（13 位定時器） 、方式 1（16 位定時器） 、方式 2（8 位自動重裝載定時器）和方式 3（T0 分成兩個 8 位的定時器） 。2.42.4 各部分功能實現(xiàn)各部分功能實現(xiàn)1.單片機發(fā)送的信號通過程序控制最終在數(shù)碼管上顯示出來。2.單片機通過輸出各種電脈沖信號來驅動控制各部分正常工作。3.為使時鐘走時與標準時間一致，校時電路是必不可少的，鍵盤用來校正數(shù)碼管上顯示的時間。4.單片機通過控制鬧鈴電路來完成 定時鬧鐘的功能。2.52.5 系統(tǒng)工作原理系統(tǒng)工作原理設計的電路主要由四模塊構成：單片機控制電路，顯示電路、鬧鈴電路以及校正電路。本系統(tǒng)的設計電路如圖 3.3 所示，左邊按鍵

35、控制時分秒加一減一操作，右邊開關切換數(shù)碼管顯示時鐘，秒表，倒計時定時器等功能。右上角是八位一體的數(shù)碼管 LED，用于顯示。數(shù)碼管左邊的上拉電阻具有自動拉高 P0 I/O 口的功能。本設計采用 C 語言程序設計，使單片機控制數(shù)碼管顯示時、分、秒，當秒計數(shù)計滿 圖 2.3 詳細電路功能圖60 時就向分進位，分計數(shù)器計滿 60 后向時計數(shù)器進位，小時計數(shù)器按“23 翻 0”規(guī)律計數(shù)。時、分、秒的計數(shù)結果經過數(shù)據(jù)處理可直接送顯示器顯示。當計時發(fā)生誤差的時候可以用校時電路進行校正。設計采用的是時、分、秒顯示，單片機對數(shù)據(jù)進行處理同時在數(shù)碼管上顯示。2.62.6 時鐘各功能分析時鐘各功能分析及圖解及圖解電

36、路各功能圖解分析電路各功能圖解分析1.1.時鐘運行圖時鐘運行圖仿真開始運行時，或按下仿真軟件的開始按鍵時，時鐘從 12：00：00 開始運行，其中 K3 鍵對時進行調整，K2 對分鐘進行調整，K6 鍵可以讓鐘表顯示暫停。時鐘運行圖如圖 2.4 所示： 圖 2.4 時鐘運行圖2.2.秒表計時圖秒表計時圖當按下 K1 鍵進入秒表計時狀態(tài)，K6 鍵是秒表暫停鍵，可按 K4 鍵跳出秒表計時狀態(tài)。如圖 2.5 所示：圖 2.5 秒表計時圖abcdefgdp12345678單單片片機機電電子子時時鐘鐘時時間間顯顯示示區(qū)區(qū)主主要要功功能能：1、秒秒表表2、時時間間調調整整3、數(shù)數(shù)字字顯顯示示4、鬧鬧鈴鈴設設

37、置置abcdefgdp12345678單 單片 片機 機電 電子 子時 時鐘 鐘時 時間 間顯 顯示 示區(qū) 區(qū)主 主要 要功 功能 能： ：1、 、秒 秒表 表2、 、時 時間 間調 調整 整3、 、數(shù) 數(shù)字 字顯 顯示 示4、 、鬧 鬧鈴 鈴設 設置 置（3）鬧鈴設置圖及運行圖當按下 k5，開始定時，分別按 k2 調分，k3 調時設置鬧鈴時間，然后按下 k4 鍵恢復時鐘運行狀態(tài)(圖 2.6)當鬧鈴設置時間到時，蜂鳴器將發(fā)出 10 秒鐘蜂鳴聲（圖 2.7）圖 2.6 時鐘運行狀態(tài)圖 圖 2.7 鬧鈴狀態(tài)圖A 通過 P2 口和 P3 口去控制數(shù)碼管的顯示如圖所示 P2 口接數(shù)碼管的 ag 端，是

38、控制輸出編碼,P3 口接數(shù)碼管的 18 端,是控制動態(tài)掃描輸出B 從 P0.0 輸出一個信號使二極管發(fā)光，二極管在設置的鬧鐘時間到了時候發(fā)光，若有樂曲可以去驅動揚聲器實現(xiàn)。電路功能使用說明電路功能使用說明1.各個控制鍵的功能：可對時間進行校準調節(jié)（只能加） ；按下設置鍵數(shù)字時鐘進入鬧鐘設置狀態(tài)，設置鬧鐘的時間；時加、分加鍵是在校準時間時或設置鬧鐘時間對小時數(shù)或分鐘數(shù)調節(jié)而設置的；按下秒切換鍵就可以進入秒表模式，同時秒表也開始計時，按下秒表暫停、復位鍵就暫停、歸零，如果要重新對秒計時則可以按秒表開始、復位；清零鍵可以對鬧鐘清零。2.AT89C51 單片機是整個數(shù)字時鐘系統(tǒng)的核心所在，它通過預先要

39、實現(xiàn)的功能對其進行編程。當程序經調試完全正確后，將程序燒錄到單片機內，以完成用戶對數(shù)字時鐘各種需求的直接操作。3 3 軟件總體設計方案軟件總體設計方案3.13.1 主程序流程圖主程序流程圖軟件程序從開始執(zhí)行，先通過初始化各個寄存器，經過掃描按鍵來決定是否設定參數(shù)來執(zhí)行相應功能的程序，進而在數(shù)碼管上顯示。如圖 3.1：開始定時器及中斷定時器初始化是否設定參數(shù)執(zhí)行顯示程序執(zhí)行時鐘秒表鬧鈴設定程序NY圖 3.1 主程序流程圖3.23.2 總中斷程序流程總中斷程序流程圖 3.2 中斷流程圖圖3-2 中斷流程圖恢復初值保 A護Tcount加1Tcount1=100？秒數(shù)值time1.second加1se

40、cond歸零Time1.second=60？分數(shù)值time.minute加1time.second歸零Time1.second=60？實數(shù)值time.hour加1time1minute歸零Time1.hour23時數(shù)值time1.hour歸零執(zhí)行鬧鐘程序p0.0=1鬧鐘程序是否執(zhí)行完全判斷時間與鬧鐘是否一致返回主程序圖 3.2 主程序流程圖時間的顯示通過此中斷程序來控制，并且通過與設定的時間進行比較來判斷是否讓鬧鈴工作。程序中包含時間的設定，如設定 tcount 來使秒等工作，進而來控制分和時。如上圖圖 3.2。1.1. 秒表中斷程序流程秒表中斷程序流程秒表功能通過另一程序實現(xiàn)。通過保護主程序

41、的數(shù)據(jù)來進行秒表功能，設置秒表的具體顯示方法如圖 3.3 所示。恢復初值保護 秒計數(shù)器加 1，10ms 計數(shù)器歸零，即 sec+，ms=0分計數(shù)器加 1，秒計數(shù)器歸零，即minute+，sec=0輸出字碼，中斷結束，返回上級主程序YN2.2. 按鍵程序流程按鍵程序流程圖 3.4 為時鐘和鬧鐘的調節(jié)，程序中通過掃描來判斷按鍵是否按下進行時間和鬧鐘的調節(jié)7。3.3 秒表中斷程序流程圖10ms 計數(shù)器加1ms100?sec60?YN程序初使化判斷時加鍵thour是否按下,P1.2=0?判斷標志flag是否為0,flag=0?輸出鬧鐘時個位加1,alarms6+,延時Y判斷分加鍵盤tminute是否按

42、下,P1.1=0?輸出時鐘時個位加1,dat16+,延時.Ydat169?輸出時鐘時十位加1,dat17+,延時dat172?時十位歸零,dat17=0NNYYNNalarms69?輸出鬧鐘時十位加1,alarms7+,延時alarms72?時十位歸零,alarms7=0.YYNN判斷標志flag是否為0,flag=0?輸出時鐘分個位加1,dat13+,延時.dat139?輸出時鐘分十位加1,dat14+,延時dat142?分十位歸零,dat14=0輸出鬧鐘分個位加1,alarms3+,延時alarms39?輸出鬧鐘分十位加1,alarms4+,延時alarms42?分十位歸零,alarms4

43、=0.YYYNYNNYYNN圖 3.5 為進入中斷和清零圖，程序中通過掃描來判斷按鍵是否按下進行執(zhí)行相應的中斷來事實現(xiàn)相應的功能。圖 3.4 按鍵程序流程圖判斷分加鍵 tminute 是否按下，p1.1=0判斷秒表 miaobiao1是否按下判斷清零鍵 miaobiao2是否按下，p1.3=0清零所有的計數(shù)器，各個顯示的字碼進入秒表中斷，執(zhí)行秒表中斷程序返回上級主程序YNYNN圖 3.5 中斷和清零程序流程圖4 4 仿真結果分析仿真結果分析此時鐘設計是利用 protues 仿真軟件進行仿真，基本上實現(xiàn)了課程設計要求實現(xiàn)的功能。硬件部分設置了的六個按鍵。當按鍵一按下時，進入秒表顯示狀態(tài)，秒表開始

44、計時，當按鍵六按下時，秒表暫停；當按鍵四按下時恢復到時間顯示功能；當按鍵二按下時，進入調分狀態(tài)，按一次，分加一，60 一循環(huán)；按鍵三按下時，進入調時狀態(tài)，按一次，時加一，60 一循環(huán)；按鍵五按下時，進入鬧鈴設置功能，緊接著按下按鍵二和按鍵三進行時和分的設置，再按下按鍵 4 恢復顯示時間，當顯示的時間和定時設置的時間一致時，蜂鳴器發(fā)出蜂鳴聲，蜂鳴時間我們設置為 10 秒。另外，鬧鈴電路有音樂鬧鐘的擴展的功能(可以將蜂鳴器換成揚聲器再加一段音樂程序即可實現(xiàn))。調試階段，出現(xiàn)一些問題。比如，實際小時顯示到 29 才歸零，分鐘顯示到 60 才進一經過軟件調試，以上問題均一一排除，結果達到預期目標。但時

45、間有限，部分擴展功能不能及時實現(xiàn)，比如音樂鬧鈴。結束語結束語通過自己的不懈努力，我終于完成了畢業(yè)設計任務書上的任務要求。功能上基本達標：時鐘的顯示，秒表顯示，校時功能，調時功能。時鐘顯示功能，精確度完全可以滿足日常生活顯示時間的需要；秒表功能，可以滿足比賽計時的需要；調時功能，方便快捷；校時功能保證了時鐘準確和可靠性，還有擴展成音樂鬧鐘的余地。硬件設施合乎要求，軟件設計可以配合硬件實現(xiàn)要求功能。但是由于時間比較短，出現(xiàn)部分不足：使用定時和秒表功能時時間顯示功能停止運行。經討論只是軟件部分還不完善。不過，我相信如果時間充足，將軟件改進，我完全可以很好實現(xiàn)所有功能?？梢娂夹g在不斷進步，機械式時鐘已

46、經被淘汰，取而代之的是具有高度準確性和直觀性且無機械裝置，具有更長的使用壽命等優(yōu)點的數(shù)字時鐘。數(shù)字時鐘更具人性化，更能提高人們的生活質量，更受人們歡迎。 無可否認機械時代已經過去，電子時代已經到來。做為新時代的我們，更應該提高自身能力，適應新時代的發(fā)展。知識來自實踐，多去生活中探詢所需要的。對于上述所提到的研究課題，我們應盡量考慮到人的因素，增強時鐘的實用性和操作性，為使用者提供切實的方便，營造一種舒適的生活氛圍。所以，在設計的時候，應該從多方面、多角度去考慮問題，而且應該進一步提高時鐘的質量。另外，在本次設計的過程中，我發(fā)現(xiàn)很多的問題，雖然以前沒有做過這樣的設計但通過這次設計我學會了很多東西

47、，單片機課程設計重點就在于軟件算法的設計，需要有很巧妙的程序算法，雖然以前寫過幾次程序，但我覺的寫好一個程序并不是一件簡單的事，比如寫一個程序看其功能很少認為編寫程序簡單，但到編的時候才發(fā)現(xiàn)一些細微的知識或低級錯誤經常犯做不到最后常常失敗，所以有些東西只有學精弄懂并且要細心才行，只學習理論有些東西是很難理解的，更談不上掌握。經過大量查找資料和老師的不斷指點，我們將所設計的六位數(shù)碼管電子鐘焊接成功，在這個過程中，我們了解了各個元器件的識別與測量，也了解了 AT89C2051 單片機及其引腳功能。同時明白了六位數(shù)碼管電子鐘的工作原理并實現(xiàn)了其功能。本程序設計時，只用了一個定時器 T0，其他的中斷全

48、部關斷，定時器工作在兩個 8位自動加載初始值狀態(tài)。簡短的定時中斷程序只負責時間的計數(shù)和進位功能，這是保證走時精確。有三個輕觸式按鍵：模式設定鍵 K1，加調整鍵 K2，減調整鍵 K3。此數(shù)字鐘采用了一只 NPN 型的三極管及蜂鳴器為鬧時訊響電路。 通過這次的畢業(yè)設計，我對自己的動手能力有了信心。面臨著就業(yè)，我將充分發(fā)揮我的主觀能動性和在學校學到的一切知識。為母校添磚加瓦，為自己的前程奮斗！這次畢業(yè)設計的順利進行，我深刻明白了理論知識與社會實踐相結合的道理，從總得到了以前書本知識所不曾得到的知識。更加明白了如今信息時代電子技能知識的重要性。增強了我對實際工藝技術、電子技術和設備技術等方面的認識，掌

49、握了分析處理方法，調試、計算等基本技能的訓練，并具備了一定程度的實際工作能力。面對如此激烈的市場競爭體系，只有努力掌握好電子技能知識方可在競爭中立于不敗之地，我對從事電子產品的開發(fā)和研究充滿了興趣。本次畢業(yè)設計是我的電子研發(fā)之路的良好開端。我會以此為契機，在日后的工作中深入學習、加深研究，在實際工作中創(chuàng)造自己的價值。致致 謝謝首先，感謝學校四年來對我的培養(yǎng)。本課題的前期準備以及整個研究過程是在黃翠翠老師的耐心指導下完成的，她嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度、扎實的理論基礎、全身心投入工作的精神以及對學生盡心盡力的態(tài)度給了我極大的幫助與鼓勵，使我受益匪淺，在此謹對她表示崇高的敬意和衷心的感謝 !還要衷心感謝其他所

50、有對本課題設計和論文撰寫有過幫助的老師和同學。參考文獻參考文獻1 MCS_51 單片機應用教程清華大學出版社李葉紫.王喜斌.胡輝.孫東輝.編著2008:15-162單片機應用技術指導書.陸劍 河南工業(yè)職業(yè)技術學院 2005:25-283單片機系統(tǒng)設計與實踐. 汪道輝.電子工業(yè)出版社 2006:50-59 4 51 系列單片機設計實例.北京航空航天大學出版社：2006:81895單片機應用系統(tǒng)設計與實現(xiàn). 辛友順、胡永生、薛小玲.福建科學技術出版社：2005: 184-193 6單片機開發(fā) 與實例. 黃慶華、張永格.電子工業(yè)出版社：2006:127-162 7 MCS-51 單片機原理與應用（C

51、 語言版）. 閆玉德、俞紅.機械工業(yè)出版社：2004:49-1048單片機典型模塊設計實例導航.人民郵電出版社：2004:85-90 9單片機應用技術. 劉守義、王靜霞.西安電子科技大學出版社.2002：95-9810單片機&DSP 外圍數(shù)字 IC 技術手冊(第 2 版). 李朝青. 北京.北京航空航天大學出版社.2005：102-10511 中國電子網12 51 單片機學習網. :/ 51bs51 .13 電子電路圖網. .14 北京.機械工業(yè)出版社.1985:169-21315Introductory Circuits for Electrical and Computer Eng

52、ineering. James.W. Nilsson Susan A.Riedel.北京.電子工業(yè)出版社. 2007:56-59附附 錄錄根據(jù)流程圖，經過認真分析得出控制電路的源程序如下：#include#define uchar unsigned char#define uint unsigned int#define delay_time 3/*宏定義*/uchar k,dat=0,0,0,0,0,0,0,0;uint tcount,t,u;uchar dat1=0,0,0,0,0,0,2,1;uchar dat2=0,0,0,0,0,0,0,0;uchar alarms=0,0,0,0,0,0,0,0;uchar dis_bit=0 x80,0 x40,0 x20,0 x10,0 x08,0 x04,0 x02,0 x01;unsigned char code SEG711=0 xC0,/*0*/ 0 xF9,/*1*/ 0 xA4,/*2*/ 0 xB0,/*3*/ 0 x99,/*4*/ 0 x92,