基于AT89S51单片机的数字电子钟设计

学院：信息工程学院班级：通信0304姓名：***学号：********基于AT89S51单片机的数字电子钟设计摘要：本文介绍了一款基于AT89S51单片机数字钟的设计，通过多功能数字钟的设计思路，详细叙述了系统硬件、软件的具体实现过程。

论文重点阐述了数字钟硬件中MCU模块、语音模块、时钟模块和相关控制模块等的模块化设计与制作；软件同样采用模块化的设计，包括中断模块、闹钟模块、语音模块、时间调整模块设计，并采用简单流通性强的C语言编写实现。

本设计实现了时间与闹钟的修改功能、语音播报功能、年、月、日和星期的显示功能。

并且通过对比实际的时钟，查找出了误差的来源，确定了调整误差的方法，尽可能的减少误差，使得系统可以达到实际数字钟的允许误差范围内。

关键词：AT89S51单片机；数字钟；语音播报The design of digital electronic clock base on SCM ofAT89S51Abstract：This paper introduced the design of digital clock based on SCM of AT89S51, the specific process of how the system hardware and software achieved were detailed description through the design of multifunction digital clock. The modular design and production, which consisted of MCU module, voice module，clock module and the associated control module, were mainly recounted；As well as hardware designing，software design use the same method, consists suspension module，alarm clock module, voice module, time adjust module, and that use the C language to achieve because of its simple and strong negotiability. In this design the functions of time and alarm clock run and change, voice broadcast，functions of the year, month, day and week display have been achieved. And by comparing the actual clock, find out the source of the error and determined the method of adjusting error, reduce errors as much as possibly, so this system can achieve a practical digital clock with error within the permissible range.Key words ：AT89S51 microcontroller; Digital clock; V oice Broadcast目录第1章绪论 (1)1.1 课题背景 (1)1.2 课题意义 (1)1.3 数字钟的应用 (2)1.4 本章小结 (2)第2章整体设计方案 (3)2.1 单片机的选择 (3)2.2 单片机的基本结构 (5)2.3 本章小结 (6)第3章数字钟的硬件设计 (7)3.1 最小系统设计 (7)3.2 数字钟的外围电路设计 (9)3.2.1 时钟电路 (9)3.2.2 LCD显示电路 (11)3.2.3 语音录放电路 (13)3.2.4 电源电路 (13)3.2.5 相关控制电路 (14)3.3 本章小结 (16)第4章数字钟的软件设计 (17)4.1 系统软件设计内容 (17)4.2 主程序 (18)4.3 时钟设置子程序 (20)4.4 中断子程序 (24)4.5 LCD显示子程序 (25)4.3 本章小结 (25)第5章调试与功能说明 (26)5.1 硬件调试 (26)5.2 系统性能测试与功能说明 (27)5.2.1 系统时钟误差分析 (27)5.2.2 软件调试问题及解决 (29)5.3 系统PCB图 (30)5.4 本章小节 (30)结论 (31)致谢 (32)参考文献 (33)附录1 (34)附录2 (35)第1章绪论1.1 课题背景单片机自1976年由Intel公司推出MCS-48开始，迄今已有二十多年了。

由于单片机集成度高、功能强、可靠性高、体积小、功耗地、使用方便、价格低廉等一系列优点，目前已经渗入到人们工作和生活的方方面面，几乎“无处不在，无所不为”。

单片机的应用领域已从面向工业控制、通讯、交通、智能仪表等迅速发展到家用消费产品、办公自动化、汽车电子、PC机外围以及网络通讯等广大领域。

单片机有两种基本结构形式:一种是在通用微型计算机中广泛采用的，将程序存储器和数据存储器合用一个存储器空间的结构，称为普林斯顿结构。

另一种是将程序存储器和数据存储器截然分开，分别寻址的结构，一般需要较大的程序存储器，目前的单片机以采用程序存储器和数据存储器截然分开的结构为多。

本文讨论的单片机多功能定时器的核心是目前应用极为广泛的51系列单片机，配置了外围设备，构成了一个可编程的计时定时系统，具有体积小，可靠性高，功能强等特点。

不仅能满足所需要求，而且还有很多功能可供开发，有着广泛的应用领域。

20世纪80年代中期以后，Intel公司以专利转让的形式把8051内核技术转让给许多半导体芯片生产厂家，如ATMEL、PHILIPS、ANALOG、DEVICES、DALLAS 等。

这些厂家生产的芯片是MCS-51系列的兼容产品，准确地说是与MCS-51指令系统兼容的单片机。

这些兼容机与8051的系统结构（主要是指令系统）相同，采用CMOS 工艺，因而，常用80C51系列来称呼所有具有8051指令系统的单片机，它们对8051单片机一般都作了一些扩充，更有特点。

其功能和市场竞争力更强，不该把它们直接称呼为MCS-51系列单片机，因为MCS只是Intel公司专用的单片机系列型号。

MCS-51系列及80C51单片机有多种品种。

它们的引脚及指令系统相互兼容，主要在内部结构上有些区别。

目前使用的MCS-51系列单片机及其兼容产品通常分成以下几类：基本型、增强型、低功耗型、专用型、超8位型、片内闪烁存储器型。

1.2 课题意义在日常生活和工作中，我们常常用到定时控制，如扩印过程中的曝光定时等。

早期常用的一些时间控制单元都使用模拟电路设计制作的，其定时准确性和重复精度都不是很理想，现在基本上都是基于数字技术的新一代产品，随着单片机性能价格比的不断提高，新一代产品的应用也越来越广泛，大可构成复杂的工业过程控制系统，完成复杂的控制功能。

小则可以用于家电控制，甚至可以用于儿童电子玩具。

它功能强大，体积小，质量轻，灵活好用，配以适当的接口芯片，可以构造各种各样、功能各异的微电子产品。

随着电子技术的飞速发展，家用电器和办公电子设备逐渐增多，不同的设备都有自己的控制器，使用起来很不方便。

根据这种实际情况，设计了一个单片机多功能定时系统，它可以避免多种控制器的混淆，利用一个控制器对多路电器进行控制，同时又可以进行时钟校准和定点打铃。

它可以执行不同的时间表（考试时间和日常作息时间）的打铃，可以任意设置时间。

这种具有人们所需要的智能化特性的产品减轻了人的劳动，扩大了数字化的范围，为家庭数字化提供了可能。

1.3 数字钟的应用数字电子钟具有走时准确，一钟多用等特点，在生活中已经得到广泛的应用。

虽然现在市场上已有现成的电子钟集成电路芯片出售，价格便宜、使用也方便，但是人们对电子产品的应用要求越来越高，数字钟不但可以显示当前的时间，而且可以显示日期、农历、以及星期等，给人们的生活带来了方便。

另外数字钟还具备秒表和闹钟的功能，且闹钟铃声可自选，使一款电子钟具备了多媒体的色彩。

时间对人们来说总是那么宝贵，工作的忙碌性和繁杂性容易使人忘记当前的时间。

忘记了要做的事情，当事情不是很重要的时候，这种遗忘无伤大雅。

但是，一旦重要事情，一时的耽误可能酿成大祸。

电子钟已成为人们日常生活中必不可少的必需品，广泛用于个人家庭以及车站、码头、剧院、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。

由于数字集成电路技术的发展和采用了先进的石英技术，使电子钟具有走时准确、性能稳定、携带方便等优点，它还用于计时、自动报时及自动控制等各个领域。

1.4 本章小结本章主要介绍了单片机的历史发展过程，单片机的产生与发展给人们带来了来那些影响。

以及数字钟在日常生活中的具体应用给日常生活带来的方便。

第2章整体设计方案由于本系统要求具有语音播报功能，所以需采用十六位可处理语音信号的单片机。

其主要设计思想是：整个系统用单片机为中央控制器，由单片机执行采集时钟芯片的时间信号并通过显示模块来输出信号及相关的控制功能。

时钟芯片产生时钟信号，利用单片机的I/O口传给单片机；并通过I/O口实现LCD的显示。

系统设有4个按键可以对时间星期年月日进行调整，还可以设置闹钟。

整体框架如图2-1所示。

图2-1 系统整体框图2.1 单片机的选择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，128 bytes 的随机存取数据存储器（RAM），32个外部双向输入/输出（I/O）口，5个中断优先级2层中断嵌套中断，2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，看门狗（WDT）电路，片内时钟振荡器。

此外，AT89S51设计和配置了振荡频率可为0Hz 并可通过软件设置省电模式。