基于51单片机的数字时钟设计的毕业设计解读

安徽财贸职业学院电子1201班《单片机技术及应用》课程设计第- 1 -页2018/8/8

摘要 (2)

Abstract ........................................................................................................................错误！未定义书签。第一章绪论.. (2)

1.1多功能数字钟设计的背景 (2)

第二章AT89C51单片机简介 (2)

2.1 单片机介绍 (2)

2.2 单片机的应用特点 (3)

2.3 单片机的应用领域 (3)

2.4 单片机的中断与定时系统........................................................................... 错误！未定义书签。

2.4.1 MCS－51单片机中断系统................................................................ 错误！未定义书签。

2.4.2 MCS-51 单片机的定时器/计数器................................................. 错误！未定义书签。

2.4.3 MCS-51定时器/计数器的四种工作方式........................................ 错误！未定义书签。

2.5 AT89C51引脚功能介绍 (3)

第三章设计方案 (4)

3.1 主程序 (4)

3.2 数码管显示模块 (5)

3.3 定时器计数器T0中断服务程序................................................................. 错误！未定义书签。

3.4按键处理模块 (5)

第四章硬件电路设计 (5)

4.1 复位电路 (5)

4.2 时钟电路 (6)

4.3 按键电路 (6)

4.4 数码管显示电路 (7)

4.5 电源电路设计............................................................................................... 错误！未定义书签。

第五章软件设计与程序代码 (8)

5.1 软件选择与介绍 (8)

5.1.1 软件介绍........................................................................................... 错误！未定义书签。

5.1.2 Proteus7.8的特点.......................................................................... 错误！未定义书签。

5.2 软件仿真电路全图 (9)

5.3 源程序代码 (9)

第六章结论 (16)

参考文献 (17)

致

谢..............................................................................................................................................................

18

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摘要

近几年，单片机在各个领域得到广泛的应用。从工业到人们的日常生活，大部分的科技产品都是通过单片机来控制。在它问世之前，自动控制设备得不到广泛的应用，这是因为控制设备的体积庞大，耗电量大，价格昂贵。在第一台微处理器成功研制不久，第一个单片机就问世了。因为其小巧的体积，低功耗，以及高效的性能，单片机受到了大家的欢迎。

本设计利用STC89C51单片机对电子时钟进行开发，设计了实现所需功能的硬件电路，应用C语言进行软件编程，并用Proteus软件进行演示、验证。主要介绍用单片机内部的定时/计数器来实现电子时钟的方法，本设计由单片机STC89C51芯片和LED数码管为核心，辅以必要的电路，构成了一个单片机的数字电子时钟。它的计时周期为24小时，显满刻度为“23时59分59秒”，且配有8个独立键盘，可以灵活地调节时间和日期，并具有一定的扩展性。

关键词：单片机，数字时钟，动态显示，LED数码管显示，独立按键。

第一章绪论

多功能数字钟设计的背景

单片机自从1976年由Intel公司推出MCS-48开始，迄今已有二十多年之久了。由于单片机集成度高、功能强、可靠性高、体积小、功耗低、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，单片机应用领域已经从面向工业控制、通讯、交通、智能仪表等方面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。

本文讨论的单片机多功能数字钟系统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，功能多等多种特点。不仅能满足所需要求而且还有很多功能可供扩展，有着广泛的应用实践领域。

第二章STC89C51单片机简介

2.1 单片机介绍

单片机又称单片微控制器,它不是完成某一个逻辑功能的芯片,而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。概括的讲：一块芯片就成了一台计算机。它的体积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。同时，学习使用单片机是了解计算机原理与结构的最佳选择。

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，内存，并行总线，还有和硬盘单片机内部也用和电脑功能类似的模块，比如CPU

作用相同的存储器件，不同的是它的这些部件性能都相对我们的家用电脑弱很多，不过元即可。用它来做一些控制电器一类不是很复杂的工作足价钱也是低的，一般不超过10等等的家电里面都可以看到它的矣了。我们现在用的全自动滚筒洗衣机、排烟罩、VCD 身影！它主要是作为控制部分的核心部件。它是一种在线式实时控制计算机，在线式就是现场控制，需要的是有较强的抗干扰 PC）的主要区别。能力，较低的成本，这也是和离线式计算机的（比如家用单片机是靠程序的，并且可以修改。通过不同的程序实现不同的功能，尤其是特殊

的独特的一些功能，这是别的器件需要费很大力气才能做到的，有些则是花大力气也很年代的系列，或者6050年代开发的74难做到的。一个不是很复杂的功能要是用美国70板！但是如果要是用美国CD4000系列这些纯硬件来搞定的话，电路一定是一块大PCB年代成功投放市场的系列单片机，结果就会有天壤之别！只

因为单片机的通过你编写的程序可以实现高智能，高效率，以及高可靠性！单片机的应用特点2.2

随着集成电路技术的发展，单片机的功能越变越强，涉及到各个电子应用领域。系列等等，通PIC目前单片机的系列也十分多，各有各的特点，如目前的MCS51系列、过这几年的应用，普通感觉到特别需要单片机具有如下几个应用特点：低功耗、宽电压工作范围，内部看门狗；1. 高速指令系统，单字节指令，精简指令集易学易用；2.，以便小批量生产，减（一次性写入程式）OTPROM3.内部ROM结构，且具有廉价 MASK风险；少 4.程序保密功能，防止拷贝，保护成果；

5.方便的开发工具（仿真器与烧入器）。 2.3 单片机的应用领域目前单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。导弹的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输，工业自卡，民用豪华轿车的安全保IC动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能障系统，录象机、摄象机、全自动洗衣机的控制，以及程控玩具、电子宠物等等，这些都离不开单片机。更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械了。因此，单片机的学习、开发与应用将造就一批计算机应用与智能化控制的科学家、工程师。单片机广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航

空航天、专用设备的智能化管理及过程控制等领域。引脚功能介绍2.4 HT1380 HT1380的引脚功能、1 所示。各引脚的功能及其用法如下。3采用DIP8封装形式封装，其引脚分配如图HT1380 空引脚。、脚(NC):）1 ：内部振荡器输入脚。）2)、脚（X1 ：内部

振荡器输出脚。X2）3、脚（） 3

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））脚为该放大电路的输入、输出引脚，22）脚、3HT1380片内集成有高增益的自激振荡放大电路，的时钟信号。32.768khz）脚间接外接32.768khz的晶振，就可以产生频率为脚、3 ：接地引脚。、脚（GND）4）所建立的控制逻辑无效，所HT1380：复位引脚。当RST=0时，芯片复位，单片机对5）、脚（RST）进行读、HT1380RST=1时，才可以对当RST=1时，所建立的控制逻辑有效。只有有数据传送终止。写或测试操作。输出引脚。：数据输入/6）、脚（I/O）：串行时钟输入引脚。SCLK）7）、脚（：电源引脚。VCC）8）、脚（

的应用电路、HT13802 的应用电路如下HT1380相接，单片机的、P1.3口线P1.1、P1.2、I/O、RST脚分别与单片机的3根I/O。HT1380 的SCLK之间传输口线充当数据线，用来与

HT1380HT1380传送时钟信号，P1.2P1.1口线充当时钟线，向的小电容，起稳频和加5P~8P、C1C2为数据，p1.3口线充当芯片选择控制线，控制芯片的选择。速起振的作用。

设计方案第三章

种方法：一是通过单片机内部的定时器计数器。2通常通过单片机设计电子时钟有程序比较复杂。这种方法硬件线路简单，采用软件编程实现时钟计数，一般称为软时钟，系统的功能一般与软件相关。通常用于对时间精度要求不高的场合。二是采用时钟芯片他的功能强大，功能不见集成在芯片内需，自动产生时钟等相关功能。硬件成本较高，软件编程。通常对时钟精确度要求较高的场合。

电子时钟的系统软件程序有、由主程序和子程序组成，主程序包含初始化参数设置，按键处理，数码管显示模块等。在设计时候、各个模块都采用子程序结构设计。在主程序中调用。由于定时器，计数器采用中断方式处理，应此还用辨析定时器，中断服务子程序，在定时器，计数器中断服务子程序种对时钟进行调整。

3.1 主程序

主程序执行流程图如图1所示。主程序先对显示单元和定时器计数器初始化，然后重复调用数码管显示模块和按键处理模块，当有建按下，则转入相应的功能程序。

图1 主程序执行流程图

3.2 系统框图

项目系统框图如图2所示。

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3.3 数码管显示模块

本设计的显示模块采用6位一体共阴极数码管，显示分为时钟显示模式，显示时钟模式，从右到左依次显示秒个位，秒十位，分个位，分十位，时个位，时十位；数码管显示的信息用6个内存单元存放，这6个内存单元为显示缓冲区，其中秒个位和秒十位，分个位和分十位，时个位和时十位分别由秒数据，分数据和小时

数据分拆得到。在本系统种数码管显示采用软件译码动态显示。在存储器中首先建立一张显示信息字段码表，显示的时候，先从显示缓冲区中取出显示的信息，然后通过查表程序在字段码表中查出的所显示的字段码。从P2口输出，同时在P1口将对应的位选码输出，选中显示的数码管，就能在相应的数码管上显示显示缓冲区的内容。

3.4按键处理模块

按键处理设置为：如果没有按键，则为时钟模式，时钟正常走时，当依次按下时间按键和秒按键时秒单元每次加1或减1，当加到59后跳为00，当按下分按键的时候，分单元每次加1或减1，当加到59的时候跳到00；当按下时按键的时候，时单元每次加1，当加到23的时候跳为00，反之亦然。

第四章硬件电路设计

4.1 复位电路

MCS-51单片机的复位是由外部的复位电路来实现的。复位引脚RST通过一个斯密特触发器与复位电路相连，斯密特触发器用来抑制噪声，在每个机器周期的S5P2，斯密特触发器的输出电平由复位电路采样一次，然后才能得到内部复位操作所需要的信号。

上电复位：上电复位电路是—种简单的复位电路，只要在RST复位引脚接一个电容到VCC，接一个电阻到地就可以了。上电复位是指在给系统上电时，复位电路通过电容加到RST复位引脚一个短暂的高电平信号，这个复位信号随着VCC对电容的充电过程而回落，所以RST引脚复位的高电平维持时间取决于电容的充电时间。为了保证系统安全可靠的复位，RST引脚的高电平信号必须维持足够长的时间。

上电自动复位是通过外部复位电路的电容充电来实现的。只要Vcc的上升时间不超过1ms，就可以实现自动上电复位。

按键复位：电路在运行过程中，也可以通过按键进行复位。当按下复位按键，复位引脚RST通过按键与地相接，得到低电平，从而实现复位。

电路图如图2所示：

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图2 复位电路

4.2 时钟电路

时钟是单片机的心脏，单片机各功能部件的运行都是以时钟频率为基准，有条不紊的一拍一拍地工作。因此，时钟频率直接影响单片机的速度，时钟电路的质量也直接影响单片机系统的稳定性。常用的时钟电路有两种方式：一种是内部时钟方式，另一种为外部时钟方式。本文用的是内部时钟方式。

电路图如图3所示：

时钟震荡电路图3

MCS-51单片机内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，该高增益反向放大器的输入端为芯片引脚XTAL1，输出端为引脚XTAL2。这两个引脚跨接石英晶体振荡器和微调电容，就构成一个稳定的自激振荡器。

4.3 按键电路

按键的开关状态通过一定的电路转换为高、低电平状态。按键闭合过程在相应的I/O端口形成一个负脉冲。闭合和释放过程都要经过一定的过程才能达到稳定，这一过程是处于高、低电平之间的一种不稳定状态，称为抖动。抖动持续时间的常长短与开关的机械特性有关，一般在5-10ms之间。为了避免CPU多次处理按键的一次闭合，应采用措施消除抖动。本文采用的是独立式按键，直接用I/O

口线构成单个按键电路，每个按键占用一条I/O口线，每个按键的工作状态不会产生互相影响。

电路图如图4所示：

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按键电路图4

P1.4口所接的按键为模式切换按键，当不按下此按键时为时钟显示模式，当按下

此按键时为日期和星期显示模式。

当为时钟显示模式的时候，端口连接分别表示如下：

P0.4口表示调整秒、分“+”，按一下则时加1，当加到59后再加一次为0；

P0.3口表示调整秒、分“-”，按一下则时减1，当减到0后再减一次为59；

P0.4口表示调整时“+”，按一下则时加1，当加到23后再加一次为0；

P0.3口表示调整时“-”，按一下则时减1，当减到0后再减一次为23；

P0.2口表示确认键；

P0.1口表示调整秒按键；

P0.5口表示调整分按键；

P0.6口表示调整时按键；

4.4 数码管显示电路

数码管是由6个发光二极管构成的显示器件。在数码管中，若将二极管的阳极连在一起，称为共阳极数码管；若将二极管的阴极连在一起，称为共阴极数码管。本设计用到的6个数码管均是共阴极的。当发光二极管导通时，它就会发光。每个二极管就是一个笔划，若干个二极管发光时，就构成了一个显示字符。将单片机的I/O口控制相应的芯片与数码管的a-g相连，低电平的位对应的发光二极管亮，这样，由I/O口输出不同的代码，就可以控制数码管显示不同的字符。

本设计的6个数码管均采用动态显示方式，系统采用动态显示方式，用P0口来控制LED数码管的段控线，而用P2口来控制其位控线。动态显示通常都是采用动态扫描的方法进行显示，即循环点亮每一个数码管，这样虽然在任何时刻都只有一位数码管被点亮，但由于人眼存在视觉残留效应，只要每位数码管间隔时间足够短，就可以给人以同时显示的感觉。

电路图如图5所示：7

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