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毕业设计（论文）题 目 单片机电子时钟设计和发展 英文题目 SCM electronic clock design and development学生姓名 * 班 级 * 专 业 * 指导老师 * 东华理工大学二0 一二 年四 月单片机数字时钟设计和发展摘要基于单片机设计数字钟正确度较高， 因为在程序实施过程中， 任何指令全部不影响定时器正常计数，即便程序很长也不会影响中止时间。本设计使用12MHZ晶振和单片机AT89C51相连接，以AT89C51芯片为关键，采取动态扫描方法显示，经过使用该单片机，加之在显示电路部分使用7407驱动电路，实现在6个LED数码管上显示日期、时间、定时、闹铃，经过6个按键实现设置日期、进行调时、设定闹铃、倒计时等功效，在实现各功效时数码管进行对应显示，闹铃或定时时间到时蜂鸣器响，按下闹铃键或定时键时，声音停止。软件部分用汇编实现，分为显示、延迟、调时、闹铃、定时、调整日期等部分。经过软硬件结合达成最终目标。关键词： 电子钟; 单片机; 动态扫描; AbstractThis design uses a 12 MHZ crystal to connect with the machine AT89C51, takes AT89C51 chips as core. It adopts the dynamic state of the scanning method to show. Using this MCU and 7407 drive electric circuit, we are able to show date, time, fix the time, and make bell on 6 LED figures tubes. We can use 6 key to constitute date, adjust time, enact the bell and set the countdown timer. When the electric carrying out each function, the figures tube shows the tight function .When the alarm clock and the countdown timer were reached, the voice begins. While 3 or 4 is pressed, the voice stops. The software part is realized by assembler language. It was divided into to show, delay, adjust, make bell, in fixed time, and adjust date etc. part. We get the end purpose combining the software and the hardware.Keywords： Electric clock; MCU; Dynamic state scanning ; 目录摘要IAbstractII1 引言12 整体设计思绪23 关键元件介绍33.1 AT89C51单片机：33.2 7407驱动器34 电路设计44.1整体设计44.2 分块设计44.2.1 输入部分44.2.2 输出部分（显示电路）54.2.3 晶振和复位电路：55 程序设计65.1程序思绪65.2程序设计步骤75.3程序关键模块75.3.1延迟程序75.3.2 中止服务子程序75.3.3 主程序85.3.4显示程序95.3.5 闹铃程序和定时程序105.4程序调试106 功效仿真116.1 软件介绍116.2仿真过程：116.2.1仿真图绘制116.2.2功效实现117 日历功效实现14结论16致谢17参考文件181 引言单片机因将其关键组成部分集成在一个芯片上而得名，就是把中央处理器、随机存放器、只读存放器、中止系统、定时器/计数器和I/O接口电路等部件集成在一个芯片上。 单片机自20世纪70年代问世以来，以其极高性能价格比，受到大家重视和关注，应用很广、发展很快。单片机含有体积小、功效多、价格低廉、使用方便、系统设计灵活等优点。所以，它应用广泛前景美好，它实用性大大地提升了我对毕业设计爱好。数字钟是采取数字电路实现对日期、时、分、秒，数字显示计时装置，因为数字集成电路发展和石英晶体振荡器广泛应用，使得数字钟精度，远远超出传统钟表，钟表数字化给大家生产生活带来了极大方便，而且大大地扩展了钟表报时功效。数字钟已成为大家日常生活中必需品，广泛应用于家庭、车站、码头、剧院、办公室等场所，给大家生活、学习、工作带来极大方便。不仅如此，在现代化进程中，也离不开电子钟相关功效和原理，比如机械手控制、家务自动化、定时自动报警、按时自动打铃、时间程序自动控制、定时广播、自动起闭路灯、定时开关烘箱、通断动力设备、甚至多种定时电气自动启用等，全部这些，全部是以钟表数字化为基础。而且是控制关键部分。所以，研究数字钟及扩大其应用，有着很现实意义。数字电子钟设计方法有多个，比如，可用中小规模集成电路组成电子钟， 也能够利用专用电子钟芯片配以显示电路及其所需要外围电路组成电子钟还能够利用单片机来实现电子钟等等。这些方法全部各有特点， 其中，利用单片机实现电子钟含有编程灵活， 便于功效扩充， 正确度高等特点。2 整体设计思绪这部分关键介绍工作安排和整体设计思想。工作过程计划以下：熟悉硬件 了解各引脚功效分块设计各部分电路将分块电路组合认真学习单片机汇编语言完成整体电路图确定变成结构和思绪综合各程序完成整体程序编辑各个程序模块用Proteus画出电路图调试程序，进行修改对仿真中出现问题进行更正画出仿真图进行仿真准备器件、搭接电路仿真成功软硬件结合，完成任务书要求验证硬件电路成功进行扩展图2.1 整体设计思绪针对要实现功效，拟采取AT89C51单片机进行设计，AT89C51 单片机是一款低功耗，高性能CMOS8位单片机，片内含4KB在线可编程（ISP）可反复擦写1000次Flash只读程序存放器，器件采取高密度、非易失性存放技术制造，兼容标准MCS- 51指令系统及80C51引脚结构。这么，既能做到经济合理又能实现预期功效。在程序方面，采取分块设计方法，这么既减小了编程难度、使程序易于了解，又能便于添加各项功效。程序可分为闹钟声音程序、显示程序、闹钟显示程序、调时显示、定时程序。利用这种方法，关键在于各模块兼容和配合，若各模块不匹配会出现意想不到错误。 3 关键元件介绍下面就此次设计中用到关键元件全部功效进行简单介绍，包含AT89C51单片机、74LS07芯片、和数码管特征和使用方法。3.1 AT89C51单片机：单片机结构以下：图3.1 单片机引脚图在使用时VCC接电源电压，GND接地。P0，P1，P2，P3可作为输入或输出端口，RST是复位输入，接复位电路。XTAL1和XTAL2接复位电路。这些能够在硬件设计部分表现出来。3.2 7407驱动器7407是集电极开路六正相高压驱动器，引脚1入2出，3进4出，5进6出，9进8出，11进10出，13进12出，7接地，14接高电平。7407引脚图：图3.2 7407引脚图3.3数码管： 使用共阴极数码管时将6个数码管按相同功效连接起来，3和8相连当选通端所接管脚为低电平时该数码管选通。单片机P2口作为选端连接各数码管3、8引脚轮番显示，连接时要加7407和上拉电阻。单片机P1口作为功效段，通高电平引脚会使对应段亮起，一样也要和7407和电阻连接使用。4 电路设计4.1整体设计此次设计关键是应用单片机来设计电子时钟，硬件部分关键分以下电路模块：显示电路用六个数码管分别显示小时（年份）、分钟（月份）和秒（日），经过动态扫描进行显示，从而避免了译码器使用，使电路愈加简单。单片机采取AT89C51系列，这种单片机应用简单，适合电子钟设计。电路总体设计框架以下：单片机输入部分晶振和复位输出部分图4.1 电路模块图4.2 分块设计这部分介绍各模块电路设计方法和结果，关键分为：输入部分、输出部分、复位和晶振电路。4.2.1 输入部分在电子钟输入部分，设置对应置数功效，经过外部设备输入，如按键，实现时间修改。除此之外，调整闹铃、定时、日期时也需要按键进行输入。在选择输入端口时，将P3引脚和按键相连进行输入。设计输入部分以下：图4.2 输入部分各按键功效在后面部分将会介绍到4.2.2 输出部分（显示电路）该部分电路图以下所表示：图4.3 显示部分在实际电路中采取单个数码管相连进行显示，先把数码管1、2、4、5、6、7、9、10对应相连，然后把各晶体管3和8引脚各自相连，P1.6P1.0分别接ag，P2作为选通端P2.0P2.5分别从左到右接各数码管3、8端。采取动态显示， 即一位一位地轮番点亮各位显示器，所以P2.0P2.5轮番置0。连续时间为1ms，这点在程序部分还会讲到。4.2.3 晶振和复位电路：图4.4 晶振和复位电路5 程序设计5.1程序思绪初始化判定按键显示按下3键按下1键按下2键若无按键调时调闹钟调定时显示所调时间显示闹铃时间显示定时时间调整时限到 或有其它输入图5.1 程序设计思绪结合电路，程序总体思绪是：1、点复位键后，进行时间显示，从0时0分0秒开始。2、按下按键1时，进行调时，此时按下4调整时，按下5调整分，若2秒钟未按键，则不再等候，恢复走时，连续按键时大约0.3秒步进1，下同。3、按下2键时进行闹铃调整，用4、5键分别调时和分，此时只有前四位进行显示，即闹铃功效正确到分，2秒钟无按键则返回时间显示，时间抵达闹铃所定时间时P0.7输出高电平，蜂鸣器响，按下按键2或3时蜂鸣器停止。4、按3键时进行定时设定，一样，分别经过4、5调整分和秒，若两秒未按键则不进行定时，设定以后再次按下3键则进行倒计时，倒计时时间未到时若按下1键则进行时间显示；若倒计时时间到则P0.7为高电平，蜂鸣器响。定时最大值为59分59秒。5.2程序设计步骤在程序设计过程中，我碰到了很多困难，这部分也是让我学到很多东西地方。首先，我学习了定时器相关知识，计数器使用是很关键组成部分，在这个设计中选择计数器T0。T0工作方法有：方法0：不推荐方法1：16位计数器，常见方法2：自动重装初值8位定时/计数器方法3：T0相当于两个独立8位定时/计数器此程序采取方法1，方法1定时时间t为t=(216-M)*12/fosc。其中M为定时器初值，fosc为12MHz，若M为0则t=65536*12/2*106=65.536ms。所以可取50ms为计时单位，初值M应为50*10-3*106=216-M。M=15536=00=3CB0。即定时器初值为TH0=03CH，TL0=0B0H。定时器中止20次为一秒，这部分在中止程序中用到。其次，我参看了文件中设计思绪，做到胸有成竹后再进行具体程序书写工作。认真学习了教科书中相关汇编语言编程问题，熟悉了汇编语言编程方法和语法习惯。第三步就是进行具体程序编写工作。5.3程序关键模块5.3.1延迟程序在动态扫描时，肯定用到延迟程序，这里使用延迟1ms程序，此程序需要反复调用。D_1MS:MOV R7,#2D_5:MOV R2,#250DJNZ R2,$DJNZ R7,D_5RET5.3.2 中止服务子程序中止服务程序中，总体思绪是：因为初值是3CB0H，所以装满定时器需要50ms时间，从而20次中止为一秒，一秒以后，判定是否到60秒，若不到则秒加一，然后返回，若到，则秒赋值为0，分加一，依次类推。包含日期显示功效也是如此。另外，因为要实现倒计时功效，所以在中止程序中还要加入减一寄存器，需要时将其进行显示。基于以上考虑，以R3为倒计时中秒，R4为倒计时分，当秒加1时R3减一，减到0以后，秒赋值为59，分减一，直到分为0。再显示走时部分。步骤框图以下：给T0赋值中止20次R3赋值为60分=0，秒=0，时加一秒加一R3、R4全部为0时倒计时结束，蜂鸣器响，显示走时状态秒=60Y秒=0时加1N时=24分=60YNYN分=0，秒=0，时=0返回R3=0YR3、R4减一N图5.2 中止程序思绪5.3.3 主程序主程序关键对按键进行扫描，和判定定时和闹铃时间是否已到，若到则调用声音程序，该段程序以下：MAIN:JNB P3.0,DATETZ;按下0键时，显示日期并可对日期进行调整JNB P3.1,ZSTZ1;按下1键时，显示时间，并可调时JNB P3.2,NLTZ1;按下2键进行闹铃设置JNB P3.3,DSTZ;按下3键进行定时设置ACALL DISP;MOV A, HOUR;SUBB A, 38H;JZ FEN;AJMP DSPD2;FEN:MOV A, MINUTE;SUBB A, 37H;JZ SHENGYIN1;DSPD2:MOV A, R4;JZ S_PD;AJMP MAIN;S_PD:MOV A, R3;JZ SHENGYIN1;AJMP MAIN;5.3.4显示程序6个晶体管轮番进行显示，分别显示1ms，这依靠是大家视觉惰性，该段程序以下：DISP:;走时显示程序，包含调时时显示MOV DPTR,#LEDTABMOV A,SECONDMOV B,#10DIV AB;A存十位B存个位MOVC A,A+DPTRMOV P1,ACLR SEC_SACALL D_1MS;显示秒十位SETB SEC_SMOV A,BMOVC A,A+DPTRMOV P1,ACLR SEC_GACALL D_1MS;显示秒个位SETB SEC_G以这类推，进行时和分显示RET另外，调闹铃和定时时间、进行日期显示时，有各自显示程序，但不能成为独立子程序，分别柔和在闹铃、定时、和日期程序中。5.3.5 闹铃程序和定时程序这两段程序分别包含了各自显示、调整程序。程序思绪是对照，走时部分程序，进行编写，包含显示程序，和显示时间程序是相同，闹铃和定时调整程序和走时调整程序相同。5.4程序调试程序写完以后必需进行调试，以验证程序是否正确。在程序调试时，出现了很多问题，比如跳转距离过长、打错字母、逻辑有错等，发觉问题后，利用两天时间进行了更正，但即使编译经过，最终也不一定能够实现功效。认为程序调试只能检验出语法错误，而不能检验出逻辑错误。要真正把程序写对，要经过仿真发觉而且更正错误。6 功效仿真这部分工作可能碰到困难是很多，程序庞大很可能出现多种问题。在仿真工作中，首先要对仿真软件有足够了解并能够正确熟练地利用6.1 软件介绍在这部分工作中用到了Uvision4和Proteus两个软件，其中Uvision4用来编译程序并生成hex文件，装入Proteus仿真图芯片中，经过仿真结果一步步进行调整最终达成预期功效。6.2仿真过程：6.2.1仿真图绘制在使用Proteus进行仿真时，仿真图不用画出数码管驱动程序，其它部分和设计硬件图相仿。绘制结果以下：图6. 1 仿真图6.2.2功效实现在绘制仿真图以后，要向单片机装入程序，从而使单片机开始工作并带动整个电路工作，装入过程为：点击单片机，选择所编译程序输出hex文件，确定即可。此时单片机会根据程序所设定功效进行工作，在仿真过程中会碰到多种问题。这里列出仿真结果：（1）走时仿真：图6.2 走时状态下仿真结果（2）闹钟设定仿真：图6.2.3 闹铃仿真结果可见所定闹钟时间为10点15分。（3）定时钟倒计时仿真：图6.2.3 倒计时仿真可见，倒计时进行到3分3秒。 7 日历功效实现在设计开始阶段，我关键考虑了日期逻辑算法。首先，要考虑年份是不是闰年，闰年判定方法是：将年份除以100，若能整除，则将年份除以400，若还能整除，则为闰年，若不能，则为平年；若不能被100整除，则判定是否能被4整除，若能，则为闰年，若不能则为平年。只有2月和平、闰年相关，所以在闰年和平年子程序中，要判定是不是2月，若是则在对应年中进行日期增加，若不是则转入平时月份。其中1、3、5、7、8、10、12月是每个月31天，4、6、9、11月为每个月30天。在电路方面：用按键输入决定6个数码管显示日期还是时间，按键控制为：按下1键时，显示日期，而且用4、5、6键分别调整年、月、日；按下2键时，进行走时和时间调整；3键位闹铃键；4键为定时键。程序思绪以下：年份能否被100整除NY年份是否能被4整除年份是否能被400整除NN平年闰年YY是不是2月是不是2月Y日=28以后返回为1NNY日=29以后返回为1若月份为1、3、5、7、8、10、12月则调用31天程序若月份为4、6、9、11则调用30天程序图8.1 扩展部分思绪按键形式：图8.2 按键图示 结论经过对数字时钟设计,愈加深了对单片机功效了解和各个模块程序调用,编程。在实物设计时候碰到了更多问题，比如芯片质量问题不能得到确保。因为用万能电路板搭建，飞线数量尤其多，整个实物给人印象十分复杂，在焊接过程中难免出现多种错误，经过老师和同学等帮助，最终实现了部分功效，在此对她们真挚感谢。致谢当我以学子身份踏入大学校门那天起，便已注定我将在这里度过人生中最漂亮青春年华。提笔写下“谢辞”，我才惊觉自己立即真正离开，人生亦以后展开新画卷。尽管不舍，却更珍爱，因为我生命中有那么多可爱人值得感激。她们使我大学生活充满了色彩，不管收获、遗憾，对我来说全部是一笔宝贵财富。 三年大学生活不知不觉中就要结束了，在这段难忘生活中，有我很多美好回想。在这份大学最终一页里，首先感谢党、感谢学院给我们提供这个能自我展示平台，感谢我们指导老师，江伟老师，你们从一开始论文方向选定，到最终整篇文论完成，全部很耐心对我进行指导。给我提供了大量数据资料和提议，告诉我应该注意细节问题，细心给我指犯错误，修改论文。谢谢我们班主任老师，从大一到大二是你悉心教导、孜孜不倦我们才能顺利完成学业。我要感谢在我二年学习中无私传授我知识各位老师，是你们将自己宝贵财富无私地奉献给了我们，让我们能在学业上有所成绩；是你们让我倍感老师职业伟大，交给我们知识，又不忘教育我们怎样做人！在此，我还要感谢寝室弟兄们在我完成论文过程中给我帮助和激励，也是她们陪我度过这三年生活 参考文件1 H.G.Cragon.The Elements of Single-Chip Microcomputer Architecture.Computer,1980 (13)2 李全利. 单片机原理及应用技术第三版，高等教育出版社 .（1）3 何立民.中国单片机应用技术发展趋势及展望.自动化和仪表，1992（1）4 向继文，廖立新.基于AT89S51 电子钟系统设计.机电产品开发和创新，(2)5 张静.基于单片机数字钟设计.办公自动化杂志，（89）6 樊金荣，谢智文.数字倒计时秒表设计和实现.中南民族大学计算机科学学院院报，（1）7 魏立峰，王宝兴.单片机原理和应用技术M.北京:北京大学出版社，.8 马立国. 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