AT89C2051数字电子钟的设计.doc

AT89C2051数字电子钟的设计
一、设计任务与要求
1．通过单片机技术使 LED 数码管输出显示时间。
2. 可通过按键设置闹钟功能，且停闹无须手工操作。
3. 提高计时精度，使计时误差最小。
4. 通过键盘 2 个键，从左到右依次标名为 SET,DOWN,UP,ENTER, 用来修改和设置系统时钟。
二、方案设计与论证
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。
本电路以一片 AT89C2051 单片机为主体，其显示数据从 P3.0-P3.7 口输出，P1 口输 出对应的六位位选信号。电子钟程序设计时使用了 T0 作为计时，T1 为调整时显示用。 只要对程序稍加更改，可以很容易的实现 8 路定时功能。 电子钟只用一个轻触式按键来完成所有的设置。 为了使闹钟音量足够大， 采用了 PNP 型三极管 8550 来驱动蜂鸣器，驱动电阻用 1K 的，蜂鸣器为 5V 小型蜂鸣器。若用 NPN 来驱动蜂鸣器音量要小一点。LED 数码管位驱动用 8850，电子钟采用自制的 3A 开关电 源供电。AT89C205 是一个低电压，高性能 CMOS 8 位单片机，片内含 2k bytes 的可反复擦写 的只读 Flash 程序存储器和 128 bytes 的随机存取数据存储器（RAM） ，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准 MCS-51 指令系统，片内置通用 8 位 中央处理器和 Flash 存储单元，功能强大。但它只有 20 个引脚，15 个双向输入/输出 （I/O）端口，其中 P1 是一个完整的 8 位双向 I/O 口，两个外中断口，两个 16 位可编 程定时计数器,两个全双向串行通信口，一个模拟比较放大器。
三、单元电路设计与参数计算
单片机要正常运行， 必须具备一定的硬件条件， 其中最主要的就是三个基本条件： （1）电源正常；（2）时钟正常； （3）复位正常。
(1) 工作电源 电源是单片机工作的动力源泉，对应的接线方法为;40 脚（VCC）电源引脚，工 作时接＋5 电源，20 脚（GND）为接地线。 (2) 时钟电路 时钟电路为单片机产生时序脉冲， 单片机所有运算与控制过程都是在统一的时序脉冲的驱动下进行的，时钟电路就好比人的心脏一样重要。(3) 复位电路 在复位引脚(9 脚)持续出现 24 个振荡器脉冲周期(即 2 个机器周期)的高电平信号 将使单片机复位。复位后，单片机从 0000H 单元开始执行程序，并初始化一些专用寄存器为复位状态值。（4）LCD 显示电路 液晶显示模块具有体积小、功耗低、显示内容丰富等特点，现在字符型液晶显示 模块已经是单片机应用设计中最常用的信息显示器件了。 1602B 可以显示 2 行 16 个字符，有 8 位数据总线 D0-D7，和 RS、R/W、EN 三 个控制端口，工作电压为 5V，并且带有字符对比度调节和背光。 该模块也可以只用 D4-D7 作为四位数据分两次传送。 这样的话可以节省 MCU 的 I/O 口资源。（5）电源电路 电源电路包括变压器、 桥式整流器、 电容和稳压器。 通过变压器变压， 使得 220V 电压变为 12 V，在通过桥式整流，电容的滤波作用，稳压器的稳压作用可输出 5V 的稳定电压。
四、总原理图及元器件清单
1．总原理图

2．元件清单
元件序号
型号
主要参数
数量
备注
Rx
电阻
470
7

Dx
4007
---
4

LED
3MMR
---
2

SEG
4025
---
4

Cx
33P
---
2

Cx
104
---
1

Qx
9012
---
5

五、安装与调试
实物制作及调试说明 首先查阅相关资料，对本次设计所涉及的器件封装及各参数认识和了解之后，再设计电路原理图、画出 PCB 图、制出相应电路板（硬件电路设计查看附录）。针对硬件 编程、编译好后，对硬件AT89C2051 烧写相应程序。 完成电路板的制作之后就是电路焊接，按装配图焊接好各器件。 装配好电路器件后，对电路板进行相应的检测，看是否存在短路现象。没有,接通电源，查看电源指示灯是否亮，接着看数码管是否有显示，之后再测试各功能按键是 否起到作用，以及电路的发光二极管、蜂鸣器是否实现其功能。
六、性能测试与分析
系统时钟误差分析 设系统中所选用的晶振的频率为 fosc，则机器周期 t0 由式（5-1）所得。 t 0 = 12 f osc（5-1）设定时器要求的中断频率为 k， 计数器位数为 n， 则定时计数器的初值 X 设置如 下：t 0 (2 - X ) = 1 K 于是 X = 2 - 1 ( k t 0 )（5-2） 而实验测得的数据显示，这个公式所得的结果并不可靠： （下表中的所有数据都是在计数器初始值严格按照原始公式给出的条件下测得， 以个 人计算机机系统时钟为标准） 。从表 5-1 中的数据可知，严格按照原始公式得出的计 数初值是存在极大误差的，这个误差总使系统时间变慢，而且，系统时间的误差值随 着每秒中断次数的增多而增大，随计时总长的增长而增大，并且总是成比例（在误差 允许的范围内） 。这就是说，系统的误差跟每秒中断次数和个人计算机标准时长的乘 积（即中断总次数）成正比。也就是说，每次中断计时的时间误差是一个常数。 误差来源分析：不考虑晶振等固件的误差，则系统机器周期可以由公式 1 准确 给出，因而系统误差不可能来自于硬件，而应该主要来自于软件方面。所以，使得每次定时长度都大于理论推导值，在宏观 上表现出来就是系统比理论计算出来的结果变慢了（这于表格 1 所得的结论恰好一 致） 。另外，由于系统每次调用中断处理程序所执行的操作都是相同的，也就是说， 系统每次定时的时间误差应该是一个常数
七、结论与心得
单片机课程设计是电子技术基础教学中的一个实践环节，通过此次课程设计，巩固和加深了我们在数字电子技术课程中的理论基础和实验中的基本技能，训练了我们在电子产品制作时的动手能力。
设计过程中虽然会遇到很多困难，但通过查找和反复试验，加深了我们队知识的理解，收益颇多。
八．参考文献
[1] 董传岱、于云华，数字电子技术. 石油大学出版社，2001。
[2] 张专成 赵怀勋.单片机测控系统中的监视定时器[M].武警技术学院.Mar1997:286-354.
[3] 张景元.基于单片机的多用途定时器的设计与实现[J].电子工程师 2000 年第 8 期.
[4] 谭浩强，C 程序设计(第二版). 清华大学出版社. 1999 年 12 月第 2 版
[5] 李华.MCS-51 系列单片机实用接口技术[M]，北京：北京航空航天大学出版社.1993:138-248.