工学院毕业设计 基于单片机实现的计时时钟设计 专 业： 电气自动化技术 班 级： 自动化0921 学 号： 学生姓名： 校外指导教师： 校内指导教师： 二零一二年五月 目录摘 要11 引言21.1 设计背景21.2 课题设计内容22 计时时钟以及单片机介绍32.1 计时时钟结构32.2 单片机简介42.3 单片机特点42.4 单片机的应用53 计时时钟硬件设计63.1 时钟电路的设计63.2 复位电路的设计63.3 数码显示电路的设计73.4 按键电路的设计83.5 蜂鸣器电路的设计83.6 AT89C2051单片机94 计时时钟软件设计114.1 程序设计114.2 汇编语言124.3 程序编制124.3.1 显示数码管子程序124.3.2 计时子程序134.3.3 按键子程序145 焊接电路与系统调试165.1 焊接技术165.2 控制系统的调试166 结论与展望176.1 结论176.2 展望17参考文献18附录A 计时时钟电路原理图和计时时钟PCB板图19附录B 项目实物图和项目元器件清单20附录C 项目主程序21 工学院毕业设计摘 要：计时时钟具有良好的应用性，可以实现时间显示，定时闹钟等功能。本设计是基于AT89C2051单片机实现的计时时钟，系统包含显示电路，键盘电路和单片机控制电路等组成部分，其中显示电路由3个数码管构成，分别显示：小时，分钟和秒。同时该电路还具备定时闹钟、倒计时计数器和秒表功能。经实验测试，系统时间显示误差在1S，符合设计要求。关键字：AT89C2051单片机；计时时钟；数码管；定时闹钟 21 引言1.1 设计背景二十世纪跨越了三个“电”的时代，即电气时代、电子时代和现已进入的电脑时代。不过，这种电脑，通常是指个人计算机，简称PC机。它由主机、键盘、显示器等组成。还有一类计算机，大多数人却不怎么熟悉。这种计算机就是把智能赋予各种机械的单片机（亦称微控制器）。顾名思义，这种计算机的最小系统只用了一片集成电路，即可进行简单运算和控制。因为它体积小，通常都藏在被控机械的“肚子”里。它在整个装置中，起着有如人类头脑的作用，它出了毛病，整个装置就瘫痪了。现在，这种单片机的使用领域已十分广泛，如智能仪表、实时工控、通讯设备、导航系统、家用电器等。随着人们生活水平的不断提高,单片机控制无疑是人们追求的目标之一，它所给人带来的方便也是不可否定的，其中数字温度计就是一个典型的例子，但人们对它的要求越来越高，要为现代人工作、科研、生活、提供更好的更方便的设施就需要从数单片机技术入手，一切向着数字化控制，智能化控制方向发展。 现代生活的人们越来越重视起了时间观念，可以说是时间和金钱划上了等号。对于那些对时间把握非常严格和准确的人或事来说，时间的不准确会带来非常大的麻烦，所以以数码管为显示器的时钟比指针式的时钟表现出了很大的优势。因此对于设计计时时钟是很有必要的。1.2 课题设计内容本设计是基于51单片机实现的倒计时时钟控制器，利用汇编语言进行程序设计。通过控制单片机内部计数器的定时器功能来实现时间的显示，再利用按钮来调节时间的长短。把实际需要的时间设计成相应的定时常数就可以通过数码显示管显示目标时间。这种控制电路结构简单，可靠性高,应用性强；软件程序适应范围广，对于不同的倒计时间只需要改变相应的定时常数即可。对单片机以及日常生活中的推前事件的应用有一定的借鉴价值。实现计时时钟的时钟功能，以及闹钟，计数器，秒表，倒计时的功能。2 计时时钟以及单片机介绍2.1 计时时钟结构 时钟，自从它发明的那天起，就成为人类的朋友，但随着时间的推移，科学技术的不断发展，人们对时间计量的精度要求越来越高，应用越来越广。怎样让时钟更好的为人民服务，怎样让我们的老朋友焕发青春呢？这就要求人们不断设计出新型时钟。 现今，高精度的计时工具大多数都使用了石英晶体振荡器，由于电子钟，石英表，石英钟都采用了石英技术，因此走时精度高，稳定性好，使用方便，不需要经常调校，数字式电子钟用集成电路计时时，译码代替机械式传动，用LED显示器代替显示器代替指针显示进而显示时间，减小了计时误差，这种表具有时，分，秒显示时间的功能，还可以进行时和分的校对，片选的灵活性好。本设计利用单片机实现数字时钟计时功能的主要内容，其中AT89C2051是核心元件同时采用数码管动态显示“时”，“分”，“秒”的现代计时装置。与传统机械表相比，它具有走时精确,显示直观等特点。它的计时周期为24小时，显满刻度为“23时59分59秒”，闹钟，计数器，秒表，倒计时的功能 本设计主要介绍用单片机内部的定时/计数器来实现计时时钟的方法，由单片机AT89C2051芯片和LED数码管为核心，辅以必要的电路，构成了一个单片机计时时钟。图2.1 计时时钟2.2 单片机简介单片机全称为单片微型计算机（Single Chip Microcomputer）,又称为微控制器（Microcontroller Unit）或嵌入式控制器（Embedded Controller）。它是将计算机的基本部件微型化并集成到一块芯片上的微型计算机，通常片内都含有CPU、ROM、RAM、并行I/O、串行I/O、定时器/计数器、中断控制、系统时钟及系统总线等。随着技术的发展，单片机片内集成的功能越来越强大，并朝着SOC（System on Chip）方向发展。单片机是一种集成电路芯片，采用超大规模技术把具有数据处理能力(如算术运算，逻辑运算、数据传送、中断处理)的微处理器(CPU)，随机存取数据存储器(RAM)，只读程序存储器(ROM)，输入输出电路(I/O口)，可能还包括定时计数器，串行通信口(SCI)，显示驱动电路(LCD或LED驱动电路)，脉宽调制电路(PWM)，模拟多路转换器及A/D转换器等电路集成到一块单块芯片上，构成一个最小,然而完善的计算机系统。这些电路能在软件的控制下准确、迅速、高效地完成程序设计者事先规定的任务。然而单片机又不同于单板机，芯片在没有开发前，它只是具备功能极强的超大规模集成电路，如果赋予它特定的程序，它便是一个最小的、完整的微型计算机控制系统，它与单板机或个人电脑(PC机)有着本质的区别，单片机的应用属于芯片级应用，需要用户了解单片机芯片的结构和指令系统以及其它集成电路应用技术和系统设计所需要的理论和技术，用这样特定的芯片设计应用程序，从而使该芯片具备特定的功能。不同的单片机有着不同的硬件特征和软件特征，即它们的技术特征均不尽相同，硬件特征取决于单片机芯片的内部结构，用户要使用某种单片机，必须了解该型产品是否满足需要的功能和应用系统所要求的特性指标。这里的技术特征包括功能特性、控制特性和电气特性等等，这些信息需要从生产厂商的技术手册中得到。软件特征是指指令系统特性和开发支持环境，指令特性即我们熟悉的单片机的寻址方式，数据处理和逻辑处理方式，输入输出特性及对电源的要求等等。 2.3 单片机特点 随着现代科技的发展，单片机的集成度越来越高，CPU的位数也越来越高，已能将所有主要部件都集成在一块芯片上，使其应用模式多、范围广，并具有以下特点： （1）体积小，功耗低，价格便宜，重量轻，易于产品化。 （2）控制功能强，运行速度快，能针对性地解决从简单到复杂的各类控制问题，满足工业控制要求，并有很强的位处理和接口逻辑操作等多种功能。 （3）抗干扰能力强，适用温度范围宽。由于许多功能部件集成在芯片内部，受外界影响小，故可靠性高。 （4）虽然单片机内存储器的容量不可能很大，但存储器和I/O接口都易于扩展 （5）可以方便的实现多机和分布式控制。2.4 单片机的应用单片机的应用具有面广量大的特点，目前它广泛的应用于国民经济各个领域，对技术改造和产品的更新起着重要作用。主要表现在以下几个方面： （1）单片机在智能化仪器、仪表中的应用：由于单片机有计算机的功能，它不仅能完成测量，还既有数据处理、温度控制等功能，易于实现仪器、仪表的数字化和智能。（2）单片机在实时控制中的应用：单片机可以用于各种不太复杂的实时控制系统中，如一般性的温度控制、液面控制、电镀顺序控制等。将测量技术、自动控制技术和单片机技术相结合，充分发挥单片机的数据处理和实时控制功能，使系统工作于最佳状态。（3）单片机在机电一体化中的应用：单片机有利于机电一体化技术的发展，已广泛应用于数控机床、医疗设备、汽车设备等。（4）单片机在多机系统中的应用：单片机在多机系统中的应用是将来单片机发展的主要模式，它可以提高单片机的可靠性，使系统运行速度更快。（5）单片机在计算机外围设备中的应用：单片机广泛应用于打印机、绘图机等多种计算机的外围设备，特别是用于智能终端，可大大减轻主机负担，提高系统的运行速度。（6）单片机在家用电器中的应用：单片具有体积小、重量轻、价格便宜等特点，所以家电产品中配上微电脑后，使其身价百倍，功能更强，使用方便，灵活，深得用户欢迎。（7）单片机在通信中的应用：单片机广泛应用于移动通信领域，使移动电话的功能更强大，操作更方便。随着电子技术的发展，单片机也普遍的应用于各个学院的教程中，它具有的体积小、功耗低、功能强、性能价格比高、等显著优点，具有良好的发展前景。3 计时时钟硬件设计3.1 时钟电路的设计单片机工作的时间基准是由时钟电路提供的。在单片机的XTAL1和XTAL2两个引脚间，接一只晶振及两只电容就构成了单片机的时钟电路，如图3.1所示。电路中的器件选择可以通过计算和实验确定，也可以参考一些典型电路的参数。电路中，电容器C1和C2对振荡器频率有微调作用，通常的取值范围3010pF；石英晶体选择6MHZ或12MHZ都可以。其结果只是机器周期时间不同，影响计数器的计数初值。图3.1 时钟电路的设计3.2 复位电路的设计单片机的RET引脚为主机提供一个外部复位信号输入端口。复位信号是高电平有效，高电平有效的持续时间应为2个机器周期以上。复位以后，单片机内各部件恢复到初始状态，单片机从ROM的0000H开始执行程序。单片机的复位方式有上电自动复位和手工复位两种。如图3.2所示是51系列单片机常用的上电复位和手动复位的组合电路，只要VCC上升时间不超过1ms，它们都能很好地工作。阻容器件的参考值为，R1=200，R2=1K，C3=22uF。图3.2 复位电路的设计3.3 数码显示电路的设计单片机应用系统中，通常都需要进行人机对话。这包括人对应用系统的状态干预与数据输入，以及应用系统向人们显示运行结果等。显示器、键盘电路就是用来完成人机对话活动的人机通道。LED显示器的驱动是一个非常重要