数字钟设计论文

重庆信息技术职业学院毕业设计题目数字钟选题性质： 设计□报告□其他院系电子工程学院专业电子信息工程技术班级 07 级（1）班学号 0750090学生姓名指导教师唐玉萍教务处制年月日摘要本系统利用单片机实现具有计时、校时等功能的数字时钟，是以单片机AT89S51为核心元件同时采用数码管显示器动态逐次显示“年”，“月日”，“时分”，“秒”的现代计时装置。

与传统机械时钟相比，它具有走时精确,显示直观等特点。

在日常生活和自动控制系统中，经常遇到对时间实时监控的需求，本系统在对时间监控的同时，若达到预先设定的时间后，能使LED不停闪烁提示时间已到。

另外本程序还具有校时功能，能够随时调整时间，而且能够随时方便的扩充扩展其他多功能，因此利用单片机实现的本数字时钟具有编程灵活，便于功能的扩充等优点。

关键字：AT89S51、单片机、数字钟、LED数码管I目录摘要 (I)目录 (Ⅱ)前言 (1)第1章绪论 (2)1.1 课题意义 (2)1.2 数字钟的应用 (2)第2章整体设计方案 (3)2.1 AT89S51概述及其特点 (3)2.2 AT89S51的主要性能及管脚说明 (4)2.3 AT89S51的新功能介绍 (5)第3章数字钟的硬件设计 (7)3.1 T0定时器/计数器 (7)3.2 数码管动态扫描 (8)3.3 键盘扫描电路 (12)3.4 LED显示电路 (14)3.5 复位电路 (15)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 数字钟流程图 (18)4.3 数字钟程序 (21)第5章焊接及调试 (355)5.1 焊接 (355)5.2 调试 (366)5.3 系统PCB图 (377)总结 (39)参考文献 (400)II前言计算机尤其是以微细加工技术支持的微型计算机技术飞速发展，其应用渗透到了各行各业。

以单片机、嵌入式处理器、数字信号处理器（DSP）为核心的计算机系统，以其软硬件可裁剪、高度的实时性、高度的可靠性、功能齐全、低功耗、适应面广等诸多优点而得到极为广泛的应用。

目前计算机硬件技术向巨型化、微型化和单片机化三个方向告诉发展[1]。

自1975年美国德州仪器公司（Texas Instruments）第一块微型计算机芯片TMS-1000问世以来，在短短的20年间，单片机技术已发展成为计算机领域一个非常有前途的分之，它有自己的技术特征、规范和应用领域。

单片机是自动控制系统的核心部件，主要用于工业控制、智能化仪器仪表、家用电器中。

它具有体积小、性能突出可靠性高（某些方面的性能指标大大优于通用微机中央处理器）、价格低廉等一系列优点，应用领域不断扩大，除了工业控制、智能化仪表、通信、家用电器外，在智能化高档电子玩具产品中也大量采用单片机芯片作为核心控制部件，已经渗入到人们工作和生活的各个角落，有力地推动了各行业的技术改造和产品的更新换代，前景广阔。

数字钟具备单片机最小系统的基本组成，对于我们了解单片机有很大的帮助。

1第1章绪论时间是人类生活必不可少的重要元素，如果没有时间的概念，社会将不会有所发展和进步。

从古代的水漏、十二天干地支，到后来的机械钟表以及当今的石英钟，都充分显现出了时间的重要，同时也代表着科技的进步。

致力于计时器的研究与充分发挥时钟的作用，将有着重要的意义。

1.1 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是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，配以适当的借口芯片，可以构造各种各样、功能各异的微电子产品。

目前市场上提供的无论机械钟还是石英钟在晚上无照明的情况下都是不可见的。

要知道当前的时间，必须先开灯，故较为不便。

现在市场上也出现了一些电子钟，它以LED数码管来显示具体时间，与传统的以指针显示时间的方式不同，违背了人们传统的习惯与理念，而且这类电子钟一般是采用大型显示器件，适用于银行、车站等公共场所，且外观设计欠美观，很少进入百姓家庭。

此外，无论是机械钟、石英钟还是电子钟，都存在着共同的问题：时间误差。

针对以上存在的问题，我们设计了一款采用LED数码管显示的电子时钟，有效克服了时钟存在的误差问题1.2 数字钟的应用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、工作和娱乐带来极大的不便。

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，自动报时和自动控制等各个领域。

2第2章整体设计方案本数字钟的主要功能有：用四只LED数码管显示当前日期（年月日）与时间(时分秒)，并且具有闹钟功能。

本系统的主要设计思想是：系统由AT89S51、LED数码管、按键、发光二极管等部分构成，能实现日期及时间的调整、定时日期及时间的设定，输出等功能。

系统的功能选择由“F1”、“F2”、“F3”、“+”、“-”五个功能键来完成。

按一下F1：显示年月日，按二下F1: 调整年，按三下F1: 调整月，按四下F1: 调整日，按一下F2：显示时分秒。

按下F3一下：调整时。

按下F3二下：调整分。

按下F4一下：设定时开的时，按下F4二下: 设定时开的分。

（定时关用；用软件延时30秒。

）“+”、“-”分别是调时时数字加1或者减1的功能，键盘上各位数字键则为其设定值。

其中，本设计的整体思路框图如下所示：图2.1 数字钟整体设计图2.1 AT89S51概述及其特点2.1.1 AT89S51概述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。

342.1.2 AT89S51特点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。

空闲模式下，CPU 暂停工作，而RAM 定时计数器，串行口，外中断系统可继续工作，掉电模式冻结振荡器而保存RAM 的数据，停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。

同时该芯片还具有PDIP 、TQFP 和PLCC 等三种封装形式，以适应不同产品的需求。

2.2 AT89S51的主要性能及管脚说明 2.2.1 主要特性有：AT89S51 CPU 与MCS-51 兼容4K 字节可编程FLASH 存储器(寿命：1000写/擦循环) 全静态工作：0Hz-24KHz 三级程序存储器保密锁定 128*8位内部RAM 32条可编程I/O 线 两个16位定时器/计数器 6个中断源 可编程串行通道 低功耗的闲置和掉电模式 片内振荡器和时钟电路2.2.2管脚说明：图2.2 AT89S51引脚图VCC：供电电压。

GND：接地。

P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。

当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。

P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。

在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。

P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。

P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。

在FLASH 编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。

P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。

并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。

这是由于内部上拉的缘故。

P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。

在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。

P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。

P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL 门电流。

当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。

作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。

2.3 AT89S51的新功能介绍AT89S51 的新功能有：(1)新增加很多功能，性能有了较大提升，价格基本不变，甚至比89C51更低！(2)ISP在线编程功能，这个功能的优势在于改写单片机存储器内的程序不需要把芯片从工作环境中剥离。

是一个强大易用的功能。

(3)最高工作频率为33MHz，大家都知道89C51的极限工作频率是24M，就是说S51具有更高工作频率，从而具有了更快的计算速度。

(4)具有双工UART串行通道;内部集成看门狗计时器，不再需要像89C51那样外接看门狗计时器单元电路;双数据指示器;电源关闭标识。

(5)全新的加密算法，这使得对于89S51的解密变为不可能，程序的保密性大大加强，这样就可以有效的保护知识产权不被侵犯。

(6)兼容性方面：向下完全兼容51全部字系列产品。

比如8051、89C51等等早期MCS-51兼容产品。

也就是说所有教科书、网络教程上的程序（不论教科5书上采用的单片机是8051还是89C51还是MCS-51等等），在89S51上一样可以照常运行，这就是所谓的向下兼容。

67第3章 数字钟的硬件设计3.1 T0定时器/计数器MCS-51内有两个独立的可编程定时器/计数器，称为T0和T1.他们本质上是可预置初值的加1计数器，既可用于计数，也可用来定时。