单片机数字钟课程设计

课程设计报告书题目: 数字钟课程：专业：班级：学号：学生姓名：指导教师：年月日课程设计任务书2013年12 月 24日信息工程系课程设计成绩评定表摘要数字钟是现在运用非常广泛的一类电子器件，掌握电子钟的设计对学习电子技术专业的人来说意义重大。

本设计以AT89C51单片机为核心控制元件，用八段数码管和和按键结合，在应用C语言来实现可调节的电子时钟。

本次设计运用了KEIL和protues仿真软件来进行调试，并给出了完整的设计电路和KEIL程序代码，并画出了编程的逻辑流程图。

通过调试和运行，最终完成了一个完整的电路仿真，其功能是实现时间并且都能进行相应的调整，同时还能进行闹铃的设置并在达到预定的时间时闹铃。

关键词： AT89C51单片机、数码管、时钟目录摘要 (4)1 任务提出与方案论证 (6)1.1 时钟电路 (6)1.2 论证 (7)2 总体设计 (8)2.1 硬件电路 (8)2.2 程序流程图 (9)3 详细设计及仿真 (10)3.1器件原理结构 (10)1、AT89C51单片机 (10)2、LED数码管 (13)3、独立键盘 (14)4、蜂鸣器 (15)5、74H573 (15)3.2硬件电路 (16)1复位电路 (16)2时钟电路 (17)3按键电路 (17)4数码管显示 (18)3.3仿真电路 (19)4 总结 (27)参考文献 (28)1 任务提出与方案论证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使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，配以适当的接口芯片，可以构造各种各样、功能各异的微电子产品。

随着电子技术的飞速发展，家用电器和办公电子设备逐渐增多，不同的设备都有自己的控制器，使用起来很不方便。

根据这种实际情况，设计了一个单片机多功能定时系统，它可以避免多种控制器的混淆，利用一个控制器对多路电器进行控制，同时又可以进行时钟校准和定点打铃。

它可以执行不同的时间表（考试时间和日常作息时间）的打铃，可以任意设置时间。

这种具有人们所需要的智能化特性的产品减轻了人的劳动，扩大了数字化的范围，为家庭数字化提供了可能。

数字钟是现在运用非常广泛的一类生活实用工具，同时数字钟又是一种非常基本的电子器件，对其熟练的掌握是电子技术专业的基本要求。

时钟的设计有许多种方法，有模拟电路的时钟，有数字时钟，由于数字时钟的简洁性与实用性，本设计采用数字电路设计的时钟。

单片机是电子器件中使用非常广泛的一种芯片，由于单片机体积小，很容易嵌入到系统之中，以实现各种方法的检测、计算或控制等优点，因此以单片机为核心的嵌入式控制系统在许多领域中得到了广泛的应用。

本设计以单片机为核心，运用KILL软件来写入时钟的程序，并在仿真proteus平台上进行检测。

在显示时钟时间方面有LED、LCD显示，由于时钟显示时间的特点，采用LED较为简洁，实验程序也相对较为简单，便于我们设计操作，减少了一定的程序量。

LED数码管显示时间，有六段数码管，八段数码管都可以达到设计的要求与目的，但从生活中便于观看时间来说，八段数码管效果更好，故采用八段数码管来显示时间。

1.1 时钟电路通过分析时钟电路的特点与结合自己的单片机编写程序的水平，决定采用用一块51单片机两块74HC573锁存器加一个八段数码管构成主要的时钟显示电路，再用三个按钮连接在51单片机上作为调节时钟的按键，接一个蜂鸣器作为闹钟，如此就构成了简要的时钟电路，此时单片机没有外接晶振产生时钟脉冲，而是利用其内部的定时器/计数器来此功能，可以减少电路的复杂性。

通过学习与查找相关的资料得出的时钟电路大致就是如此，可以完成实验要求。

1.2 论证在实际过程中论证的方法很多，但是实践是论证的最好途径，本次设计中由于时间有限，没能做出真正的实物电子钟，但是通过仿真proteus平台同样可以达到论证此次方案正确与错误的目的，在kill上编写单片机时钟程序并不断调试并在仿真中显示来观看效果，通过不断地调试与修改，直到达到了最佳的效果时，才保存程序。

此时方案就得到了有效的论证，在仿真平台上准确无误时，再做出实物也应该不会出现一些大的问题，当然实物与仿真是有一定的差别的，但是仿真为实物操作提供了保障。

2 总体设计选用AT89C5单片机与LED 八位数码管与独立键盘、蜂鸣器等构成硬件电路组成可调式的时钟。

总体设计电路图如下所示2.1 硬件电路硬件电路中是以51单片机为核心来搭建的电路，其余各个部件都需要接入51单片机中，单片机对其实现综合控制。

图2-1控制电路如图2-1所示，单片机为核心。

硬件电路所需使用的器件如下表所示表2-151单片机数码管按键 蜂鸣器2.2 程序流程图根据所设计的硬件电路构造了程序流程图，便于编程实现时钟电路的相关功能，其程序流程图如下所示。

3 详细设计及仿真对硬件电路中的一些器件进行说明，阐述其结构原理及工作特点。

运用proteus仿真软件做出设计电路的仿真，并检测是否达到要求。

3.1器件原理结构1、AT89C51单片机单片机自1976年由Intel公司推出MCS-48开始，迄今已有二十多年了。

由于单片机集成度高、功能强、可靠性高、体积小、功耗地、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，几乎“无处不在，无所不为”。

单片机的应用领域已从面向工业控制、通讯、交通、智能仪表等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。

单片机有两种基本结构形式:一种是在通用微型计算机中广泛采用的，将程序存储器和数据存储器合用一个存储器空间的结构，称为普林斯顿结构。

另一种是将程序存储器和数据存储器截然分开，分别寻址的结构，一般需要较大的程序存储器，目前的单片机以采用程序存储器和数据存储器截然分开的结构为多。

本文讨论的单片机多功能定时器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，功能强等特点。

不仅能满足所需要求而且还有很多功能可供开发，有着广泛的应用领域。

20世纪80年代中期以后，Intel公司以专利转让的形式把8051内核技术转让给许多半导体芯片生产厂家，如ATMEL、PHILIPS、ANALOG、DEVICES、DALLAS 等。

这些厂家生产的芯片是MCS-51系列的兼容产品，准确地说是与MCS-51指令系统兼容的单片机。

这些兼容机与8051的系统结构（主要是指令系统）相同，采用CMOS工艺，因而，常用80C51系列来称呼所有具有8051指令系统的单片机，它们对8051单片机一般都作了一些扩充，更有特点。

其功能和市场竞争力更强，不该把它们直接称呼为MCS-51系列单片机，因为MCS只是Intel公司专用的单片机系列型号。

MCS-51系列及80C51单片机有多种品种。

它们的引脚及指令系统相互兼容，主要在内部结构上有些区别。

目前使用的MCS-51系列单片机及其兼容产品通常分成以下几类：基本型、增强型、低功耗型、专用型、超8位型、片内闪烁存储器型。

本设计采用 Atmel公司生产的单片机AT89C51实现主要功能, AT89C51 的引脚图如2-1所示:图2-1 单片机的引脚各引脚功能情况为:（1）Vcc：供电电压。

（2）GND：接地。

（3）P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门流。

当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。

（4）P1口：P1口是一个内部提供的上拉电阻的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。

（5）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4TTL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。

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。

（6）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。

P3口功能引脚简介：P3.0:RXD（串行口输入）P3.1:TXD（串行口输出）P3.2:INT0（外部中断0）P3.3:INT1（外部中断1）P3.4:T0（定时器0外部脉冲输入）P3.5:T1（定时器1外部脉冲输入）P3.6:WR（外部数据存储器写选通）P3.7:RD（外部数据存储器读选通）P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。

（7）RST：复位输入。

当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。

（8）ALE/RPOG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平由于锁存地址的地位字节。

（9）/PSEN：外部程序存储器的选通信号。

在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。

但在访问外部数据存储器时，这两次有效的 /PSEN信号将不出现。

（10）/EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH）,不管是否有内部程序存储器。

注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。

（11）XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。

（12）XTAL2：来自反向振荡器的输出。

单片机硬件结构如下2、LED 数码管数码管显示器内部由7个条形发光二极管和一个小圆点发光二极管组成，根据各管的亮暗组合成字符。

常见LED 的管脚排列如图1中c 所示。

根据内部发光二极管的接线形式，可分成共阴极型和共阳极性，如图2-2中a 、b 所示。

LED 数码管的g--a ，dp8个发光二极管因不同亮暗的组合就能形成不同的字形，这种组合称为字形码。

共阳极和共阴极的字形码是不同的。

图2-2 LED 数码管显示器点亮LED 显示器分为静态和动态两种显示方法，为了节省I/O口的使用，本设计采用的是动态显示，其工作原理为：采用各数码管循环轮流显示的方法，当循环显示的频率较高时，利用人眼的暂留特性，看不出闪烁显示现象。