电脑钟的设计与制作

长治职业技术学院信息工程系

毕业设计说明书

设计课题名称 电脑钟的设计与制作

专业班级 09 电气大专班

学生姓名 任 韶 杰

指导教师 史 曙 光

2011年 6月19日 1 毕业设计任务书

专业： 电气自动化技术 班级：09电气大专班

设 计 课 题 电脑钟的设计与制作

指 导 教 师 史曙光 学生姓名 任韶杰

设计起止时间 2011年5月3日------2011年6月19日 共五周

毕业设计的目的与任务

通过毕业设计将前面所学知识融会贯通，锻炼独立设计、制作和调试应用系统的能力，深入领会单片机应用系统的软、硬件调试方法和系统研制开发过程。进一步熟悉单片机特性，掌握单片机硬件系统结构，软件对硬件的控制功能，熟练掌握MCS-51单片机指令系统的应用及程序设计、开发环境。

毕业设计报告内容要求

要求利用单片机设计制作电脑钟。具体指标如下：

1、自动计时，由6位LED显示器显示时、分、秒。

2、具备校准功能，可以直接由0~9数字键设置当前时间。

3、具备定时启闹功能。

4、一天时差不超过1钞钟。

拟定的工作进度（以周为单位）

1、第一周确定课题，收集资料；

2、第二周初步确定控制方案；

3、第三至六周完成设计任务书要求的设计内容；

4、第七周完成毕业设计说明书的编写工作。

任务下达人（签字）：史曙光 日期：2011年5月3日

任务接受人（签字）：任韶杰 日期：2011年5月3日 2 信息工程系毕业设计综合评价表

指导教师对设计及说明书的评语

指导教师签字： 年 月 日

毕业设计指导小组意见

毕业设计指导小组组长签字： 年 月 日

毕业设计及答辩评语

答辩小组组长签字： 年 月 日

备注

毕业设计成绩 答辩小组组长签字

年 月 日 目录

摘 要 .................................................. 1

第一章 概 述 .......................................... 2

1.1 单片机的发展 ........................................ 2

1.2 单片机的应用 ........................................ 3

第二章 总体方案 ......................................... 4

2.1计时方案 ............................................ 4

2.2键盘/显示方案 ....................................... 5

第三章 显示电路介绍 .................................... 6

3.1数码管简介 .......................................... 6

3.2 数码管工作原理 ...................................... 6

3.3显示种类 ............................................ 6

3.4 数码管字形编码 ...................................... 7

第四章 硬件设计 ........................................ 8

4.1电路原理图 .......................................... 8

4.2系统工作流程 ........................................ 8

第五章 软件设计 ...................................... 11

5.1系统资源分配 ....................................... 11

5.2软件流程 ........................................... 11

第六章 毕业设计心得体会 ................................ 26 1 摘 要

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,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。时钟电路在计算机系统中起着非常重要的作用，是保证系统正常工作的基础。在一个单片机应用系统中，时钟有两方面的含义：一是指为保障系统正常工作的基准振荡定时信号，主要由晶振和外围电路组成，晶振频率的大小决定了单片机系统工作的快慢；二是指系统的标准定时时钟，即定时时间，它通常有两种实现方法：一是用软件实现，即用单片机内部的可编程定时/计数器来实现，但误差很大，主要用在对时间精度要求不高的场合；二是用专门的时钟芯片实现，在对时间精度要求很高的情况下，通常采用这种方法。 2 第一章 概 述

1.1 单片机的发展

1971年微处理器研制成功不久，就出现了单片微型计算机即单片机，但最早的单片机是1位的，处理能力有限。

单片机的发展可分为4个阶段：

第一阶段（1974-1976）：单片机初级阶段。因为受工艺限制，单片机采用单片的形式而且功能比较简单。例如美国仙童公司生产的F8单片机，实际上只包括了8位CPU、64个字节的RAM和2个并行接口。

第二阶段（1976-1978）：低性能单片机阶段。以INTEL公司制造的MCS-48系列单片机为代表，该系列单片机片内集成有8位CPU、8位定时器/计数器、并行I/O接口、RAM和ROM等。但是最大的缺点就是无串行接口，中断处理比较简单而且片内RAM和ROM容量较小且寻址范围不大于4KB。

第三阶段（1978-1983）：高性能单片机阶段。这个阶段推出的单片机普遍带有串行接口，多级中断系统，16位定时器/计数器，片内ROM、RAM容量加大，且寻址范围可达64KB，有的片内还带有A/D转换器。这类单片机的典型代表是INTEL公司的MCS-51系列的8051、Motorola公司的6801和ZILOG公司的Z8等。由于这类单片机的性能价格比高，所以直到现在仍被广泛使用，是目前应用数量最多的单片机。

第四阶段（1983年至今）：8位单片机巩固发展以16位单片机、32位单片机推出阶段。此阶段的主要特征是：一方面发展16位单片机、32位单片机及专用型单片机；另一方面不断完善8位高档单片机，改善其结构，增加其片内器件，以满足不同用户的需要。16位单片机的典型产品，如早期Intel公司生产的MCS-96系列单片机，片内带有多通道10位逐次逼近比较式A/D转换器和高速输入/输出部件，实时处理的能力很强；再如近几年IT公司推出的MSP430系列微功耗的16位单片，更是降低了功耗，可采用1.8-3.6V电压供电，并集成了更丰富的片内资源。而32位单片机除了具有更高的集成度外，其晶振已达20MHZ，这使32位单片机的数据处理速度比16位单片机增快许多，性能比8位、16位单片机更加优越，也能处理较复杂的图形和声音数据。 3 1.2 单片机的应用

工业自动化：在自动化技术中，无论是过程控制技术、数据采集技术还是测控技术，都离不开单片机。在工业自动化的领域中，机电一体化将发挥愈来愈重要的作用，在这种集机械、为电子和计算机技术为一体的综合技术中，工业自动化也发展到了一个新的高度，出现了无人工厂、机械人作业、网络化工厂等，不仅将人从繁重的、重复的和危险的工业现场解放了出来，还大大的提高了工作效率，降低了生产成本。

智能仪器仪表：目前对仪器仪表的自动化和智能化要求越来越高。在自动化测量仪器仪表中，单片机应用十分普及单片机的使用有助于提高仪器仪表的精度和准确度，简化结构，减小体积，易于携带和使用，加速仪器仪表向数字化、智能化和多功能方面发展。

消费类电子产品：该应用主要应用在家电领域。目前家电领域的一个重要发展趋势是不断提高其智能化程度。例如，电子游戏机、照相机、电冰箱、电视机、微波炉、手机、洗衣机、空调、IC卡、汽车电子设备等。在这些电子产品中应用单片机后，其功能和性能大大提高、并实现了智能化、最优化控制。

通信方面：较高档的单片机都具有通信接口，因此为单片机在通信设备中的应用创造了很好的条件。例如，在微波通信、短波通信、载波通信、光纤通信、程控交换等通信设备和仪器中都能找到单片机的应用。

武器装备：在现代化的武器装备中，如飞机、军舰、坦克、导弹、鱼雷制导、智能武器装备、航天飞机导航系统，都有单片机在其中发挥重要作用。

终端及外部设备控制：计算机网络终端设备，如银行终端、以及计算机外部设备如打印机、硬盘驱动器、绘图机、传真机、复印机等，在这些设备中都使用了单片机。

近年来随着科技的飞速发展，同时带动自动控制系统日新月异更新，单片机的应用正在不断地走向深入。 4 第二章 总体方案

2.1计时方案

方案一：采用实时时钟芯片。

针对计算机系统对实时时钟功能的普遍要求，各大芯片生产厂家陆续推出了一系列的实时集成电路，如DS1287、DS12887、DS1320等。这些实时时钟芯片具备年、月、日、时、分、秒计时功能，计时数据的更新每秒自动进行一次，不需要程序干预。计算机可以通过中断或查询方式读取计时数据并进行显示，因此计时功能的实现无需占用CPU的时间，程序简单。此外，实时时钟芯片多数带有锂电池做后备电源，具备永不停止的计时功能：具有可编程方波输出功能，可用作实时测控系统的采样信号等；有的实时时钟芯片内部还带有非易失性RAM，可用来存放需长期保存但有时也需要变更的数据。由于功能完善，精度高，软件程序设计相对简单，且计时不用占用CPU时间，因此，在工业实时测控系统中多采样用这一类专用芯片来实现实时时钟功能。

方案二：软件控制。

当今单片机厂商琳琅满目，产品性能各异。常用的单片机有很多种：Intel8051系列、Motorola和M68HC系列、Atmel的AT89系列、台湾Winbond(华邦)W78系列、荷兰Pilips的PCF80C51系列、Microchip公司的PIC系列、Zilog的Z86系列、Atmel的AT90S系列、韩国三星公司的KS57C系列4位单片机、台湾义隆的EM-78系列等。我们最终选用了ATMEL公司的AT89C51单片机。AT89C51是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含8Kbytes的可反复擦写的只读程序存储器（PEROM）和256bytes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，与标准MCS-51指令系统及8051产品引脚兼容，片内置通用8位中央处理器（CPU）和FLASH存储单元，功能强大AT89C51单片机适用于许多较为复杂控制应用场合。所以我们最终选用AT89C51单片机。利用MCS-51内部的定时、计数器进行中断定时，配合软件延时实现时、分、秒的计时。该方案节省硬件成本，切可以使我们在定时/计数器的使用、中断及程序设计方面得到锻炼与提高，因此本系统将采用软件方法实现计时。