基于单片机的24小时制简易电子时钟设计

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0 下载量 139 浏览量 更新于2024-06-27 1 收藏 132KB DOC 举报
"基于单片机的简易电子时钟设计文档" 这篇文档主要介绍了如何使用单片机设计一个简易的电子时钟。这个时钟具备24小时制显示、LED数码管显示时间、可调校时间以及高精度计时功能。设计的核心是基于MCS-51系列的单片机,具体实施时采用了AT89S51型号的单片机。 在功能分析部分,设计要求时钟以24小时模式运行,时间显示由LED数码管完成,分、秒以数字形式显示,并提供便捷的时间调整机制,确保计时的稳定性和准确性。设计中,通过单片机的定时/计数器和中断系统实现计时功能。 在总体方案设计中,首先介绍了计时器的计数初值计算。以定时器工作在方式1,设定50毫秒的定时时间为例,当定时器溢出20次即代表1秒,初始值X被计算为3CB0H。采用中断方式监控定时器的溢出,每累计20次中断代表秒的变化。同时,通过软件处理实现从秒到分、从分到时的转换。 时间显示方面,时钟的六位数码管显示需要8个内部RAM单元作为显示缓冲区,每个LED对应一个缓冲区地址,分别用于时十位、时个位、分隔符、分十位、分个位、分隔符、秒十位和秒个位。 时间调整功能由3个按键完成,A键用于调整小时,B键调整分钟,C键用于复位。这些按键通过单片机的P1口外接,结合程序控制实现时间设置。 在控制方案上,AT89S51的P0口负责LED的段码输出,P2口控制数码管的位选,P1口连接按键。AT89S51因其低功耗、高性能和丰富的内置功能,成为设计的理想选择,它的8K Flash 存储器和与80C51系列的指令系统兼容性使其在成本和性能之间取得了平衡。 硬件电路设计包括单片机模块、数码显示模块和按键模块。每个模块都有特定的功能,例如单片机模块负责整体控制,数码显示模块接收单片机的信号并显示时间,按键模块接收用户输入以调整时间。 在芯片分析中,详细解读了AT89C51的引脚功能,包括电源、复位、晶振输入以及P0、P1、P2、P3口的不同特性,其中P0口需要上拉电阻,P1口内置上拉电阻,P2口有MUX功能,P3口支持第二功能。 晶振电路是时钟系统的核心,它通过内部放大器和晶体振荡器形成稳定的时钟信号,为单片机提供准确的计时基准。 这份文档提供了全面的基于单片机的简易电子时钟设计方案,涵盖了从功能需求、硬件选型、软件设计到电路实现的各个环节,是学习单片机应用和嵌入式系统开发的宝贵参考资料。
2023-02-27 上传
基于单片机的简易电子时钟设计 1 设计任务与要求 1.1 设计背景 数字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办公室等公 共场所,给人们的生活、学习、工作、娱乐带来极大的方便。由于数字集成电路技术的 发展和采用了先进的石英技术,使数字钟具有走时准确、性能稳定、携带方便等优点, 它还用于计时、自动报时及自动控制等各个领域。尽管目前市场上已有现成的数字钟集 成电路芯片出售,价格便宜、使用也方便,但鉴于单片机的定时器功能也可以完成数字 钟电路的设计,因此进行数字钟的设计是必要的。在这里我们将已学过的比较零散的数 字电路的知识有机的、系统的联系起来用于实际,来培养我们的综合分析和设计电路, 写程序、调试电路的能力。 单片机具有体积小、功能强可靠性高、价格低廉等一系列优点,不仅已成为工业测控 领域普遍采用的智能化控制工具,而且已渗入到人们工作和和生活的各个角落,有力地 推动了各行业的技术改造和产品的更新换代,应用前景广阔。 1.2 课程设计目的 (1)巩固、加深和扩大单片机应用的知识面,提高综合及灵活运用所学知识解决工业 控制的能力; (2)培养针对课题需要,选择和查阅有关手册、图表及文献资料的自学能力,提高组 成系统、编程、调试的动手能力; (3)过对课题设计方案的分析、选择、比较、熟悉单片机用系统开发、研制的过程, 软硬件设计的方法、内容及步骤。 1.3 设计要求 1).时制式为24小时制。 2).采用LED数码管显示时、分,秒采用数字显示。 3).具有方便的时间调校功能。 4).计时稳定度高,可精确校正计时精度。 2 总体方案设计 2.1 实现时钟计时的基本方法 利用MCS-51系列单片机的可编程定时/计数器、中断系统来实现时钟计数。 (1) 计数初值计算: 把定时器设为工作方式1,定时时间为50ms,则计数溢出20次即得时钟计时最小单 2.4.1 计时方案 利用AT89S51单片机内部的定时/计数器进行中断时,配合软件延时实现时、分、秒的 计时。该方案节省硬件成本,且能使读者在定时/计数器的使用、中断及程序设计方面得 到锻炼与提高,对单片机的指令系统能有更深入的了解,从而对学好单片机技术这门课 程起到一定的作用。 2.4.2 控制方案 AT89S51的P0口和P2口外接由八个LED数码管(LED8~LED1)构成的显示器,用P0口作L ED的段码输出口,P2口作八个LED数码管的位控输出线,P1口外接四个按键A、B、C构成 键盘电路。 AT89S51 是一种低功耗,高性能的CMOS 8位微型计算机。它带有8K Flash 可编程和擦除的只读存储器(EPROM),该器件采用ATMEL的高密度非易失性存储器技术 制造,与工业上标准的80C51和80C52的指令系统及引脚兼容,片内Flash 集成在一个芯片上,可用与解决复杂的问题,且成本较低。简易电子钟的功能不复杂, 采用其现有的I/O便可完成,所以本设计中采用此的设计方案。 3 系统硬件电路设计 根据以上的电子时钟的设计要求可以分为以下的几个硬件电路模块:单片机模块、数 码显示模块与按键模块,模块之间的关系图如下面得方框电路图1所示。 图1 硬件电路方框图 3.1单片机模块设计 3.1.1 芯片分析 AT89C51单片机引脚图如下: 图2 AT89C51引脚图 MCS-51单片机是标准的40引脚双列直插式集成电路芯片,其各引脚功能如下: VCC:+5V电源。 VSS:接地。 RST:复位信号。当输入的复位信号延续两个机器周期以上的高电平时即为有效,用 完成单片机的复位初始化操作。 XTAL1和XTAL2:外接晶体引线端。当使用芯片内部时钟时,此二引线端用于外接石英 晶体和微调电容;当使用外部时钟时,用于接外部时钟脉冲信号。 P0口:P0口为一个8位漏极开路双向I/O口,当作输出口使用时,必须接上拉电阻才能 有高电平输出;当作输入口使用时,必须先向电路中的锁存器写入"1",使FET截止,以 避免锁存器为"0"状态时对引脚读入的干扰。 P1口:P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口,它不再需要多路转接电路MUX ;因此它作为输出口使用时,无需再外接上拉电阻,当作为输入口使用时,同样也需先 向其锁存器写"1",使输出驱动电路的FET截止。 P2口:P2口电路比P1口电路多了一个多路转接电路MUX,这又正好与P0口一样。P2口 可以作为通用的I/O口使用,这时多路转接电路开关倒向锁丰存器Q端。 P3口:P3口特点在于,为适应引脚信号第二功能的需要,增加了第二功能控制逻辑。 当作为I/O口使用时,第二功能信号引线应保持高电平,与非门开通,以维持从锁存器到 输出端数据输出通路的畅通。当输出第二功能信号时,该位应应置"1",使与非门对第二 功能信号的输出是畅通的,从