基于AT89C52单片机的电子时钟设计与实现

0 下载量 28 浏览量 更新于2024-06-27 收藏 422KB DOC 举报
"这篇文档是关于使用单片机设计电子时钟的技术报告,主要讨论了设计的背景、总体方案、硬件电路、软件设计、调试分析以及结论。文档中提到的关键技术包括AT89C52单片机、C语言编程和LCD液晶显示。" 在电子时钟的设计中,单片机扮演了核心角色。AT89C52是一款常见的8位微控制器,集成CPU、RAM、ROM、定时器/计数器和多种接口,因其小巧、低成本和强大功能,被广泛应用于各种智能设备和工业自动化领域。51系列单片机是单片机家族中的典型代表,具有广泛的适用性。 本设计提出的总体方案以AT89C52为核心,利用其内置的定时计数器和控制功能,配合外部的1602 LCD液晶屏进行时间显示。系统采用12MHz的晶振电路作为时钟源,通过单片机的定时器/计数器工作在方式0,通过软件扩展实现一秒定时。这种设计可以精确计时,每六十秒进位到分钟,六十分钟后进位到小时,满24小时后回到00:00:00,从而满足日常计时的精度需求。 硬件电路设计部分,电子时钟由STC89C52单片机、按键(用于调节时间和设置闹钟)和1602 LCD液晶屏组成。晶振电路提供稳定的时钟信号,确保计时准确。两个按键分别负责时间的调整和模式切换,使得用户操作更加便捷。 软件设计部分,使用C语言编写程序,控制单片机的定时器进行计时,并处理按键输入,更新LCD屏幕上的时间显示。程序经过完整编译并通过测试,验证了设计的可行性。 在调试分析阶段,可能涉及到对单片机程序的调试,确保时钟计时的准确性,以及按键功能的正确响应。此外,还要检查LCD显示是否清晰,时间格式是否符合预期。 结论指出,该电子时钟设计满足了高精确度计时的需求,具有实用性和普适性,适用于日常生活和生产环境。通过这样的设计,不仅可以学习到单片机的硬件接口应用,还能深入理解C语言在实时系统中的编程技巧,对于提升电子工程和嵌入式系统的实践能力大有裨益。
2023-02-27 上传
第一章 电子时钟的设计 1.1电子时钟简介  电子钟是一种利用数字电路来显示秒、分、时的计时装置,与传统的机械钟相比,它 具有走时准确、显示直观、无机械传动装置等优点,因而得到广泛应用。随着人们生活 环境的不断改善和美化,在许多场合都用到电子时钟。 1.2电子时钟的基本特点 现在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、石英钟、石英表 都采用了石英技术,因此走时精度高,稳定性好,使用方便,不需要经常调试,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。 1.3电子时钟的应用 LCD数字电子钟除了在城市的主要营业场所、车站、码头等公共场所使用,还可以改 装在摩托车和汽车上,LCD显示,带蓝色背光,白天在太阳光下也能非常清楚的看到显示 时间,关钥匙可以关闭蓝色背光,时间还能显示也不会清零,因LCD的显示耗电量很省的 ,所以一直工作也不必担心耗电问题。在骑摩托车时,为了看时间,先要停下车子,取 出手机,才能看时间,是否有点麻烦,现在车上改装了一个蓝色背光的液晶电子钟后, 不管白天黑夜色,随时可以看时间,非常方便。 1.4电子时钟的工作原理 一般电子钟是一个将" 时","分","秒"显示于人的视觉器官的计时装置。它的计时周期为24小时,显示满刻度 为23时59分59秒,另外应有校时功能和报时功能。因此,一个基本的数字钟电路主要由 译码显示器、"时","分","秒"计数器、校时电路、报时电路和振荡器组成。主电路系 统由秒信号发生器、"时、分、秒"计数器、译码器及显示器、校时电路、整点报时电路 组成。秒信号产生器是整个系统的时基信号,它直接决定计时系统的精度,一般用石英 晶体振荡器加分频器来实现。将标准秒信号送入"秒计数器","秒计数器"采用60进制计 数器,每累计60秒发出一个"分脉冲"信号,该信号将作为"分计数器"的时钟脉冲。"分计 数器"也采用60进制计数器,每累计60分钟,发出一个"时脉冲"信号,该信号将被送到" 时计数器"。"时计数器"采用24进制计时器,可实现对一天24小时的累计。译码显示电路 将"时"、"分"、"秒"计数器的输出状态用七段显示译码器译码,通过七段显示器显示出 来。整点报时电路时根据计时系统的输出状态产生一脉冲信号,然后去触发一音频发生 器实现报时。校时电路时用来对"时"、"分"、"秒"显示数字进行校对调整。 而该电子时钟由89C51,BUTTON,六段数码管等构成,采用晶振电路作为驱动电路, 由延时程序和循环程序产生的一秒定时,达到时分秒的计时,六十秒为一分钟,六十分 钟为一小时,满二十四小时为一天。而电路中唯一的一个控制键却拥有多种不同的功能 ,按下又松开,可以实现屏蔽数码管显示的功能,达到省电的目的;直接按下不松开, 则可以通过按键实现分钟的累加,每按一次分钟加一;而连续两次按下按键不放松,则 可实现小时的调节,同样每按一次小时加一。 第二章 单片机识的相关知识 2.1单片机的介绍 单片机也被称为微控制器(Microcontroller Unit),常用英文字母的缩写MCU表示单片机,它最早是被用在工业控制领域。单片机由 芯片内仅有CPU的专用处理器发展而来。最早的设计理念是通过将大量外围设备和CPU集 成在一个芯片中,使计算机系统更小,更容易集成进复杂的而对体积要求严格的控制设 备当中。INTEL的Z80是最早按照这种思想设计出的处理器,从此以后,单片机和专用处 理器的发展便分道扬镳。   早期的单片机都是8位或4位的。其中最成功的是INTEL的8031,因为简单可靠而性能 不错获得了很大的好评。此后在8031上发展出了MCS51系列单片机系统。基于这一系统的 单片机系统直到现在还在广泛使用。随着工业控制领域要求的提高,开始出现了16位单 片机,但因为性价比不理想并未得到很广泛的应用。90年代后随着消费电子产品大发展 ,单片机技术得到了巨大提高。随着INTEL i960系列特别是后来的ARM系列的广泛应用,32位单片机迅速取代16位单片机的高端地位 ,并且进入主流市场。而传统的8位单片机的性能也得到了飞速提高,处理能力比起80年 代提高了数百倍。目前,高端的32位单片机主频已经超过300MHz,性能直追90年代中期 的专用处理器,而普通的型号出厂价格跌落至1美元,最高端[1]的型号也只有10美元。 当代单片机系统已经不再只在裸机环境下开发和使用,大量专用的嵌入式操作系统被广 泛应用在全系列的单片机上。而在作为掌上电脑和手机核心处理的高端单片机甚至可以 直接使用专用的Windows和Linux操作系统。   单片机比专用处理器更适合应用于嵌入式系统,因
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单机片电子时钟的设计方案 1.1课题研究的背景及意义 时间的宝贵是个亘古不变的真理,然而工作的忙碌性和繁杂性很容易让人忘记当前的 时间或是工作中不能及时方便地知晓时间。交通上,火车汽车要准时到达,航班要准时 起飞;在日常生活中,学校要求上学准时,公司召开的会议要求参加准时,重要约会要 求到达准时;在工业生产中,许多工作环节都规定了精准的时间、间隔以及次序。所以 说,随时准确地知道时间并且利用时间是学习、工作、生活的必要要求。 单片机是一种集成电路芯片,它将各种功能集成到一块硅片上并且内含完善的微型计 算机系统。单片机自推出到现在已经发展了二十多年,应用领域有工业生产、通讯以及 交通设备,还有办公自动化、PC机外围器件、汽车电子器件以及网络通讯等。单片机的 优点有集成度高、功能强、可靠性高、体积小、功耗低、使用方便、价格低廉等,所以 本设计讨论的电子时钟系统就是利用单片机制成。 电子时钟与机械时钟相比具有很多优越性,首先,其主要特点是直观性,电子时钟可 以通过数字显示反映出当前的时间。其次在使用寿命方面,因为电子钟不是机械驱动, 所以使用寿命更长。然后在准确度方面,由于应用了电子集成电路和石英晶体振荡器, 数字时钟的精准度远远超过了老式石英钟的石英机芯驱动。最后,电子时钟还能大大扩 展老式钟表的功能,在准确显示时间得基础上,还可借助单片机实现诸如闹铃、定时、 自动报警等功能。电子时钟的意义不仅仅在于反应时间本身,这个时间系统还可以当做 一个单位模块应用于其他设备中,比如定时广播、定时开关烤箱、定时关闭路灯,以及 其他各种定时电气的自动启用等设备,都是内嵌了电子时钟而实现其时间功能的。因此 ,研究电字时钟及其拓展电路的应用,将会对以后研究其他自动化设备产生积极意义。 1.2 国内外研究 时间计时的历史要从公元1300年前开始追溯,那时人们主要是利用天文现象或流动物 质的连续性运动来计时。我国天文学家张衡制造的漏水转浑天仪是最早出现的机械钟。 公元1350年,意大利的丹蒂制造出第一台机械打点塔钟,这是最简单的钟表。公元1582 年左右,意大利物理学家伽利略发明了重力摆。18世纪到19世纪,钟表制造行业已逐步 实现工业化大规模生产,并且已经达到了相当高的水平。20世纪,随着资本主义工业化 国家的高速发展,电子行业逐渐展露锋芒,尤其在20世纪末,电子技术飞速发展,使全 球进入一个信息化新时代,在这个趋势下,新兴的电子产品几乎渗透到我们生产生活的 各个部分。与此同时,现代电子产品的性能一步步提升,电子产品更新换代的速度也越 来越快。 我国钟表行业的发展则经历了古代、近代、现当代。1949年以前,我国还没有手表制 造业,1949年以后开始了我国钟表行业的发展;六十年代时,我国还是计划经济模式, 全国化大生产,由国家投资,生产的全都是机械表;到了七十年代到八十年代,随着国 际电子技术的发展,我国电子表也跟上步伐,猛烈冲击了传统的机械钟表所占的全国垄 断的形势;九十年代,石英钟表发展已基本完善,基本统一了我国的钟表市场。时至今 日,石英技术在计时领域大放异彩,各种计时工具大多采用了石英晶体振荡器。而单片 机的概念提出后,电子行业高速发展,各种芯片的研发层出不穷,DS1302这种实时时钟 芯片也应运而生,将这种实时时钟芯片与单片机技术结合就可以很容易就实现走时间的 功能,时间可以方便地显示在LCD液晶屏上。 1.3电子时钟概述 如今,电子时钟形态各异,种类繁多,有微型、嵌入型的电子时钟,也有悬挂在公共 场合的大型电子表,这些电子表大都外形美观,而且拓展了不少功能。由于单片机可以 很容易实现芯片的智能化,所以在电子钟的基础上,人们可以根据自己的需要以及场合 要求添加不同的附加功能。需要整点报时可添加蜂鸣器,需要测量环境温度可以添加温 度传感器,或者检测空气质量、空气湿度等,也可以设置定时闹铃功能甚至还可以添加 USB端口读取其他设备数据。 日常生活中的手表钟表等都是靠石英真晶体振荡器实现,因此走字精准,类似的,本 设计所利用的实时时钟芯片需要外接石英晶振,采用石英技术,而且不需要经常调试, 使用起来很方便。由于采用了实时时钟芯片DS1302,这将代替传统的钟表的机械传动。 1.4 论文章节构成及安排 本设计是以AVR单片机ATmega16为核心,以实时时钟芯片DS1302为主要器件,以液晶 屏LCD5110来完成时间显示功能。 2、电子时钟设计方案 2.1 两种设计方案的选择 实现电子钟就是实现"走时间",即实现秒信号的产生,由秒信号才能进而产生分钟信 号、小时信号。关于秒信号的产生,有两种设计方案供选择。 第一种是采用专用的实时时钟芯片。时下常用的时钟芯片有DS1302、SB2068、PCF84 85等。这些芯片可以完成秒计时工作,进而计出小时、