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基于单片机的数字时钟设计.docx
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2023-07-03
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基于单片机的数字时钟设计.docx
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摘要:随着人类科技文明的发展,人们对于时钟的要求在不断地提高。时钟已不
仅仅被看成一种用来显示时间的工具,在很多实际应用中它还需要能够实现更多
其它的功能。高精度、多功能、小体积、低功耗,是现代时钟发展的趋势。在这
种趋势下,时钟的数字化、多功能化已经成为现代时钟生产研究的主导设计方向。
而且多功能数字时钟不管在性能还是在样式上都发生了质的变化,有电子闹钟、
数字闹钟等等。单片机在多功能数字时钟中的应用已是非常普遍的,人们对数字
时钟的功能及工作顺序都非常熟悉。但是却很少知道它的内部结构以及工作原理。
由单片机作为数字时钟的核心控制器,可以通过它的时钟信号进行计时实现计时
功能,将其时间数据经单片机输出,利用显示器显示出来。通过键盘可以进行定
时、校时功能。输出设备显示器可以用液晶显示技术和数码管显示技术。本文正
是基于这种设计方向,以单片机为控制核心,设计制作一个符合指标要求的多功
能数字时钟。
关键词:数字时钟 单片机 显示器 数码管
Abstract: Along with human science and technology civilization
development. The people are enhancing unceasingly regarding clock's
request. The clock has been regarded not only as one kind to use for
the tell time the tool. It also needs in the practical application to
be able to realize more other functions. High accuracy, multi-purpose,
small volume, low power loss , is tendency which the modern clock
develops. Under this tendency ,clock's digitization, multi-purpose
already became the modern clock production research the leading
design direction. And multi-purpose digital clock regardless of
performance or style in both a qualitative change, the electronic
alarm clock, digital alarm clock, and so on. In the single-chip
multi-purpose digital clock application is very common, it is the
function of the digital clock and are very familiar with the order.
But few know its internal structure and working principle. By the
single-chip digital clock as the core of the controller, it can clock
signal timing function of time to achieve its single-chip output by
the time data, monitor the use of them. Through the keyboard can be
carried out from time to time, the school functions. Output device
can display, liquid crystal display technology and digital tube
display.This article is precisely based on this kind of design
direction, take the monolithic integrated circuit as the control core,
the design manufactures one to conform to the target request
multi-purpose digital clock.
Key words:Clock Monolithic integrated circuit Display
Digital control
1、前言
时钟,自从它被发明的那天起,就成为人们生活中必不可少的一种工具,尤
其是在现在这个讲究效率的年代,时钟更是在人类生产、生活、学习等多个领域
得到广泛的应用。然而随着时间的推移,人们不仅对于时钟精度的要求越来越高,
而且对于时钟功能的要求也越来越多,时钟已不仅仅是一种用来显示时间的工具,
在很多实际应用中它还需要能够实现更多其它的功能。诸如闹钟功能、日历显示
功能、温度测量功能、湿度测量功能、电压测量功能、频率测量功能、过欠压报
警功能等。钟表的数字化给人们的生产生活带来了极大的方便,而且大大地扩展
了钟表原先的报时功能。诸如定时自动报警、按时自动打铃、时间程序自动控制、
定时广播、自动起闭路灯、定时开关烘箱、通断动力设备、甚至各种定时电气的
自动启用等,所有这些,都是以钟表数字化为基础的。可以说,设计多功能数字
时钟的意义已不只在于数字时钟本身,更大的意义在于多功能数字时钟在许多实
时控制系统中的应用。在很多实际应用中,只要对数字时钟的程序和硬件电路加
以一定的修改,便可以得到实时控制的实用系统,从而应用到实际工作与生产中
去。因此,研究数字时钟及扩大其应用,有着非常现实的意义
怎样让时钟更好的为我们服务?怎样让时钟更符合实际应用的需求?这就
要求人们不断设计出新型时钟,不断设计出适合实际应用的多功能时钟。本毕业
设计方案正是根据以上所述并结合日常生活中对时钟功能需求的分析,运用单片
机技术,设计出一个适合日常生活需要的多功能数字时钟。
2、硬件
2.1 硬件的基本组成
数码管(7SEG)、 4511 、单片机(AT89C51)、按钮(BUTTON)、电容
(CAP)、晶振(CRYSTAL)、二极管(LED)、三极管(NPN)、电阻(RES)。
2.2 硬件的基本组成(见图 A)
2.3 硬件介绍:
2.3.1 单片机概述
单片机也被称作“单片微型计算机”、“微控制器”、“嵌入式微控制器”。
单片机一词最初是源于“Single Chip Microcomputer”,简称 SCM。随着 SCM 在
技术上、体系结构上不断扩展其控制功能,单片机已不能用“单片微型计算机”
来表达其内涵。国际上逐渐采用“MCU”(Micro Controller Unit)来代替,形成
了单片机界公认的、最终统一的名词。为了与国际接轨,以后应将中文“单片机”
一词和“MCU”唯一对应解释。在国内因为“单片机”一词已约定俗成,故而可
继续沿用。
2.3.2 AT89C51 单片机简介
AT89C51 是美国 ATMEL 公司生产的低电压,高性能的 CMOS8 位单片机片内
4Kbytes 的可反复擦写的只读程序存储器(PEROM)和 128bytes 的随机存储器
(RAM),器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失存储技术生产,兼容标准 MCS-51
指令系统,片内置通用 8 位中央处理器(CPU)和 Flash 存储单元,功能强大。
AT89C51 单片机可为你提供许多高性价的应用场合,可灵活的应用于各种控制领
域。
主要性能参数:
·与 MCS-51 产品指令系统的全兼容
·4k 字节可重擦写 Flash 闪速存储器
·1000 次可擦写周期
·全静态操作:0Hz-24MHz
·三级加密程序存储器
·128×8 字节内部 RAM
·32 个可编程 I/O 口线
·2 个 16 位定时/计数器
·6 个中断源
·可编程串行 UART 通道
·低功耗空闲和掉电模式
AT89C51
图 2.1 单片机 AT89C51
2.3.2.1 AT89C51 功能特性描述:
AT89C51 提供以下标准功能:4k 字节 Flash 闪速存储器,128 字节内部 RAM,
32 个 I/O 口线,两个 16 位定时/计数器,一个 5 向量中断结构,一个全双工串
行通信口,片内震荡器及时钟电路。同时,AT89C51 可降至 0Hz 的静态逻辑操作,
并支持两种软件的可选的节电工作模式。空闲方式停止 CPU 的工作,但允许
RAM,定时/计数器,窜行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存 RAM 中的内
容,但震荡器停止工作并禁止所有部件工作直到下一个硬件复位。
1)AT89C51 引脚功能说明:
·Vcc:电源电压
·GND:地
·P0 口:PO 口是一组 8 位漏极开路行双向 I/O 口,也既地址/数据总线复用
口。可作为输出口使用时,每位可吸收电流的方式驱动 8 个 TTL 逻辑电路,对端
口写“1”可作为高阻抗输入输入端用。在访问外部数据存储器时,这组口线分
时转换地址(低 8 位)和数据总线复用,在访问期间激活内部上拉电阻。在 Flash
编程时,PO 口接收指令字节,而在程序校验时,输出指令字节,校验时,要求
接上拉电阻。
·P1 口:P1 口是一个内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口,P1 的输入缓冲级可
驱动(吸收或输出电流)4 个 TTL 逻辑门电路。对端口写“1”,通过内部的上拉
电阻把端口拉到高电平,此时可作输出口。作输入口时,因为内部存在上拉电阻,
某个引脚被外部信号拉低时输出一个电流(I)。Flash 编程和程序校验期间,P1
口接收 8 位地址。
·P2 口:P2 口是一个带有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口,P2 的输入缓冲
极可以驱动(输入或输出电流)4 个 TTL 逻辑门电路。对端口“1”,通过内部的
上拉电阻把端口拉到高电平,此时和作为输出口,作输出口时,因为存在内部上
拉电阻,某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流。在访问外部存储器或 1 位
地址的外部数据存储器(例如执行 MOVX@DPTR 指令)时,P2 口送出高 8 位地址
数据。在访问 8 位地址的外部数据存储器(如执行 MOVX@RI 指令)时,P2 口线
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