单片机的多功能电子时钟设计
单片机的多功能电子时钟设计[20200128191714]
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【摘要】：由于传统的机械式时钟，使用寿命短，精度不高等特点，本课题设计基于MCS-51单片机内部的定时/计数器、中断系统、以及八个按键和LED显示器等部件，设计出一个外围电路简单的单片机电子时钟系统，且在Proteus ISIS环境下做了模拟仿真。它能通过数码管显示时间，并且能通过按键实现设置时间的调整。从而加深对单片机内部模块的理解，达到提高自身对硬件的使用以及软件开发的能力。
【关键词】：中断系统;MCS-51单片机；计数器
引言 1
一、电路功能及设计思想 2
（一）电路设计的功能要求 2
（二）基本设计思路 2
二、 设计方案论证 3
(一）设计分析 3
(二）用AT89C51单片机设计多功能电子时钟 3
三、硬件电路设计 4
(一）电子时钟电路介绍 4
(二）其中各模块工作部分 4
四、软件设计 6
(一）程序总体设计 7
(二）程序主要模块 10
五、调试及仿真 20
(一）利用Keil软件生成Hex文件过程 20
(二）利用Proteus仿真过程 21
六、设计总结及感想 23
致谢 24
参考文献 25
附件 26
引言
电子时钟有着很长的历史。在1957年，Venbtura发明了世界上的第一块电子表后他就奠定了电子时钟的基础。电子时钟开始迅速地发展起来。现代的电子时钟是基于单片机的一种计时工具，采用延时程序产生一定的时间中断，用于一秒的定义，通过计数方式进行满六十秒为一分钟进一。满六十分为小时进一，满二十四小时清零。从而达到计时的功能，是人民日常生活不可缺少的工具世界上很多的钟表都是中国制造。但是对于中国来说，国内的市场只是一个小行业。
这几年，国内的市场正在急剧地膨胀。根据国外的统计数据显示出，发达国家的每个人一生中平均拥有手表23块。在发展国家中每人一生平均拥有手表是12块，而目前在中国的城镇每人一生拥有的手表还没有超过6块，因此在中国的发展的空间是很大的。现在社会中，大量地投入生产的时钟大多为智能时钟，其功能更加全面并不断得到发展，但是其价格相对比较昂贵。所以，采用一种控制方便，价格便宜的电子时钟是很有必要的。基于51单片的电子时钟，外围电路简单易于实现，性价比高，是实现电子时钟的不错选择。
一、电路功能及设计思想
（一）电路设计的功能要求
1. 在4位数码管上显示当前时间。显示格式“时时分分”。
2. 利用按键可以对时间和闹玲进行设置，并能显示闹玲时间。如果闹玲时间到蜂鸣器发出声响，按停止键就可让闹玲声停止。
3.实现秒表功能（百分之一秒显示）
4.日历功能（能对年，月，日，星期进行显示，分辨平年，闰年和每个月的天数，并调整）
5.音乐闹铃（铃音可以选择，当闹铃被停止后，闪烁显示当前时刻8秒后，或按键跳入正常时间显示状态）
6.定时功能（设定一段时间长度，定时到了，闪烁提示）
7.倒计时功能（设定一段时间长度，能实现倒计时显示，时间长减到0时，闪烁提示）
8.闹铃重复功能（闹铃被停止后，从停止时刻开始，一段时间后闹铃重响，而且重响时间的间隔可调
（二）基本设计思路
利用单片机定时器完成计时功能，定时器0计时中断程序每隔0.01s中断一次并当作一个计数，设定定时1秒的中断计数初值为100，每中断一次中断计数初值减1，当减到0时，则表示1s到了，秒变量加1，同理再判断是否1min钟到了，再判断是否1h到了。
为了将时间在LED数码管上显示，可采用静态显示法和动态显示法，因为静态显示法需要译码器，数据锁存器等硬件，可以采用动态显示法来实现LED显示，通过对每位数码管的逐个扫描，使对应数码管亮，同时向该数码管送对应的字码让其显示数字。因为数码管扫描周期很短，由于人眼的视觉暂留效应，使数码管看起来总是亮的，从而实现了各种显示。
其整个系统的架构工作原理方案如下图1-1所示：
图1-1 设计总体方案图
二、设计方案论证
(一）设计分析
在程序方面，采用分块设计的方法，这样既减小了编程难度、使程序易于理解，又能便于添加各项功能。程序可分为闹钟的声音程序、时间显示程序、日期显示程序，秒表显示程序，时间调整程序、闹钟调整程序、定时调整程序，延时程序等。运用这种方法，关键在于各模块的兼容和配合，若各模块不匹配会出现意想不到的错误。
首先，在编程之前必须了解硬件结构尤其是各引脚的用法，以及内部寄存器、存储单元的用法，否则，编程无从下手，电路也无法设计。这是前期准备工作。第二部分是硬件部分：依据想要的功能分块设计设计，比如输入需要开关电路，输出需要显示驱动电路和数码管电路等。第三部分是软件部分：先学习理解汇编语言的编程方法再根据设计的硬件电路进行分块的编程调试，最终完成程序设计。第四部分是软件画图部分：设计好电路后进行画图，包括电路图和仿真图的绘制。
(二）用AT89C51单片机设计多功能电子时钟
针对要实现的功能，本设计采用AT89C51单片机，AT89C 51 单片机是由美国Atmel公司生产的，是一款高性能、低电压的COMS8位单片机。具有8Kbytes0000H~1FFFH在线系统可反复擦写的Flash只读程序存储器和256bytes的随机存取数据存储器。器件采用Ateml公司的高密度、非易失性存储技术，并兼容标准MCS-51的指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，使得AT89C51为众多嵌入式控制应用系统提供灵活、高效的解决方案。
三、硬件电路设计
(一）电子时钟电路介绍
此次设计主要是采用单片机来设计电子时钟，硬件部分主要分以下电路模块：显示电路用8个共阴数码管分别显示，星期（年份），小时、分钟（月份）和秒（日），通过动态扫描进行显示，从而避免了译码器的使用，同时节约了I/0端口，使电路更加简单。单片机采用AT89C51系列，这种单片机应用简单，适合电子钟设计。
(二）其中各模块工作部分
输入部分：
输入信号主要是各种模式选择和调整信号，由按键开关提供。如下图3-1所示：
图3-1按键输入部分
主要用P3口输入按键信号，还用到了特殊的P0口。对于P0口，由于其存在高阻状态，为了实现开关功能，给其添加上拉电阻。如下图3-2所示：
图3-2调整信号输入部分
输出部分：
本电路的输出信号为7段数码管的位选和段选信号，闹铃脉冲信号，提示灯信号。
本实验的数码管是共阴的，为了防止段选信号不能驱动数码管，故在P1口连接上拉电阻后，再送段选信号，以提高驱动，位选信号直接从P2口接入，如下图3-3所示：
图3-3输出部分
闹铃由P2.6端输出，如下图3-4所示：
图3-4闹铃输出部分
晶振与复位电路：
本设计中，单片机时钟用内部时钟，如下图3-5所示。
图3-5内部时钟
复位电路为手动复位构成，如下图3-6所示：
图3-6复位电路
四、软件设计
(一）程序总体设计
程序总的流程如下图4-1所示：
图4-1程序总流程图
结合电路图，程序设计的整体思路为：
接上电源，数码管显示星期数，时，分，秒。同时走时显示LED灯每隔1秒改变一次明暗，这是正常工作模式。下面为个按键的功能：
1. 按1键——日期模式。显示年月日并能调整，调整状态指示灯亮。
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【摘要】：由于传统的机械式时钟，使用寿命短，精度不高等特点，本课题设计基于MCS-51单片机内部的定时/计数器、中断系统、以及八个按键和LED显示器等部件，设计出一个外围电路简单的单片机电子时钟系统，且在Proteus ISIS环境下做了模拟仿真。它能通过数码管显示时间，并且能通过按键实现设置时间的调整。从而加深对单片机内部模块的理解，达到提高自身对硬件的使用以及软件开发的能力。
【关键词】：中断系统;MCS-51单片机；计数器
引言 1
一、电路功能及设计思想 2
（一）电路设计的功能要求 2
（二）基本设计思路 2
二、 设计方案论证 3
(一）设计分析 3
(二）用AT89C51单片机设计多功能电子时钟 3
三、硬件电路设计 4
(一）电子时钟电路介绍 4
(二）其中各模块工作部分 4
四、软件设计 6
(一）程序总体设计 7
(二）程序主要模块 10
五、调试及仿真 20
(一）利用Keil软件生成Hex文件过程 20
(二）利用Proteus仿真过程 21
六、设计总结及感想 23
致谢 24
参考文献 25
附件 26
引言
电子时钟有着很长的历史。在1957年，Venbtura发明了世界上的第一块电子表后他就奠定了电子时钟的基础。电子时钟开始迅速地发展起来。现代的电子时钟是基于单片机的一种计时工具，采用延时程序产生一定的时间中断，用于一秒的定义，通过计数方式进行满六十秒为一分钟进一。满六十分为小时进一，满二十四小时清零。从而达到计时的功能，是人民日常生活不可缺少的工具世界上很多的钟表都是中国制造。但是对于中国来说，国内的市场只是一个小行业。
这几年，国内的市场正在急剧地膨胀。根据国外的统计数据显示出，发达国家的每个人一生中平均拥有手表23块。在发展国家中每人一生平均拥有手表是12块，而目前在中国的城镇每人一生拥有的手表还没有超过6块，因此在中国的发展的空间是很大的。现在社会中，大量地投入生产的时钟大多为智能时钟，其功能更加全面并不断得到发展，但是其价格相对比较昂贵。所以，采用一种控制方便，价格便宜的电子时钟是很有必要的。基于51单片的电子时钟，外围电路简单易于实现，性价比高，是实现电子时钟的不错选择。
一、电路功能及设计思想
（一）电路设计的功能要求
1. 在4位数码管上显示当前时间。显示格式“时时分分”。
2. 利用按键可以对时间和闹玲进行设置，并能显示闹玲时间。如果闹玲时间到蜂鸣器发出声响，按停止键就可让闹玲声停止。
3.实现秒表功能（百分之一秒显示）
4.日历功能（能对年，月，日，星期进行显示，分辨平年，闰年和每个月的天数，并调整）
5.音乐闹铃（铃音可以选择，当闹铃被停止后，闪烁显示当前时刻8秒后，或按键跳入正常时间显示状态）
6.定时功能（设定一段时间长度，定时到了，闪烁提示）
7.倒计时功能（设定一段时间长度，能实现倒计时显示，时间长减到0时，闪烁提示）
8.闹铃重复功能（闹铃被停止后，从停止时刻开始，一段时间后闹铃重响，而且重响时间的间隔可调
（二）基本设计思路
利用单片机定时器完成计时功能，定时器0计时中断程序每隔0.01s中断一次并当作一个计数，设定定时1秒的中断计数初值为100，每中断一次中断计数初值减1，当减到0时，则表示1s到了，秒变量加1，同理再判断是否1min钟到了，再判断是否1h到了。
为了将时间在LED数码管上显示，可采用静态显示法和动态显示法，因为静态显示法需要译码器，数据锁存器等硬件，可以采用动态显示法来实现LED显示，通过对每位数码管的逐个扫描，使对应数码管亮，同时向该数码管送对应的字码让其显示数字。因为数码管扫描周期很短，由于人眼的视觉暂留效应，使数码管看起来总是亮的，从而实现了各种显示。
其整个系统的架构工作原理方案如下图1-1所示：
图1-1 设计总体方案图
二、设计方案论证
(一）设计分析
在程序方面，采用分块设计的方法，这样既减小了编程难度、使程序易于理解，又能便于添加各项功能。程序可分为闹钟的声音程序、时间显示程序、日期显示程序，秒表显示程序，时间调整程序、闹钟调整程序、定时调整程序，延时程序等。运用这种方法，关键在于各模块的兼容和配合，若各模块不匹配会出现意想不到的错误。
首先，在编程之前必须了解硬件结构尤其是各引脚的用法，以及内部寄存器、存储单元的用法，否则，编程无从下手，电路也无法设计。这是前期准备工作。第二部分是硬件部分：依据想要的功能分块设计设计，比如输入需要开关电路，输出需要显示驱动电路和数码管电路等。第三部分是软件部分：先学习理解汇编语言的编程方法再根据设计的硬件电路进行分块的编程调试，最终完成程序设计。第四部分是软件画图部分：设计好电路后进行画图，包括电路图和仿真图的绘制。
(二）用AT89C51单片机设计多功能电子时钟
针对要实现的功能，本设计采用AT89C51单片机，AT89C 51 单片机是由美国Atmel公司生产的，是一款高性能、低电压的COMS8位单片机。具有8Kbytes0000H~1FFFH在线系统可反复擦写的Flash只读程序存储器和256bytes的随机存取数据存储器。器件采用Ateml公司的高密度、非易失性存储技术，并兼容标准MCS-51的指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，使得AT89C51为众多嵌入式控制应用系统提供灵活、高效的解决方案。
三、硬件电路设计
(一）电子时钟电路介绍
此次设计主要是采用单片机来设计电子时钟，硬件部分主要分以下电路模块：显示电路用8个共阴数码管分别显示，星期（年份），小时、分钟（月份）和秒（日），通过动态扫描进行显示，从而避免了译码器的使用，同时节约了I/0端口，使电路更加简单。单片机采用AT89C51系列，这种单片机应用简单，适合电子钟设计。
(二）其中各模块工作部分
输入部分：
输入信号主要是各种模式选择和调整信号，由按键开关提供。如下图3-1所示：
图3-1按键输入部分
主要用P3口输入按键信号，还用到了特殊的P0口。对于P0口，由于其存在高阻状态，为了实现开关功能，给其添加上拉电阻。如下图3-2所示：
图3-2调整信号输入部分
输出部分：
本电路的输出信号为7段数码管的位选和段选信号，闹铃脉冲信号，提示灯信号。
本实验的数码管是共阴的，为了防止段选信号不能驱动数码管，故在P1口连接上拉电阻后，再送段选信号，以提高驱动，位选信号直接从P2口接入，如下图3-3所示：
图3-3输出部分
闹铃由P2.6端输出，如下图3-4所示：
图3-4闹铃输出部分
晶振与复位电路：
本设计中，单片机时钟用内部时钟，如下图3-5所示。
图3-5内部时钟
复位电路为手动复位构成，如下图3-6所示：
图3-6复位电路
四、软件设计
(一）程序总体设计
程序总的流程如下图4-1所示：
图4-1程序总流程图
结合电路图，程序设计的整体思路为：
接上电源，数码管显示星期数，时，分，秒。同时走时显示LED灯每隔1秒改变一次明暗，这是正常工作模式。下面为个按键的功能：
1. 按1键——日期模式。显示年月日并能调整，调整状态指示灯亮。
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