应用电子技术08届毕业设计

金 华 职 业 技 术 学 院

JINHUA COLLEGE OF VOCATION AND TECHNOLOGY

毕业教学环节成果

（2011届）

题 目基于AT89C2051的数字电子钟的设计

2010年 5月 16日

应用电子技术08届毕业设计

目 录

摘要 ................................................................ 1 英文摘要 ............................................................ 1 引言 ................................................................ 1 1任务分析 .......................................................... 2 2总的方案及框图 .................................................... 3 3硬件总的设计 ...................................................... 3 4分模块硬件电路设计 ................................................ 4

4.1 单片机最小系统 .............................................. 4 4.2 显示电路 ................................................. - 7 - 4.3 按键电路 ................................................. - 9 - 4.4 时钟芯片电路 ............................................ - 10 - 5软件总的设计 ................................................. - 11 - 6软件分模块设计 ............................................... - 12 -

6.1 显示程序流程图 .......................................... - 12 - 6.2 闹钟比较程序流程图 ...................................... - 13 - 7调试结果记录 ................................................. - 13 - 8总结 ......................................................... - 14 - 结论与谢辞 ..................................................... - 14 - 参考文献 ....................................................... - 15 - 附件1．程序清单 ............................................... - 16 - 附件2．仿真电路图 ............................................. - 46 - 附件3．PCB图 ................................................. - 47 -

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基于AT89C2051的数字电子钟的设计

摘要: 本文介绍了一款基于AT89C51单片机数字钟的设计，通过数字电子钟的设计思路，详细叙述了系统硬件、软件的具体实现过程。论文重点阐述了数字钟硬件中MCU模块、时钟模块和相关控制模块等的模块化设计与制作；软件同样采用模块化的设计，包括中断模块、闹钟模块、时间调整模块设计，并采用简单流通性强的MEDWIN语言编写实现。本设计实现了时间与闹钟的修改功能、年、月、日和星期的显示功能。并且通过对比实际的时钟，查找出了误差的来源，确定了调整误差的方法，尽可能的减少误差，使得系统可以达到实际数字钟的允许误差范围内。 关键词: AT89C51单片机；数字钟

Design of digital electronic clock Based on SCM

of AT89C2051

(Major of Applied Electronic Technology Information and

Engineering College Tao Cun-zhen)

Abstract: This paper introduced the design of digital clock based on SCM of AT89S51, the specific process of how the system hardware and software achieved were detailed description through the design of digital clock. The modular design and production, which consisted of MCU module, clock module and the associated control module, were mainly recounted；As well as hardware designing，software design use the same method, consists suspension module，alarm clock module, time adjust module, and that use the MEDWIN language to achieve because of its simple and strong negotiability. In this design the functions of time and alarm clock run and change, functions of the year, month, day and week display have been achieved. And by comparing the actual clock, find out the source of the error and determined the method of adjusting error, reduce errors as much as possibly, so this system can achieve a practical digital clock with error within the permissible range. Key words ：AT89S51 microcontroller; Digital clock 引言

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数字电子钟具有走时准确，一钟多用等特点，在生活中已经得到广泛的应用。虽然现在市场上已有现成的电子钟集成电路芯片出售，价格便宜、使用也方便，但是人们对电子产品的应用要求越来越高，数字钟不但可以显示当前的时间，而且可以显示日期、农历 、以及星期等，给人们的生活带来了方便。另外数字钟还具备秒表和闹钟的功能，且闹钟铃声可自选，使一款电子钟具备了多媒体的色彩。

时间对人们来说总是那么宝贵，工作的忙碌性和繁杂性容易使人忘记当前的时间。忘记了要做的事情，当事情不是很重要的时候，这种遗忘无伤大雅。但是，一旦重要事情，一时的耽误可能酿成大祸。电子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车站、码头、剧院、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，使电子钟具有走时准确、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。 1任务分析

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生产中常用的电子钟有：LCD电子钟、LED电子钟、电子万年历文具礼品、电波气象钟、多功能投影钟、语音报时钟、电子钟收音机、便携式万年历等。 （1）以 24h 计时方式工作； （2）用液晶显示时间和日期；

（3）通过按键可以选择显示内容、修改时间； （4）具有整点报时功能； （5）时间误差：≤0.02％。

设置四个按键，各按键功能是移位、增一、减一、定时 2总的方案及框图

电子钟主要有单片机最小系统、按键电路、显示电路、时钟芯片电路、指示灯蜂鸣

器电路构成。

图2-1 电子钟框图

3硬件总的设计

电子钟主要有单片机最小系统、按键电路、显示电路、时钟芯片电路、指示灯蜂鸣器电路构成。

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图3-1 电子钟原理图

4分模块硬件电路设计 4.1 单片机最小系统

单片机最小系统由单片机、电源电路、时钟电路和复位电路构成。 89C51介绍

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P0口特点

图4-1 89C51芯片

P0口作为通用I/O使用，是一个准双向口；作为地址/数据总线时，是一个真正的双向接口。

（1）P0口可作通用I/O口使用，又可作地址/数据总线口； （2）P0既可按字节寻址，又可按位寻址；

（3）作通用I/O 口输出时：是开漏输出，应外接上拉电阻； （4）作地址/数据总线口时，P0是一真正双向口，而作通 用I/O口时，只是一个准双向口。 P1口特点

（1）只能作I / O口，没有地址/数据复用功能

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（2）可按字节寻址，也可按位寻址

（3）是一准双向口，输出驱动接有上拉电阻，不是开漏输出。 P2口特点

（1）当P2口作为通用I / O时，是一准双向口。 （2）从P2口输入数据时，先向锁存器写“1”。 （3）可位寻址，也可按字节寻址。 （4）可输出地址高8位。 P3口特点

当P3口作为通用I/O接口时, 第2功能输出线为高电平, 使与非门3的输出取决于口锁存器的状态。 在这种情况下, P3口仍是1个准双向口, 它的工作方式、 负载能力均与P1、 P2口相同。

当P3口作为第2功能使用时, 其锁存器Q端必须为高电平, 否则V1管导通, 引脚被箝位在低电平, 无法输入或输出第2功能信号。当Q端为高电平时, P3口的口线状态就取决于第2功能输出线的状态。 并行I/O口的使用特性

MCS-51系列单片机的4个并行I/O口均由内部总线控制，端口的功能复用会自动识别，不用指令选择。

P0是8位、漏极开路的双向I/O口，当用作片外存储器或接口扩展时，分时复用为数据总线和低8位地址总线，可驱动8个LSTTL负载。

P1是8位、准双向I/O口，具有内部上拉电阻，驱动为4个LSTTL负载。 P2是8位、准双向I/O口，具有内部上拉电阻，可驱动4个LSTTL负载，外部扩展时用作高8位地址总线。

P3是8位、准双向I/O口，具有内部上拉电阻，可驱动4个LSTTL负载。P3口的所有口线都具有第二功能，实现控制总线的作用。

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4.2 显示电路

图4-2 显示电路原理图

液晶LCD1602介绍 1602LCD主要技术参数： 显示容量:16×2个字符 芯片工作电压:4.5—5.5V 工作电流:2.0mA(5.0V) 模块最佳工作电压:5.0V 字符尺寸:2.95×4.35(W×H)mm 引脚功能说明

1602LCD采用标准的14脚（无背光）或16脚（带背光）接口，各引脚接口说明如表4-1所示:

表4-1 引脚接口说明表

编号 1 2 3

符号 VSS VDD VL 引脚说明 电源地 电源正极 液晶显示偏压 编号 9 10 11 符号 D2 D3 D4

引脚说明 数据 数据 数据

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4 5 6 7 8 RS R/W E D0 D1

数据/命令选择 读/写选择 使能信号 数据 数据

12 13 14 15 16 D5 D6 D7 BLA BLK

数据 数据 数据

背光源正极

第1脚：VSS为地电源。 第2脚：VDD接5V正电源。

第3脚：VL为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地时对比度最高，对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度。 第4脚：RS为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。 第5脚：R/W为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。当RS和R/W共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当RS为低电平R/W为高电平时可以读忙信号，当RS为高电平R/W为低电平时可以写入数据。

第6脚：E端为使能端，当E端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。 第7～14脚：D0～D7为8位双向数据线。 第15脚：背光源正极。 第16脚：背光源负极。

1602液晶模块内部的控制器共有11条控制指令，如表4-2所示：

表4-2 控制命令表

序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

指令

清显示 光标返回 置输入模式 显示开/关控制 光标或字符移位 置功能

置字符发生存贮器地址 置数据存贮器地址 读忙标志或地址 写数到CGRAM或DDRAM）

CGRAM或DDRAM 读数

RS 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1

R/W 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1

D7 D6 0 0 0 0 0 0

0 0 0 0 0 0

D5 D4 D3 0 0 0 0 0 1

0 0 0 0 1

0 0 0 1 S/C

D2 D1 D0 0 0 1 D R/L F

0 1 I/D C * *

1 * S B * *

DL N

0 1 字符发生存贮器地址 1 显示数据存贮器地址 BF 计数器地址 要写的数据内容 读出的数据内容

1602液晶模块的读写操作、屏幕和光标的操作都是通过指令编程来实现的。（说明：1为高电平、0为低电平）

指令1：清显示，指令码01H,光标复位到地址00H位置。 指令2：光标复位，光标返回到地址00H。

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指令3：光标和显示模式设置 I/D：光标移动方向，高电平右移，低电平左移 S:屏幕上所有文字是否左移或者右移。高电平表示有效，低电平则无效。

指令4：显示开关控制。 D：控制整体显示的开与关，高电平表示开显示，低电平表示关显示 C：控制光标的开与关，高电平表示有光标，低电平表示无光标 B：控制光标是否闪烁，高电平闪烁，低电平不闪烁。

指令5：光标或显示移位 S/C：高电平时移动显示的文字，低电平时移动光标。 指令6：功能设置命令 DL：高电平时为4位总线，低电平时为8位总线 N：低电平时为单行显示，高电平时双行显示 F: 低电平时显示5x7的点阵字符，高电平时显示5x10的点阵字符。

指令7：字符发生器RAM地址设置。 指令8：DDRAM地址设置。

指令9：读忙信号和光标地址 BF：为忙标志位，高电平表示忙，此时模块不能接收命令或者数据，如果为低电平表示不忙。 指令10：写数据。 指令11：读数据。 4.3 按键电路

图4-3 按键电路原理图

按键按照结构原理可分为两类，一类是触点式开关按键，如机械式开关、导电橡胶式开关等；另一类是无触点式开关按键，如电气式按键，磁感应按键等。前者造价低，

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后者寿命长。目前，微机系统中最常见的是触点式开关按键。 按键按照接口原理可分为编码键盘与非编码键盘两类。这两类键盘的主要区别是识别键符及给出相应键码的方法。编码键盘主要是用硬件来实现对键的识别，非编码键盘主要是由软件来实现键盘的定义与识别。

全编码键盘能够由硬件逻辑自动提供与键对应的编码，此外，一般还具有去抖动和多键、窜键保护电路。这种键盘使用方便，但需要较多的硬件，价格较贵，一般的单片机应用系统较少采用。非编码键盘只简单地提供行和列的矩阵，其它工作均由软件完成。由于其经济实用，较多地应用于单片机系统中。

按键结构与特点： 微机键盘通常使用机械触点式按键开关，其主要功能是把机械上的通断转换成为电气上的逻辑关系。也就是说，它能提供标准的TTL逻辑电平，以便与通用数字系统的逻辑电平相容。 4.4 时钟芯片电路

图4-4 时钟芯片电路原理图

DS1302介绍

DS1302的引脚排列,其中Vcc1为后备电源，VCC2为主电源。在主电源关闭的情况下，也能保持时钟的连续运行。DS1302由Vcc1或Vcc2两者中的较大者供电。当Vcc2大于Vcc1+0.2V时，Vcc2给DS1302供电。当Vcc2小于Vcc1时，DS1302

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由Vcc1供电。X1和X2是振荡源，外接32.768kHz晶振。RST是复位/

片选线，通过把RST输入驱动置高电平来启动所有的数据传送。RST输入有两种功能：首先，RST接通控制逻辑，允许地址/命令序列送入移位寄存器；其次，RST提供终止单字节或多字节数据的传送手段。当RST为高电平时，所有的数据传送被初始化，允许对DS1302进行操作。如果在传送过程中RST置为低电平，则会终止此次数据传送，I/O引脚变为高阻态。上电运行时，在Vcc>2.0V之前，RST必须保持低电平。只有在SCLK为低电平时，才能将RST置为高电平。I/O为串行数据输入输出端(双向)，后面有详细说明。SCLK为时钟输入端。 下图为DS1302的引脚功能图：

图4-5 DS1302引脚图

5软件总的设计

图5-1 主程序流程图

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6软件分模块设计 6.1 显示程序流程图

图6-1 显示程序流程图

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6.2 闹钟比较程序流程图

图6-2 闹钟比较程序流程图

7调试结果记录

用MEDWIN语言进行编程，采用Proteus软件进行电路图的仿真，把程序烧写进去进行调试,出现如下的结果，可以显示年月日时分秒以及日期。

图7-1 调试结果记录图

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8总结

这次仿真实现了电子钟设计的任务，并在要求的功能上增加了年月日以及星期的功能。对所学的知识进行了巩固，练习了汇编软件、Proteus软件和Protel绘图软件。 结论与谢辞

感谢学院在我们即将踏入社会时，给我们这次理论联系实际的机会，通过这次毕业设计，我们更好地将已经学过的知识进行巩固，也很感谢余红娟老师对我的论文的不厌其烦的细心指点。

通过这段时间对专业基础理论的学习与巩固，通过查阅一些有关专业资料的学习，使自己对专业知识有了进一步的理解。虽然在此过程中感觉有点不是太顺利，但从毕业设计过程中，我的确学到了很多东西，在巩固专业知识的同时也让我学到了坚持和努力，让我受益匪浅。毕业设计是我们在学校的最后一个环节，也是最后一次考验我们在校学习的理论知道是否扎实，从中提高我们的设计、掌握技术知识的能力。为我们踏上社会奠定扎实的基础。

时光如梭，大学三年即将结束。感谢母校对我大学三年来的照顾，也很感谢老师们的精心教导。在以后的日子里我还会利用现在已经学习的内容更深入地学习，也会用好现在的所学在以后的工作中发挥自己的能力，时刻铭记老师的教导，并在实践中不断提高完善自己。