多功能电子时钟研究报告

XTAL1反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。
XTAL2来自反向振荡放大器的输出。
P1口8位双向I/O口。引脚P1.2～P1.7提供内部上拉，当作为输入并被外部下拉为低电平时，它们将输出电流，这是因内部上拉的缘故。P1.0和P1.1需要外部上拉，可用作片内精确模拟比较器的正向输入（AIN0）和反向输入（AIN1），P1口输出缓冲器能接收20mA电流，并能直接驱动LED显示器；P1口引脚写入“1”后，可用作输入。在闪速编程与编程校验期间，P1口也可接收编码数据。
1.1数字时钟的概念
所谓数字钟，是指利用电子电路构成的计时器。相对机械钟而言，数字钟能达到准确计时，并显示小时、分、秒，同时能对该钟进行调整。在此基础上，还能够实现整点报时，定时报闹等功能。
我们所设计的电子钟是由单片机89C2051控制电路、电源电路、时分显示部件、60秒旋转译码驱动电路组成，电路十分的简单，主要由2051芯片编程实现，功能十分的强大，时间精度较高，是一款比较实用的电子钟，同时也是一件有欣赏价值的工艺艺术品。
2.2 AT89C2051单片机及其引脚说明-----------9
2.3 60秒旋转译码驱动原理-----------------------11
2.4时分显示部件------------------------------------15
第三章系统的软件构成及功能-------------------19
时钟电路在计算机系统中起着非常重要的作用，是保证系统正常工作的基础。在一个单片机应用系统中，时钟有两方面的含义：一是指为保障系统正常工作的基准振荡定时信号，主要由晶振和外围电路组成，晶振频率的大小决定了单片机系统工作的快慢；二是指系统的标准定时时钟，即定时时间，它通常有两种实现方法：一是用软件实现，即用单片机内部的可编程定时/计数器来实现
AT89C2051单片机是51系列单片机的一个成员，是8051单片机的简化版。内部自带2K字节可编程FLASH存储器的低电压、高性能COMS八位微处理器，与Intel MCS-51系列单片机的指令和输出管脚相兼容。由于将多功能八位CPU和闪速存储器结合在单个芯片中，因此，AT89C2051构成的单片机系统是具有结构最简单、造价最低廉、效率最高的微控制系统，省去了外部的RAM、ROM和接口器件，减少了硬件开销，节省了成本，提高了系统的性价比。
此外，AT89C2051设有静态逻辑，可以在低到零频率的条件下工作，支持两种软件可选的省电模式。AT89C2051有20个引脚，除了缺少89C51通用单片机的一些常用引脚外，AT89C2051的P1.0、P1.1与P3口的P3.6还被赋予了其他的功能，即含有模拟输入和比较的功能，这就是我们为什么可以采用AT89C2051而不需要外部A/D转换芯片实现数据采集的关键
3.1系统主程序设计--------------------------------19
3.2定时器中断程序--------------------------------20
第四章结束语----------------------------------------23
附录------------------------------------------------------24
1.2设计要求及方法----------------------------------6
1.3系统的主要功能----------------------------------7
第二章系统的硬件构成及功能--------------------8
2.1电子时钟原理及方框图--------------------------------------------------------------------------4
第一章引言--------------------------------------------4
1.1数字时钟的概念----------------------------------5
1.电子钟基本部分参考电路器件清单--------24
2.新颖的60秒电子钟参考电路原理图-------25
3.电子钟基本部分参考电路原理图-----------26
4.60秒电子钟部分参考程序清单-------------27
摘 要
在信息技术急速发展的今天，计算机科学日新月异。而单片机作为计算机科学的一个分支，在微机控制领域得到长足的发展。随着单片机的发展与科学技术的提高，单片机已经成为人类生产生活中不可缺少的工具。现在，单片机的应用已经渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。导弹的导航装置、飞机上各种仪表的控制、计算机的网络通讯与数据传输、工业自动化过程的实时控制和数据处理、广泛使用的各种智能IC卡、民用豪华轿车的安全保障系统、全自动洗衣机的控制，以及程控玩具、电子宠物等等，这些都离不开单片机。更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械了。单片机要解决的问题多数是仍是老问题，新颖之处是比以前用较少的元件。尤其是设计逻辑关系复杂的控制系统，过去用通用的逻辑门集成电路芯片将需要几十片甚至上百片，而现在只用几片就能够实现，而且方便灵活，做设计修改或改动功能时，只消改写软件原文件重写芯片，免去了在硬件线路上大动干戈的苦差事。大连减少芯片个数主要是靠单片机的可编程性和高度集成化。使开发周期更短，制造成本更低，用电更省和可靠性更高。要求用各种逻辑门芯片实现的逻辑电路，可以用一片单片机芯片加上相应的控制软件就可以实现。用单片机的另一个优点是设计软件将不断积累，不断模块化，形成标准化软件，大大提高了开发效率。
第一章引言
时钟，自从它发明的那天起，就成为人类的朋友，但随着时间的推移，科学技术的不断发展，人们对时间计量的精度要求越来越高，应用越来越广。怎样让时钟更好的为人民服务，怎样让我们的老朋友焕发青春呢？这就要求人们不断设计出新型时钟。目前市场上提供的无论是机械钟还是石英钟在晚上无照明的情况下都是不可见的。要知道当前的时间，必须先开灯，故较为不便。现在市场上也出现了一些电子钟，它以六只LED数码管来显示时分秒，与传统的以指针显示秒的方式不同，违背了人们传统的习惯与理念，而且这类电子钟一般是采用大型显示器件，适用于银行、车站等公共场所，且外观设计欠美观，很少进入百姓家庭。此外，无论是机械钟、石英钟还是电子钟，都存在着共同的问题：时间误差。针对以上存在的问题，我们设计了一款采用LED显示器件显示的多功能电子时钟，有效克服了时钟存在的误差问题。
第二章系统的硬件构成及功能
2.1电子时钟原理及方框图
电脑钟的原理框图如图2.1所示。它由以下几个部件组成：单片机89C2051、电源、时分显示部件、60秒旋转译码驱动电路。
时分显示采用动态扫描，以降低对单片机端口数的要求，同时也降低系统的功耗。时分显示模块、60秒旋转译码驱动电路以及显示驱动都通过89C2051的I/O口控制。
当晶振为12MHz时，16位定时器的最大定时值为65.536mS；要达到1秒钟，可以采用两种方法：采用一个定时器定时与软件计数相结合的方法；或者采用两个定时器级联的方法。由于秒表在计时功能时也需要用到1个定时器，因此，我们采用第一个方法，只使用1个定时器，例如使用T0。
为了达到较为准确的计时，使T0的溢出时间为50ms，使用一个字节作为软件计数器ST，计数值为20。定时器的中断处理程序对ST进行减1操作，当ST为0时，1秒到达，此时更新存放小时、分钟、秒钟的显示缓存区。
AT89C2051是一个有20个引脚的芯片，引脚配置如图2.2所示。与8051相比，AT89C2051减少了两个对外端口（即P0、P2口），使它最大可能地减少了对外引脚下，因而芯片尺寸有所减小。
AT89C2051芯片的20个引脚功能为：
VCC电源电压。
GND接地。
RST复位输入。当RST变为高电平并保持2个机器周期时，所有I/O引脚复位至“1”。
1.2设计要求及方法
本次设计须用4只LED数码管输出显示时和分，要可通过按键设置闹钟功能，且停闹无须手工操作，也要通过按键设置分校时，月计时的误差要小于45秒。设计完成后要写也详细的设计报告和给出全部电路及源程序。
设计过程采用系统设计的方法，先分析任务，得到系统要求，然后进行总体设计，划分子系统，然后进行详细设计，决定各个功能子系统中的内部电路，最后进行测试。
1.3系统主要功能
图1.1.1多功能电子钟外观图
电子钟的外观如图1.1周边60只发光管顺时旋转来显示秒，中间四只LED数码管用于显示时间，中下方的七只LED灯顺时旋转，供装饰用。其主要功能有：整点报时；四只LED数码管显示当前时分；每隔一秒钟周边的60只LED发光管旋转一格，装饰用的LED每隔一秒旋转一次。
当发生停电事件时，由后备电池供电，系统进入低功耗状态，所有显示部件停止显示，这样即延长了电池的寿命，同时又保证了CPU继续计数，不至于因停电而时钟停止运行。
对于时钟功能，需要在数码管上显示小时、分钟和秒钟，因此，可以在内部存储空间分别定义它们的显示缓存空间，来存放小时、分钟和秒钟的BCD码，各2个字节。由于时钟是不能停止的，因此需要采用内部定时器自动计时，并使用定时器中断处理程序来定时进行时间数值的刷新。52单片机的2个定时器都具有16位定时器的工作模式。
新颖数字钟由上而下的进行层次化的设计，所有功能都是围绕单片机芯片AT89C2051展开。从各模块入手，首先定义各个模块的结构然后再对各个模块内部进行详细的设计。在设计过各个模块完成之后都要进行仿真调试，在仿真调试通过之后再对各个模块进行模块的组合兼容性调试。之后对整个工程文件进行整机调试。新颖设计利用单片机代替先前的大量的复杂的门电路使电路功能更加全面，时钟更加准确，利用单片机实现数字钟便于功能的扩展和系统升级，该数字钟能长期、连续、可靠、稳定的工作；同时还具有体积小、功耗低等特点，便于携带，使用方便，是一种新型的产品。新颖数字钟用四位数码管显示时、分的时钟。图中左边靠近电源的绿色发光二极管（长亮）是电源指示灯，表示电源工作；左下角红色发光二极管（秒灯）闪烁一次表示走动1秒钟；正上方绿色发光二极管是设置灯，当正常走动时此时不亮，当第一次按下设置键时，此绿灯亮，同时秒时熄灭，且分钟的两位数码管闪烁，停止走动，进入校时状态，此时可以进行分钟的调整，当按一次加一键（左键）可实现分钟的加1功能，达到60分时返回0，从0再重新算起；如果再次按下设置键时，若秒灯和设置灯仍旧保持熄灭和点亮状态，表示分钟的数码管停止闪烁，反过来表示小时的两位数码管则开始闪烁，此时可进行小时的调整，按加1键可实现时调整功能，到达24小时返回0；当第三次按下设置键数码管停止闪烁，设置灯熄灭，秒灯重新闪烁，以设定值计时。