基于51单片机设计的多功能数字时钟毕业设计

基于51单片机多功能数字时钟

1系统设计

1.1设计要求

设计制作一个24小时制多功能数字钟。

1.1.1主要性能指标

1、数字显示年、月、周、日、时、分、秒。

1.1.2创意部分

要求准确的进行年、月、周、日、时、分、秒的转换，切换两种显示模式。

1.2总体设计方案

1.2.1概述及设计思路

该设计方案是以MC51单片机为核心，采用LCD液晶屏幕显示系统，温度采集模块、日期提醒、键盘时间调整预设置等模块，所构建的数字时钟系统，能动态显示实时时钟的时、分、秒，数据显示(误差限制在30每天)。

1.2.2方案论证

（1）时钟模块

【方案一】采用单片机内置定时/计数器。它的处理过程主要是先设定单片机内部定时/计数器的工作方式，对机器周期计数确定基准时间，然后用另外一个定时器软件计数的方法对基准时间形成秒，秒计60次形成分，分计60次形成小时。依此类推，获取日期也是采用相同的方法。该方案在具体实现过程中，计时存在较大的误差。如果晶振受到其他外界信号干扰，或者基准时间计算不准确，都会导致时间显示错误。【方案二】采用555多谐振荡器。由555定时器组成一个多谐振荡器，产生周期为100HZ的脉冲，然后经过两个74LS160组成的分频器得到1HZ的秒脉冲。多谐振荡器的稳定度及频率的准确度决定了数字钟计时的准确程度，通常选用成品晶振构成振荡器电路。计时精度取决于振荡器的频率，振荡器频率越高计时精度越高。

【方案三】采用DS1302时钟芯片。DS1302是一种高性能、超低功耗的实时时钟芯片，附加31字节静态RAM，可以通过串行接口与单片机进行通信。实时时钟提供秒、分、时、日、星期、月、年的信息，每个月的天数和闰年的天数可自动调整，时钟操作可通过AM/PM标志位决定采用24或12小时时间格式。芯片内部集成备用电源，当外围电路电路有电源供应的时候，备用电源充电储能。当外围电路掉电时，DS1302芯片工作在休眠状态，以备用电源供电。当外围电路再次供电，即可唤醒休眠进入正常工作状态，显示时间无任何异常。

该系统设计中，采用方案三。

（2）数据显示

【方案一】采用LED数码管显示数据。LED数码管是由若干个发光二极管组成的显示字段的显示器件，当数码管中的某个发光二极管导通的时候，相应的一个字段便发光，不导通则不发光。一般来说，LED数码管的控制可分为段选控制和位选控制。段选是LED所显示的字段，如：a，b，c，d，e，f，g，dp,当a，b，c同时点亮时显示数字7；当a，b，d，e，g同时点亮时显示数字2。位选则是显示该数字的位。根据以上控制原理，可实现对时间和温度的显示。

【方案二】采用LCD1602液晶屏显示数据。液晶屏的应用非常广泛，比如日常生活中的手表、时钟、计算器、仪器仪表、家电、医疗器械、车船仪表、声象设备文体用品、通讯设备视频图像显示和大画面显示等等。LCD1602 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。如清除显示指令 01H，光标复位到地址00H 位置；光标复位指令00H，光标返回到地址。LCD1602液晶屏具有字符发生器，可以直观的显示汉字、图形、字符，并且显示容量大，进行数据的实时显示简单方便。

该系统设计中，需要显示的数据比较多。如果使用LED数码管，那么就要用分屏切换来显示数据，那样既不直观又不方便，并且对单片机的I/O口开销比较大。若使用LCD液晶屏显示数据，则不需要分屏切换，而且还节省了I/O资源。因此，采用方案二。

2系统组成与工作原理

2.1系统框图及工作原理

图2-1 系统框架图

工作原理：本设计采用STC89C51单片机作为本次课程设计的控制模块。单片机可把由DS18B20、DS1302中的数据利用软件来进行处理，从而把数据传输到显示模块，实现温度、日历的显示。以LCD液晶显示器为显示模块，把单片机传来的的数据显示出来，并且显示多样化，在显示电路中，主要靠按键来实现各种显示要求的选择与切换。

2.2 单元电路设计 2.2.1 M C-51单片机

89S51各引脚功能介绍： VCC ：

89S51 电源正端输入，接+5V 。 VSS ：

电源地端。 XTAL1：

单芯片系统时钟的反相放大器输入端。 XTAL2：

系统时钟的反相放大器输出端，一般在设计上只要在 XTAL1 和 XTAL2 上接上一只石英振荡晶体系统就可以动作了，此外可以在两引脚与地之间加入一 20PF 的小电容，可以使系统更稳定，避免噪声干扰而死机。

EA/Vpp ：

"EA"为英文"External Access"的缩写，表示存取外部程序代码之意，低电平动作，也就是说当此引脚接低电平后，系统会取用外部的程序代码（存于外部EPROM 中）来执行程序。因此在8031及8032中，EA 引脚必须接低电平，因为其内部无程序存储器空间。如果是使用 8752 内部程序空间时，此引脚要接成高电平。此外，在将程序代码烧录至8751内部EPROM 时，可以利用此引脚来输入21V 的烧录高压（Vpp ）。 ALE/PROG ： 端口3的管脚设置：

P3.0：RXD ，串行通信输入。

P3.1：TXD ，串行通信输出。 P3.2：INT0，外部中断0输入。

P3.3：INT1，外部中断1输入。 P3.4：T0，计时计数器0输入。 P3.5：T1，计时计数器1输入。

P3.6：WR：外部数据存储器的写入信号。

P3.7：RD，外部数据存储器的读取信号。

2.2.2复位电路

MCS-51单片机的复位是由外部的复位电路来实现的。复位引脚RST通过一个斯密特触发器与复位电路相连，斯密特触发器用来抑制噪声，在每个机器周期的S5P2，斯密特触发器的输出电平由复位电路采样一次，然后才能得到内部复位操作所需要的信号。

上电复位：上电复位电路是—种简单的复位电路，只要在RST复位引脚接一个电容到VCC，接一个电阻到地就可以了。上电复位是指在给系统上电时，复位电路通过电容加到RST复位引脚一个短暂的高电平信号，这个复位信号随着VCC对电容的充电过程而回落，所以RST引脚复位的高电平维持时间取决于电容的充电时间。为了保证系统安全可靠的复位，RST引脚的高电平信号必须维持足够长的时间。

上电自动复位是通过外部复位电路的电容充电来实现的。只要Vcc的上升时间不超过1ms，就可以实现自动上电复位。

图2-2-2 复位电路

2.2.3时钟电路

时钟是单片机的心脏，单片机各功能部件的运行都是以时钟频率为基准，有

条不紊的一拍一拍地工作。因此，时钟频率直接影响单片机的速度，时钟电路的质量也直接影响单片机系统的稳定性。常用的时钟电路有两种方式：一种是

内部时钟方式，另一种为外部时钟方式。本文用的是内部时钟方式（如图3-3所示）。