基于51单片机的电子时钟的设计与实现

武汉大学电子信息学院电子系统综合设计课程论文

基于51单片机的电子时钟的设计与实现

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2012年6月26日

目录

1 课题背景与立项缘由 (1)

2 实验方案设计 (2)

2.1设计要求 (2)

2.2数字钟的构成 (2)

2.3系统总体框图 (3)

3 软件系统方案设计与选择 (4)

3.1主程序流程图 (4)

3.2定时器子程序流程图 (6)

3.3方案选择 (7)

4 硬件系统方案设计与选择 (7)

4.1单片机的结构 (7)

4.2开发板的结构和使用方法... .. (8)

4.3方案选择... (10)

5 系统测试 (11)

5.1测试环境 (11)

5.2测试过程 (11)

5.3测试结果... (12)

6 实验心得 (12)

参考文献 (13)

附录1 系统电路图 (13)

附录2 系统软件代码 (14)

附录3 系统器件清单 (38)

1 课题背景及立项缘由

所谓单片机,就是把中央处理器CPU(Central Processing Unit)、存储器(Memory)、定时器、I/0(Input/Output)接口电路等一些计算机的主要功能部件集成在一块集成电路芯片上的微型计算机。虽然单片机只是一个芯片,但从组成和功能上看,它已具有了微型计算机系统的含义。中文“单片机”的称呼由英文名称“Single Chip Microcomputer”直接翻译而来。单片机把微型计算机的各主要部分集成在一块芯片上,大大缩短了系统内信号传送距离,从而提高了系统的可靠性及运行速度。因而在工业测控领域中,单片机系统是最理想的控制系统。所以,单片机是典型的嵌人式系统,是嵌入式系统低端应用的最佳选择。单片机的发展经历了以下4个阶段：

1、芯片化探索阶段

20世纪70午代,美国的Fairchild(仙童)公司首先推出了第一款单片机F-8,随后Intel公司推出了影响面大、应用更广的MCS48单片机系列。MCS48单片机系列的推出标志着在工业控制领域,进入到智能化嵌入式应用的芯片形态计算机的探索阶段。参与这一探索阶段的还有Motorola、Zilog和TI等大公司,它们都取得了满意的探索效果,确立了在SCMC的嵌入式应用中的地位。

2、结构体系的完善阶段

在MCS-48探索成功的基础上很快推出了完善的、典型的单片机系列MCS-5l。MCS-51系列单片机的推出,标着Single Chip Microcomputer体系结构的完善。

3、从SCMC向MCU化过渡阶段

Intel公司推出的MCS96单片机,将一些用于测控系统的模数转换器(ADC)、程序运行监视器(WDT)、脉宽调制器(PWM)、高速I/O口纳入片中,体现了单片机的微控制器特征。MCS-51单片机系列向各大电气商的广泛扩散,许多电气商竞相使用80C51为核,将许多测控系统中使用的电路技术、接口技术、可靠性技术应用到单片机中；随着单片机内外围功能电路的增强,强化了智能控制器特征。微控制器(Microcontrollers)成为单片机较为准确表达的名词。

4、MCU的百花齐放阶段

单片机发展到这一阶段,表明单片机已成为工业控制领域中普遍采用的智能化控制工具-----小到玩具、家电行业,大到车载、舰船电子系统,遍及计量测试、工业过程控制、机械电子、金融电子、商用电子、办公自动化、工业机器人、军事和航空航天等领域。为满足不同的要求,出现了高速、大寻址范围、强运算能力和多机通信能力的8位、16位、32位通用型单片机,小型廉价型、外围系统集成的专用型单片机,以及形形色色各具特色的现代单片机。可以说,单片机的发展进人了百花齐放的时代,为用户的选择提供了空间。

在日常生活和工作中，我们常常使用到定时控制。早起常用的一些时间控制单元都是使用模拟电路设计和制作的，其定时准确性和重复精度都不是很理想，现在基本上都是基于数字技术的新一代产品，随着单片机性能价格比的不断提高，新一代产品的应用也越来越广泛，大可构成复杂的工业过程的控制系统，完成复杂的控制功能。小则用于家电控制，大则用于工业和科学研究中的精确时间定位，配以适当的接口芯片，可以构造各式各样的微电子产品。

我们专业在本学期的数字逻辑电路实验中已经能使用脉冲信号发生器、相关芯片、数码管和导线在实验箱上实现基于基本门电路的数字时钟；在电子系统综合设计（2）这门课上，我们学习了单片机的相关知识，了解了其低功耗、可靠性和稳定性强、可以在内部的EPROM上写入和擦除程序的相对先进的特点与功能。因此，我们希望在有单片机芯片的开发板上通过编程实现数字钟，并期望它能有更多的功能和更好的稳定性。

2 实验方案设计

2.1 设计要求

◆实现时、分、秒的计时功能

◆实现年、月、日的日历功能

◆体现平闰年的区别，各时间单位之间进制准确

◆实现闹钟报警功能

2.2 数字钟的构成

数字钟实际上是一个对标准频率(1HZ)进行计数的计数电路.由于计数的起始时间不可能与标准时间一致,故需要在电路上加一个校时电路,同时标准的1MHZ时间信号必须做到准确稳定.通常使用石英晶体振荡器电路构成数字钟。

⑴晶体振荡器电路

晶体振荡器电路给数字钟提供一个频率稳定准确的12MHz的方波信号,可保证数字钟的走时准确及稳定.不管是指针式的电子钟还是数字显示的电子钟都使用了晶体振荡器电路。

⑵时间计数器电路

时间计数电路由秒个位和秒十位计数器,分个位和分十位计数器电路构成,秒个位和秒十位计数器,分个位和分十位计数器为60进制计数器。