基于单片机的6位电子时钟-Toy模板网

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摘要

近年来随着科技的飞速发展，人们对单片机技术的应用正在不断加深。单品微型计算机简称单片机，是典型的嵌入式微控制器,又称单片微控制器，它不是完成某个逻辑功能的芯片，而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。相当于一个微型的计算机，和计算机相比，单片机只缺少了I/O 设备。

单片机作为应用最广泛的控制系统之一，具有体积小，易于控制，价格便宜，安全可靠等等优良的性能而被广泛的关注。无论是小到儿童玩具，到工业控制系统，大到航天航空系统的设计与操作之中，随处可见单片机的踪影。由于单片机在工业控制领域的广泛应用，单片机由芯片内仅有CPU的专用处理器发展而来。最早的设计理念是通过将大量外围设备和CPU集成在一个芯片中，使计算机系统更小，更容易集成进复杂的而对体积要求严格的控制设备当中。

电子时钟亦称数显钟，是一种用数字电路技术实现时、分、秒计时的装置，与机械时钟相比，直观性为其主要显着特点，且因非机械驱动，具有更长的使用寿命，相较石英钟的石英机芯驱动,更具准确性。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、娱乐带来极大地方便。相对于其他时钟类型，它的特点可归结为“两强一弱”: 比机械钟强在观时显着，比石英钟强在走时准确，但是它的弱点为显时较为单调。

关键词：单片机技术；CPU；电子时钟；

1 概述

1.1 设计背景

近年来随着科技的飞速发展，人们对单片机技术的应用正在不断加深。单片机作为应用最广泛的控制系统之一，具有体积小，易于控制，价格便宜，安全可靠等等优良的性能而被广泛的关注。无论是小到儿童玩具，到工业控制系统，大到航天航空系统的设计与操作之中，随处可见单片机的踪影。由于单片机在工业控制领域的广泛应用，单片机由芯片内仅有CPU的专用处理器发展而来。最早的设计理念是通过将大量外围设备和CPU集成在一个芯片中，使计算机系统更小，更容易集成进复杂的而对体积要求严格的控制设备当中。

1.2 设计目的

以单片机为核心，设计一个定电子时钟，分别显示“时-分-秒”。显示范围范围从0小时0分0秒到23小时59分59秒，通过定时器来定时时分秒，每过一秒刷新一次显示时间，也可通过按钮控制时间。

1.3 设计思路

可以通过把定义事件定为100ms采用中断方式进行溢出次数的累计，计满十次即可得到秒计时。片内RAM中规定三个单元作为秒、分、时单元由秒到分，从分到时通过软件累加并进行比较的方法来实现

2 开发环境

本次电子时钟设计是在Windows操作系统下利用了利用Keil uVision4和Proteus 8 Professional软件完成系统软硬件的设计及模拟调试。

2.1 Keil uVision4简介

Keil uVision4是一款非常专业且权威的单片机开发工具。 Keil4免费版提供了包括C编译器、宏汇编、连接器、库管理和仿真调试器等在内的完整开发方案，通过一个集成开发环境将这些部分组合在一起；在学习单片机，微型计算机控制等课程，或者在protuse软件上，Keil uVision4免费版会给你很大帮助。

2.2 Proteus简介

Proteus 软件是英国Labcenter electronics 公司出版的EDA工具软件（该软件中国总代理为广州风标电子技术有限公司）。它不仅具有其它 EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具。虽然目前国内推广刚起步，但已受到单片机爱好者、从事单片机教学的教师、致力于单片机开发应用的科技工作者的青睐。Proteus是世界上著名的EDA工具(仿真软件)，从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台，其处理器模型支持 8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33 、AVR、ARM、8086和MSP430“等，2010年即将增加Cortex 和 DSP系列处理器，并持续增加其他系列处理器模型。在编译方面，它也支持IAR、Keil 和MPLAB等多种编译器。

2.3 Windows系统

Windows 平台以其全新的界面简单快捷的操作方式而成为软件开发的趋势。根据本系统的运行环境和实际情况，选择Windows10（旗舰版）作为开发测试和运行的平台。

3 系统总体方案与硬件设计

3.1 方案设计

根据功能和指标要求，本系统选用MCS-51系列单片机AT89C51为主控机。硬件系统是指构成微机系统的实际装置，通常是由单片机、数码管显示、定时器计数、矩阵按键和外部中断等组成。单片机芯片选择AT89C51，显示区域使用8位LED数码管设计如图3-1所示：

图3.1 方案设计图

3.2 方案模块介绍

定时器：定时时间，使得显示数据按秒进行刷新。

中断：可进行时间的改变，通过这三个按钮可以调节时间。

数码管：进行时间的显示。

3.3 外设原理介绍

输出电路：本项目采用8位LED数码管动态扫描显示电路，笔段A~DP分别与单片机的P0口相连，公共端分别受单片机的P2口控制。

控制电路：通过定时器的定时1秒钟不断刷新来改变显示的数值，对输入的信息进行分析，本项目用C51单片机来实现。

中断电路：通过INT0、INT1和INT2三个中断来增加了调整时钟上时分秒的功能。

4 程序设计

4.1 系统电路图

图4.1 系统总电路图

5 仿真测试

5.1 软件调试

整个程序是一个主程序调用各个子程序实现功能的过程，要使主程序和整个程序都能平稳运行，各个模块的子程序的正确与平稳运行必不可少，所以在软件调试的最初阶段就是把各个子程序进行分别调试。

（1）Keil软件中生成hex文件如图所示:

图5-1 生成程序hex图

5.2 仿真调试

在Keil中调试完成后，生成文件，再到Proteus中进行仿真。首先在Proteus根据电路所需要实现的功能画好电路原理图，当检查电路完全没有错误后，双击芯片，再将在Keil中生成的hex文件导入芯片，接着点击play键开始进行电路仿真。

图5-2 导入程序hex图

5.3 调试结果

点击play键，电路开始进行仿真，开始仿真时显示器上显示12.00.00，片内RAM中规定三个单元作为秒、分、时单元由秒到分，从分到时通过软件累加并进行比较的方法来实现，随着时间变化秒数会慢慢增加。调试结果如图5-3所示：

图5-3 调试结果图

同时可以通过中断按钮来实现对时钟上时分秒时间的控制，通过三个按钮更改显示器上的时间实现时间的更改。实现截图如图5-4，图5-5所示

通过按钮调节分钟

图5-4 分钟调节图

通过按钮调节小时

图5-5 小时调节图

5.4 结果分析

经过测试，本次设计的基于单片机的电子时钟的功能基本实现成功，分别显示“时-分-秒”。显示范围范围从0小时0分0秒到23小时59分59秒，通过定时器来定时时分秒，每过一秒刷新一次显示时间，也可通过按钮控制时间。

但是，本次实验也有许多不足之处，还有很多地方需要改进，比如说，计算显示数字位数有限，可以对代码进行更精简的修整，从而使功能更加的强大，并且，可以运用于生活实际当中。

6 总结

通过本次的课程设计，我重新巩固了单片机课程所学的知识，感觉到内容很多，知识点很杂、很繁琐。通过自己的努力也更进一步掌握了单片机的内容构造和工作原理，以及接外部电路的情况。课程设计是培养学生综合运用所学知识，发现、提出、分析和解决实际问题，锻炼实践能力的重要环节，是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程。

通过这次单片机课程设计,我对单片机原理的学习更加掌握和了解，为以后的学习奠定了基础。这次课程设计基于每周做的单片机项目，使得我对单片机整体构架有个初步的认识和见解，在课程设计的过程中，明白了合理的小组分工尤为重要，本课程设计我制作电子时钟，完成了正常电子时钟的显示功能、定时闹钟和调整时间功能，实现显示“小时．分钟．秒”的定时功能可灵活实现小时加、分钟加等功能。本设计具有较强的灵活性，可实现性高，具有较高的应用价值。虽然进行了代码多次优化与调试，但是对于部分功能仍存在显示出错的问题，我们在以后的学习中会继续完善代码，将软件与硬件完美结合，在单片机领域更加努力的学习。