基于STC89C52单片机的数字时钟设计 - 图文

实习（设计）报告

姓 名：王星辰 班 级：10电81 学 号：10288004 实习（设计）科目：单片机 实习（设计）地点：12#405A

实习（设计）时间：2013.01.07——2013.01.22

电气工程及自动化学院

School of Electrical Engineering & Automation

基于单片机数字时钟的设计

摘要：

本文介绍了简单数字时钟的系统设计。系统具有时间设置及显示功能，时间为24小时制，也可以自由编写程序进行改写为12小时制。系统以STC89C52为核心，主要进行基于STC89C52简单数字时钟及其系统的研究，为初学者学习的典型例子。系统带有数码管显示，该数码管显示由两片四位数码管构成，配合按键提供的简单操作，可以进行调时、设置时间。系统软件设计包括单片机编程。单片机软件编程主要实现按键、数码管显示、时间处理、按键处理等模块功能。

关键词：数字时钟、单片机、74HC573、73HC138、共阴数码管

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目录

1、引言···························································3

1.1课程设计要求·················································4 1.2课程设计目的·················································4

2、单片机发展历史···············································5

2.1三大阶段······················································5

2.2单片机发展趋势················································6

3、单片机的应用··················································8

3.1单片机的应用分类··············································8

4、数字时钟的构成················································9

4.1数字时钟的构成················································9

4.2方案选择与相关技术············································9 4.3 STC89C52·····················································9 4.4 74HC573·····················································15 4.4 74HC138·····················································16 4.5 LED模块的原理及应用········································17

5、电路设计·····················································18

5.1 Proteus仿真··················································18

5.2系统软件设计·················································18 5.3系统硬件设计·················································18 5.4成品图片·····················································19 5.4 编程思路····················································20

总结······························································21 参考文献·························································22 附录······························································23 致谢······························································31

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1、引言

在日新月异的

21世纪里，家用电子产品得到了迅速发展。许多家电设备都趋于

人性化、智能化，这些电器设备大部分都含有CPU控制器或者是单片机。单片机以其高可靠性、高性价比、低电压、低功耗等一系列优点，近几年得到迅猛发展和大范围推广，广泛应用于工业控制系统、通讯设备、日常消费类产品和玩具等。并且已经深入到工业生产的各个环节以及人民生活的各个方面，如车间流水线控制、自动化系统等、智能型家用电器（冰箱、空调、彩电）等。用单片机来控制的小型家电产品具有便携实用，操作简单的特点。

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。

现今，高精度的计时工具大多数都使用了石英晶体振荡器，由于电子钟，石英表，石英钟都采用了石英技术，因此走时精度高，稳定性好，使用方便，不需要经常调校，数字式电子钟用集成电路计时时，译码代替机械式传动，用LED显示器代替显示器代替指针显示进而显示时间，减小了计时误差，这种表具有时，分，秒显示时间的功能，还可以进行时和分的校对，片选的灵活性好。

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，但误差很大，主要用在对时间精度要求不高的场合；二是用专门的时钟芯片实现，在对时间精度要求很高的情况下，通常采用这种方法，典型的时钟芯片有：DS1302，DS12887，X1203等都可以满足高精度的要求。

本文设计的数字时钟的显示广泛用于小型智能家用电子产品，如电子钟。利用单片机进行控制，可实现时间的调整和显示。电子钟既可广泛应用于家庭,也可应用于银行、邮电、宾馆、医院、学校、企业、商店等相关行业的大厅，以及单位会议室、门卫等场所。因而，此设计具有相当重要的现实意义和实用价值。

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1.1课程设计要求

本次课程设计为个人制定的，初次实习单片机，所以可以实现的功能比较简单 功能要求：

1、 能显示时、分、秒 2、 能够手动校正时间 3、 采用24小时制

4、 使用LED显示时间参数

5、 上电之后显示时间“8时8分8秒”

1.2课程设计目的

（1）巩固、加深和扩大单片机应用的知识面，提高综合及灵活运用所学知识解决工业控制的能力

（2）培养针对课题需要，选择和查阅有关手册、图标及文献资料的自学能力，提高组成系统、编程、调试的动手能力

（3）通过对课题设计方案的分析、选择、比较、熟悉单片机应用系统开发、研制的过程，软硬件设计的方法、内容和步骤

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2、单片机发展历史 2.1三大阶段

1970年微型计算机研制成功后，随后就出现了单片机。美国Inter公司在1971年推出了4位单片机4004；1972年推出了雏形8位单片机8008。特别是在1976年推出MCS-48单片机以后的三十年中，单片机的发展和其相关的技术经历了数次的更新换代。其发展速度大约每三四年要更新一代、集成度增加一倍、功能翻一番。 尽管单片机出现的历史并不长，但以8位单片机的推出为起点，那么，单片机的发展大致可分为四个阶段。

第一阶段（1976年-1978年）：初级单片机阶段。以Inter公司MCS-48为代表。这个系列的单片机内集成有8位CPU、I/O接口、8位定时器/计数器，寻址范围不大于4K字节，简单的中断功能，无串行接口。

第二阶段（1978年-1982年）：单片机完善阶段。在这一阶段推出的单片机其功能有较大的加强，能够应用于更多的场合。这个阶段的单片机普遍带有串行I/O口、有多级中断处理系统、16位定时器/计数器，片内集成的RAM、ROM容量加大，寻址范围可达64K字节。一些单片机片内还集成了A/D转换接口。这类单片机的典型代表有Inter公司的MCS-51、Motorola公司的6801和Zilog公司的Z8等。

第三阶段（1982年-1992年）：8位单片机巩固发展及16位高级单片机发展阶段。在此阶段，尽管8位单片机的应用已广泛普及，但为了更好满足测控系统的嵌入式应用的要求，单片机集成的外围接口电路有了更大的扩充。这个阶段单片机的代表为8051系列。许多半导体公司和生产厂以MCS-51的8051为内核，推出了满足各种嵌入式应用的多种类型和型号的单片机。其主要技术发展有：

（1） 外围功能集成。满足模拟量直接输入的ADC接口；满足伺服驱动输出的PWM；保证程序可靠运行的程序监控定时器WDT（俗称看门狗电路）。

（2） 出现了为满足串行外围扩展要求的串行扩展总线和接口，如SPI、I2C Bus、单总线（1-Wire）等。

（3） 出现了为满足分布式系统，突出控制功能的现场总线接口，如CAN Bus等。 （4） 在程序存储器方面广泛使用了片内程序存储器技术，出现了片内集成EPROM、EEPROM、FlashROM以及MaskROM、OTPROM等各种类型的单片机，以满足不同产品的开发和生产的需要，也为最终取消外部程序存储器扩展奠定了良好的基础。 与此同时，一些公司面向更高层次的应用，发展推出了16位的单片机，典型代表有Inter公司的MCS-96系列的单片机。

第四阶段（1993年-现在）：百花齐放阶段。现阶段单片机发展的显著特点是百花齐放、技术创新，以满足日益增长的广泛需求。其主要方面有：

（1）单片嵌入式系统的应用是面对最底层的电子技术应用，从简单的玩具、小家电；到复杂的工业控制系统、智能仪表、电器控制；以及发展到机器人、个人通信信息终端、机顶盒等。因此，面对不同的应用对象，不断推出适合不同领域要求的，从简易性能到多全功能的单片机系列。

（2）大力发展专用型单片机。早期的单片机是以通用型为主的。由于单片机设计生产技术的提高、周期缩短、成本下降，以及许多特定类型电子产品，如家电类产品的巨大的市

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场需求能力，推动了专用单片机的发展。在这类产品中采用专用单片机，具有低成本、资源有效利用、系统外围电路少、可靠性高的优点。因此专用单片机也是单片机发展的一个主要方向。

（3）致力于提高单片机的综合品质。采用更先进的技术来提高单片机的综合品质，如提高I/O口的驱动能力；增加抗静电和抗干扰措施；宽（低）电压低功耗等。

2.2单片机的发展趋势

纵观单片机的发展过程,可以预示单片机的发展趋势 。 1、低功耗CMOS化

MCS-51系列的8031推出时的功耗达630mW,而现在的单片机普遍都在100mW左右,随着对单片机功耗要求越来越低,现在的各个单片机制造商基本都采用了CMOS(互补金属氧化物半导体工艺)。80C51就采用了HMOS(即高密度金属氧化物半导体工艺)和CHMOS(互补高密度金属氧化物半导体工艺)。CMOS虽然功耗较低,但由于其物理特征决定其工作速度不够高,而CHMOS则具备了高速和低功耗的特点,这些特征,更适合于在要求低功耗,电池供电的应用场合。所以这种工艺将是今后一段时期单片机发展的主要途径。 2、微型单片化

现在常规的单片机普遍都是将中央处理器(CPU)、随机存取数据存储(RAM)、只读程序存储器(ROM)、并行和串行通信接口,中断系统、定时电路、时钟电路集成在一块单一的芯片上,增强型的单片机集成了如A/D转换器、PMW(脉宽调制电路)、WDT(看门狗)、有些单片机将LCD(液晶)驱动电路都集成在单一的芯片上,这样单片机包含的单元电路就更多,功能就越强大。甚至单片机厂商还可以根据用户的要求量身定做,制造出具有自己特色的单片机芯片。 此外,现在的产品普遍要求体积小、重量轻,这就要求单片机除了功能强和功耗低外,还要求其体积要小。现在的许多单片机都具有多种封装形式,其中SMD(表面封装)越来越受欢迎,使得由单片机构成的系统正朝微型化方向发展。 3、主流与多品种共存

现在虽然单片机的品种繁多,各具特色,但仍以80C51为核心的单片机占主流,兼容其结构和指令系统的有PHILIPS公司的产品,ATMEL公司的产品和中国台湾的Winbond系列单片机。所以C8051为核心的单片机占据了半壁江山。而Microchip公司的PIC精简指令集(RISC)也有着强劲的发展势头,中国台湾的HOLTEK公司近年的单片机产量与日俱增,与其低价质优的优势,占据一定的市场分额。此外还有MOTOROLA公司的产品,日本几大公司的专用单片机。在一定的时期内,这种情形将得以延续,将不存在某个单片机一统天下的垄断局面,走的是依存互补,相辅相成、共同发展的道路。

4、大容量、高性能

以往单片机内的ROM为1KB～4KB,RAM 为64～128B。但在需要复杂控制的场合,该存储容量是不够的,必须进行外接扩充。为了适应这种领域的要求,须运用新的工艺,使片内存储器大容量化。目前,单片机内ROM 最大可达64KB,RAM 最大为2KB。另外单片机进一步改变CPU的性能,加快指令运算的速度和提高系统控制的可靠性。采用精简指令集(RISC)结构和流水线技术,可以大幅度提高运行速度。现指令速度最高者已达100MIPS(Million Instruction Per Seconds,即兆指令每秒),并加强了位处理、中断和定时控制功能。这类单片机的运算速度比标准的单片机高出10 倍以上。由于这类单片机有极高的指令速度,可以使用软件模拟其I/O 功能,由此引入了虚拟外设的新概念。 5、串行扩展技术

在很长一段时间里,通用型单片机通过三总线结构扩展外围器件成为单片机应用的主流结构。随着低价位OTP(One Time Programble)及各种特殊类型片内程序存储器的发展,加之处

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围接口不断进入片内,推动了单片机“单片”应用结构的发展。特别是I2C、SPI 等串行总线的引入,可以使单片机的引脚设计得更少,单片机系统结构更加简化及规范化。 6、结论

单片机改变了我们生活,纵观我们现在生活的各个领域,从导弹的导航装置,到飞机上各种仪表的控制,从计算机的网络通讯与数据传输,到工业自动化过程的实时控制和数据处理,以及我们生活中广泛使用的各种智能IC卡、电子宠物等,这些都离不开单片机, 单片机有着广阔的应用前景。

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3、单片机的应用

3.1单片机的应用分类

1.在智能仪器仪表上的应用

单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等优点，广泛应用于仪器仪表中，结合不同类型的传感器，可实现诸如电压、功率、频率、湿度、温度、流量、速度、厚度、角度、长度、硬度、元素、压力等物理量的测量。采用单片机控制使得仪器仪表数字化、智能化、微型化，且功能比起采用电子或数字电路更加强大。例如精密的测量设备（功率计，示波器，各种分析仪）。 2.在工业控制中的应用

用单片机可以构成形式多样的控制系统、数据采集系统。例如工厂流水线的智能化管 芯片

理，电梯智能化控制、各种报警系统，与计算机联网构成二级控制系统等。 3.在家用电器中的应用

可以这样说，现在的家用电器基本上都采用了单片机控制，从电饭煲、洗衣机、电冰箱、空调机、彩电、其他音响视频器材、再到电子秤量设备，五花八门，无所不在。 4.在计算机网络和通信领域中的应用

现代的单片机普遍具备通信接口，可以很方便地与计算机进行数据通信，为在计算机网络和通信设备间的应用提供了极好的物质条件，现在的通信设备基本上都实现了单片机智能控制，从手机，电话机、小型程控交换机、楼宇自动通信呼叫系统、列车无线通信、再到日常工作中随处可见的移动电话，集群移动通信，无线电对讲机等。 5.单片机在医用设备领域中的应用

单片机在医用设备中的用途亦相当广泛，例如医用呼吸机，各种分析仪，监护仪，超声诊断设备及病床呼叫系统等等。 6.在各种大型电器中的模块化应用

某些专用单片机设计用于实现特定功能，从而在各种电路中进行模块化应用，而不要求使用人员了解其内部结构。如音乐集成单片机，看似简单的功能，微缩在纯电子芯片中（有别于磁带机的原理），就需要复杂的类似于计算机的原理。如：音乐信号以数字的形式存于存储器中（类似于ROM），由微控制器读出，转化为模拟音乐电信号（类似于声卡）。 在大型电路中，这种模块化应用极大地缩小了体积，简化了电路，降低了损坏、错误率，也方便于更换。

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4、数字时钟的构成

4.1数字时钟的构成

数字时钟实际上是一个相对标准频率（1Hz）进行技术的计数电路，由于计数的起始时间不可能与标准时间一直，故需要在电路上加一个校准时间的电路，同时标准的1MHz的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时钟。 （1）晶体振荡器电路

晶体振荡器电路给数字时钟提供一个频率稳定准确的12MHz的方波信号，可保证数字时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

（2）时间计数电路

时间计数电路由秒的个位和秒的十位计数器，分的个位和分的十位计数器以及小时的个位和小时的十位计数器电路构成，秒和分的计数器为60进制计数器，小时为24小时计数器

4.2方案选择

方案一：基于门电路的数字时钟，电路结构复杂，不易调试

方案二：基于单片机的数字时钟，用到实时时钟芯片DS1302进行计时，外加掉电存储电路和显示电路，对于初学者来说难度稍微有点大 方案三：用74HC573和74HC138连接单片机与数码管，分别用于位选和段选，难度不大，简单易于实现 选择方案三

4.3 STC89C52

STC89C52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系统可编程Flash 存储器。STC89C52使用经典的MCS-51内核，但做了很多的改进使得芯片具有传统51单片机不具备的功能。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。 具有以下标准功能： 8k字节Flash，512字节RAM， 32 位I/O 口线，看门狗定时器，内置4KB EEPROM，MAX810复位电路，3个16 位 定时器/计数器，4个外部中断，一个7向量4级中断结构（兼容传统51的5向量2级中断结构），全双工串行口。另外 STC89X52 可降至0Hz 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。最高运作频率35MHz，6T/12T可选。 参数： 1. 增强型8051 单片机，6 时钟/机器周期和12 时钟/机器周期可以任意 选择，指令代码完全兼容传统8051.[2]

2. 工作电压：5.5V～3.3V（5V 单片机）/3.8V～2.0V（3V 单片机）

3. 工作频率范围：0～40MHz，相当于普通8051 的0～80MHz，实际工作 频率可达48MHz

4. 用户应用程序空间为8K 字节

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/hoa6.html