（毕业论文 字数：16223 页数：32）摘要:本文通过设计一个能实现定时、时钟和日历显示功能的时间系统，详细介绍了 51 单片机应用中的数据转换显示、数码管显示原理、动态扫描显示原理以及单片机的定时中断原理，从而达到学习和理解单片机相关指令在各方面的应用。系统由AT89C2051、LED 数码管、 按键、二极管等部分构成，能实现时钟的时、分显示，日历计算、日历校准、定时时间的设定，并具有三路开关定时输出等功能。
关键词：单片机,LED数码管,时钟
目 录
摘要 2
1引言 2
2设计要求与设计方案 5
2.1设计要求 5
2.2电路的设计方案及框图 5
3 硬件电路设计与器件选择 6
3.1 AT89C2051单片机的选择与性能简介 6
3.2 时钟与复位电路设计与器件选择 8
3.3 LED显示电路设计与器件选择 9
4电子时钟应用设计分析 17
4.1 定时计数的误差分析 17
4.2 按键消除抖动的设计分析 18
4.3 数码管及其限流电阻的选用 18
4.4 数码管显示技术 19
4.5 数码管的字型码设计 19
5电子时钟主要程序设计 20
5.1 显示主程序图 20
5.2 显示子程序 21
5.3调时功能程序 21
6 结论 30
参考文献 30
致谢 31
ABSTRACT 32
1引言
数字单片机的技术进步反映在内部结构、功率消耗、外部电压等级以及制造工艺上。在这几方面，较为典型地说明了数字单片机的水平。在目前，用户对单片机的需要越来越多，但是，要求也越来越高。下面分别就这四个方面说明单片机的技术进步状况。
a、内部结构的进步
单片机在内部已集成了越来越多的部件，这些部件包括一般常用的电路，例如：定时器，比较器，A/D转换器，D /A转换器，串行通信接口，Watchdog电路，LCD控制器等。
为了能在变频控制中方便使用单片机，形成最具经济效益的嵌入式控制系统。有的单片机内部设置了专门用于变频控制的脉宽调制控制电路，这些单片机有Fujitsu公司的MB89850系列、MB89860系列；Motorola 公司的MC68HC08MR16、MR24等。在这些单片机中，脉宽调制电路有6个通道输出，可产生三相脉宽调制交流电压，并内部含死区控制等功能。
b、功耗、封装及电源电压的进步
现在新的单片机的功耗越来越小，特别是很多单片机都设置了多种工作方式，这些工作方式包括等待，暂停，睡眠，空闲，节电等工作方式。Philips公司的单片机P87LPC762是一个很典型的例子，在空闲时，其功耗为1.5 mA，而在节电方式中，其功耗只有0.5mA。而在功耗上最令人惊叹的是TI公司的单片机MSP430系列，它是一个 16位的系列，有超低功耗工作方式。它的低功耗方式有LPM1、LPM3、LPM4三种。当电源为3V时，如果工作于 LMP1方式，即使外围电路处于活动，由于CPU不活动，振荡器处于1～4MHz，这时功耗只有50 mA。在LPM3 时，振荡器处于32kHz，这时功耗只有1.3mA。在LPM4时，CPU、外围及振荡器32kHz都不活动，则功耗只有0.1 mA。
现在单片机的封装水平已大大提高，随着贴片工艺的出现，单片机也大量采用了各种合符贴片工艺的封装方式出现，以大量减少体积。在这种形势中，Microchip公司推出的8引脚的单片机特别引人注目。这是PIC12CXXX系列。它含有0.5～2K程序存储器，25～128字节数据存储器，6个I/O端口以及一个定时器，有的还含4道A/D ，完全可以满足一些低档系统的应用。扩大电源电压范围以及在较低电压下仍然能工作是今天单片机发展的目标之一。目前，一般单片机都可以在3.3～5.5V的条件下工作。而一些厂家，则生产出可以在2.2～6V的条件下工作的单片机。这些单片机有Fujitsu公司的MB89191～89195，MB89121～125A，MB89130系列等，应该说该公司的F2MC-8L系列单片机绝大多数都满足2.2～6V的工作电压条件。而TI公司的MSP430X11X系列的工作电压也是低达2.2V的。
c、工艺上的进步
现在的单片机基本上采用CMOS技术，但已经大多数采用了0.6 m以上的光刻工艺，有个别的公司，如Motorola公司则已采用0.35 m甚至是0.25 m技术。这些技术的进步大大地提高了单片机的内部密度和可靠性。
以单片机为核心的嵌入式系统
单片机的另外一个名称就是嵌入式微控制器，原因在于它可以嵌入到任何微型或小型仪器或设备中。目前，把单片机嵌入式系统和Internet连接已是一种趋势。但是，Internet一向是一种采用肥服务器，瘦用户机的技术。这种技术在互联上存储及访问大量数据是合适的，但对于控制嵌入式器件就成了"杀鸡用牛刀"了。要实现嵌入式设备和Int ernet连接，就需要把传统的Internet理论和嵌入式设备的实践都颠倒过来。为了使复杂的或简单的嵌入式设备，例如单片机控制的机床、单片机控制的门锁，能切实可行地和Internet连接，就要求专门为嵌入式微控制器设备设计网络服务器，使嵌入式设备可以和Internet相连，并通过标准网络浏览器进行过程控制。
目前，为了把单片机为核心的嵌入式系统和Internet相连，已有多家公司在进行这方面的较多研究。这方面较为典型的有emWare公司和TASKING公司。
EmWare公司提出嵌入式系统入网的方案--EMIT技术。这个技术包括三个主要部分：即emMicro， emGateway和网络浏览器。其中，emMicro是嵌入设备中的一个只占内存容量1K字节的极小的网络服务器； emGateway作为一个功能较强的用户或服务器，它用于实现对多个嵌入式设备的管理，还有标准的Internet 通信接入以及网络浏览器的支持。网络浏览器使用emObjicts进行显示和嵌入式设备之间的数据传输。
如果嵌入式设备的资源足够，则emMicro和emGateway可以同时装入嵌入式设备中，实现Inter net的直接接入。否则，将要求emGateway和网络浏览器相互配合。EmWare的EMIT软件技术使用标准的 Internet协议对8位和16位嵌入式设备进行管理，但比传统上的开销小得多。
单片机应用的可靠性技术发展
在单片机应用中，可靠性是首要因素为了扩大单片机的应用范围和领域，提高单片机自身的可靠性是一种有效方法。近年来，单片机的生产厂家在单片机设计上采用了各种提高可靠性的新技术，这些新技术表现在如下几点：
a 、EFT（Ellectrical Fast Transient）技术
EFT技术是一种抗干扰技术，它是指在振荡电路的正弦信号受到外界干扰时，其波形上会迭加各种毛刺信号，如果使用施密特电路对其整形，则毛刺会成为触发信号干扰正常的时钟，在交替使用施密特电路和RC滤波电路时，就可以消除这些毛否则令其作用失效，从而保证系统的时钟信号正常工作。这样，就提高了单片机工作的可靠性。Motorola公司的 MC68HC08系列单片机就采用了这种技术。
b、低噪声布线技术及驱动技术
在传统的单片机中，电源及地线是在集成电路外壳的对称引脚上，一般是在左上、右下或右上、左下的两对对称点上。这样，就使电源噪声穿过整块芯片，对单片机的内部电路造成干扰。现在，很多单片机都把地和电源引脚安排在两条相邻的引脚上。这样，不仅降低了穿过整个芯片的电流，另外还在印制电路板上容易布置去耦电容，从而降低系统的噪声。
现在为了适应各种应用的需要，很多单片机的输出能力都有了很大提高，Motorola公司的单片机I/O口的灌拉电流可达8mA以上，而Microchip公司的单片机可达25mA。其它公司：AMD，Fujitsu，NEC ，Infineon，Hitachi，Ateml，Tosbiba等基本上可达8～20mA的水平。这些电流较大的驱动电路集成到芯片内部在工作时带来了各种噪声，为了减少这种影响，现在单片机采用多个小管子并联等效一个大管子的方法，并在每个小管子的输出端串上不同等效阻值的电阻，以降低di/dt，这也就是所谓"跳变沿软化技术"，从而消除大电流瞬变时产生的噪声。
c、 采用低频时钟
高频外时钟是噪声源之一，不仅能对单片机应用系统产生干扰，还会对外界电路产生干扰，令电磁兼容性不能满足要求。对于要求可靠性较高的系统，低频外时钟有利于降低系统的噪声。在一些单片机中采用内部琐相环技术，则在外部时钟较低时，也能产生较高的内部总线速度，从而保证了速度又降低了噪声。Motorola公司的MC68HC08系列及其1 6/32位单片机就采用了这种技术以提高可靠性。
单片机在目前的发展形势下，表现出几大趋势：
•可靠性及应用越来越水平高和互联网连接已是一种明显的走向。
•所集成的部件越来越多；NS（美国国家半导体）公司的单片机已把语音、图象部件也集成到单片机中，也就是说，单片机的意义只是在于单片集成电路，而不在于其功能了；如果从功能上讲它可以讲是万用机。原因是其内部已集成上各种应用电路。
•功耗越来越低和模拟电路结合越来越多。
随着半导体工艺技术的发展及系统设计水平的提高，单片机还会不断产生新的变化和进步，最终人们可能发现：单片机与微机系统之间的距离越来越小，甚至难以辨认。
2设计要求与设计方案
2.1设计要求
显示范围：年份99年，如2001-2099；日月正常显示，能识别闰年闰月；时间采用24小时制
显示格式：日期按年月日排列，年取后两位显示如2005年12月20日显示为：051220；时间按时分排列，显示如12点30分55秒显示为123055
显示位数：6位8段LED数码管作正常、调时和节电显示
时钟误差：24小时误差3~5秒
1、以MCS-51系列单片机为核心器件，组成一个电子时钟系统。
2、系统显示器由4位数字型数码管组成，分别显示时间值的小时与分。
3、能够随时对当前时间进行调整。
4、能够随时输入定时（闹钟）时间。
5、定时（闹钟）时间到，发出闹钟提醒信号。
6、闹钟提醒信号的声音为段续形式，最长不超过1min。
2.2电路的设计方案及框图
根据设计要求与设计思路，确定该系统的设计方案，图1为该系统设计方案的硬件电路设计框图。硬件电路由8部分组成，即按键输入电路、单片机、时钟电路、复位电路、LED显示器段码驱动电路、LED显示器位码驱动电路、4位显示器电路和蜂鸣器电路 | 