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1、学 海 无 涯,基于单片机的简易电子时钟设计 设计任务与要求 设计背景 数字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办公室 等公共场所，给人们的生活、学习、工作、娱乐带来极大的方便。由于数字集成电路 技术的发展和采用了先进的石英技术，使数字钟具有走时准确、性能稳定、携带方便 等优点，它还用于计时、自动报时及自动控制等各个领域。尽管目前市场上已有现成 的数字钟集成电路芯片出售，价格便宜、使用也方便，但鉴于单片机的定时器功能也 可以完成数字钟电路的设计，因此进行数字钟的设计是必要的。在这里我们将已学过 的比较零散的数字电路的知识有机的、系统的联系起来用于实际，来培养我们的综合
2、分析和设计电路，写程序、调试电路的能力。 单片机具有体积小、功能强可靠性高、价格低廉等一系列优点，不仅已成为工业 测控领域普遍采用的智能化控制工具，而且已渗入到人们工作和和生活的各个角落， 有力地推动了各行业的技术改造和产品的更新换代，应用前景广阔。 课程设计目的 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； 培养针对课题需要，选择和查阅有关手册、图表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； 过对课题设计方案的分析、选择、比较、熟悉单片机用系统开发、研制的过 程，软硬件设计的方法、内容及步骤。 设计要求 1）时制式为 24 小时制。
3、2）采用LED 数码管显示时、分，秒采用数字显示。,第 页 1 共 20 页,第 页 2 共 20 页,学 海 无 涯 3）具有方便的时间调校功能。 4）计时稳定度高，可精确校正计时精度。 总体方案设计 实现时钟计时的基本方法 利用MCS-51 系列单片机的可编程定时/计数器、中断系统来实现时钟计数。 计数初值计算: 把定时器设为工作方式 1，定时时间为 50ms，则计数溢出 20 次即得时钟计时最 小单位秒，而 100 次计数可用软件方法实现。 假设使用T/C0，方式 1，50ms 定时，fosc=12MHz。 则初值X 满足（216-X）1/12MHz12s =50000s X=15536
4、00111100101100003CB0H 采用中断方式进行溢出次数累计,计满 20 次为秒计时（1 秒）； 从秒到分和从分到时的计时是通过累加和数值比较实现。 电子钟的时间显示 电子钟的时钟时间在六位数码管上进行显示，因此，在内部 RAM 中设置显示缓 冲区共 8 个单元。,LED8LED7LED6LED5 37H36H35H34H33H,LED4LED3LED2LED1 32H31H30H,分个位分隔秒十位 秒个位,时十位时个位分隔分十位 2.3 电子钟的时间调整,电子钟设置 3 个按键通过程序控制来完成电子钟的时间调整。 A 键调整时； B 键调整分； C 键复位,学 海 无 涯 总体方
5、案介绍 计时方案 利用AT89S51 单片机内部的定时/计数器进行中断时，配合软件延时实现时、分、 秒的计时。该方案节省硬件成本，且能使读者在定时/计数器的使用、中断及程序设 计方面得到锻炼与提高，对单片机的指令系统能有更深入的了解，从而对学好单片机 技术这门课程起到一定的作用。 控制方案 AT89S51 的P0 口和 P2 口外接由八个LED 数码管(LED8LED1)构成的显示器， 用P0 口作 LED 的段码输出口，P2 口作八个LED 数码管的位控输出线，P1 口外接四 个按键A、B、C 构成键盘电路。 AT89S51 是一种低功耗，高性能的 CMOS 8 位微型计算机。它带有 8K
6、Flash 可 编程和擦除的只读存储器（EPROM），该器件采用ATMEL 的高密度非易失性存储 器技术制造，与工业上标准的 80C51 和 80C52 的指令系统及引脚兼容，片内 Flash 集 成在一个芯片上，可用与解决复杂的问题，且成本较低。简易电子钟的功能不复杂， 采用其现有的I/O 便可完成，所以本设计中采用此的设计方案。 3 系统硬件电路设计 根据以上的电子时钟的设计要求可以分为以下的几个硬件电路模块：单片机模 块、数码显示模块与按键模块，模块之间的关系图如下面得方框电路图 1 所示。,图 1,第 页 3 共 20 页,硬件电路方框图,学 海 无 涯 3.1 单片机模块设计 311
7、 芯片分析 AT89C51 单片机引脚图如下：,图 2AT89C51 引脚图 MCS-51 单片机是标准的 40 引脚双列直插式集成电路芯片，其各引脚功能如下： VCC：+5V 电源。 VSS：接地。 RST：复位信号。当输入的复位信号延续两个机器周期以上的高电平时即为有效， 用完成单片机的复位初始化操作。 XTAL1 和XTAL2：外接晶体引线端。当使用芯片内部时钟时，此二引线端用于 外接石英晶体和微调电容；当使用外部时钟时，用于接外部时钟脉冲信号。 P0 口：P0 口为一个 8 位漏极开路双向I/O 口，当作输出口使用时，必须接上拉 电阻才能有高电平输出；当作输入口使用时，必须先向电路中的
8、锁存器写入“1”， 使FET 截止，以避免锁存器为“0”状态时对引脚读入的干扰。 P1 口：P1 口是一个内部提供上拉电阻的 8 位双向I/O 口，它不再需要多路转接 电路MUX；因此它作为输出口使用时，无需再外接上拉电阻，当作为输入口使用时， 同样也需先向其锁存器写“1”，使输出驱动电路的FET 截止。,第 页 4 共 20 页,学 海 无 涯 P2 口：P2 口电路比P1 口电路多了一个多路转接电路MUX，这又正好与P0 口 一样。P2 口可以作为通用的I/O 口使用，这时多路转接电路开关倒向锁丰存器 Q 端。 P3 口：P3 口特点在于，为适应引脚信号第二功能的需要，增加了第二功能控制
9、逻辑。当作为I/O 口使用时，第二功能信号引线应保持高电平，与非门开通，以维持 从锁存器到输出端数据输出通路的畅通。当输出第二功能信号时，该位应应置“1”， 使与非门对第二功能信号的输出是畅通的，从而实现第二功能信号的输出，具体第二 功能如表 1 所示。,3.1.2 晶振电路 右图所示为时钟电路原理图，在AT89S51 芯片内部有一个高增益反相放大器， 其输入端为芯片引脚XTAL1，输出端为引脚XTAL2。而在芯片内部，XTAL1 和 XTAL2 之间跨接晶体振荡器和微调电容，从而构成一个稳定的自激振荡器。时钟电 路产生的振荡脉冲经过触发器进行二分频之后，才成为单片机的时钟脉冲信号。,图 3
10、晶振电路,第 页 5 共 20 页,3.1.3 复位电路 单片机复位的条件是：必须使RST/VPD 或RST 引（9）加上持续两个机器周期 （即 24 个振荡周期）的高电平。例如，若时钟频率为 12 MHz，每机器周期为 1s， 则只需 2s 以上时间的高电平，在 RST 引脚出现高电平后的第二个机器周期执行复 位。单片机常见的复位如图所示。电路为上电复位电路，它是利用电容充电来实现的。 在接电瞬间，RESET 端的电位与VCC 相同，随着充电电流的减少，RESET 的电位 逐渐下降。只要保证RESET 为高电平的时间大于两个机器周期，便能正常复位。该,学 海 无 涯 电路除具有上电复位功能外
11、，若要复位，只需按图中的RESET 键，此时电源VCC 经电阻 R1、R2 分压，在RESET 端产生一个复位高电平。,图 4 单片机复位电路 3.2 数码显示模块设计 系统采用动态显示方式，用P0 口来控制 LED 数码管的段控线，而用P2 口来控 制其位控线。动态显示通常都是采用动态扫描的方法进行显示，即循环点亮每一个数 码管，这样虽然在任何时刻都只有一位数码管被点亮，但由于人眼存在视觉残留效应， 只要每位数码管间隔时间足够短，就可以给人以同时显示的感觉。,第 页 6 共 20 页,学 海 无 涯 图 5 数码显示电路,3.3 按键模块 下图为按键模块电路原理图，A 为复位键，B 为时钟调
12、控键，C 为分钟调控键。,图 6 按键模块电路原理图 4、系统软件设计 4.1 软件设计分析 在编程上，首先进行了初始化，定义程序的的入口地址以及中断的入口地址，在 主程序开始定义了一组固定单元用来储存计数的时.分.秒，在显示初值之后，进入主 循环。在主程序中，对不同的按键进行扫描，实现秒表，时间调整，复位清零等功能， 系统总流程图如下图 7：,第 页 7 共 20 页,学 海 无 涯,图 7 系统总体流程图 4.2 源程序清单 ORG0000H,第 页 8 共 20 页,MOV 30H,#1,设置时钟的起始时间 12.00.00，分配显示数据,内存 MOV 31H,#2 MOV 32H,#0
13、 MOV 33H,#0 MOV 34H,#0 MOV 35H,#0,第 页 9 共 20 页,学 海 无 涯,第 页 1 共020 页,学 海 无 涯 MOV A,31H,ADD A,#10,进位显示,MOVC A,A+DPTR MOV P0,A LCALL YS1MS MOV P0,#0FFH MOV A,40H RL A MOV 40H,A MOV P2,40H MOV A,32H MOVC A,A+DPTR MOV P0,A LCALL YS1MS MOV P0,#0FFH MOV A,40H RL A MOV 40H,A,第 页 1 共120 页,学 海 无 涯 MOV P2,40H
14、MOV A,33H ADD A,#10 MOVC A,A+DPTR MOV P0,A LCALL YS1MS MOV P0,#0FFH MOV A,40H RL A MOV 40H,A MOV P2,40H MOV A,34H MOVC A,A+DPTR MOV P0,A LCALL YS1MS MOV P0,#0FFH MOV A,40H RL A,第 页 1 共220 页,学 海 无 涯 MOV 40H,A MOV P2,40H MOV A,35H MOVC A,A+DPTR MOV P0,A LCALL YS1MS MOV P0,#0FFH MOV A,40H RL A MOV 40H,
15、A,JB TF0,JIA,如果TF0 为 1 时，则执行JIA，否则顺序执行,JNB P1.0,P100,为 0 则 转移到P100,JNB P1.1,P1000,为 0 则 转移到P1000,JNB P1.2,P10000,为 0 则 转移到P10000,AJMP XS,跳转到 XS,P100:,MOV 30H,#0,清零程序,MOV 31H,#0 MOV 32H,#0,第 页 1 共320 页,学 海 无 涯 MOV 33H,#0 MOV 34H,#0 MOV 35H,#0,JIA:,CLR TF0,TF0 清零,MOV A,35H,秒单位数据到A,CJNE A,#9,JIA1,与 9 进
16、行比较，大于 9 就转移到 JIA1,MOV 35H,0,秒个位清零,MOV A,34H,秒十位数据到A,CJNE A,#5,JIA10,与 5 进行比较，大于 5 就转移到 JIA10,MOV 34H,#0,秒十位清零,P10000: JNB P1.2,P10000,为 0 则 转移到P10000,MOV A,33H,取分的个位到A,CJNE A,#9,JIA100,与 9 进行比较，大于 9 就转移到 JIA100,MOV 33H,#0,分的个位清零,MOV A,32H,分十位数据到A,CJNE A,#5,JIA1000,与 5 进行比较，大于 5 就转移到 JIA1000,MOV 32H,#0,分的十位清零,P1000:JNB P1.1,P1000,为 0 则 转移到P1000,第 页 1 共420 页,学 海 无 涯,MOV A,31H,时个位数据到A,CJNE A,#9,JIA10000,与 9 进行比较，大于 9 就转移到 JIA10000,MOV 31H,#0,时的个位清零,MOV A,30H,时十位数据到A,CJNE A,#2,JIA100000,与 2
