单片机的电子时钟电路.docx
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单片机的电子时钟电路
陕西教育学院
高
职
毕
业
论
文
题目:
基于单片机的数字时钟设计
班级:
信息1031
姓名:
白海燕
专业:
信息工程
指导教师:
艾明祥
时间:
2012-10-22
【中文摘要】
单片机自20世纪70年代问世以来,以其极高的性能价格比,受到人们的重视和关注,应用很广、发展很快。
单片机体积小、重量轻、抗干扰能力强、环境要求不高、价格低廉、可靠性高、灵活性好、开发较为容易。
由于具有上述优点,在我国,单片机已广泛地应用在工业自动化控制、自动检测、智能仪器仪表、家用电器、电力电子、机电一体化设备等各个方面,而51单片机是各单片机中最为典型和最有代表性的一种。
这次毕业设计通过对它的学习、应用,以AT89S51芯片为核心,辅以必要的电路,设计了一个简易的电子时钟,它由4.5V直流电源供电,通过数码管能够准确显示时间,调整时间,从而到达学习、设计、开发软、硬件的能力。
【关键词】:
LCD显示单片机7段数码管
【Abstract】
Singlechipmicrocomputersincethenineteenseventiessince,withitshighcostperformance,bythepeopleˋsattentionandconcem,averywideapplication,developmentisveryrapid.Singlechipmicrocomputerhastheadvantagesofsmallvolume,lightweight,stronganti-interferenceability,environmentalrequirementisnothigh,lowprice,highreliabilityisgood,developmoreeasily.Duetotheabove-mentionedadvantages,inourcountry,Singlechipmicrocomputerhasbeenwidelyusedinindustrialautomaticcontrol,automaticdetection,intelligentinstruments,householdappliances,electricalandelectronic,electromechanicalintegrationequipmentandotheraspects,and51Singlechipmicrocomputeristhemosttypicalandthemostrepresentativeone.Thegraduationdesignthroughthestudy,application,toAT89S51chipasthecore,supplementedbynecessarycircuit,designasimpleelectronicclock,whichiscomposedof4.5VDCpowersupply,throughthedigitaltubecanaccuratelydisplaythetime,adjusttime,soastoachievethestudy,design,developmentsoftware,hardwarecapabilities.
【Keyword.】LCDdisplaychip67digitaltube
前言
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。
本文主要介绍用单片机内部的定时/计数器来实现电子时钟的方法,本设计由单片机AT89S51芯片和LED数码管为核心,辅以必要的电路,构成了一个单片机电子时钟。
第一章方案设计
1.1数字时钟目的
本方案完全用软件实现数字时钟。
原理为:
在单片机内部存储器设三个字节分别存放时钟的时、分、秒信息。
利用定时器与软件结合实现1秒定时中断,每产生一次中断,存储器内相应的秒值加1;若秒值达到60,则将其清零,并将相应的分字节值加1;若分值达到60,则清零分字节,并将时字节值加1;若时值达到24,则将十字节清零。
该方案具有硬件电路简单的特点。
但由于每次执行程序时,定时器都要重新赋初值,所以该时钟精度不高。
而且,由于是软件实现,当单片机不上电,程序不执行时,时钟将不工作。
基于硬件电路的考虑,本设计采用方案二完成数字时钟的功能。
1.2数码管显示方案
1)静态显示。
所谓静态显示,就是当显示器显示某一字符时,相应的发光二极管恒定的导通或截止。
该方式每一位都需要一个8位输出口控制。
静态显示时较小的电流能获得较高的亮度,且字符不闪烁。
但当所显示的位数较多时,静态显示所需的I/O口太多,造成了资源的浪费。
2)动态显示。
所谓动态显示就是一位一位的轮流点亮各个位,对于显示器的每一位来说,每隔一段时间点亮一次。
利用人的视觉暂留功能可以看到整个显示,但必须保证扫描速度足够快,字符才不闪烁。
显示器的亮度既与导通电流有关,也于点亮时间与间隔时间的比例有关。
调整参数可以实现较高稳定度的显示。
动态显示节省了I/O口,降低了能耗。
3)从节省I/O口和降低能耗出发,本设计采用方案二。
第二章单片机AT89S51
2.1AT89S51单片机简介
1.AT89S51主要功能列举如下:
1)为一般控制应用的8位单芯片
2)晶片内部具时钟振荡器(传统最高工作频率可至12MHz)
3)内部程式存储器(ROM)为4KB
4)内部数据存储器(RAM)为128B
5)外部程序存储器可扩充至64KB
6)外部数据存储器可扩充至64KB
7)7、32条双向输入输出线,且每条均可以单独做I/O的控制
8)8、5个中断向量源
9)9、2组独立的16位定时器
10)10、1个全多工串行通信端口
11)11、8751及8752单芯片具有数据保密的功能
12)12、单芯片提供位逻辑运算指令
2.AT89S51各引脚功能介绍:
VCC:
AT89S51电源正端输入,接+5V。
VSS:
电源地端。
XTAL1:
单芯片系统时钟的反相放大器输入端。
XTAL2:
系统时钟的反相放大器输出端,一般在设计上只要在XTAL1和XTAL2上接上一只石英振荡晶体系统就可以动作了,此外可以在两引脚与地之间加入一20PF的小电容,可以使系统更稳定,避免噪声干扰而死机。
RESET:
AT89S51的重置引脚,高电平动作,当要对晶片重置时,只要对此引脚电平提升至高电平并保持两个机器周期以上的时间,AT89S51便能完成系统重置的各项动作,使得内部特殊功能寄存器之内容均被设成已知状态,并且至地址0000H处开始读入程序代码而执行程序。
EA/Vpp:
"EA"为英文"ExternalAccess"的缩写,表示存取外部程序代码之意,低电平动作,也就是说当此引脚接低电平后,系统会取用外部的程序代码(存于外部EPROM中)来执行程序。
因此在8031及8032中,EA引脚必须接低电平,因为其内部无程序存储器空间。
如果是使用8751内部程序空间时,此引脚要接成高电平。
此外,在将程序代码烧录至8751内部EPROM时,可以利用此引脚来输入21V的烧录高压(Vpp)。
ALE/PROG:
ALE是英文"AddressLatchEnable"的缩写,表示地址锁存器启用信号。
AT89S51可以利用这支引脚来触发外部的8位锁存器(如74LS373),将端口0的地址总线(A0~A7)锁进锁存器中,因为AT89S51是以多工的方式送出地址及数据。
平时在程序执行时ALE引脚的输出频率约是系统工作频率的1/6,因此可以用来驱动其他周边晶片的时基输入。
此外在烧录8751程序代码时,此引脚会被当成程序规划的特殊功能来使用。
PSEN:
此为"ProgramStoreEnable"的缩写,其意为程序储存启用,当8051被设成为读取外部程序代码工作模式时(EA=0),会送出此信号以便取得程序代码,通常这支脚是接到EPROM的OE脚。
AT89S51可以利用PSEN及RD引脚分别启用存在外部的RAM与EPROM,使得数据存储器与程序存储器可以合并在一起而共用64K的定址范围。
PORT0(P0.0~P0.7):
端口0是一个8位宽的开路汲极(OpenDrain)双向输出入端口,共有8个位,P0.0表示位0,P0.1表示位1,依此类推。
其他三个I/O端口(P1、P2、P3)则不具有此电路组态,而是内部有一提升电路,P0在当做I/O用时可以推动8个LS的TTL负载。
如果当EA引脚为低电平时(即取用外部程序代码或数据存储器),P0就以多工方式提供地址总线(A0~A7)及数据总线(D0~D7)。
设计者必须外加一锁存器将端口0送出的地址栓锁住成为A0~A7,再配合端口2所送出的A8~A15合成一完整的16位地址总线,而定址到64K的外部存储器空间。
PORT2(P2.0~P2.7):
端口2是具有内部提升电路的双向I/O端口,每一个引脚可以推动4个LS的TTL负载,若将端口2的输出设为高电平时,此端口便能当成输入端口来使用。
P2除了当做一般I/O端口使用外,若是在AT89S51扩充外接程序存储器或数据存储器时,也提供地址总线的高字节A8~A15,这个时候P2便不能当做I/O来使用了。
PORT1(P1.0~P1.7):
端口1也是具有内部提升电路的双向I/O端口,其输出缓冲器可以推动4个LSTTL负载,同样地若将端口1的输出设为高电平,便是由此端口来输入数据。
如果是使用8052或是8032的话,P1.0又当做定时器2的外部脉冲输入脚,而P1.1可以有T2EX功能,可以做外部中断输入的触发脚位。
PORT3(P3.0~P3.7):
端口3也具有内部提升电路的双向I/O端口,其输出缓冲器可以推动4个TTL负载,同时还多工具有其他的额外特殊功能,包括串行通信、外部中断控制、计时计数控制及外部数据存储器内容的读取或写入控制等功能。
其引脚分配如下:
P3.0:
RXD,串行通信输入。
P3.1:
TXD,串行通信输出。
P3.2:
INT0,外部中断0输入。
P3.3:
INT1,外部中断1输入。
P3.4:
T0,计时计数器0输入。
P3.5:
T1,计时计数器1输入。
P3.6:
WR:
外部数据存储器的写入信号。
P3.7:
RD,外部数据存储器的读取信号。
AT89S51是美国ATMEL公司生产的低功耗,高性能CMOS8位单片机,片内含4Kbytes的可系统编程的Flash只读程序存储器,器件采用ATMEL公司的高密度,非易失性存储技术生产,兼容标准8051指令系统及引脚。
AT89S51提供以下标准功能:
4K字节Flash闪速存储器,128字节内部RAM,32I/O口线,看门狗(WDT),两个数据指针,两个16位定时/计数器,一个5向量两级中断结构,一个全双工串行通信口,片内振荡器及时钟电路。
如图3-7所示,AT89S51有40引脚,双列直插(DIP)封装,所用引脚功能如下:
VCC——运行时加+4.5V
GND——接地
XTAL1——振荡器反相放大器及内部时钟发生器的输入端
XTAL2——振荡器反相放大器的输出端
RST——复位输入,高电平有效,在晶振工作时,在RST引脚上作用2个机器周期以上的高电平,将使单片机复位。
WDT溢出将使该引脚输出高电平,设置SFTAUXR的DISRTO位(地址8EH)可打开或关闭该功能。
DISRTO位缺省为RESET输出高电平打开状态。
/VPP——片外程序存储器访问允许信号。
欲使CPU仅访问外部程序存储器(地址为0000H-FFFFH),EA端必须保持低电平(接地),如果EA端为高电平(接Vcc端),CPU则执行内部程序存储器中的指令。
P1口,P2口——P1,P2是一组带内部上拉电阻的8位双向I/O口。
运行时通过P1口控制驱动电路的工作,将数据送到数码管,显示相应的段码,为了达到减少功耗或满足端口对最大电流的限制,应加上一限流电阻。
P2.0——P2.5口控制数码管的位选,使六个数码管轮流显示数据,等于1时位选三极管导通,等于0时位选三极管截止。
无自锁开关——(S2-P3.7)开关接相应引脚P3.7,当开关按下时,相应引脚为低电平0,断开时引脚为高电平1。
3.27段数码管
图3-2.6为数码管的引脚图,每位的段码线(a,b,c,d,e,f,g,dp)分别与1个8位的锁存器输出相连,由AT89S51控制组合0-9十个数据,如令其显示1则b,c引脚(即2,3引脚)送高电平,此时数码管显示1。
由于各位的段码线并联,8位I/O口输出段码对各个显示位来说都是相同的。
图3-2.57段数码管
2.1总体设计
利用单片机(AT89S51)制作简易电子时钟,由六个LED数码管分别显示小时十位、小时个位、分钟十位、分钟个位、秒钟十位、秒钟个位。
6个PNP管(9012)分别控制六个数码管的亮灭,一个按键用于时间调整。
3.1.2系统框图
图1-1系统总框图
3.2模块设计
3.2.1电源部分
图3-2.1引入直流电图3-2.2提供电源电路
如图3-2.1所示,从外部引入4.5V的直流电,图3-2.2为单片机、复位电路提供电源。
3-2.2复位电路
图3-2.3复位电路
如图3-2.3所示,复位电路主要由型号为1N4148的二极管,型号为10UF/16V的电解电容,型号为104的瓷片电容,10K的电阻以及按键S1构成,S1接芯片的相应引脚RST,当开关按下时引脚RST为高电平1,断开时引脚为低电平0。
3.2.3程序下载接口
图3-2.4下载接口
如图3-2.4所示,由AT89SISP构成的两排十针下载口,板图上有一个小方框,为1号引角;下载线的凸口为正方向,凸口的右侧边的第一个插孔为1号引角。
3.2.4位选部分
图3-2.4位选电路
图3-2.4为位选电路,三极管的集电极接数码管的公共端,当P2口对应的引脚输出高电平时三极管导通,对应的数码管显示数据。
这样,在同一时刻,6位LED中只有选通的那1位显示出字符,而其他5位则是熄灭的。
同样,在下一时刻,只让下一位的位选线处于选通状态,而其他个位的位选线处于关闭状态,在段码线上输出将要显示字符的段码,则同一时刻,只有选通位显示出相应的字符,而其他各位则是熄灭的。
如此循环下去,就可以使各位显示出将要显示的字符。
虽然这些字符是在不同时刻出现的,而在同一时刻,只有一位显示,其他各位熄灭,但由于LED的余辉和人眼的视觉暂留作用,只要每位显示间隔足够短,则可以造成多位同时亮的假象,达到同时显示的效果。
3.2.5数码管的连接电路
图3-2.5数码管的连接图
图3-2.6数码引脚图
图3-2.6为数码管的引脚图,每位的段码线(a,b,c,d,e,f,g,dp)分别与1个8位的锁存器输出相连,由AT89S51控制组合0-9十个数据,如令其显示1则b,c引脚(即2,3引脚)送高电平,此时数码管显示1。
由于各位的段码线并联,8位I/O口输出段码对各个显示位来说都是相同的。
3.2.6控制部分
图3-2.6单片机AT89S51
4流程图
4.1程序流程图
图4-4
图4-5
4.2源程序
表4-2.1P1口对应段码及数值:
显示数字
P1.7
P1.6
P1.5
P1.4
P1.3
P1.2
P1.1
P1.0
16进制代码
dp
g
f
e
d
c
b
a
0
0
0
1
1
1
1
1
1
3FH
1
0
0
0
0
0
1
1
0
06H
2
0
1
0
1
1
0
1
1
5BH
3
0
1
0
0
1
1
1
1
4FH
4
0
1
1
0
0
1
1
0
66H
5
0
1
1
0
1
1
0
1
6DH
6
0
1
1
1
1
1
0
1
7DH
7
0
0
0
0
0
1
1
1
07H
8
0
1
1
1
1
1
1
1
7FH
9
0
1
1
0
1
1
1
1
6FH
中断入口程序
ORG0000H;程序执行开始地址
LJMPSTART;跳到标号START执行
ORG0003H;外中断0中断程序入口
RETI;外中断0中断返回
ORG000BH;定时器T0中断程序入口
LJMPINTT0;跳至INTTO执行
ORG0013H;外中断1中断程序入口
RETI;外中断1中断返回
ORG001BH;定时器T1中断程序入口
LJMPINTT1;跳至INTT1执行
ORG0023H;串行中断程序入口地址
RETI;串行中断程序返回
主程序;
START:
MOVR0,#70H;清70H-7AH共11个内存单元
MOVR7,#0BH
;clrP3.7;
CLEARDISP:
MOV@R0,#00H;
INCR0;
DJNZR7,CLEARDISP;
MOV20H,#00H;清20H(标志用)
MOV7AH,#0AH;放入"熄灭符"数据
MOVTMOD,#11H;设T0、T1为16位定时器
MOVTL0,#0B0H;50MS定时初值(T0计时用)
MOVTH0,#3CH;50MS定时初值
MOVTL1,#0B0H;50MS定时初值(T1闪烁定时用)
MOVTH1,#3CH;50MS定时初值
SETBEA;总中断开放
SETBET0;允许T0中断
SETBTR0;开启T0定时器
MOVR4,#14H;1秒定时用初值(50MS×20)
START1:
LCALLDISPLAY;调用显示子程序
JNBP3.7,SETMM1;P3.7口为0时转时间调整程序
SJMPSTART1;P3.7口为1时跳回START1
SETMM1:
LJMPSETMM;转到时间调整程序SETMM
;1秒计时程序
;T0中断服务程序
INTT0:
PUSHACC;累加器入栈保护
PUSHPSW;状态字入栈保护
CLRET0;关T0中断允许
CLRTR0;关闭定时器T0
MOVA,#0B7H;中断响应时间同步修正
ADDA,TL0;低8位初值修正
MOVTL0,A;重装初值(低8位修正值)
MOVA,#3CH;高8位初值修正
ADDCA,TH0;
MOVTH0,A;重装初值(高8位修正值)
SETBTR0;开启定时器T0
DJNZR4,OUTT0;20次中断未到中断退出
ADDSS:
MOVR4,#14H;20次中断到(1秒)重赋初值
MOVR0,#71H;指向秒计时单元(71H-72H)
ACALLADD1;调用加1程序(加1秒操作)
MOVA,R3;秒数据放入A(R3为2位十进制数组合)
CLRC;清进位标志
CJNEA,#60H,ADDMM;
ADDMM:
JCOUTT0;小于60秒时中断退出
ACALLCLR0;大于或等于60秒时对秒计时单元清0
MOVR0,#77H;指向分计时单元(76H-77H)
ACALLADD1;分计时单元加1分钟
MOVA,R3;分数据放入A
CLRC;清进位标志
CJNEA,#60H,ADDHH;
ADDHH:
JCOUTT0;小于60分时中断退出
ACALLCLR0;大于或等于60分时分计时单元清0
MOVR0,#79H;指向小时计时单(78H-79H)
ACALLADD1;小时计时单元加1小时
MOVA,R3;时数据放入A
CLRC;清进位标志
CJNEA,#24H,HOUR;
HOUR:
JCOUTT0;小于24小时中断退出
ACALLCLR0;大于或等于24小时小时计时单元清0
OUTT0:
MOV72H,76H;中断退出时将分、时计时单元数据移
MOV73H,77H;入对应显示单元
MOV74H,78H;
MOV75H,79H;
POPPSW;恢复状态字(出栈)
POPACC;恢复累加器
SETBET0;开放T0中断
RETI;中断返回
;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;
;;闪动调时程序;;
;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;
;T1中断服务程序,用作时间调整时调整单元闪烁指示
INTT1:
PUSHACC;中断现场保护
PUSHPSW;
MOVTL1,#0B0H;装定时器T1定时初值
MOVTH1,#3CH;
DJNZR2,INTT1OUT;0.3秒未到退出中断(50MS中断6次)
MOVR2,#06H;重装0.3秒定时用初值
CPL02H;0.3秒定时到对闪烁标志取反
JB02H,FLASH1;02H位为1时显示单元"熄灭"
MOV72H,76H;02H位为0时正常显示
MOV73H,77H;
MOV74H,78H;
MOV75H,79H;
INTT1OUT:
POPPSW;恢复现场
POPACC;
RETI;中断退出
FLASH1:
JB01H,FLASH2;01H位为1时,转小时熄灭控制
MOV72H,7AH;01H位为0时,"熄灭符"数据放入分
MOV73H,7AH;显示单元(72H-73H),将不显示分数据
MOV74H,78H;
MOV75H,79H;
AJMPINTT1OUT;转中断退出
FLASH2:
MOV72H,76H;01H位为1时,"熄灭符"数据放入小时
MOV73H,77H;显示单元(74H-75H),小时数据将不显示
MOV74H,
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