单片机电子时钟的设计.docx

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单片机电子时钟的设计

目录

第一章前言1

第二章方案论证与比较2

2.1数字时钟方案2

2.2数码管显示方案2

第三章系统设计3

3.1总体设计3

3.1.1系统说明3

3.1.2系统框图3

3.2模块设计4

3.2.1电源部分4

3.2.2复位电路4

3.2.3程序下载接口5

3.2.4位选部分5

3.2.5数码管的连接电路6

3.2.6控制部分6

第四章原理图与PCB图8

第五章软件设计9

5.1程序流程图9

5.2源程序11

第六章总结18

6.1物品清单与元件特性18

6.2设计总结19

参考文献（References）：

20

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：

单片机AT89S52

第一章前言

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。

第二章方案论证与比较

2.1数字时钟方案

数字时钟是本设计的最主要的部分。

根据需要，可利用两种方案实现。

方案一：

本方案采用Dallas公司的专用时钟芯片DS12887A。

该芯片内部采用石英晶体振荡器，其芯片精度不大于10ms/年，且具有完备的时钟闹钟功能，因此，可直接对其以用于显示或设置，使得软件编程相对简单。

为保证时钟在电网电压不足或突然掉电等突发情况下仍能正常工作，芯片内部包含锂电池。

当电网电压不足或突然掉电时，系统自动转换到内部锂电池供电系统。

而且即使系统不上电，程序不执行时，锂电池也能保证芯片的正常运行，以备随时提供正确的时间。

方案二：

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。

2.2数码管显示方案

方案一：

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。

方案二：

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。

从节省I/O口和降低能耗出发，本设计采用方案二。

第三章系统设计

3.1总体设计

3.1.1系统说明

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3-1

3.2模块设计

3.2.1电源部分

图3-2

如图3-2所示，从外部引入4.5V的直流电，为单片机、复位电路提供电源。

3.2.2复位电路

图3-3

如图3-3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3-4

如图3-4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3-5

图3-5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3-6

图3-6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3-7

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：

1.VCC——运行时加＋4.5V

2.GND——接地

3.XTAL1——振荡器反相放大器及内部时钟发生器的输入端

4.XTAL2——振荡器反相放大器的输出端

5.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。

6.EA/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。

7.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。

8.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。

第四章原理图与PCB图

图4-1

图4-2

第五章软件设计

5.1程序流程图

5.2源程序

表5-1P1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,7AH;

MOV75H,7AH;

AJMPINTT1OUT;转中断退出

;

;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;

;;加1子程序;;

;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;

;

ADD1:

MOVA,@R0;取当前计时单元数据到A

DECR0;指向前一地址

SWAPA;A中数据高四位与低四位交换

ORLA,@R0;前一地址中数据放入A中低四位

ADDA,#01H;A加1操作

DAA;十进制调整

MOVR3,A;移入R3寄存器

ANLA,#0FH;高四位变0

MOV@R0,A;放回前一地址单元

MOVA,R3;取回R3中暂存数据

INCR0;指向当前地址单元

SWAPA;A中数据高四位与低四位交换

ANLA,#0FH;高四位变0

MOV@R0,A;数据放入当削地址单元中

RET;子程序返回

;

;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;

;;清零程序;;

;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;

;对计时单元复零用

CLR0:

CLRA;清累加器

MOV@R0,A;清当前地址单元

DECR0;指向前一地址

MOV@R0,A;前一地址单元清0

RET;子程序返回

;

;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;

;;时钟调整程序;;

;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;

;当调时按键按下时进入此程序

SETMM:

cLRET0;关定时器T0中断

CLRTR0;关闭定时器T0

LCALLDL1S;调用1秒延时程序

JBP3.7,CLOSEDIS;键按下时间小于1秒，关闭显示（省电）

MOVR2,#06H;进入调时状态，赋闪烁定时初值

SETBET1;允许T1中断

SETBTR1;开启定时器T1

SET2:

JNBP3.7,SET1;P3.7口为0（键未释放），等待

SETB00H;键释放，分调整闪烁标志置1

SET4:

JBP3.7,SET3;等待键按下

LCALLDL05S;有键按下，延时0.5秒

JNBP3.7,SETHH;按下时间大于0.5秒转调小时状态

MOVR0,#77H;按下时间小于0.5秒加1分钟操作

LCALLADD1;调用加1子程序

MOVA,R3;取调整单元数据

CLRC;清进位标志

CJNEA,#60H,HHH;调整单元数据与60比较

HHH:

JCSET4;调整单元数据小于60转SET4循环

LCALLCLR0;调整单元数据大于或等于60时清0

CLRC;清进位标志

AJMPSET4;跳转到SET4循环

CLOSEDIS:

SETBET0;省电（LED不显示）状态。

开T0中断

SETBTR0;开启T0定时器（开时钟）

CLOSE:

JBP3.7,CLOSE;无按键按下，等待。

LCALLDISPLAY;有键按下，调显示子程序延时削抖

JBP3.7,CLOSE;是干扰返回CLOSE等待

WAITH:

JNBP3.7,WAITH;等待键释放

LJMPSTART1;返回主程序（LED数据显示亮）

SETHH:

CLR00H;分闪烁标志清除（进入调小时状态）

SETHH1:

JNBP3.7,SET5;等待键释放

SETB01H;小时调整标志置1

SET6:

JBP3.7,SET7;等待按键按下

LCALLDL05S;有键按下延时0.5秒

JNBP3.7,SETOUT;按下时间大于0.5秒退出时间调整

MOVR0,#79H;按下时间小于0.5秒加1小时操作

LCALLADD1;调加1子程序

MOVA,R3;

CLRC;

CJNEA,#24H,HOUU;计时单元数据与24比较

HOUU:

JCSET6;小于24转SET6循环

LCALLCLR0;大于或等于24时清0操作

AJMPSET6;跳转到SET6循环

SETOUT:

JNBP3.7,SETOUT1;调时退出程序。

等待键释放

LCALLDISPLAY;延时削抖

JNBP3.7,SETOUT;是抖动，返回SETOUT再等待

CLR01H;清调小时标志

CLR00H;清调分标志

CLR02H;清闪烁标志

CLRTR1;关闭定时器T1

CLRET1;关定时器T1中断

SETBTR0;开启定时器T0

SETBET0;开定时器T0中断（计时开始）

LJMPSTART1;跳回主程序

SET1:

LCALLDISPLAY;键释放等待时调用显示程序（调分）

AJMPSET2;防止键按下时无时钟显示

SET3:

LCALLDISPLAY;等待调分按键时时钟显示用

AJMPSET4

SET5:

LCALLDISPLAY;键释放等待时调用显示程序（调小时）

AJMPSETHH1;防止键按下时无时钟显示

SET7:

LCALLDISPLAY;等待调小时按键时时钟显示用

AJMPSET6

SETOUT1:

LCALLDISPLAY;退出时钟调整时键释放等待

AJMPSETOUT;防止键按下时无时钟显示

;

;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;

;;显示程序;;

;;;