单片机时钟表设计最终版本.docx
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单片机时钟表设计最终版本
单片机时钟表设计
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；AT89S
引言
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。
1方案论证与比较
1.1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。
1.2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。
2系统设计
2.1总体设计
2.1.1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。
2.1.2系统框图
图3-1
2.2模块设计
2.2.1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。
2.2.2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。
2.2.3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。
2.2.4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。
2.2.5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
2.2.6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。
3原理图与PCB图
图4-1
图4-2
4软件设计
4.1程序流程图
4.2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
ORG0000H
LJMPSTART
ORG0003H
RETI
ORG000BH
LJMPINTT0
ORG0013H
RETI
ORG001BH
LJMPINTT1
ORG0023H
RETI
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
MOV7AH,#0AH
MOVTMOD,#11H
MOVTL0,#0B0H
MOVTH0,#3CH
MOVTL1,#0B0H
MOVTH1,#3CH
SETBEA
SETBET0
SETBTR0
MOVR4,#14H
START1:
LCALLDISPLAY
JNBP3.7,SETMM1
SJMPSTART1
SETMM1:
LJMPSETMM
INTT0:
PUSHACC
PUSHPSW
CLRET0
CLRTR0
MOVA,#0B7H
ADDA,TL0
MOVTL0,A
MOVA,#3CH
ADDCA,TH0
MOVTH0,A
SETBTR0
DJNZR4,OUTT0
ADDSS:
MOVR4,#14H
MOVR0,#71H
ACALLADD1
MOVA,R3
CLRC
CJNEA,#60H,ADDMM
ADDMM:
JCOUTT0
ACALLCLR0
MOVR0,#77H
ACALLADD1
MOVA,R3
CLRC
CJNEA,#60H,ADDHH
ADDHH:
JCOUTT0
ACALLCLR0
MOVR0,#79H
ACALLADD1
MOVA,R3
CLRC
CJNEA,#24H,HOUR
HOUR:
JCOUTT0
ACALLCLR0
OUTT0:
MOV72H,76H
MOV73H,77H
MOV74H,78H
MOV75H,79H
POPPSW
POPACC
SETBET0
RETI
INTT1:
PUSHACC
PUSHPSW
MOVTL1,#0B0H
MOVTH1,#3CH
DJNZR2,INTT1OUT
MOVR2,#06H
CPL02H
JB02H,FLASH1
MOV72H,76H
MOV73H,77H
MOV74H,78H
MOV75H,79H
INTT1OUT:
POPPSW
POPACC
RETI
FLASH1:
JB01H,FLASH2
MOV72H,7AH
MOV73H,7AH
MOV74H,78H
MOV75H,79H
AJMPINTT1OUT
FLASH2:
MOV72H,76H
MOV73H,77H
MOV74H,7AH
MOV75H,7AH
AJMPINTT1OUT
ADD1:
MOVA,@R0
DECR0
SWAPA
ORLA,@R0
ADDA,#01H
DAA
MOVR3,A
ANL
MOV@R0,A
MOVA,R3
INCR0
SWAPA
ANLA,#0FH
MOV@R0,A
RET
CLR0:
CLRA
MOV@R0,A
DECR0
MOV@R0,A
RET
SETMM:
cLRET0
CLRTR0
LCALLDL1S
JBP3.7,CLOSEDIS
MOVR2,#06H
SETBET1
SETBTR1
SET2:
JNBP3.7,SET1
SETB00H
SET4:
JBP3.7,SET3
LCALLDL05S
JNBP3.7,SETHH
MOVR0,#77H
LCALLADD1
MOVA,R3
CLRC
CJNEA,#60H,HHH
HHH:
JCSET4
LCALLCLR0
CLRC
CLOSEDIS:
SETBET0
SETBTR0
CLOSE:
JBP3.7,CLOSE
LCALLDISPLAY
JBP3.7,CLOSE
WAITH:
JNBP3.7,WAITH
LJMPSTART1
SETHH:
CLR00H
SETHH1:
JNBP3.7,SET5
SETB01H
SET6:
JBP3.7,SET7
LCALLDL05S
JNBP3.7,SETOUT
MOVR0,#79H
LCALLADD1
MOVA,R3
CLRC
CJNEA,#24H,HOUU
HOUU:
JCSET6
LCALLCLR0
AJMPSET6
SETOUT:
JNBP3.7,SETOUT1
LCALLDISPLAY
JNBP3.7,SETOUT
CLR01H
CLR00H
CLR02H
CLRTR1
CLRET1
SETBTR0
SETBET0
LJMPSTART1
SET1:
LCALLDISPLAY
AJMPSET2
SET3:
LCALLDISPLAY
AJMPSET4
SET5:
LCALLDISPLAY
AJMPSETHH1
SET7:
LCALLDISPLAY
AJMPSET6
SETOUT1:
LCALLDISPLAY
DISPLAY:
MOVR1,#70H
MOVR5,#0FEH
PLAY:
MOVA,R5
MOVP2,A
MOVA,@R1
MOVDPTR,#TAB
MOVCA,@A+DPTR
MOVP1,A
LCALLDL1MS
INCR1
MOVA,R5
JNBACC.5,ENDOUT
RLA
MOVR5,A
AJMPPLAY
ENDOUT:
SETBP2.5
MOVP1,#0FFH
RET
TAB:
DB3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H,7FH,6FH
DL1MS:
MOVR6,#14H
DL1:
MOVR7,#19H
DL2:
DJNZR7,DL2
DJNZR6,DL1
RET
DS20MS:
ACALLDISPLAY
ACALLDISPLAY
ACALLDISPLAY
RET
DL1S:
LCALLDL05S
LCALLDL05S
RET
DL05S:
MOVR3,#20H
DL05S1:
LCALLDISPLAY
DJNZR3,DL05S1
RET
END
5结束语
本设计能够很准确的走时，并能够通过硬件对时钟进行时间调整。
显示XX：
XX：
XX时间。
时间可调：
调整键（S2）按下时间小于1秒（t<1s），关闭显示（省电）。
调整键（S2）按下（t>0.5s）分钟位闪亮，此时按下S2键（t<0.5s）该个位数值加1，当加到9时，再按下S2键则该个位显示0，分钟十位加1。
继续按下调整键（S2）（t>0.5s）时钟位闪亮，此时按下S2键（t<0.5s）该个位数值加1，当加到9时再按下加S2键则该个位显示0，时钟十位加1。
继续按下调整键（S2）（t>0.5s），返回到正常显示状态。
下载线和电源线插接说明：
1.下载线插接说明：
两排十针下载口，板图上都有一个小方框，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，这一点一定要切记，不然的话程序下载不进去。
2.电源线插接说明：
电池盒的红线为正，黑线为负。
板子所留出来的电源插口用VCC（表示电源正）和GND（表示电源负）标明。
参考文献
[1]于海生．微型计算机控制技术[M]．清华大学出版社．1999-6
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[4]杨欣等．电子设计从零开始[M]．清华大学出版社．2005-10
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[7]王毓银．数字电路逻辑设计[M]．高等教育出版社．2004-2
[8]邱关源．电路[M]．高等教育出版社．2003-2
致谢
谢谢王老师给我们这次机会，谢谢组员的合作，通过这次试验，让我知道要想做好每件事，都需要自己的努力，以及整个团队的协作，谢谢我的同学的帮助，使我尽快的完成了我的课程设计。
在这次课程设计中，我有了太多的感慨，从中也学到了挺多
目录
摘要1
关键词1
引言2
1方案论证与比较2
1.1数字时钟方案2
1.2数码管显示方案3
2系统设计4
2.1总体设计4
2.1.1系统说明4
2.1.2系统框图4
2.2模块设计4
2.2.1电源部分4
2.2.2复位电路5
2.2.3程序下载接口5
2.2.4位选部分6
2.2.5数码管的连接电路7
2.2.6控制部分8
3原理图与PCB图8
4软件设计10
4.1程序流程图10
4.2源程序12
5结束语18
参考文献19
致谢20
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