数字电子钟.docx

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数字电子钟

目录

1.引言2

2.1整体设计思路3

2.289C51单片机介绍4

3控制系统的硬件设计6

3.1单片机型号的选择6

3.2数码管显示工作原理6

3.3键盘电路设计7

3.4整个电路原理图8

4控制系统的软件设计8

4.1程序设计8

4.2程序流程图11

4.3仿真结果13

4.4仿真结果分析13

5附录13

参考文献20

摘要

本设计使用12MHZ晶振与单片机AT89C51相连接，以AT89C51芯片为核心，采用动态扫描方式显示，通过使用该单片机，加之在显示电路部分使用7407驱动电路，实现在6个LED数码管上显示日期、时间、定时、闹铃，通过6个按键实现设置日期、进行调时、设定闹铃、倒计时等功能，在实现各功能时数码管进行相应显示，闹铃或定时时间到时蜂鸣器响，按下闹铃键或定时键时，声音停止。

软件部分用汇编实现，分为显示、延迟、调时、闹铃、定时、调整日期等部分。

通过软硬件结合达到最终目的。

关键词：

电子钟单片机动态扫描汇编语言

Abstract

Thisdesignusesa12MHZcrystaltoconnectwiththemachineAT89C51,takesAT89C51chipsascore.Itadoptsthedynamicstateofthescanningmethodtoshow.UsingthisMCUand7407driveelectriccircuit,weareabletoshowdate,time,fixthetime,makebellon6LEDfigurestubes.Wecanuse6keytoconstitutedate,adjusttime,enactthebellandsetthecountdowntimer.Whentheelectriccarryingouteachfunction,thefigurestubeshowthetightfunction.Whenthealarmclockandthecountdowntimerwerereached,thevoicebegins.While3or4ispressed,thevoicestops.Thesoftwarepartisrealizedbyassemblerlanguage.Itwasdividedintotoshow,delay,adjust,makebell,infixedtime,adjustdateetc.part.Wegettheendpurposecombiningthesoftwareandthehardware.

Keywords：

ElectricclockMCUDynamicstatescaningassemblerlanguage

1.引言

数字电子钟是采用数字电路实现对时，分，秒，数字显示的计时装置，由于数字集成电路的发展和石英晶体振荡器的广泛应用，使得数字钟的精度，远远超过老式钟表，钟表的数字化给人们生产生活带来了极大的方便，而且大大地扩展了钟表的报时功能。

数字钟已成为人们日常生活中的必需品，广泛应用于家庭、车站、码头、剧院、办公室等场所，给人们的生活、学习、工作带来极大的方便[4]。

不仅如此，在现代化的进程中，也离不开电子钟的相关功能和原理，比如机械手的控制、家务的自动化、定时自动报警、按时自动打铃、时间程序自动控制、定时广播、自动起闭路灯、定时开关烘箱、通断动力设备、甚至各种定时电气的自动启用等，所有这些，都是以钟表数字化为基础的。

而且是控制的核心部分。

因此，研究数字钟及扩大其应用，有着非常现实的意义。

数字电子钟的设计方法有多种，例如，可用中小规模集成电路组成电子钟，也可以利用专用的电子钟芯片配以显示电路及其所需要的外围电路组成电子钟还可以利用单片机来实现电子钟等等。

这些方法都各有特点，其中，利用单片机实现的电子钟具有编程灵活，便于功能扩充，精确度高等特点[5]。

基于以上分析，在此次设计中，我选择的是利用单片机制作电子钟。

电子钟的设计本身包括程序的设计和硬件电路的设计[6]。

我的思路是，先进行电路的整体设计，再根据电路进行编程，在编程的过程中，对电路进行微调，以更好地配合程序。

在设计完成后，进行程序调试，调试软件选择MedWin，调试成功后，再根据电路图画出仿真图，将软件装入单片机芯片，利用Proteus软件进行仿真，仿真中的错误通过改正程序中的逻辑错误和电路中的设计不当进行排除，这个过程是很艰难的但也是很重要的。

若仿真可以实现，则硬件电路的实现就可以有条不紊地进行。

2.1整体设计思路

这部分主要介绍工作安排和整体设计的思想。

工作过程规划如下：

图2.1整体设计思路

针对要实现的功能，拟采用AT89C51单片机进行设计，AT89C51单片机是一款低功耗，高性能CMOS8位单片机，片内含4KB在线可编程（ISP）的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构[7]。

这样，既能做到经济合理又能实现预期的功能。

在程序方面，采用分块设计的方法，这样既减小了编程难度、使程序易于理解，又能便于添加各项功能。

程序可分为闹钟的声音程序、显示程序、闹钟显示程序、调时显示、定时程序。

运用这种方法，关键在于各模块的兼容和配合，若各模块不匹配会出现意想不到的错误。

本电子钟设计主要是依照图2.1中的流程做出来的，时间分配比较均匀。

首先，在编程之前必须了解硬件结构尤其是各引脚的用法，以及内部寄存器、存储单元的用法，否则，编程无从下手，电路也无法设计。

这是前期准备工作。

第二部分是硬件部分：

依据想要的功能分块设计设计，比如输入需要开关电路，输出需要显示驱动电路和数码管电路等。

第三部分是软件部分：

先学习理解汇编语言的编程方法再根据设计的硬件电路进行分块的编程调试，最终完成程序设计。

第四部分是软件画图部分：

设计好电路后进行画图，包括电路图和仿真图的绘制。

第五部分是软件仿真部分：

软硬件设计好后将软件载入芯片中进行仿真，仿真无法完成时检查软件程序和硬件电路并进行修改直到仿真成功。

第六部分是硬件实现部分：

连接电路并导入程序检查电路，若与设计的完全一样一般能实现想要的功能。

最后进行功能扩展，本设计加进了日期显示与调整功能。

2.289C51单片机介绍

VCC：

电源。

GND：

接地。

P0口：

P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。

当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。

P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。

在FIASH编程时，P0口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。

P1口：

P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。

P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。

在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。

P2口：

P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。

并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。

这是由于内部上拉的缘故。

P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。

在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。

P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。

图2.189C51单片机

P3口：

P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。

当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。

作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。

P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：

口管脚备选功能

P3.0RXD（串行输入口）

P3.1TXD（串行输出口）

P3.2/INT0（外部中断0）

P3.3/INT1（外部中断1）

P3.4T0（记时器0外部输入）

P3.5T1（记时器1外部输入）

P3.6/WR（外部数据存储器写选通）

P3.7/RD（外部数据存储器读选通）

P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。

RST：

复位输入。

当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。

ALE/PROG：

当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。

在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。

在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。

因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。

然而要注意的是：

每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。

如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。

此时，ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。

另外，该引脚被略微拉高。

如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。

PSEN：

外部程序存储器的选通信号。

在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。

但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。

EA/VPP：

当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。

注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。

在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。

3控制系统的硬件设计

3.1单片机型号的选择

通过对多种单片机性能的分析，最终认为89C51是最理想的电子时钟开发芯片。

89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压，高性能CMOS8位微处理器，器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。

由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的89C51是一种高效微控制器，而且它与MCS-51兼容，且具有4K字节可编程闪烁存储器和1000写/擦循环，数据保留时间为10年等特点，是最好的选择。

3.2数码管显示工作原理

数码管是一种把多个LED显示段集成在一起的显示设备。

有两种类型，一种是共阳型，一种是共阴型。

共阳型就是把多个LED显示段的阳极接在一起，又称为公共端。

共阴型就是把多个LED显示段的阴极接在一起，即为公共商。

阳极即为二极管的正极，又称为正极，阴极即为二极管的负极，又称为负极。

通常的数码管又分为8段，即8个LED显示段，这是为工程应用方便如设计的，分别为A、B、C、D、E、F、G、DP，其中DP是小数点位段。

而多位数码管，除某一位的公共端会连接在一起，不同位的数码管的相同端也会连接在一起。

即，所有的A段都会连在一起，其它的段也是如此，这是实际最常用的用法。

数码管显示方法可分为静态显示和动态显示两种。

静态显示就是数码管的8段输入及其公共端电平一直有效。

动态显示的原理是，各个数码管的相同段连接在一起，共同占用8位段引管线；每位数码管的阳极连在一起组成公共端。

利用人眼的视觉暂留性，依次给出各个数码管公共端加有效信号，在此同时给出该数码管加有效的数据信号，当全段扫描速度大于视觉暂留速度时，显示就会清晰显示出来。

图3.1共阴数码管

3.3键盘电路设计

该设计只用了一个键盘，但实现的功能却是比较完善，减少了硬件资源的损耗，该键盘可以实现小时和分钟的调节以及控制是否进入省电模式。

当按键按下又松开，可以实现屏蔽数码管显示的功能，达到省电的目的；直接按下不松开，则可以通过按键实现分钟的累加，每按一次分钟加一；而连续两次按下按键不放松，则可实现小时的调节，同样每按一次小时加一。

达到时间调节的目的。

图3.2多功能控制键

3.4整个电路原理图

图3.3系统电路原理图

4控制系统的软件设计

4.1程序设计

本系统的软件系统主要可分为主程序、定时计数中断程序、时间调整程序、延时程序四大模块。

在程序设计过程中，加强了部分软件抗干扰措施，下面对部分模块作介绍。

定时计数中断程序：

MOVTMOD,#00H;写控制字

MOVTH0,#0F0H；写定时常数

MOVTLO,#0CH

SETBTR0；启动T0

SETBETO；允许T0中断

SETBEA；开放CPU中断

AJMP$

时间调整程序：

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

延时程序：

1MS延时程序，LED显示程序用

DL1MS:

MOVR6,#14H

DL1:

MOVR7,#19H

DL2:

DJNZR7,DL2

DJNZR6,DL1

RET

20MS延时程序，采用调用显示子程序以改善LED的显示闪烁现象

DS20MS:

ACALLDISPLAY

ACALLDISPLAY

ACALLDISPLAY

RET

4.2程序流程图

系统的流程图如图4.1和图4.2所示：

图4.1主程序流程图图4.2中断处理流程图

4.3仿真结果

图4.3运行一段时间后仿真图

4.4仿真结果分析

功能太过单调，只能实现时分秒的显示，能很好的实现时间的调节，设计比较简单。

电路图的设计过于单调，用的器件太少，实现调节时间的按钮太少。

在测试过程中，六位数码显示管只显示五位数字，有一位数字不亮，通过多次的修改程序并在PROTEUS软件环境中进行仿真，最终解决了这个问题，同时也透露出本人在单片机电路设计和程序设计方面的不足。

不过最后的仿真效果非常好，实现了预期的效果，能过通过多功能控制键调节时间和是否进入省电模式，是一个比较令人满意的设计。

5附录

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

START:

MOVR0,#70H;清70H-7AH共11个内存单元

MOVR7,#0BH

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;1秒计时程序转到时间调整程序SETMM

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;指向小时计时单元（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

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-