#基于单片机89c51的电子时钟设计.docx
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#基于单片机89c51的电子时钟设计
5结束语14
摘要：
单片计算机即单片微型计算机。
由RAM,ROM,CPU构成，定时，计数和多种接口于一体的微控制器。
它体积小，成本低，功能强，广泛使用于智能产业和工业自动化上。
而51系列单片机是各单片机中最为典型和最有代表性的一种。
这次课程设计通过对它的学习，使用，从而达到学习、设计、开发软、硬件的能力。
本设计主要设计了一个基于AT89C51单片机的电子时钟。
并在数码管上显示相应的时间。
并通过一个控制键用来实现时间的调节和是否进入省电模式的转换。
使用Proteus的ISIS软件实现了单片机电子时钟系统的设计和仿真。
该方法仿真效果真实、准确，节省了硬件资源。
关键字：
单片机；子时钟；键盘控制
1.电子时钟
1.1电子时钟简介
1957年,Ventura发明了世界上第一个电子表，从而奠定了电子时钟的基础，电子时钟开始迅速发展起来。
现代的电子时钟是基于单片机的一种计时工具，采用延时程序产生一定的时间中断，用于一秒的定义，通过计数方式进行满六十秒分钟进一，满六十分小时进一，满二十四小时小时清零。
从而达到计时的功能，是人民日常生活补课缺少的工具。
1.2电子时钟的基本特点
现在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、石英钟、石英表都采用了石英技术，因此走时精度高，稳定性好，使用方便，不需要经常调试，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。
1.3电子时钟的原理
该电子时钟由89C51，BUTTON，六段数码管等构成，采用晶振电路作为驱动电路，由延时程序和循环程序产生的一秒定时，达到时分秒的计时，六十秒为一分钟，六十分钟为一小时，满二十四小时为一天。
而电路中唯一的一个控制键却拥有多种不同的功能，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。
2单片机识的相关知识
2.1单片机简介
单片机全称为单片机微型计算机（SingleChipMicrosoftcomputer）。
从使用领域来看，单片机主要用来控制，所以又称为微控制器（MicrocontrollerUnit）或嵌入式控制器。
单片机是将计算机的基本部件微型化并集成在一块芯片上的微型计算机。
2.2Proteus软件简介
PROTEUS软件由Labcenter公司开发，是目前世界上最先进、最完整的嵌入式系统设计和仿真平台，可以实现数字电路、模拟电路及微控制器系统和外设的混合电路系统的电路仿真、软件仿真、系统协同仿真和PCB设计等功能，是目前唯一能够对各种处理器进行实时仿真、调试和测试的EDA工具。
微控制器系统相关的仿真需建立编译和调试环境，可选择KeilC51uVision2软件。
该软件支持众多不同公司的芯片，集编辑、编译和程序仿真等于一体，同时还支持PLM、汇编和C语言的程序设计。
它的界面友好易学，在调试程序、软件仿真方面有很强大的功能。
其革命性的功能是：
将电路仿真和微处理器仿真进行协同，直接在基于原理图的虚拟原型上进行处理器编程调试，并进行功能验证，通过动态器件如电机、LED、LCD、开关等，实时看到运行后的输入、输出的效果，配合系统配置的虚拟仪器如示波器、逻辑分析仪等，Proteus为我们建立了完备的电子设计开发环境。
2.3单片机的特点
1.单片机的存储器ROM和RAM时严格区分的。
ROM称为程序存储器，只存放程序，固定常数，及数据表格。
RAM则为数据存储器，用作工作区及存放用户数据。
2.采用面向控制的指令系统。
为满足控制需要，单片机有更强的逻辑控制能力，特别是单片机具有很强的位处理能力。
3.单片机的I/O口通常时多功能的。
由于单片机芯片上引脚数目有限，为了解决实际引脚数和需要的信号线的矛盾，采用了引脚功能复用的方法，引脚处于何种功能，可由指令来设置或由机器状态来区分。
4.单片机的外部扩展能力很强。
在内部的各种功能部件不能满足使用的需求时，均可在外部进行扩展，和许多通用的微机接口芯片兼容，给使用系统设计带来了很大的方便。
2.489C51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，和工业标准的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，而且它和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，这是为工程使用方便如设计的，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
Proteus电路图设计
运行Proteus的ISIS后出现程序主窗口界面，鼠标左键单击窗口左侧的元器件工具栏的component.按钮,接着再点击窗口左侧的元器件选择区的PickDivices.按钮，弹出PickDevices窗口，再在Categ栏里点击MicroprocessorICs项后，在Results栏里会出现各种类型的CPU器件，找到AT89C51后双击，AT89C51就被添加到当前窗口左侧的元器件列表区了。
用同样的方法依次把数码管、晶振以及多个电阻、电容也添加到器件列表区里。
然后再依次点击列表区里的器件，单击左键把他们放到绘图区，右键选中元件，并编辑其属性，合理布局后，进行连线。
连线时当鼠标的指针靠近一个对象的引脚时，跟着鼠标的指针rICs就会出现一个“×”提示符号，点击鼠标左键即可画线了，需要拐弯时点击一下即可，在终点再点击确认一下就画出了一段导线，所有导线画完后，点击工具栏的Inter-sheeTerminal.按钮，添加上电源和接地符号，原理图的绘制就完成了。
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;调整单元数据和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;计时单元数据和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开始运行程序仿真图
图4.4运行一段时间后仿真图
实现的功能：
按键调时、按键调分、按键调秒、，按设置键切换工作模式。
元件清单：
单片机：
AT80C51
按键：
BUTTON
电阻：
RES
电容：
CAP
晶振：
CRYSTAL
LED数码管：
7SEG-MPX8-CA-BLUE（CA：
共阳）
地：
GROUND
电源：
POWER
4.4仿真结果分析
功能太过单调，只能实现时分秒的显示，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，不能很好的实现时间的调节。
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、心得体会
通过这次的设计使我认识到我对单片机方面的知识知道的太少了，对于书本上的很多知识还不能灵活运用，有很多我们需要掌握的知识在等着我去学习，我会在以后的学习生活中弥补我所缺少的知识。
本次的设计使我从中学到了一些很重要的东西，那就是如何从理论到实践的转化，怎样将我所学到的知识运用到我以后的工作中去。
另外还了解了基于单片机的电子时钟的设计方法，但由于时间的原因，其中还有不明白的地方。
本次的设计使我从中学到了一些很重要的东西，那就是如何从理论到实践的转化，怎样将我所学到的知识运用到我以后的工作中去。
在大学的课堂的学习只是在给我们灌输专业知识，而我们应把所学的用到我们现实的生活中去，此次的电子时钟设计给我奠定了一个实践基础，我会在以后的学习、生活中磨练自己，使自己适应于以后的竞争，同时在查找资料的过程中我也学到了许多新的知识，在和同学协作过程中增进同学间的友谊，使我对团队精神的积极性和重要性有了更加充分的理解。
6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
主程序开始；
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;转到时间调整程序SETMM
;;1秒计时程序;;
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0MOVR0,#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0MOVR0,#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
;;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
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