简易电子时钟设计.docx

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简易电子时钟设计

基于单片机的简易电子时钟设计

1设计任务与要求

1.1设计背景

数字钟已成为人们日常生活中必不可少的必需品，广泛用于个人家庭以及办公室等公共场所，给人们的生活、学习、工作、娱乐带来极大的方便。

由于数字集成电路技术的开展和采用了先进的石英技术，使数字钟具有走时准确、性能稳定、携带方便等优点，它还用于计时、自动报时及自动控制等各个领域。

尽管目前市场上已有现成的数字钟集成电路芯片出售，价格廉价、使用也方便，但鉴于单片机的定时器功能也可以完成数字钟电路的设计，因此进展数字钟的设计是必要的。

在这里我们将已学过的比拟零散的数字电路的知识有机的、系统的联系起来用于实际，来培养我们的综合分析和设计电路，写程序、调试电路的能力。

单片机具有体积小、功能强可靠性高、价格低廉等一系列优点，不仅已成为工业测控领域普遍采用的智能化控制工具，而且已渗入到人们工作和和生活的各个角落，有力地推动了各行业的技术改造和产品的更新换代，应用前景广阔。

1.2 课程设计目的

（1）稳固、加深和扩大单片机应用的知识面，提高综合及灵活运用所学知识解决工业控制的能力；

（2）培养针对课题需要，选择和查阅有关手册、图表及文献资料的自学能力，提高组成系统、编程、调试的动手能力；

（3）过对课题设计方案的分析、选择、比拟、熟悉单片机用系统开发、研制的过程，软硬件设计的方法、内容及步骤。

1.3设计要求

1〕．时制式为24小时制。

2〕．采用LED数码管显示时、分，秒采用数字显示。

3〕．具有方便的时间调校功能。

4〕．计时稳定度高，可准确校正计时精度。

2总体方案设计

2.1实现时钟计时的根本方法

利用MCS-51系列单片机的可编程定时/计数器、中断系统来实现时钟计数。

（1）计数初值计算:

把定时器设为工作方式1，定时时间为50ms，那么计数溢出20次即得时钟计时最小单

2.4.1计时方案

利用AT89S51单片机内部的定时/计数器进展中断时，配合软件延时实现时、分、秒的计时。

该方案节省硬件本钱，且能使读者在定时/计数器的使用、中断及程序设计方面得到锻炼与提高，对单片机的指令系统能有更深入的了解，从而对学好单片机技术这门课程起到一定的作用。

2.4.2控制方案

AT89S51的P0口和P2口外接由八个LED数码管（LED8～LED1）构成的显示器，用P0口作LED的段码输出口，P2口作八个LED数码管的位控输出线，P1口外接四个按键A、B、C构成键盘电路。

AT89S51是一种低功耗，高性能的CMOS8位微型计算机。

它带有8KFlash可编程和擦除的只读存储器〔EPROM〕，该器件采用ATMEL的高密度非易失性存储器技术制造，与工业上标准的80C51和80C52的指令系统及引脚兼容，片内Flash集成在一个芯片上，可用与解决复杂的问题，且本钱较低。

简易电子钟的功能不复杂，采用其现有的I/O便可完成，所以本设计中采用此的设计方案。

3系统硬件电路设计

根据以上的电子时钟的设计要求可以分为以下的几个硬件电路模块：

单片机模块、数码显示模块与按键模块，模块之间的关系图如下面得方框电路图1所示。

图1硬件电路方框图

3.1单片机模块设计

3．1．1芯片分析

AT89C51单片机引脚图如下：

图2AT89C51引脚图

MCS-51单片机是标准的40引脚双列直插式集成电路芯片，其各引脚功能如下：

VCC：

+5V电源。

VSS：

接地。

RST：

复位信号。

当输入的复位信号延续两个机器周期以上的高电平时即为有效，用完成单片机的复位初始化操作。

XTAL1和XTAL2：

外接晶体引线端。

当使用芯片内部时钟时，此二引线端用于外接石英晶体和微调电容；当使用外部时钟时，用于接外部时钟脉冲信号。

P0口：

P0口为一个8位漏极开路双向I/O口，当作输出口使用时，必须接上拉电阻才能有高电平输出；当作输入口使用时，必须先向电路中的锁存器写入“1〞，使FET截止，以防止锁存器为“0〞状态时对引脚读入的干扰。

P1口：

P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，它不再需要多路转接电路MUX；因此它作为输出口使用时，无需再外接上拉电阻，当作为输入口使用时，同样也需先向其锁存器写“1〞，使输出驱动电路的FET截止。

P2口：

P2口电路比P1口电路多了一个多路转接电路MUX，这又正好与P0口一样。

P2口可以作为通用的I/O口使用，这时多路转接电路开关倒向锁丰存器Q端。

P3口：

P3口特点在于，为适应引脚信号第二功能的需要，增加了第二功能控制逻辑。

当作为I/O口使用时，第二功能信号引线应保持高电平，与非门开通，以维持从锁存器到输出端数据输出通路的畅通。

当输出第二功能信号时，该位应应置“1〞，使与非门对第二功能信号的输出是畅通的，从而实现第二功能信号的输出，具体第二功能如表1所示。

3.1.2晶振电路

右图所示为时钟电路原理图，在AT89S51芯片内部有一个高增益反相放大器，其输入端为芯片引脚XTAL1，输出端为引脚XTAL2。

而在芯片内部，XTAL1和XTAL2之间跨接晶体振荡器和微调电容，从而构成一个稳定的自激振荡器。

时钟电路产生的振荡脉冲经过触发器进展二分频之后，才成为单片机的时钟脉冲信号。

图3晶振电路

3.1.3复位电路

单片机复位的条件是：

必须使RST/VPD或RST引〔9〕加上持续两个机器周期〔即24个振荡周期〕的高电平。

例如，假设时钟频率为12MHz，每机器周期为1μs，那么只需2μs以上时间的高电平，在RST引脚出现高电平后的第二个机器周期执行复位。

单片机常见的复位如下图。

电路为上电复位电路，它是利用电容充电来实现的。

在接电瞬间，RESET端的电位与VCC一样，随着充电电流的减少，RESET的电位逐渐下降。

只要保证RESET为高电平的时间大于两个机器周期，便能正常复位。

该电路除具有上电复位功能外，假设要复位，只需按图中的RESET键，此时电源VCC经电阻R1、R2分压，在RESET端产生一个复位高电平。

图4　单片机复位电路

3.2数码显示模块设计

系统采用动态显示方式，用P0口来控制LED数码管的段控线，而用P2口来控制其位控线。

动态显示通常都是采用动态扫描的方法进展显示，即循环点亮每一个数码管，这样虽然在任何时刻都只有一位数码管被点亮，但由于人眼存在视觉残留效应，只要每位数码管间隔时间足够短，就可以给人以同时显示的感觉。

图5数码显示电路

3.3按键模块

下列图为按键模块电路原理图，A为复位键，B为时钟调控键，C为分钟调控键。

图6按键模块电路原理图

4、系统软件设计

4.1软件设计分析

在编程上，首先进展了初始化，定义程序的的入口地址以及中断的入口地址，在主程序开场定义了一组固定单元用来储存计数的时.分.秒，在显示初值之后，进入主循环。

在主程序中，对不同的按键进展扫描，实现秒表，时间调整，复位清零等功能，系统总流程图如下列图7：

图7系统总体流程图

4.2源程序清单

ORG0000H

MOV30H,#1设置时钟的起始时间12.00.00，分配显示数据内存

MOV31H,#2

MOV32H,#0

MOV33H,#0

MOV34H,#0

MOV35H,#0

MOVTMOD,#01启动计数器

XS0:

SETBTR0使TRO位置1

MOVTH0,#00H计数器置零

MOVTL0,#00H

XS:

MOV40H,#0FEH扫描控制字初值

MOVDPTR,#TAB取段码表地址

MOVP2,40H从P2口输出

MOVA,30H取显示数据到A

MOVCA,A+DPTR查显示数据对应段码

MOVP0,A段码放入P0中

LCALLYS1MS显示1MS

MOVP0,#0FFHPO端口清零

MOVA,40H取扫描控制字放入A中

RLAA中数据循环左移

MOV40H,A放回40H地址段内

MOVP2,40H

MOVA,31H

ADDA,#10进位显示

MOVCA,A+DPTR

MOVP0,A

LCALLYS1MS

MOVP0,#0FFH

MOVA,40H

RLA

MOV40H,A

MOVP2,40H

MOVA,32H

MOVCA,A+DPTR

MOVP0,A

LCALLYS1MS

MOVP0,#0FFH

MOVA,40H

RLA

MOV40H,A

MOVP2,40H

MOVA,33H

ADDA,#10

MOVCA,A+DPTR

MOVP0,A

LCALLYS1MS

MOVP0,#0FFH

MOVA,40H

RLA

MOV40H,A

MOVP2,40H

MOVA,34H

MOVCA,A+DPTR

MOVP0,A

LCALLYS1MS

MOVP0,#0FFH

MOVA,40H

RLA

MOV40H,A

MOVP2,40H

MOVA,35H

MOVCA,A+DPTR

MOVP0,A

LCALLYS1MS

MOVP0,#0FFH

MOVA,40H

RLA

MOV40H,A

TF0,JIA如果TF0为1时，那么执行JIA，否那么顺序执行

JNBP1.0,P100为0那么转移到P100

JNBP1.1,P1000为0那么转移到P1000

JNBP1.2,P10000为0那么转移到P10000

AJMPXS跳转到XS

P100:

MOV30H,#0清零程序

MOV31H,#0

MOV32H,#0

MOV33H,#0

MOV34H,#0

MOV35H,#0

JIA:

CLRTF0TF0清零

MOVA,35H秒单位数据到A

CJNEA,#9,JIA1与9进展比拟，大于9就转移到JIA1

MOV35H,0秒个位清零

MOVA,34H秒十位数据到A

CJNEA,#5,JIA10与5进展比拟，大于5就转移到JIA10

MOV34H,#0秒十位清零

P10000:

JNBP1.2,P10000为0那么转移到P10000

MOVA,33H取分的个位到A

CJNEA,#9,JIA100与9进展比拟，大于9就转移到JIA100

MOV33H,#0分的个位清零

MOVA,32H分十位数据到A

CJNEA,#5,JIA1000与5进展比拟，大于5就转移到JIA1000

MOV32H,#0分的十位清零

P1000:

JNBP1.1,P1000为0那么转移到P1000

MOVA,31H时个位数据到A

CJNEA,#9,JIA10000与9进展比拟，大于9就转移到JIA10000

MOV31H,#0时的个位清零

MOVA,30H时十位数据到A

CJNEA,#2,JIA100000与2进展比拟，大于5就转移到JIA100000

MOV30H,#0时的十位清零

AJMPXS0转移到XSO

JIA100000:

INC30H加1

AJMPXS0跳转到XS0

JIA10000:

CJNEA,#3,JIAJIA与3进展比拟，大于那么转移到JIAJIA

MOVA,30H将时的十位放到A

CJNEA,#02,JIAJIA与2进展比拟，大于那么转移到JIAJIA

MOV30H