基于单片机AT89C51的电子时钟的课程设计.docx
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基于单片机AT89C51的电子时钟的课程设计
名称基于单片机的电子时钟的设计
目录
第一章电子时钟1
1.1电子时钟简介1
1.2电子时钟的基本特点1
1.3电子时钟的原理1
第二章单片机识的相关知识2
2.1单片机简介2
2.2单片机的发展史2
2.3单片机的特点3
2.489C51单片机介绍3
第三章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系统工作原理7
3.5整个电路原理图9
第四章控制系统的软件设计10
4.1程序设计10
4.2程序流程图13
4.3伟福硬件仿真器简介14
4.4仿真图及结果分析15
第五章附录程序17
第六章结束语19
参考文献20
第一章电子时钟
1.1电子时钟简介
本作品采用Atmel公司的AT89C51单片机，以汇编语言为程序设计的基础，设计一个用四位数码管显示时、分的时钟。
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。
第二章单片机识的相关知识
2.1单片机简介
单片机是指一个集成在一块芯片上的完整计算机系统。
尽管他的大部分功能集成在一块小芯片上，但是它具有一个完整计算机所需要的大部分部件：
CPU、内存、内部和外部总线系统，目前大部分还会具有外存。
同时集成诸如通讯接口、定时器，实时时钟等外围设备。
而现在最强大的单片机系统甚至可以将声音、图像、网络、复杂的输入输出系统集成在一块芯片上。
2.2单片机的发展史
单片机诞生于20世纪70年代末，经历了SCM、MCU、SoC三大阶段。
起初模型
1.SCM即单片微型计算机（SingleChipMicrocomputer）阶段，主要是寻求最佳的单片形态嵌入式系统的最佳体系结构。
“创新模式”获得成功，奠定了SCM与通用计算机完全不同的发展道路。
在开创嵌入式系统独立发展道路上，Intel公司功不可没。
MicroControllerUnit
2.MCU即微控制器（MicroControllerUnit）阶段，主要的技术发展方向是：
不断扩展满足嵌入式应用时，对象系统要求的各种外围电路与接口电路，突显其对象的智能化控制能力。
它所涉及的领域都与对象系统相关，因此，发展MCU的重任不可避免地落在电气、电子技术厂家。
从这一角度来看，Intel逐渐淡出MCU的发展也有其客观因素。
在发展MCU方面，最著名的厂家当数Philips公司。
Philips公司以其在嵌入式应用方面的巨大优势，将MCS-51从单片微型计算机迅速发展到微控制器。
因此，当我们回顾嵌入式系统发展道路时，不要忘记Intel和Philips的历史功绩。
嵌入式系统
单片机是嵌入式系统的独立发展之路，向MCU阶段发展的重要因素，就是寻求应用系统在芯片上的最大化解决；因此，专用单片机的发展自然形成了SoC化趋势。
随着微电子技术、IC设计、EDA工具的发展，基于SoC的单片机应用系统设计会有较大的发展。
因此，对单片机的理解可以从单片微型计算机、单片微控制器延伸到单片应用系统。
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应用的需求时，均可在外部进行扩展，与许多通用的微机接口芯片兼容，给应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。
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）。
o
图2.189C51单片机
第三章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
经多方论证硬件我们小组采用AT89C51单片机和7SED六位共阴极数码管等来实现单片机电子时钟的功能，详细元器件列表如表3.1所示：
表3.1详细元器件列表
AT89c51
1片
7SED六位共阴极数码管
1片
NPN三极管
6个
10uf电容
1个
30p电容
2个
10K电阻
11个
360欧姆电阻
8个
1.5k欧姆电阻
8个
开关
1个
3.4系统工作原理
（1）单片机发送的信号通过程序控制最终在数码管上显示出来。
（2）单片机通过输出各种电脉冲信号来驱动控制各部分正常工作。
（3）为使时钟走时与标准时间一致，校时电路是必不可少的，键盘用来校正数码管上显示的时间。
（4）设计的电路主要由三模块构成：
单片机控制电路，显示电路、及校正电路。
此设计原理框图如图3-3所示，此电路包括以下三个部分：
单片机，键盘及显示电路
图3.3设计原理框图
本设计采用汇编语言程序设计，使单片机控制数码管显示时、分、秒，当秒计数计满60时就向分进位，分计数器计满60后向时计数器进位，小时计数器按“23翻0”规律计数。
时、分、秒的计数结果经过数据处理可直接送显示器显示。
当计时发生误差的时候可以用校时电路进行校正。
设计采用的是时、分、秒显示，单片机对数据进行处理同时在数码管上显示
3.5整个电路原理图
图3.4系统电路原理图
第四章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。
我们用定时器1采用方式1定时，M=65536，如果要求定时时间为50ms，采用12MHz晶振，则机器周期为1us，由（65536—Z）*1=50*1000得
Z=65536-50000=15536=3CB0H
将3C、B0H分别预置给TH1、TL1，即TH1=3CH，TH=0B0H
根据需要开始定时器/计数器工作------将TR0或TR1置“1”。
GATE=0时，直接由软件置位启动，即SETBTR0或SETBTR1;GATE=1时，除软件置位外，还必须在外中断引脚（P3.3）处输入高电平值才能启动。
定时计数中断程序：
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
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..3,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:
JNBP3.3,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:
JBP3.3,SET3;等待键按下
LCALLDL05S;有键按下，延时0.5秒
JNBP3.3,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:
JBP3.3,CLOSE;无按键按下，等待。
LCALLDISPLAY;有键按下，调显示子程序延时削抖
JBP3.3,CLOSE;是干扰返回CLOSE等待
WAITH:
JNBP3.3,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:
JNBP3.3,SET5;等待键释放
SETB01H;小时调整标志置1
SET6:
JBP3.3,SET7;等待按键按下
LCALLDL05S;有键按下延时0.5秒
JNBP3.3,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:
JNBP3.3,SETOUT1;调时退出程序。
等待键释放
LCALLDISPLAY;延时削抖
JNBP3.3,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
主程序
主程序主要是循环调用显示子程序及键盘扫描功能设置子程序，其流程图如图4.1所示。
图4.1主程序框图
定时中断子程序
时间计时使用定时器t0完成，中断定时周期设为50ms。
中断进入后，判断时钟计时累计中断到20次（即1s）时，对秒计数单元进行加1操作。
计时单元的最大值为23时59分59秒。
在计数单元中采用十进制BCD码计数，满60进位。
T0中断服务程序流程图如图4.2所示。
图4.2中断服务程序流程图
T1中断服务程序用于指示调整单元数字的亮闪。
在时间调整状态下，每过0.3秒，将对应单元的显示数据换成“熄灭符”数据（#0AH）。
这样在调整时间时，对应调整单元的显示数据会间隔闪亮。
T1中断服务程序流程图如图4.3所示。
图4.3中断服务程序
4.3伟福硬件仿真器简介
主机+POD（仿真头）组合，通过更换POD，可以对各种CPU进行仿真。
对待不同的应用场合，用户往往会选择不同的CPU，从而需要更换仿真器，伟福仿真软件WINDOWS版本支持本公司多种仿真器。
支持多类CPU仿真。
仿真器则采用主机+POD组合，通过更换不同的POD，可对各种不同类型的单片机进行仿真。
为用户提供了一种灵活的多CPU仿真系统。
1．双平台
DOS版本，WINDOWS版本。
其中WINDOWS版本功能强大。
中文界面，英文界面可任选，用户源程序的大小不再有任何限制，支持ASM，C，PLM语言混合编程，具有项目管理功能，为用户的资源共享，课题重组提供强有力的手段。
支持点屏显示，用鼠标左键
点一下源程序中的某一变量，即可显示该变量的数值。
有丰富的窗口显示方式，多方位，动态地显示仿真的各种过程，使用极为便利。
本操作系统一经推出，立即被广大用户所喜爱。
2．双工作模式
1软件模拟仿真（不要仿真器也能模拟仿真）。
2硬件仿真。
双CPU结构，100%不占用户资源。
全空间硬件断点，不受任何条件限制，支持地址、数据、外部信号、事件断点、支持
实时断点计数、软件运行时间统计。
3．双集成环境
编辑、编译、下载、调试全部集中在一个环境下。
飞利蒲公司的552．LPC764．DALLAS320，华邦438等51增强型CPU。
为了跟上形势，现在很多工程师需要面对和掌握不同和项目管理器、编辑器、编译器。
他们由不多种仿真器，多类CPU仿真全部集成在一个环境下。
可仿真51系列，196系列，PIC系列，同的厂家开发，相互不兼容，使用不同的界面。
学习使用都很吃力。
伟福WINDOWS调试软件为您提供了一个全集成环境，统一的界面，包含一个项目管理器，一个功能强大的编辑器，汇编Make、Build和调试工具并提供一个与第三方编译器的接口。
4.4仿真图及结果分析
单片机右上角红色发光二极管秒灯，每闪烁一次表示时间走动一秒钟；按键正下方黑色按键是设置灯，当时间正常走动时此时灯亮，当第一次按下设置键时，同时秒时熄灭，且分钟的两位数码管出现闪烁，时间停止走动，进入校时状态，表示此时可以进行分钟的调整，当按一次加一键（调整键）可实现分钟的加一功能，分钟以60分为极限，超出60分则返回数值0，从0再重新算起；如果再次按下设置键时，这时秒灯和设置灯仍旧保持熄灭和点亮状态，表示分钟的数码管停止闪烁，反过来表示小时的两位数码管则开始闪烁，此时可进行小时的调整，按加1键可实现小时的加1功能，小时调整以24为上限，同样超出24小时则从新回0；当第三次按下设置键时，数码管停止闪烁，设置灯熄灭，秒灯重新闪烁，时间以设定值计时。
图4.4伟福软件模拟图
第五章附录程序
ORG0000H
LJMPSTART
ORG0003H
RETI
ORG000BH
LJMPINTT0
ORG0013H
RETI
ORG001BH
LJMPINTT1
ORG0023H
RETI
ORG002BH
RETI
START:
MOVR0,#70H
MOVR7,#0BH
MOV20H,#00H
CLEARDISP:
MOV@R0,#00H
INCR0
DJNZR7,CLEARDISP
MOV7AH,#0AH
MOVTMOD,#11H
MOVTL0,#0B0H
MOVTH0,#3CH
MOVTL1,#0B0H
MOVTH1,#3CH
SETBEA
SETBET0
SETBTR0
MOVR4,#14H
START1:
LCALLDISPLAY
JNBP3.3,SETMM1
SJMPSTART1
SETMM1:
LJMPSETMM
INTT0:
PUSHACC
PUSHPSW
CLRET0
CLRTR0
MOVA,#0B7H
ADDA,TL0
MOVTL0,A
MOVA,#3CH
ADDA,TH0
MOVTH0,A
SETBTR0
DJNZR4,OUTT0
ADDSS:
MOVR4,#14H
MOVR0,#71H
ACALLADD1
MOVA,R3
CLRC
CJNEA,#60H,ADDMM
ADDMM:
JCOUTT0
ACALLCLR0
MOVR0,#77H
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