单片机数码管时钟电路的设计1.docx
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单片机数码管时钟电路的设计1
课程设计报告
课程名称:
单片机原理及应用实践
题目单片机数码管时钟电路的设计
所在院系电气工程
班级09自动化1班
姓名王强
学号0901050121
指导教师徐曌
设计时间2012/11/5——2012/11/16
数码管时钟电路的设计
摘要:
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？
这就要求人们设计出新型时钟。
LED数码管时钟电路采用24小时计方式，时、分、秒用六位数码管显示。
电路采用AT89C2051单片机，使用5v电源供电，只使用一个按键即可进入调时、省电（不显示LED数码管）和正常显示三种状态。
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。
本文利用单片机实现数字时钟计时功能的主要内容，其中AT89C51是核心元件同时采用数码管动态显示“时”，“分”，“秒”的现代计时装置。
与传统机械表相比，它具有走时精确,显示直观等特点。
它的计时周期为24小时，显满刻度为“23时59分59秒”，另外具有校时功能，断电后有记忆功能，恢复供电时可实现计时同步等特点。
单片机SCM（SingleChipMicrocomputer），即MicroController，是把微型计算机主要部分都集成在一个芯片上的单芯片微型计算机。
主要包括了微处理器（CPU）、存储器（ROM、RAM）、输入/输出口（1/0口）和定时器/计数器、中断系统等功能部件[15]。
单片机自70年代出现以来，已经有了很大的发展，被广泛应用于机械、测量控制、工业自动化、智能接口和智能仪表等许多领域。
例如:
单片机与传统的机械产品相结合后简化产品结构，实现控制智能化，成为新一代的机、电一体化产品;利用单片机来构成各种工业控制系统、数据采集系统等;在大型工业测控系统中，单片机进行接口的控制与管理，与计算机主机并行工作，可以大大提高系统运行速度。
一数字钟的功能实现与设计方案
LED数码管时钟电路采用24小时计方式，时、分、秒用六位数码管显示。
电路采用AT89C2051单片机，使用5v电源供电，只使用一个按键即可进入调时、省电（不显示LED数码管）和正常显示三种状态。
1.1数字钟的设计要求及功能
利用AT89C2051来实现六位LED数码管的时钟，可以24h（小时）计时方式，分别显示时、分、秒，时分调整可通过触摸按键来实现。
数码管时钟电路，秒表/时钟计时器采用AT89C2051单片机最小化应用设计，采用共阳七段LED显示器，利用P3.7口的S1来对显示的时、分、秒进行调整。
在操作键时，其一对触点闭合或断开，将引起电压的变化。
此时，单片机可根据电压的变化来判断键的通断状态。
采用12MHz晶振可有利于提高秒计时的精确性
1.2方案的确定
LED数码管时钟电路采用24h计时方式，时、分、秒用六位数码管显示。
该电路采用AT89C2051单片机，使用5V电池供电，只使用一个按键开关即可进入调时、省电（不显示LED数码管）和正常显示三种状态。
为了实现LED显示器的数字显示，可以采用静态显示法和动态显示法，由于静态显示法需要数据锁存器等硬件，接口复杂一些，考虑时钟显示只有六位，且系统没有其它复杂的处理任务，所以决定采用动态扫描法实现LED的显示。
单片机采用易购的AT89C2051系列，这样单片机可具有足够的空余硬件资源实现其它的扩充功能,如考虑到要使用电池供电的话可采用LV系列单片机。
秒表/时钟计时器电路系统的总体设计框架如图1所示。
图1硬件系统的总体设计框架
二、系统总体方案设计
2.1硬件设计
数码管时钟电路如图图17-10-1所示，其采用动态扫描方式实现，P1口输出段码数据，p3.0~p3.5口作扫描输出，p3。
7接按钮开关。
为了提供LED数码管的驱动电流，用三极管9012作电源驱动输出。
为了提高秒计时器的精度，采用12Mhz晶振。
AT89C2051的功能：
AT89C2051是一个低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含2kbytes的可反复擦写的只读Flash程序存储器和128bytes的随机存取数据存储器（RAM），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MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，功能强大AT89C2051单片机可为您提供许多高性价比的应用场合。
AT89C2051是一个功能强大的单片机，但它只有20个引脚，15个双向输入/输出（I/O）端口，其中P1是一个完整的8位双向I/O口，两个外中断口，两个16位可编程定时计数器,两个全双向串行通信口，一个模拟比较放大器。
同时AT89C2051的时钟频率可以为零，即具备可用软件设置的睡眠省电功能，系统的唤醒方式有RAM、定时/计数器、串行口和外中断口，系统唤醒后即进入继续工作状态。
省电模式中，片内RAM将被冻结，时钟停止振荡，所有功能停止工作，直至系统被硬件复位方可继续运行。
图1数码管时钟电路
2.1软件设计
（1）主程序
设计中的计时采用定时器T0中断完成，其余状态循环调用显示子程序，当P3.7口开关按下时，转入调时子程序。
系统主程序流程图如图17-10-2示。
（2）显示子程序
数码管显示的数据存放在内存单元70H~75H中，其中70H~71H存放秒数据，72H~73H存放分数据，74H~75H存放时数据，每一地址单元内均为十进制BCD码。
由于采用软
件动态扫描实现数据显示功能，显示用十进制BCD码数据的对应段码存放在ROM表中。
显示时，先取出70H~75H某一地址中的数据，然后查得对应的显示用段码从P1口输出。
P3口将对应的数码管选中就能显示该地址单元的数据值。
（3）定时器T0中断服务程序
定时器T0用于时间计时。
定时溢出中断周期设为50ms，中断累计20次（即1s）是对秒单元进行加1操作。
时间计数单元分别在70H~71H（s）、72H~73H（min）、70H~71H（h）,7AH单元内存放“熄灭符”数据（#0AH）。
在计数单元采用十进制BCD码计数，满60进位。
T0中断服务程序流程图如图17-10-3示。
（4）T1中断服务程序
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，没过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就会间隔闪亮。
（5）调时功能程序
调试功能程序的设计方法是：
按下按键，若按下时间小于1秒，进入省电状态（数码管不亮，时钟不停），否则进入调分状态，等待操作，此时计时器停止走动。
当再次按下按钮时，若按下时间小于0.5秒则，则时间加1分钟；若按下时间大于0.5秒则进入小时调整状态。
在小时调整状态下，当按键按下的时间大于0.5秒退出调整状态，时钟继续走动。
三、系统软件工作流程图
3.1系统软件工作流程图
图2-系统软件工作流程图
LED数码管时钟显示电路的完整源程序
AT89C2051时钟程序
定时器T0、T1溢出周期为50MS，T0为秒计数用，T1为调整时闪烁用，
P3.7为调整按钮，P1口为字符输出口，采用共阳显示管。
3.2系统调试
硬件调试：
主要检查了电路板有无虚焊、短路、连线是否正常，尤其是单片机的各使能端的接线，I/O接口连线是否有误。
由于我们采用了六个数码管并联接入P2口的段选端，因此接线较多，经常容易出现管脚间短路现象。
这是硬件设计不足之处，今后将注意元件的选配使设计更简洁实用。
软件调试：
在LCA51仿真机上，对定时中断程序、显示子程序、按键中断子程序进行了分段调试，结果功能正常。
时钟计时检测：
通过与其它计时器对比观察发现数字时钟走时过快，检查定时中断程序发现T0的初始值设定有误，因此重新设置：
根据T0选择工作模式1，定时时间为50ms, focs=12MHz,
由 T=（2^16-T0初始值）×振荡周期×12
设T0的初始值为X，
则：
（2^16-X）×1/12×10^6s×12=50ms
X=15625,
转化二进制值为：
X=0011110010111010， 即TH=#3CH,TL=#0BAH
四、详细元器件清单
1.单片机仿真器
2.单片机仿真模块
3.Isis软件
4.Keil软件
5.计算机
五、总结：
在一年的单片机学习过程中，面对着如此厚重的一本教材，以及繁杂的记忆内容，不免觉得有点枯燥乏味，离开了实验的乐趣，也最终不知道自己现在所学课程的重要性和他的趣味性。
学习过程中不免将其仅仅作为一种知识的积累，直到最近的实验机会又教会了我许多，打开了我学习的一个视野，前所未有的一个看待学习的一个角度，也许是我接触实践太晚了吧。
加之上海参观实习，在所里的所见所闻，以及最近在实验室里和老板，和师兄聊天，接触了前沿的一些科研内容，总算觉着自己有英雄用武之地了。
在做这门实验的过程中，浏览了许多网络上的电子期刊，访问了很多电子企业的网站，认识了各种各样的电子产品，当然以单片机为主。
还了解了各种电子元件的参数，比方说传感器，三极管等以及他们在实际应用中的一些注意事项，对以前理论的东西有了更深层次的认识。
打开了自己学习方向的另一个广阔天地。
让自己对学习有了更大的兴趣和动力，并有了更明确的方向。
在比较了各种方案以后，我确定了方案：
数码管时钟电路的设计。
主要原因是他相对简单。
由于我是第一次作实践的东西，包括从确定方案到采购到成品都是第一次，另外考虑到这个实验的初衷及要达到的效果，我才选了这个相对简单的课题。
通过这次实践我学到了不少东西。
由于选题简单，在实验过程中未遇到太大的困难。
在实验中由于对三极管的不够熟悉，前期所做的仿真图都不能正确的运行，由于三极管的放大问题，导致数码管不能正常显示，最后在指导老师的提示下，拆除了数码管，从而使得系统能正常运行。
对于程序方面，结合网络上的资料，经过两天的调试，成功的编写出了程序。
通过本次本次实验，我学到了很多，也巩固了以前的单片机知识，在对单片机的理解上更进一步，通过理论与实践的结合，从而更深入的学习到了一些指令的运用，让我对单片机有了一个新的认识！
附录一、参考文献
1.《单片机原理及其接口技术》····························清华大学出本社
2.
附录二、程序
;*****************************************
;;AT89C2051秒表/时钟程序;;
;*****************************************
;定时器T0、T1溢出周期为MS，T0为秒计数用，T1为调整时闪烁用，
;P3.7为调整按钮，P1口为字符输出口，采用共阳显示管。
;*****************************************
;;中断入口程序;;
;*****************************************
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INTT0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;;
;*****************************************
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;1s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;;
;*****************************************
;T0中断服务程序
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行
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（1s）重赋初值
MOVR0,#71H;指向秒计时单元（71H-72H）
ACALLADD1;调用加1程序（加1s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60s时中断退出
ACALLCLR0;大于或等于60s时对秒计时时单元清零
MOVR0,#77H;指向分计时单元（76H-77H）
ACALLADD1;分计时单元加1min
MOVA,R3;分数据放入A
CLRC;清进位标志
CJNEA,#60H,ADDHH;
ADDHH:
JCOUTT0;小于60s时对秒计时单元清0
ACALLCLR0;大于或等于60min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1h
MOVA,R3;时数据放入A
CLRC;清进位标志
CJNEA,#24H,HOUR;
HOUR:
JCOUTT0;小于24h小时计时单元清0
ACALLCLR0;大于或等于24h小时计时单元清0
OUTT0:
MOV72H,76H;中断退出时将分、时计时单元数据移入对应显示单元
MOV73H,77H;
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;0.3s未到退出中断（50ms中断6次）
MOVR2,#06H;重装0.3s定时用初值
CPL02H;0.3s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-73H），将不显示分数据
MOV74H,78H;
MOV75H,79H;
AJMPINTT1OUT;转中断退出
FLASH2:
MOV72H,76H;01H位为1时，“熄灭符”数据放入小时
MOV73H,77H;显示单元（74H-75H），小时数据将不显示
MOV74H,7AH;
MOV75H,7AH;
AJMPINTT1OUT;转中断退出
;*****************************************
;;加子程序;;
;*****************************************
ADD1:
MOVA,@R0;取当前计时单元数据到A
DECR0;指向前一地址
SWAPA;A中数据高4位与低4位交换
ORLA,@R0;前一地址中数据放入A中低4位
ADDA,#01H;A加1操作
DAA;十进制调整
MOVR3,A;移入R3寄存器
ANLA,#0FH;高4位变0
MOV@R0,A;放回前一地址单元
MOVA,R3;取回R3中暂存数据
INCR0;指向当前地址单元
SWAPA;A中数据高4位与低4位交换
ANLA,#0FH;高4位变0
MOV@R0,A;数据放入当前地址单元中
RET;子程序返回
;*****************************************
;;清零程序;;
;*****************************************
;对计时单元复零用
CLR0:
CLRA;清累加器
MOV@R0,A;清当前地址单元
DECR0;指向前一地址
MOV@R0,A;前一地址单元清0
RET;子程序返回
;*****************************************
;;时钟调整程序;;
;*****************************************
;当调时按键按下时进入此程序
SETMM:
CLRET0;关定时器T0中断
CLRTR0;关闭定时器T0
LCALLDL1S;调用1s延时程序
JBP3.7,CLOSEDIS;键按下时间小于1s，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;P3.0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0.5s
JNBP3.7,SETHH;按下时间大于0.5s转调小时状态
MOVR0,#77H;按下时间小于0.5s加1min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，调显示子程序延时消抖
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0.5s
JNBP3.7,SETOUT;按下时间大于0.5s退出时间调整
MOVR0,#79H;按下时间小于0.5s加1h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;调时退出的程序，等待键释放
LCALLDISPLAY;延时消抖
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
升级会员 