丁浩单片机电子时钟方案设计书.docx
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丁浩单片机电子时钟方案设计书
单片机电子时钟的设计
摘要
单片机自20世纪70年代问世以来，以其极高的性能价格比，受到人们的重视和关注，应用很广、发展很快。
单片机体积小、重量轻、抗干扰能力强、环境要求不高、价格低廉、可靠性高、灵活性好、开发较为容易。
由于具有上述优点，在我国，单片机已广泛地应用在工业自动化控制、自动检测、智能仪器仪表、家用电器、电力电子、机电一体化设备等各个方面，而51单片机是各单片机中最为典型和最有代表性的一种。
这次毕业设计通过对它的学习、应用，以AT89S51芯片为核心，辅以必要的电路，设计了一个简易的电子时钟，它由4.5V直流电源供电，通过数码管能够准确显示时间，调整时间，从而到达学习、设计、开发软、硬件的能力。
关键词：
单片机；AT89S52
第一章前言
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，人们对时间计量的精度要求越来越高，应用越来越广。
时钟电路在计算机系统中起着非常重要的作用，是保证系统正常工作的基础。
在一个单片机应用系统中，时钟有两方面的含义：
一是指为保障系统正常工作的基准振荡定时信号，主要由晶振和外围电路组成，晶振频率的大小决定了单片机系统工作的快慢；二是指系统的标准定时时钟，即定时时间，它通常有两种实现方法：
一是用软件实现，即用单片机内部的可编程定时/计数器来实现，但误差很大，主要用在对时间精度要求不高的场合；二是用专门的时钟芯片实现，在对时间精度要求很高的情况下，通常采用这种方法，典型的时钟芯片有：
DS1302，DS12887，X1203等都可以满足高精度的要求。
本文主要介绍用单片机内部的定时/计数器来实现电子时钟的方法，本设计由单片机AT89S51芯片和LED数码管为核心，辅以必要的电路，构成了一个单片机电子时钟。
第二章方案论证与比较
2.1数字时钟方案
数字时钟是本设计的最主要的部分。
根据需要，可利用两种方案实现。
方案一：
本方案采用Dallas公司的专用时钟芯片DS12887A。
该芯片内部采用石英晶体振荡器，其芯片精度不大于10ms/年，且具有完备的时钟闹钟功能，因此，可直接对其以用于显示或设置，使得软件编程相对简单。
方案二：
本方案完全用软件实现数字时钟。
原理为：
在单片机内部存储器设三个字节分别存放时钟的时、分、秒信息。
利用定时器与软件结合实现1秒定时中断，每产生一次中断，存储器内相应的秒值加1；若秒值达到60，则将其清零，并将相应的分字节值加1；若分值达到60，则清零分字节，并将时字节值加1；若时值达到24，则将十字节清零。
该方案具有硬件电路简单的特点。
基于硬件电路的考虑，本设计采用方案二完成数字时钟的功能。
2.2数码管显示方案
方案一：
静态显示。
该方式每一位都需要一个8位输出口控制。
静态显示时较小的电流能获得较高的亮度，且字符不闪烁。
但当所显示的位数较多时，静态显示所需的I/O口太多，造成了资源的浪费。
方案二：
动态显示。
利用人的视觉暂留功能可以看到整个显示，但必须保证扫描速度足够快，字符才不闪烁。
调整参数可以实现较高稳定度的显示。
动态显示节省了I/O口，降低了能耗。
从节省I/O口和降低能耗出发，本设计采用方案二。
第三章系统设计
3.1总体设计
3.1.1系统说明
利用单片机（AT89S51）制作简易电子时钟，由六个LED数码管分别显示小时十位、小时个位、分钟十位、分钟个位、秒钟十位、秒钟个位。
6个PNP管（9012）分别控制六个数码管的亮灭，一个按键用于时间调整。
3.1.2系统框图
图3-1
3.2模块设计
3.2.1电源部分
图3-2
如图3-2所示，从外部引入4.5V的直流电，为单片机、复位电路提供电源。
3.2.2复位电路
图3-3
如图3-3所示，复位电路主要由型号为1N4148的二极管，型号为10UF/16V的电解电容，型号为104的瓷片电容，10K的电阻以及按键S1构成，S1接芯片的相应引脚RST，当开关按下时引脚RST为高电平1，断开时引脚为低电平0。
3.2.3程序下载接口
图3-4
如图3-4所示，由AT89SISP构成的两排十针下载口，板图上有一个小方框，为1号引角；下载线的凸口为正方向，凸口的右侧边的第一个插孔为1号引角。
3.2.4位选部分
图3-5
图3-5为位选电路，三极管的集电极接数码管的公共端，当P2口对应的引脚输出高电平时三极管导通，对应的数码管显示数据。
这样，在同一时刻，6位LED中只有选通的那1位显示出字符，而其他5位则是熄灭的。
3.2.5数码管的连接电路
图3-6
图3-6为数码管的引脚图，每位的段码线（a,b,c,d,e,f,g,dp）分别与1个8位的锁存器输出相连，由AT89S51控制组合0－9十个数据，如令其显示1则b,c引脚（即2，3引脚）送高电平，此时数码管显示1。
由于各位的段码线并联，8位I/O口输出段码对各个显示位来说都是相同的。
3.2.6控制部分
图3-7
AT89S51提供以下标准功能：
4K字节Flash闪速存储器，128字节内部RAM，32I/O口线，看门狗（WDT），两个数据指针，两个16位定时/计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。
如图3-7所示，AT89S51有40引脚，双列直插（DIP）封装，所用引脚功能如下：
VCC——运行时加＋4.5V
GND——接地
XTAL1——振荡器反相放大器及内部时钟发生器的输入端
XTAL2——振荡器反相放大器的输出端
RST——复位输入，高电平有效，在晶振工作时，在RST引脚上作用2个机器周期以上的高电平，将使单片机复位。
WDT溢出将使该引脚输出高电平，设置SFTAUXR的DISRTO位（地址8EH）可打开或关闭该功能。
EA/VPP——片外程序存储器访问允许信号。
欲使CPU仅访问外部程序存储器（地址为0000H-FFFFH），EA端必须保持低电平（接地），如果EA端为高电平（接Vcc端），CPU则执行内部程序存储器中的指令。
无自锁开关——（S2－P3.7）开关接相应引脚P3.7，当开关按下时，相应引脚为低电平0，断开时引脚为高电平1。
第四章原理图与PCB图
图4-1
图4-2
第五章软件设计
5.1程序流程图
5.2源程序
表5-1P1口对应段码及数值：
显示数字
P1.7
P1.6
P1.5
P1.4
P1.3
P1.2
P1.1
P1.0
16进制代码
dp
g
f
e
d
c
b
a
0
0
0
1
1
1
1
1
1
3FH
1
0
0
0
0
0
1
1
0
06H
2
0
1
0
1
1
0
1
1
5BH
3
0
1
0
0
1
1
1
1
4FH
4
0
1
1
0
0
1
1
0
66H
5
0
1
1
0
1
1
0
1
6DH
6
0
1
1
1
1
1
0
1
7DH
7
0
0
0
0
0
1
1
1
07H
8
0
1
1
1
1
1
1
1
7FH
9
0
1
1
0
1
1
1
1
6FH
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中断入口程序。
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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
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主程序。
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START:
MOVR0,#70H。
清70H-7AH共11个内存单元
MOVR7,#0BH
。
clrP3.7。
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
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1秒计时程序。
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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（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
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闪动调时程序。
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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。
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
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加1子程序。
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ADD1:
MOVA,@R0。
取当前计时单元数据到A
DECR0。
指向前一地址
SWAPA。
A中数据高四位与低四位交换
ORLA,@R0。
前一地址中数据放入A中低四位
ADDA,#01H。
A加1操作
DAA。
十进制调整
MOVR3,A。
移入R3寄存器
ANLA,#0FH。
高四位变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中数据高四位与低四位交换
ANLA,#0FH。
高四位变0
MOV@R0,A。
数据放入当削地址单元中
RET。
子程序返回
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清零程序。
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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
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时钟调整程序。
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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。
LCALLCLR0。
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
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。
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。
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。
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。
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
。
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显示程序。
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。
显示数据在70H-75H单元内，用六位LED共阳数码管显示，P0口输出段码数据，P3口作
。
扫描控制，每个LED数码管亮1MS时间再逐位循环。
DISPLAY:
MOVR1,#70H。
指向显示数据首址
MOVR5,#0FEH。
扫描控制字初值
PLAY:
MOVA,R5。
扫描字放入A
MOVP2,A。
从P2口输出
MOVA,@R1。
取显示数据到A
MOVDPTR,#TAB。
取段码表地址
MOVCA,@A+DPTR。
查显示数据对应段码
MOVP1,A。
段码放入P0口
LCALLDL1MS。
显示1MS
INCR1。
指向下一地址
MOVA,R5。
扫描控制字放入A
JNBACC.5,ENDOUT。
RLA。
A中数据循环左移
MOVR5,A。
放回R5内
AJMPPLAY。
跳回PLAY循环
ENDOUT:
SETBP2.5。
MOVP1,#0FFH。
P0口复位
RET。
子程序返回
TAB:
DB3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H,7FH,6FH
。
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
。
延时程序，用作按键时间的长短判断
DL1S:
LCALLDL05S
LCALLDL05S
RET
DL05S:
MOVR3,#20H。
8毫秒*32=0.196秒
DL05S1:
LCALLDISPLAY
DJNZR3,DL05S1
RET
END。
程序结束
第六章总结
6.1物品清单与元件特性
表6-1物品清单：
元件名称
规格型号
单位
数量
瓷片电容
104
只
1
瓷片电容
30P
只
2
电解电容
47UF/16V
只
1
电解电容
10UF/16V
只
2
电阻
10k
只
1
电阻
4.7k
只
6
芯片
AT89S51
片
1
芯片座
DIP40
只
1
无源晶振
12M
只
1
7段数码管
0.5寸/共阴
只
6
三极管
9012
个
6
二极管
1N4148
只
1
按键
无自锁
只
2
单排插针
条
1
双排插针
条
1
电池盒
个
1
电路板
9.55*5.664
CM2
1
表6-2AT89S51功能特性：
·兼容MCS-51指令系统
·4k可反复擦写（>1000次）ISPFlashROM
·32个可编程I/O口
·4.0-5.5V工作电压范围
·2个16位可编程定时/计数器
·全静态工作模式：
时钟频率0-33MHz
·全双工UART串行中断口线
·128x8bit内部RAM
·6个中断源
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