基于单片机AT89S51控制的数字时钟课程设计报告.docx
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基于单片机AT89S51控制的数字时钟课程设计报告
宁波技师学院
课程设计报告
论文题目基于AT89S51控制的数字时钟
专业班级
学生姓名___
学号___
指导教师______________
宁波技师学院电气技术系
二零一三年九月
摘要
本系统采用MSC-51系列单片机以AT89S51为中心器件来设计多功能数字时钟。
文中详细介绍了51单片机应用中的数据转换显示，数码管显示原理，动态扫描显示原理，单片机的定时中断原理。
该时钟系统能实现时钟日历的功能：
能进行时、分、秒的显示;也具有日历计算、显示和时钟，日历的校准、定时时间的设定，实现秒表，整点报时等功能
关键词：
AT89S51；74LS245；原理；时钟；单片机
目录
1引言4
2总体设计方案5
2.1系统总体结构框图5
3硬件设计6
3.1复位电路6
3.2晶振电路6
3.3数码管原理图7
3.3.1AT89S51的管脚说明8
4软件设计9
4.1主程序流程图9
5制作和调试中遇到的问题和解决方法9
6结论10
7致谢10
8参考文献10
附录1C语言程序11
附录2硬件接线图24
附录3系统仿真图25
1引言
近年来随着科技的飞速发展,单片机的应用正在不断地走向深入,同时带动传统控制检测日新月异更新.在实时检测和自动控制的单片机应用系统中,单片机往往是作为一个核心部件来使用,仅单片机方面知识是不够的,还应根据具体硬件结构,以及针对具体应用对象特点的软件结合,加以完善.
本文通过用对一个能实现定时，日历显示功能的时间系统的设计学习，详细介绍了51单片机应用中的数据转换显示，数码管显示原理，动态扫描显示原理，单片机的定时中断原理、从而达到学习，了解单片机相关指令在各方面的应用。
2总体设计方案
系统AT89S51、LED数码管、按键、电容，电阻，晶震等部分构成，能实现的功能有：
时间显示、日期显示、定时。
左键：
切换更改项目，按一下选择更改时钟秒位，再按为分位、小时位。
小时位置在按则跳出编辑时间功能。
中键：
给当前项进行加1的控制，使当前项在个位加1。
右键：
给当前项进行减1的控制，使当前项在个位减1。
2.1系统总体结构框图
针对于设计思想，做系统的结构框图如下图2-1所示：
图2-1总体方案方框图
3硬件设计
本数字时钟系统的硬件电路主要包括晶振电路、数码显示电路及其它外围电路等。
3.1复位电路【2】[9]
复位电路的基本功能是：
系统上电时提供复位信号，直至系统电源稳定后，撤销复位信号。
为可靠起见，电源稳定后还要经一定的延时才撤销复位信号，以防电源开关或电源插头分-合过程中引起的抖动而影响复位。
下图所示的RC复位电路可以实现上述基本功能,Sm为手动复位开关。
图3-0复位电路图
3.2晶振电路[1]
AT89S51中有一个构成内部震荡器的高增益反向放大器,引脚XTAL1和XTAL2分别是放大器的输入端和输出端,这个放大器与作为反馈元件的石英晶体构成自激震荡电路。
外接石英晶体及电容C1,C2接在放大器的反馈回路中构成并联震荡电路。
图3-1晶体震荡电路
3.3数码管原理图[4][8][10]
。
图3-2数码管管脚图
3.3.1AT89S51的管脚说明[2]
图3-3AT89S51管脚图
VCC电源电压.
GND接地.
RST复位输入.当RST变为高电平并保持2个机器周期时,将使单片机复位.WDT溢出将使该引脚输出高电平,设置SFRAUXR的DISRTO位（地址8EH）可打开或关闭该功能.DISKRTO位缺省为RESET输出高电平打开状态.
XTAL1反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入.
XTAL2来自反向振荡放大器的输出.
P0口一组8位漏极开路型双向I/O口.也即地址/数据总线复用口.作为输出口用时,每位能驱动8个TTL逻辑门电路,对端口写"1"可作为高阻抗输入端用.在访问外部数据存储器或程序存储器时,这组口线分时转换地址（低8位）和数据总线复用,在访问期间激活内部上拉电阻.在Flash编程时,P0口接收指令字节,而在程序校验时,输出指令字节,校验时,要求外接上拉电阻.
P1口一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口,P1的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路.对端口写"1",通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平,此时可作输入口.作输入口使用时,因为内部存在上拉电阻,某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流（IIL）.Flash编程和程序校验期间,P1接收低8位地址.
P2口一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口.P1的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路.对端口写"1",通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平,此时可作输入口.作输入口使用时,因为内部存在上拉电阻,某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流（IIL）.在访问外部程序存储器或16位地址的外部数据存储器时,P2口送出高8位地址数据.在访问8位地址的外部数据存储器时,P2口线上的内容在整个访问期间不改变.Flash编程和程序校验期间,P2亦接收低8位地址.
P3口一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口.P3的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路.对P3口写"1"时,它们被内部的上拉电阻把拉到高电并可作输入端口.作输入端口使用时,被外部拉低的P3口将用上拉电阻输出电流（IIL）.P3口除了作为一般的I/O口线外,更重要的用途是它的第二功能,如下图所示.P3口还接收一些用于Flash闪速存储器编程和程序校验期间的控制信号.
PSEN/程序储存允许输出是外部程序存储器的读先通信号,当AT89S51由外部程序存储器取指令（或数据）时,每个机器周期两次PSEN/有效,即输出两个脉冲.当访问外部数据存储器,没有两次有效的PSEN/信号.
EA/VPP外部访问允许.欲使CPU仅访问外部程序存储器,EA端必须保持低电平,需注意的是:
如果加密位LB1被编程,复位时内部会锁存EA端状态.Flash存储器编程时,该引脚加上+12V的编程电压VPP.
4软件设计
4.1主程序流程图
5制作和调试中的一些问题和解决办法
数字时钟设计刚完成时,我经过检查,发现了一些问题[1][4][7]:
1．刚弄好电路板并烧写程序进去后发现数码管不能正确显示时间，每个数码管中显示的数字几乎一样。
经过询问老师，自己查阅资料，终于找出问题的原因：
由于我在电路中采用的是动态数码管显示，需准确地调整延时子程序DEL1MS。
我在程序中采取的延时时间为1毫秒。
2．复位电路中的开关不能使电路复位到初始状态即12：
00：
00，经过认真检查电路后我发现我是开关的管脚没接对。
测试后重新接下开关的管脚就可以了。
6结论
经过调试之后,我发现我做的基于AT89S51设计的数字时钟,经过调试，一天的时间里面，差不多在1秒，计时是相对准确。
而且该设计的成本不高,硬件电路简单，可以用在对时间精度要求不高的场合.由于时钟电路的重要性,时钟电路在很多应用系统中必不可少,用软件方法可以实现,但误差很大。
在对时间精度要求很高的情况下,通常采用时钟芯片来实现。
典型的时钟芯片有:
DS1302,DS12887,X1203等都可以满足精度要求。
致谢辞
在论文完成之际，谨向关心我、支持我的师长、朋友和亲人表示最衷心的感谢。
首先要感谢我尊敬的指导老师陈弢和唐幼君，本论文的工作得到了陈老师悉心的指导和启发，从论文的选题和具体实现都给予极大的帮助。
唐老师平易近人，我非常感两位老师。
本设计的完成，当然也少不了同学的帮助，感谢他们对我的帮助，没有他们的帮助，设计的任务是不可能这么快顺利完成的。
同时，也要感谢我的爸爸妈妈，感谢他们这么多年来默默地支持着我的学业，我会再接再厉，以更加饱满的热情投入到今后的学习和工作中去。
参考文献:
[1]曹巧媛单片机原理与应用[M].京:
电子工业出版社,2002
[2]何立民MCS-51系列单片机应用系统设计.北京航空航天大学出版社,2000
[3]丁元杰单片微机原理及应用第2版[M].北京机械工业出版社，2001
[4]郁凯平MCS-51单片机串口一口两用在LED显示屏的一例应用《电子与电脑》2008年第1期
[5]陈忠平P89LPC935驱动数码管显示时钟的设计《湖南工业职业技术学院学报》2007年第02期
[6]林成武等MCS-51单片机PO口扩展技术研究.《电子元器件应用》2007年第4期
[7]谢自美《电子线路设计、实验、测试》.华中理工大学出版社,2000
[8]李正浩等51单片机在LED数码管显示中的应用.《实验科学与技术》2006年第z1期
[9]包国宾、张建民单片机复位电路的设计与分析.《光电技术应用》2005年第03期
[10]唐光明基于中断技术的开关软件消抖算法《现代机械》2006年第03期
[11]N.Ambramson,Editor,MultipleAcessCommunication-FoundationofEmergingTecnologies,IEEEPress,1992
附录1C语言程序
附录
ORG0000H
LJMPMAIN;跳到主程序
ORG0003H
LJMPINT0;跳到外部中断0
ORG000BH
LJMPT0;跳到定时器0
ORG0013H
LJMPINT1;跳到外部中断1
ORG001BH
LJMPT1;跳到定时器1
ORG0100H
MAIN:
;主函数
CLRP3.0;关蜂鸣器
ACALLINITIAL;调用初始化函数
DONE:
JNB00H,DONE1;是否显示时间
MOVR0,#73H;显示时间
ACALLCONVERT;把时间存储器转化到显示存储器
AJMPTEST;是否处于调整状态
DONE1:
JNB01H,DONE2;是否显示日期
MOVR0,#70H;显示日期
ACALLCONVERT;转化
AJMPTEST;是否处于调整状态
DONE2:
JNB02H,DONE3;是否显示定时时间
MOVR0,#63H;显示定时时间
ACALLCONVERT;转化
AJMPTEST;
DONE3:
MOVR0,#60H;显示秒表
ACALLCONVERT;转化
LJMPDISP;跳到显示函数
TEST:
;判断是否处于调整状态
JNB18H,TEST10;是否按键已经按下
JNBP3.5,TEST7;按键是否已经释放
AJMPTEST11
TEST10:
JB16H,TEST8;判断是否有按键按下
JBP3.5,TEST7
SETB16H
AJMPTEST7
TEST8:
JBP3.5,TEST9
SETB18H
AJMPTEST7
TEST11:
CLR18H
CPL17H
MOVC,17H
MOVP0.0,C
CLR16H
CLR12H;定时结束
CLRTR1;关定时器1
CLRP3.0;关蜂鸣器
CLR13H;
MOV59H,#00H;
MOV58H,#01H
AJMPTEST7
TEST9:
CLR16H
TEST7:
JNB12H,TEST6
JBP3.4,TEST6
CLR12H;定时结束
CLRTR1;关定时器1
CLRP3.0;关蜂鸣器
CLR13H;
MOV59H,#00H;
MOV58H,#01H;
TEST6:
JNB01H,TEST5;是否处于日期状态
JBP3.4,TEST4;案键3是否按下
MOV20H,#01H;返回时间状态
MOV21H,#00H
LJMPDISP
TEST5:
JNB02H,TEST4;是否处于定时时间状态
JBP3.4,TEST4;按键3是否按下
MOV20H,#01H;返回时间状态
MOV21H,#00H
LJMPDISP
TEST4:
JNB15H,DO;闪烁标志是否有效
LJMPDISP;无效则进入显示函数
DO:
MOVA,21H;
CJNEA,#00H,TEST2;是否在调整状态
LJMPDISP;不处于调整状态则进入显示函数
TEST2:
JBP3.4,TEST3
MOV20H,#01H
MOV21H,#00H
LJMPDISP
TEST3:
JNB08H,DONE4;是否秒位置处于调整状态
MOV78H,#11;不显示
MOV79H,#11;不显示
LJMPDISP;进入显示函数
DONE4:
JNB09H,DONE5;是否分位置处于调整状态
MOV7BH,#11;不显示
MOV7CH,#11;不显示
LJMPDISP;进入显示函数
DONE5:
MOV7EH,#11;时位置不显示
MOV7FH,#11;时位置不显示
LJMPDISP;进入主函数
CONVERT:
;转化成数码管显示所对应的存储器
MOVA,@R0;把R0存储的地址所对应的存储器的内容转化到秒位置的存储器
MOVB,#10;
DIVAB;
MOV79H,A;高位存储?
MOV78H,B;地位存储
INCR0;地址加一
MOVA,@R0;取数据
MOVB,#10;
DIVAB;
MOV7CH,A;高位存储
MOV7BH,B;低位存储
INCR0;地址加一
MOVA,@R0;取数据
MOVB,#10;
DIVAB;
MOV7FH,A;高位存储
MOV7EH,B;低位存储
RET
INITIAL:
MOV7FH,#1;数码管显示12:
00:
00
MOV7EH,#2
MOV7DH,#10
MOV7CH,#0
MOV7BH,#0
MOV7AH,#10
MOV79H,#0
MOV78H,#0
MOV75H,#12;初始化时间12:
00:
00
MOV74H,#0
MOV73H,#0
MOV72H,#08;初始化日期08.3.20
MOV71H,#3
MOV70H,#20
MOV65H,#12;初始化定时时间12:
00:
20
MOV64H,#0
MOV63H,#20
MOV62H,#00;初始化秒表00:
00.00
MOV61H,#00
MOV60H,#00
MOV50H,#100;1s定时100*10ms
MOV51H,#20;200ms闪烁计时
MOV52H,#10;秒表计数器
MOV53H,#5;每放一个音时延时5ms
MOV58H,#1;存放音乐表的指针
MOVTH0,#0D8H;T0定义为10ms中断
MOVTL0,#0F0H
MOVTMOD,#11H;定时器工作在方式1
MOVIP,#2;定时器0高优先级
MOVIE,#8FH;开中断
SETBIT0;外部中断为边缘触发
SETBIT1;外部中断为边缘触发
SETBTR0;开定时器0
MOV20H,#0;
SETB00H;设置成处在时间显示状态00H为时间显示标志，01h为日期显示标志，02h为定时时间显示标志，03h秒表显示标志;08h为秒位置选择标志，09h为分位置选者标志，0ah为时位置选择标志;10h为秒表开始或暂停标志，11h为，12h为是否正在放音乐标志，13h为是否延时标志，15h为闪烁标志，16h,17h为判断定时按键标志
MOV21H,#0;位存储器初始化
MOV22H,#0;
SETB17H;开定时器
SETBP0.0;开定时器指示灯
RET
DISP:
;显示函数
MOVR0,#78H;显示第一个位置
MOVDPTR,#TAB;
MOVR7,#0FEH;第一位有效
NEXT:
MOVA,@R0;
MOVCA,@A+DPTR;把十进制数转化成数码管对应的数据
MOVP1,A;数据送出端口
MOVP2,R7;地址送出端口
ACALLDEL1MS;延时一毫秒
MOVA,R7;
RLA;地址位左移到下一位
MOVR7,A;
INCR0;数据地址加1
CJNER0,#80H,NEXT;是否已经显示完
LJMPDONE
TAB:
DB3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H,7FH,6FH,40H,00H
;0123456789-空
DEL1MS:
;延时1毫秒函数
MOVR6,#2
DEL1:
MOVR5,#250
DJNZR5,$
DJNZR6,DEL1
RET
T0:
;定时器0函数
PUSHDPH
PUSHDPL
PUSHPSW
PUSHACC
MOVTH0,#0D8H;定时时间设置为10毫秒
MOVTL0,#0F0H
DJNZ50H,MIAO1;是否已经延时1秒
AJMPNEXT5;
MIAO1:
LJMPMIAOBIAO;一秒还没到，进入秒表
NEXT5:
MOV50H,#100;重新循环100次，即一秒
INC73H;秒加一
MOVA,73H;
CJNEA,#60,MIAO2;是否已经加到60
AJMPNEXT6;
MIAO2:
LJMPMIAOBIAO;没到60，进入秒表
NEXT6:
MOV73H,#0;已经加到60，秒清0
INC74H;分加一
MOVA,74H;
CJNEA,#60,MIAO3;分是否已经加到60
AJMPNEXT7;
MIAO3:
LJMPMIAOBIAO;没到60，进入秒表
NEXT7:
MOV74H,#0;已经到60，分清0
INC75H;时加1
MOVA,75H;
CJNEA,#24,MIAO4;是否已加到24
AJMPNEXT8;
MIAO4:
LJMPMIAOBIAO;没到24则进入秒表
NEXT8:
MOV75H,#0;时清0
INC70H;日加1
MOVA,70H;
CJNEA,#29,MONTH;是否是29
MOVA,71H;
CJNEA,#2,MIAO5;是否是2月
AJMPNEXT9;
MIAO5:
LJMPMIAOBIAO;不是2月，进入秒表
NEXT9:
MOV71H,#3;月份为3
MOV70H,#1;日为1
LJMPMIAOBIAO;
MONTH:
MOVA,70H;
CJNEA,#31,MONTH1;是否是日是31
MOVA,71H;
CJNEA,#4,MONTH6;是否是4月
MOV71H,#5;;月份为5
MOV70H,#1;日为1
AJMPMIAOBIAO;
MONTH6:
MOVA,71H;
CJNEA,#6,MONTH9;是否是6月
MOV71H,#7;月份为7
MOV70H,#1;日为1
AJMPMIAOBIAO;
MONTH9:
MOVA,71H;
CJNEA,#9,MONTH11;是否是9月
MOV71H,#10;月分为10
MOV70H,#1;;日为1
AJMPMIAOBIAO;;
MONTH11:
MOVA,71H;
CJNEA,#11,MIAOBIAO;是否是11月
MOV71H,#12;月份为12
MOV70H,#1;日为1
AJMPMIAOBIAO;
MONTH1:
MOVA,70H;
CJNEA,#32,MIAOBIAO;是否日是32
MOVA,71H;
CJNEA,#12,MONTH0;是否是12月
INC73H;年加1
MOV70H,#1;月为1
MOV71H,#1;日为1
AJMPMIAOBIAO;
MONTH0:
INC71H;不是12月，月加1
MOV70H,#1;日为
AJMPMIAOBIAO;
MIAOBIAO:
;秒表函数
JNB03H,DINGSHI;是否进入计时
JNB10H,DINGSHI;是否开始计时
DJNZ52H,DINGSHI;是否100毫秒已到
MOV52H,#10;
JNBP3.4,CLEAR;按键按下时清0
INC60H;0.1秒位加1
MOVA,60H;
CJNEA,#10,DINGSHI;是否已加到10
MOV60H,#0;0.1秒位清0
INC61H;秒位加1
MOVA,61H;
CJNEA,#60,DINGSHI;秒是否已经加到60
MOV61H,#0;秒位清0
INC62H;分加1
MOVA,62H;
CJNEA,#60,DINGSHI;是否是60分
MOV62H,#0;分为清0
AJMPDINGSHI;
CLEAR:
MOV60H,#0;清0
MOV61H,#0;
MOV62H,#0;
CLR10H;停止计数
AJMPDINGSHI;
DINGSHI:
;定时函数
JB17H,YSTART;定时器有效
LJMPBAOSHI;定时器无效
YSTART:
JB12H,START;是否已经在放音乐
MOVA,63H;
CJNEA,73H,BAO1;是否时已到
AJMPNEXT10;
BAO1:
LJMPBAOSHI;
NEXT10:
MOVA,64H;
CJNEA,74H,BAO2;是否分已到
AJMPNEXT11;
BAO2:
LJMPBAOSHI;
NEXT11:
MOVA,65H;
CJNEA,75H,BAO3;是否秒已到
AJMPNEXT12;
BAO3:
LJMPBAOSHI;
NEXT12:
SETB12H;设置定时已到
MOV55H,#10H;第一个节拍
MOV57H,#0FBH;第一个音调高位
MOV56H,#8BH;第一个音调低位
SETBTR1;启动定时器1
START:
DJNZ55H,BAO4;节拍是否已结束
AJMPNEXT13;
BAO4:
LJMPBAOSHI;
NEXT13:
CPL13H;
升级会员 