基于单片机制作电子时钟实训报告.docx

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基于单片机制作电子时钟实训报告

绪论

单片机应用简述....................................

电子时钟简介......................................

电子时钟的基本特点................................

任务要求.........................................

设计方案.........................................

控制系统的硬件设计................................

芯片的选择.......................................

AT89S51的功能概述...............................

AT89S51引脚功能说明（附引脚图）...................

LED数码管显示电路................................

硬件设计及元器件技术说明电子元器件技术说明……….

控制系统的软件设计................................

程序编程.........................................

流程图...........................................

测试调试...........................................

总结...............................................

单片机应用简述

目前，单片机正朝着高性能和多品种方向发展趋势是进一步向着CMOS化、低功耗、小体积，大容量、高性能、低价格和外围电路内装化等几个方面发展。

单片机应用的重要意义还在于，它从根本上改变了传统的控制系统设计思想和设计方法。

在以前，是必须由模拟或是数字电路实现的大部分功能的，而现在已经能用单片机通过软件的方法来实现了。

这种软件代替硬件的控制技术也称为微控制技术，是传统控制技术的一次革命[2]。

电子时钟简介

时间对于人们来说总是那么宝贵，工作的忙碌性和繁杂性容易是人忘记当前时间。

忘记了要做的事情，当事情不是很重要的时候这种遗忘无伤大雅。

但是，一旦是重要的事情，一时的耽误可能酿成大祸[3]。

1957年，Ventura发明了世界上第一只电子表，从而奠定了电子时钟的基础，电子时钟也飞速的发展起来[4]。

现代的电子时钟的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，用于一秒定义，通过计数方式进行六十秒分钟进一，满六十分小时进一，满二十四小时清零，从而达到计时的功能，是人们日常生活不可缺少的工具。

电子时钟的基本特点

现在高精度的计时工具大多数采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LCD显示器或数码管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[3]。

任务说明

随着人类科技文明的发展，人们对于时钟的要求在不断地提高。

时钟已不仅仅被看成一种用来显示时间的工具，在很多实际应用中它还需要能够实现更多其它的功能。

高精度、多功能、小体积、低功耗，是现代时钟发展的趋势。

在这种趋势下，时钟的数字化、多功能化已经成为现代时钟生产研究的主导设计方向[9]。

本文正是基于这种设计方向，以单片机为控制核心，设计制作一个符合指标要求的多功能数字时钟。

本设计基于单片机技术原理，以单片机芯片AT89S51作为核心控制器，通过硬件电路的制作以及软件程序的编制，设计制作出一个电子时钟系统。

该时钟系统主要由时钟电路模块、复位电路模块、LED数码管显示模块、以及键盘控制模块组成。

系统具有简单清晰的操作界面，能在4V～7V直流电源下正常工作。

能够准确显示时间（显示格式为时时：

00.00.00，刚上电时为12.00.00，当显示到23.59.59，即有重新从00.00.00开始显示），可随时进行时间调整。

设计以硬件软件化为指导思想，充分发挥单片机功能，大部分功能通过软件编程来实现，电路简单明了，系统稳定性高。

同时，该时钟系统还具有功耗小、成本低的特点，具有很强的实用性

控制系统的硬件设计

芯片的选择

经过多种单片机性能的分析及现有实验设备的限制，在本设计中单片机芯片采用了AT89S51单片机芯片。

AT89S51是美国ATMEL公司生产的低功耗，高性能CMOS8位单片机片内含4kbytes的可系统编程的Flash只读程序存储器，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8051指令系统及引脚。

它集Flash程序存储器既可在线编程（ISP）也可用传统方法进行编程既通用8位微处理器于单片机芯片中，ATMEL公司的功能强大，低价位AT89S51单片机可为您提供许多高性价比的应用场合，可灵活应用于各种控制领域[5]。

AT89S51元件简介

本次使用的元件是单片机系统的一个常用元件：

AT89S51。

AT89S51是一个低功耗，高性能CMOS8位单片机，片内含4kBytesISP（In-systemprogrammable）的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISPFlash存储单元，功能强大的微型计算机的AT89S51可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。

AT89S51引脚功能说明（附引脚图）

Vcc：

电源电压

GND：

接地

P0口：

P0口是一组8位漏极开路型双向I/O口，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。

[5]

图2-1AT89S51引脚图

P1口：

P1口是一个带有内部上拉电阻的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，此时可作为输入口。

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。

Flash编程和程序校验期间，P1接收低8地址[5]。

P2口：

P2口是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2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，此时可作为输入口。

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。

在访问外部程序存储器或16位地址的外部数据存储器（例如执行MOVX@DPTR指令）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（例如执行MOVX@Ri指令）时，P2口线上的内容（即特殊功能寄存器（SFR）区中P2寄存器的内容），在整个访问期间不改变。

Flash编程和程序校验期间，P2亦接收高位地址和其他控制信号[5]。

P3口：

P3口是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2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口写入“1”，它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。

作输入端时，被外部拉低的P3口将用上拉电阻输出电流。

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[5]。

P3口还接收一些用于Flash闪速存储器编程和程序校验的控制信号。

表2-1P3口第二功能

端口引脚

第二功能

信号名称

P3.0

RXD

串行数据接收

P3.1

TXD

串行数据发送

P3.2

/INT0

外部中断0请求

P3.3

/INT1

外部中断1请求

P3.4

T0

定时/计数器0的外部输入

P3.5

T1

定时/计数器1的外部输入

P3.6

/WR

外部RAM写选通

P3.7

/RD

外部RAM读选通

RST：

复位输入。

当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上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SFRAUXR的DISRT0位（地址8EH）可打开或关闭该功能。

DIRT0位缺省为RESET输出高电平打开状态[5]。

ALE/PROG：

当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。

即使不访问外部存储器，ALE仍以时钟振荡频率的1/6输出固定的正脉冲信号，因此可对外输出时钟或用以定时目的。

要注意的是：

每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。

对Flash存储器编程期间，该引脚还用于出入编程脉冲（PROG）。

如有必要，可通过对特殊功能寄存器（SFR）区中的8EH单元的D0位置位，单片机执行外部程序时，应设置ALE无效[5]。

/PSEN：

程序储存允许（/PSEN）输出是外部程序存储器的读选通信号，当AT89S51由外部程序存储器取指令（或数据）使，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[5]。

EA/VPP：

外部访问允许。

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）。

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。

如EA端为高电平（接VCC端），CPU则执行内部程序存储器中的指令。

Flash存储器编程时，该引脚加上+12V的编程电压VPP[5]。

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。

LED数码管显示电路

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，一种是共阳极，一种是共阴极。

共阳极就是把多个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显示段的阴极连接在一起，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。

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。

数码管的显示方法可分为静态显示和动态显示，在本设计中采用的是动态显示，其原理：

各个数码管的相同端连接在一起，共同占用8位段引管线：

每位数码管的阳极连接在一起组成公共端。

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[6]。

本设计由两个LED四位一体阴极数码管、8个9012（PNP）三极管、8个510欧上拉电阻等组成，由于LED数码管的位电流较大，故采用三极管来驱动。

8个电阻一端接到单片机的P1口，另一端分别接到三极管的基极，发射极接地，集电极与所述数码管芯片的位控制端相连。

此驱动电路采用主芯片的通用ＩＯ口并配合三极管来实现四位数码管的动态扫描和显示驱动，具有电路结构简单、占用电路板空间小、驱动能力强、成本低等优点，其缺点是共阴极的数码管采用PNP三极管驱动，这样三极管的损耗比较大。

位码由P1口输出，段码由P3口输出，P1口线与LED之间5.1K的限流电阻和PNP三极管，显示的方式为动态显示方式。

表2-2字型与字段关系

显示字符

g

f

e

d

c

b

a

字型码

共阴极

共阳极

0

0

1

1

1

1

1

1

3FH

C0H

1

0

0

0

0

1

1

0

06H

F9H

2

1

0

1

1

0

1

1

5BH

A4H

3

1

0

0

1

1

1

1

4FH

B0H

4

1

1

0

0

1

1

0

66H

99H

5

1

1

0

1

1

0

1

6DH

92H

6

1

1

1

1

1

0

1

7DH

82H

7

0

0

0

0

1

1

1

07H

F8H

8

1

1

1

1

1

1

1

7FH

80H

9

1

1

0

1

1

1

1

6FH

90H

A

1

1

1

0

1

1

1

77H

88H

B

1

1

1

1

1

0

0

7CH

83H

C

0

1

1

1

0

0

1

39H

C6H

D

1

0

1

1

1

1

0

5EH

A1H

E

1

1

1

1

0

0

1

79H

86H

F

1

1

1

0

0

0

1

71H

8EH

数码管驱动的意义：

第一：

假如不驱动的话，单片机的高低电平仍然可以控制数码管的亮度，形在动态显示，但这时细心的你会发现这时的数码的亮度会比较暗，并且扫描频率很高，仍然有微小的闪动现象，因为单片机的输出的电流本身就很弱；

第二：

三极管的作用是：

1、起到开关的作用，即某一时刻打开或关闭数码管，形成动态显示；2、驱动数码管，静态显示可以不明显，动态显示的时候，效果就出来了。

硬件设计及元器件技术说明电子元器件技术说明

AT89S51单片机基板电子元件清单：

元件

型号或规格

数量

单片机

AT89S51

1

LED

Φ3

9

电阻

510Ω

1

10KΩ

5

排阻

A102J

1

单片机芯片插槽

1

瓷片电容

30pF

2

数据线插槽

1

电解电容

10μF

1

晶振

12MHz

1

单排座

20位

2

万用板

7cm*9cm

1

免驱动数据线

1

按钮

5

电源开关

1

LED数码管显示电路模块所需电子元件清单：

元件

型号或规格

数量

LED数码管

SR*30361（BS）

6

三极管

9012

6

单排针

15位

电阻

4.7kΩ

6

1000Ω

8

万用板

5cm*7cm

1

硬件电路图

实验板原理图

控制系统的软件设计

软件系统主要分为以下几个部分：

主程序、显示子程序及中断服务子程序。

以动态显示作为主程序，主要是初始化部分和不断调用动态显示子程序。

动态显示子程序，它被主程序不断调用，以保证稳定可靠的显示；按键查询采用中断方式；秒定时采用定时器T0中断方式进行，定时时间为50MS，每50MS溢出一次，中断两次达100MS。

然后通过显示子程序将单元里面的十六进制数拆开为BCD码，送到显示缓冲区。

流程图

程序编写

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

;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;

;;主程序;;

;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;

;

START:

MOVR0,#70H;清70H-7AH共11个内存单元

MOVR7,#0BH

;clrP3.3

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

JNBP3.3,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

;

;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;

;;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;0.3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

;

;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;

;;加1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

;

;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;

;;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1