丁浩单片机电子时钟方案设计书.docx

1、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

2、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

3、；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

4、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

5、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3-13.2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

6、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AT89S ISP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

7、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09十个数据，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3-7AT89S51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

8、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4.5VGND 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SFT AUXR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

9、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（S2P3.7）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5-1 P1口对应段码及数值：显示数字P1.7P1.6P1.5P1.4P1.3P1.2P1.1P1.016进制代码dpgfedcba0001111113FH10000011006H2010110115BH3010011114FH40110011066H5011011016DH6011111017DH70000011107H8011

10、111117FH9011011116FH。 。 中断入口程序。ORG 0000H 。程序执行开始地址LJMP START 。跳到标号START执行ORG 0003H 。外中断0中断程序入口RETI 。外中断0中断返回ORG 000BH 。定时器T0中断程序入口LJMP INTT0 。跳至INTTO执行ORG 0013H 。外中断1中断程序入口RETI 。外中断1中断返回ORG 001BH 。定时器T1中断程序入口LJMP INTT1 。跳至INTT1执行ORG 0023H 。串行中断程序入口地址RETI 。串行中断程序返回。 主 程 序 。 START: MOV R0,#70H 。清70H-7

11、AH共11个内存单元 MOV R7,#0BH 。clr P3.7 。 CLEARDISP: MOV R0,#00H 。 INC R0 。 DJNZ R7,CLEARDISP 。 MOV 20H,#00H 。清20H（标志用） MOV 7AH,#0AH 。放入熄灭符数据 MOV TMOD,#11H 。设T0、T1为16位定时器 MOV TL0,#0B0H 。50MS定时初值（T0计时用） MOV TH0,#3CH 。50MS定时初值 MOV TL1,#0B0H 。50MS定时初值（T1闪烁定时用） MOV TH1,#3CH 。50MS定时初值 SETB EA 。总中断开放 SETB ET0 。允

12、许T0中断 SETB TR0 。开启T0定时器 MOV R4,#14H 。1秒定时用初值（50MS20） START1: LCALL DISPLAY 。调用显示子程序 JNB P3.7,SETMM1 。P3.7口为0时转时间调整程序 SJMP START1 。P3.7口为1时跳回START1 SETMM1: LJMP SETMM 。转到时间调整程序SETMM。 1秒计时程序。T0中断服务程序 INTT0: PUSH ACC 。累加器入栈保护 PUSH PSW 。状态字入栈保护 CLR ET0 。关T0中断允许 CLR TR0 。关闭定时器T0 MOV A,#0B7H 。中断响应时间同步修正 A

13、DD A,TL0 。低8位初值修正 MOV TL0,A 。重装初值（低8位修正值） MOV A,#3CH 。高8位初值修正 ADDC A,TH0 。 MOV TH0,A 。重装初值（高8位修正值） SETB TR0 。开启定时器T0 DJNZ R4, OUTT0 。20次中断未到中断退出 ADDSS: MOV R4,#14H 。20次中断到（1秒）重赋初值 MOV R0,#71H 。指向秒计时单元（71H-72H） ACALL ADD1 。调用加1程序（加1秒操作） MOV A,R3 。秒数据放入A（R3为2位十进制数组合） CLR C 。清进位标志 CJNE A,#60H,ADDMM 。 A

14、DDMM: JC OUTT0 。小于60秒时中断退出 ACALL CLR0 。大于或等于60秒时对秒计时单元清0 MOV R0,#77H 。指向分计时单元（76H-77H） ACALL ADD1 。分计时单元加1分钟 MOV A,R3 。分数据放入A CLR C 。清进位标志 CJNE A,#60H,ADDHH 。 ADDHH: JC OUTT0 。小于60分时中断退出 ACALL CLR0 。大于或等于60分时分计时单元清0 MOV R0,#79H 。指向小时计时单（78H-79H） ACALL ADD1 。小时计时单元加1小时 MOV A,R3 。时数据放入A CLR C 。清进位标志 C

15、JNE A,#24H,HOUR 。 HOUR: JC OUTT0 。小于24小时中断退出 ACALL CLR0 。大于或等于24小时小时计时单元清0 OUTT0: MOV 72H,76H 。中断退出时将分、时计时单元数据移 MOV 73H,77H 。入对应显示单元 MOV 74H,78H 。 MOV 75H,79H 。 POP PSW 。恢复状态字（出栈） POP ACC 。恢复累加器 SETB ET0 。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: PUSH ACC 。中断现场保护 PUSH PSW 。 MOV TL1

16、, #0B0H 。装定时器T1定时初值 MOV TH1, #3CH 。 DJNZ R2,INTT1OUT 。0.3秒未到退出中断（50MS中断6次） MOV R2,#06H 。重装0.3秒定时用初值 CPL 02H 。0.3秒定时到对闪烁标志取反 JB 02H,FLASH1 。02H位为1时显示单元熄灭 MOV 72H,76H 。02H位为0时正常显示 MOV 73H,77H 。 MOV 74H,78H 。 MOV 75H,79H 。INTT1OUT: POP PSW 。恢复现场 POP ACC 。 RETI 。中断退出FLASH1: JB 01H,FLASH2 。01H位为1时，转小时熄灭控

17、制 MOV 72H,7AH 。01H位为0时，熄灭符数据放入分 MOV 73H,7AH 。显示单元（72H-73H），将不显示分数据 MOV 74H,78H 。 MOV 75H,79H 。 AJMP INTT1OUT 。转中断退出FLASH2: MOV 72H,76H 。01H位为1时，熄灭符数据放入小时 MOV 73H,77H 。显示单元（74H-75H），小时数据将不显示 MOV 74H,7AH 。 MOV 75H,7AH 。 AJMP INTT1OUT 。转中断退出。 加1子 程 序 。 ADD1: MOV A,R0 。取当前计时单元数据到A DEC R0 。指向前一地址 SWAP A

18、。A中数据高四位与低四位交换 ORL A,R0 。前一地址中数据放入A中低四位 ADD A,#01H 。A加1操作 DA A 。十进制调整 MOV R3,A 。移入R3寄存器 ANL A,#0FH 。高四位变0 MOV R0,A 。放回前一地址单元 MOV A,R3 。取回R3中暂存数据 INC R0 。指向当前地址单元 SWAP A 。A中数据高四位与低四位交换 ANL A,#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: CLR A 。清累加器 MOV R0,A 。清当前地址单元 DEC R0 。指向前一

19、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: cLR ET0 。关定时器T0中断 CLR TR0 。关闭定时器T0 LCALL DL1S 。调用1秒延时程序 JB P3.7,CLOSEDIS 。键按下时间小于1秒，关闭显示（省电） MOV R2,#06H 。进入调时状态，赋闪烁定时初值 SETB ET1 。允许T1中断 SETB TR1 。开启定时器T1 SET2: JNB P3.7,SET1 。P3.7口为0（键未释放），等待 SETB 00H 。键释放，分调整闪烁标志置1 SET4: JB P3.7,SET3 。

20、等待键按下 LCALL DL05S 。有键按下，延时0.5秒 JNB P3.7,SETHH 。按下时间大于0.5秒转调小时状态 MOV R0,#77H 。按下时间小于0.5秒加1分钟操作 LCALL ADD1 。调用加1子程序 MOV A,R3 。取调整单元数据 CLR C 。清进位标志 CJNE A,#60H,HHH 。调整单元数据与60比较 HHH: JC SET4 。 LCALL CLR0 。 CLR C 。清进位标志 AJMP SET4 。跳转到SET4循环 CLOSEDIS: SETB ET0 。省电（LED不显示）状态。开T0中断 SETB TR0 。开启T0定时器（开时钟） CL

21、OSE: JB P3.7,CLOSE 。无按键按下，等待。 LCALL DISPLAY JB P3.7,CLOSE 。是干扰返回CLOSE等待 WAITH: JNB P3.7,WAITH 。等待键释放 LJMP START1 。返回主程序（LED数据显示亮） SETHH: CLR 00H 。分闪烁标志清除（进入调小时状态） SETHH1: JNB P3.7,SET5 。等待键释放 SETB 01H 。小时调整标志置1 SET6: JB P3.7,SET7 。等待按键按下 LCALL DL05S 。有键按下延时0.5秒 JNB P3.7,SETOUT 。 MOV R0,#79H 。按下时间小于0

22、.5秒加1小时操作 LCALL ADD1 。调加1子程序 MOVA,R3 。 CLR C 。 CJNE A,#24H,HOUU 。计时单元数据与24比较 HOUU: JC SET6 。小于24转SET6循环 LCALL CLR0 。大于或等于24时清0操作 AJMP SET6 。跳转到SET6循环 SETOUT: JNB P3.7,SETOUT1 。调时退出程序。等待键释放 LCALL DISPLAY 。延时削抖 JNB P3.7,SETOUT 。 CLR 01H 。清调小时标志 CLR 00H 。清调分标志 CLR 02H 。清闪烁标志 CLR TR1 。关闭定时器T1 CLR ET1 。关

23、定时器T1中断 SETB TR0 。开启定时器T0 SETB ET0 。开定时器T0中断（计时开始） LJMP START1 。跳回主程序 SET1: LCALL DISPLAY 。 AJMP SET2 。防止键按下时无时钟显示 SET3: LCALL DISPLAY 。等待调分按键时时钟显示用 AJMP SET4 SET5: LCALL DISPLAY 。 AJMP SETHH1 。防止键按下时无时钟显示 SET7: LCALL DISPLAY 。等待调小时按键时时钟显示用 AJMP SET6 SETOUT1: LCALL DISPLAY 。退出时钟调整时键释放等待 AJMP SETOUT

24、。防止键按下时无时钟显示。 显示程序 。 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: MOV R1,#70H 。指向显示数据首址 MOV R5,#0FEH 。扫描控制字初值 PLAY: MOV A,R5 。扫描字放入A MOV P2,A 。从P2口输出 MOV A,R1 。取显示数据到A MOV DPTR,#TAB 。取段码表地址 MOVC A,A+DPTR 。查显示数据对应段码 MOV P1,A 。段码放入P0口 LCALL DL1MS 。显示1MS INC R1 。指向下一

25、地址 MOV A,R5 。扫描控制字放入A JNB ACC.5,ENDOUT 。 RL A 。A中数据循环左移 MOV R5,A 。放回R5内 AJMP PLAY 。跳回PLAY循环 ENDOUT: SETB P2.5 。 MOV P1,#0FFH 。P0口复位 RET 。子程序返回 TAB: DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H,7FH,6FH。1MS延时程序，LED显示程序用 DL1MS: MOV R6,#14H DL1: MOV R7,#19H DL2: DJNZ R7,DL2 DJNZ R6,DL1 RET。20MS延时程序，采用调用显示子程序以改善LE

26、D的显示闪烁现象 DS20MS: ACALL DISPLAY ACALL DISPLAY ACALL DISPLAY RET。延时程序，用作按键时间的长短判断 DL1S: LCALL DL05S LCALL DL05S RET DL05S: MOV R3,#20H 。8毫秒*32=0.196秒 DL05S1: LCALL DISPLAY DJNZ R3,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17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*5.664CM21表6-2 AT89S51功能特性： 兼容MCS-51指令系统 4k可反复擦写(1000次）ISP Flash ROM 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