畢業(yè)設計基于AT89S51單片機電子時鐘設計

1、 基于單片機電子時鐘設計分析 目 錄第一章 引言.2 1.1 數字電子鐘的背景.2 1.2 數字電子鐘的意義.2第二章 設計方案.2 2.1 數字時鐘方案.2 2.2 數碼管顯示方案.3第三章 系統(tǒng)設計.3 3.1總體設計.3 3.2單片機外圍控制電路.3 3.2.1單片機的選擇.3 3.2.2控制電路.5 3.2.3電源部分.6 3.2.4復位電路.6 3.2.5程序下載接口.7 3.2.6位選部分.7第四章 軟件設計.9 4.1程序流程圖.94.2源程序.11第五章 使用調試.18結論.18參考文獻.18內容摘要現代社會人們對時間的觀念越來越強，時間不準確會給人們帶來很大的麻煩，所以數碼管

2、為顯示器時鐘比指針式的顯示器表現出了很大的優(yōu)勢。數碼管顯示的時間簡單明了而且讀數快、時間準確顯示到秒。所以數字電子鐘的精度、穩(wěn)定度遠遠超過老式機械鐘。而機械式的依賴于晶體震蕩器，可能會導致誤差。在這次設計中，我采用了led數碼管顯示時、分、秒，以24小時計時方式，根據數碼管動態(tài)顯示原理來進行顯示，以at89s51芯片為核心，輔以必要的電路，設計了一個簡易的電子時鐘，它由4.5v直流電源供電，通過數碼管能夠準確顯示時間，調整時間，并在數碼管上顯示相應的時間。 關鍵詞 單片機，at89s51，電子時鐘 第一章 引 言 1.1 數字電子鐘的背景 20世紀末，電子技術獲得了飛速的發(fā)展，在其推動下，現代

3、電子產品幾乎滲透了社會的各個領域，有力地推動了社會生產力的發(fā)展和社會信息化程度的提高，而單片機模塊中最常見的就是數字電子鐘，數字鐘是一種用數字電路技術實現時、分、秒計時的裝置，本設計由單片機at89s51芯片和led數碼管為核心，輔以必要的電路，構成了一個單片機電子時鐘1.2數字電子鐘的意義 數字鐘是采用數字電路實現對時、分、秒數字顯示的計時裝置,廣泛用于個人家庭、車站、碼頭辦公室等公共場所,成為人們日常生活中不可少的必需品,由于數字集成電路的發(fā)展和石英晶體振蕩器的廣泛應用,使得數字鐘的精度,遠遠超過老式鐘表, 鐘表的數字化給人們生產生活帶來了極大的方便，而且大大地擴展了鐘表原先的報時功能。諸

4、如定時自動報警、按時自動打鈴、時間程序自動控制、定時廣播、自動起閉路燈、定時開關烘箱、通斷動力設備、甚至各種定時電氣的自動啟用等，所有這些，都是以鐘表數字化為基礎的。因此，研究數字鐘及擴大其應用，有著非?，F實的意義。 第二章 設 計 方 案 2.1 數字時鐘方案 本方案完全用軟件實現數字時鐘。原理為：在單片機內部存儲器設三個字節(jié)分別存放時鐘的時、分、秒信息。利用定時器與軟件結合實現1秒定時中斷，每產生一次中斷，存儲器內相應的秒值加1；若秒值達到60，則將其清零，并將相應的分字節(jié)值加1；若分值達到60，則清零分字節(jié)，并將時字節(jié)值加1；若時值達到24，則將十字節(jié)清零。該方案具有硬件電路簡單的特點。

5、但由于每次執(zhí)行程序時，定時器都要重新賦初值，所以該時鐘精度不高。而且，由于是軟件實現，當單片機不上電，程序不執(zhí)行時，時鐘將不工作。 基于硬件電路的考慮，本設計采用完全用軟件實現數字時鐘。2.2 數碼管顯示方案 方案一：靜態(tài)顯示。所謂靜態(tài)顯示，就是當顯示器顯示某一字符時，相應的發(fā)光二極管恒定的導通或截止。該方式每一位都需要一個8 位輸出口控制。靜態(tài)顯示時較小的電流能獲得較高的亮度，且字符不閃爍。但當所顯示的位數較多時，靜態(tài)顯示所需的i/o口太多，造成了資源的浪費。 方案二：動態(tài)顯示。所謂動態(tài)顯示就是一位一位的輪流點亮各個位，對于顯示器的每一位來說，每隔一段時間點亮一次。利用人的視覺暫留功能可以看

6、到整個顯示，但必須保證掃描速度足夠快，字符才不閃爍。顯示器的亮度既與導通電流有關，也于點亮時間與間隔時間的比例有關。調整參數可以實現較高穩(wěn)定度的顯示。動態(tài)顯示節(jié)省了i/o口，降低了能耗。 從節(jié)省i/o口和降低能耗出發(fā)，本設計采用方案二。 第三章 系 統(tǒng) 設 計 3.1 總體設計 利用單片機（at89s51）制作簡易電子時鐘，由六個led數碼管分別顯示小時十位、小時個位、分鐘十位、分鐘個位、秒鐘十位、秒鐘個位。6個pnp管（9012）分別控制六個數碼管的亮滅，其中一個按鍵（s1）用于系統(tǒng)復位,另一個按鍵（s2）用于時間調整。3.2 單片機外圍控制電路 3.2.1 單片機的選擇 單片機由單塊集成電

7、路芯片構成，內部包含有計算機的基本功能部件：中央處理器、存儲器和i/o接口電路等。因此，單片機只需要和適當的軟件及外部設備相結合，便可成為一個單片機控制系統(tǒng)。 單片機經過1、2、3、3代的發(fā)展，正朝著多功能、高性能、低電壓、低功耗、低價格、大存儲容量、強i/o功能及較好的結構兼容性方向發(fā)展。其發(fā)展趨勢不外乎以下幾個方面： 1、多功能 單片機中盡可能地把所需要的存儲器和i/o口都集成在一塊芯片上，使得單片機可以實現更多的功能。比如a/d、pwm、pca（可編程計數器陣列）、wdt（監(jiān)視定時器-看家狗）、高速i/o口及計數器的捕獲/比較邏輯等。 有的單片機針對某一個應用領域，集成了相關的控制設備，

8、以減少應用系統(tǒng)的芯片數量。例如，有的芯片以51內核為核心，集成了usb控制器、smart card接口、mp3解碼器、can或者i*i*c總線控制器等，led、lcd或vfd顯示驅動器也開始集成在8位單片機中。 2、高效率和高性能 為了提高執(zhí)行速度和執(zhí)行效率，單片機開始使用risc、流水線和dsp的設計技術，使單片機的性能有了明顯的提高，表現為：單片機的時鐘頻率得到提高；同樣頻率的單片機運行效率也有了很大的提升；由于集成度的提高，單片機的尋址能力、片內rom（flash）和ram的容量都突破了以往的數量和限制。 由于系統(tǒng)資源和系統(tǒng)復雜程度的增加，開始使用高級語言（如c語言）來開發(fā)單片機的程序。

9、使用高級語言可以降低開發(fā) 難度，縮短開發(fā)周期，增強軟件的可讀性和可移植性，便于改進和擴充功能。 3、低電壓和低功耗 單片機的嵌入式應用決定了低電壓和低功耗的特性十分重要。由于cmos等工藝的大量采用，很多單片機可以在更低的電壓下工作（1.2v或0.9v），功耗已經降低到ua級。這些特性使得單片機系統(tǒng)可以在更小電源的支持下工作更長的時間。 4.價格 價格是一個很重要的因素，如果成本過高就不能普及不能大規(guī)模的生產。那樣就有很多人不能用上。目前，我國生產很多型號的單片機，在此，我們采用型號為at89c51的單片機。因為：at89c51的時鐘頻率可以為零，即具備可用軟件設置的睡眠省電功能，系統(tǒng)的喚醒方

10、式有ram、定時/計數器、串行口和外中斷口，系統(tǒng)喚醒后即進入繼續(xù)工作狀態(tài)。省電模式中，片內ram將被凍結，時鐘停止振蕩，所有功能停止工作，直至系統(tǒng)被硬件復位方可繼續(xù)運行。 3.2.2 控制電路 圖3-2控制電路at89s51是美國atmel公司生產的低功耗，高性能cmos 8位單片機，片內含4k bytes的可系統(tǒng)編程的flash只讀程序存儲器，器件采用atmel公司的高密度，非易失性存儲技術生產，兼容標準8051指令系統(tǒng)及引腳。at89s51提供以下標準功能：4k字節(jié)flash閃速存儲器，128字節(jié)內部ram，32i/o口線，看門狗（wdt），兩個數據指針，兩個16位定時/計數器，一個5向量

11、兩級中斷結構，一個全雙工串行通信口，片內振蕩器及時鐘電路。 如圖3-2所示，at89s51有40引腳，雙列直插（dip）封裝，所用引腳功能如下： 1. vcc 運行時加4.5v2. gnd 接地 3. xtal1 振蕩器反相放大器及內部時鐘發(fā)生器的輸入端 4. xtal2 振蕩器反相放大器的輸出端 5. rst 復位輸入，高電平有效，在晶振工作時，在rst引腳上作用2個機器周期以上的高電平，將使單片機復位。wdt溢出將使該引腳輸出高電平，設置sft auxr的disrto位（地址8eh）可打開或關閉該功能。disrto位缺省為reset輸出高電平打開狀態(tài)。 6. ea/vpp 片外程序存儲器訪

12、問允許信號。欲使cpu僅訪問外部程序存儲器（地址為0000h-ffffh），ea端必須保持低電平（接地），如果ea端為高電平（接vcc端），cpu則執(zhí)行內部程序存儲器中的指令。 7. p1口,p2口p1，p2是一組帶內部上拉電阻的8位雙向i/o口。運行時通過p1口控制驅動電路的工作，將數據送到數碼管，顯示相應的段碼，為了達到減少功耗或滿足端口對最大電流的限制，應加上一限流電阻。p2.0p2.5口控制數碼管的位選，使六個數碼管輪流顯示數據，等于1時位選三極管導通，等于0 時位選三極管截止。 8. 無自鎖開關（s2p3.7）開關接相應引腳p3.7，當開關按下時，相應引腳為低電平0，斷開時引腳為高電

13、平1。3.2.3 電源部分 圖3-3電源電路 如圖3-3所示，從外部引入4.5v的直流電，為單片機、復位電路提供電源。3.2.4 復位電路 圖3-4復位電路如圖3-4所示，復位電路主要由型號為1n4148的二極管，型號為10uf/16v的電解電容，型號為104的瓷片電容，10k的電阻以及按鍵s1構成，s1接芯片的相應引腳rst，當開關按下時引腳rst為高電平1，斷開時引腳為低電平0。3.2.5 程序下載接口圖3-5程序下載接口模塊 如圖3-5所示，由at89s isp構成的兩排十針下載口，板圖上有一個小方框，為1號引角；下載線的凸口為正方向，凸口的右側邊的第一個插孔為1號引角。3.2.6 位選

14、部分 圖3-6位選電路 圖3-6為位選電路，三極管的集電極接數碼管的公共端，當p2口對應的引腳輸出高電平時三極管導通，對應的數碼管顯示數據。這樣，在同一時刻，6位led中只有選通的那1位顯示出字符，而其他5位則是熄滅的。同樣，在下一時刻，只讓下一位的位選線處于選通狀態(tài)，而其他個位的位選線處于關閉狀態(tài)，在段碼線上輸出將要顯示字符的段碼，則同一時刻，只有選通位顯示出相應的字符，而其他各位則是熄滅的。如此循環(huán)下去，就可以使各位顯示出將要顯示的字符。雖然這些字符是在不同時刻出現的，而在同一時刻，只有一位顯示，其他各位熄滅，但由于led的余輝和人眼的視覺暫留作用，只要每位顯示間隔足夠短，則可以造成多位同

15、時亮的假象，達到同時顯示的效果。 第四章軟 件 設 計4.1程序流程圖4.2源程序表4-1 p1口對應段碼及數值：顯示數字p1.7p1.6p1.5p1.4p1.3p1.2p1.1p1.016進制代碼dpgfedcba0001111113fh10000011006h2010110115bh3010011114fh40110011066h5011011016dh6011111017dh70000011107h8011111117fh9011011116fh; ; 中斷入口程序; ;org 0000h;程序執(zhí)行開始地址ljmp start;跳到標號start執(zhí)行org 0003h;外中斷0中斷程序入

16、口reti;外中斷0中斷返回org 000bh;定時器t0中斷程序入口ljmp intt0;跳至intto執(zhí)行org 0013h;外中斷1中斷程序入口reti ;外中斷1中斷返回org 001bh;定時器t1中斷程序入口ljmp intt1;跳至intt1執(zhí)行org 0023h;串行中斷程序入口地址reti;串行中斷程序返回; 主 程 序 ; start: mov r0,#70h ;清70h-7ah共11個內存單元 mov r7,#0bh ;clr p3.7; cleardisp: mov r0,#00h ; inc r0 ; djnz r7,cleardisp ; mov 20h,#00h

17、;清20h（標志用） mov 7ah,#0ah ;放入熄滅符數據 mov tmod,#11h ;設t0、t1為16位定時器 mov tl0,#0b0h ;50ms定時初值（t0計時用） mov th0,#3ch ;50ms定時初值 mov tl1,#0b0h ;50ms定時初值（t1閃爍定時用） mov th1,#3ch ;50ms定時初值 setb ea ;總中斷開放 setb et0 ;允許t0中斷 setb tr0 ;開啟t0定時器 mov r4,#14h ;1秒定時用初值（50ms20） start1: lcall display ;調用顯示子程序 jnb p3.7,setmm1 ;p

18、3.7口為0時轉時間調整程序 sjmp start1 ;p3.7口為1時跳回start1 setmm1: ljmp setmm ;轉到時間調整程序setmm; 1秒計時程序;t0中斷服務程序 intt0: push acc ;累加器入棧保護 push psw ;狀態(tài)字入棧保護 clr et0 ;關t0中斷允許 clr tr0 ;關閉定時器t0 mov a,#0b7h ;中斷響應時間同步修正 add a,tl0 ;低8位初值修正 mov tl0,a ;重裝初值（低8位修正值） mov a,#3ch ;高8位初值修正 addc a,th0 ; mov th0,a ;重裝初值（高8位修正值） set

19、b tr0 ;開啟定時器t0 djnz r4, outt0 ;20次中斷未到中斷退出 addss: mov r4,#14h ;20次中斷到（1秒）重賦初值 mov r0,#71h ;指向秒計時單元（71h-72h） acall add1 ;調用加1程序（加1秒操作） mov a,r3 ;秒數據放入a（r3為2位十進制數組合） clr c ;清進位標志 cjne a,#60h,addmm ; addmm: jc outt0 ;小于60秒時中斷退出 acall clr0 ;大于或等于60秒時對秒計時單元清0 mov r0,#77h ;指向分計時單元（76h-77h） acall add1 ;分計時

20、單元加1分鐘 mov a,r3 ;分數據放入a clr c ;清進位標志 cjne a,#60h,addhh ; addhh: jc outt0 ;小于60分時中斷退出 acall clr0 ;大于或等于60分時分計時單元清0 mov r0,#79h ;指向小時計時單（78h-79h） acall add1 ;小時計時單元加1小時 mov a,r3 ;時數據放入a clr c ;清進位標志 cjne a,#24h,hour ; hour: jc outt0 ;小于24小時中斷退出 acall clr0 ;大于或等于24小時小時計時單元清0 outt0: mov 72h,76h ;中斷退出時將分

21、、時計時單元數據移 mov 73h,77h ;入對應顯示單元 mov 74h,78h ; mov 75h,79h ; pop psw ;恢復狀態(tài)字（出棧） pop acc ;恢復累加器 setb et0 ;開放t0中斷 reti ;中斷返回; 閃動調時 程 序 ;t1中斷服務程序，用作時間調整時調整單元閃爍指示intt1: push acc ;中斷現場保護. push psw ; mov tl1, #0b0h ;裝定時器t1定時初值 mov th1, #3ch ; djnz r2,intt1out ;0.3秒未到退出中斷（50ms中斷6次） mov r2,#06h ;重裝0.3秒定時用初值 c

22、pl 02h ;0.3秒定時到對閃爍標志取反 jb 02h,flash1 ;02h位為1時顯示單元熄滅 mov 72h,76h ;02h位為0時正常顯示 mov 73h,77h ; mov 74h,78h ; mov 75h,79h ;intt1out: pop psw ;恢復現場 pop acc ; reti ;中斷退出flash1: jb 01h,flash2 ;01h位為1時，轉小時熄滅控制 mov 72h,7ah ;01h位為0時，熄滅符數據放入分 mov 73h,7ah ;顯示單元（72h-73h），將不顯示分數據 mov 74h,78h ; mov 75h,79h ; ajmp i

23、ntt1out ;轉中斷退出flash2: mov 72h,76h ;01h位為1時，熄滅符數據放入小時 mov 73h,77h ;顯示單元（74h-75h），小時數據將不顯示 mov 74h,7ah ; mov 75h,7ah ; ajmp intt1out ;轉中斷退出; 加1子 程 序 ; add1: mov a,r0 ;取當前計時單元數據到a dec r0 ;指向前一地址 swap a ;a中數據高四位與低四位交換 orl a,r0 ;前一地址中數據放入a中低四位 add a,#01h ;a加1操作 da a ;十進制調整 mov r3,a ;移入r3寄存器 anl a,#0fh ;高

24、四位變0 mov r0,a ;放回前一地址單元 mov a,r3 ;取回r3中暫存數據 inc r0 ;指向當前地址單元 swap a ;a中數據高四位與低四位交換 anl a,#0fh ;高四位變0 mov r0,a ;數據放入當削地址單元中 ret ;子程序返回 ; 清零程序 ;對計時單元復零用 clr0: clr a ;清累加器 mov r0,a ;清當前地址單元 dec r0 ;指向前一地址 mov r0,a ;前一地址單元清0 ret ;子程序返回; 時鐘調整程序;當調時按鍵按下時進入此程序 setmm: clr et0 ;關定時器t0中斷 clr tr0 ;關閉定時器t0 lcal

25、l dl1s ;調用1秒延時程序 jb p3.7,closedis ;鍵按下時間小于1秒，關閉顯示（省電） mov r2,#06h ;進入調時狀態(tài)，賦閃爍定時初值 setb et1 ;允許t1中斷 setb tr1 ;開啟定時器t1 set2: jnb p3.7,set1 ;p3.7口為0（鍵未釋放），等待 setb 00h ;鍵釋放，分調整閃爍標志置1 set4: jb p3.7,set3 ;等待鍵按下 lcall dl05s ;有鍵按下，延時0.5秒 jnb p3.7,sethh ;按下時間大于0.5秒轉調小時狀態(tài) mov r0,#77h ;按下時間小于0.5秒加1分鐘操作 lcall a

26、dd1 ;調用加1子程序 mov a,r3 ;取調整單元數據 clr c ;清進位標志 cjne a,#60h,hhh ;調整單元數據與60比較 hhh: jc set4 ;調整單元數據小于60轉set4循環(huán) lcall clr0 ;調整單元數據大于或等于60時清0 clr c ;清進位標志 ajmp set4 ;跳轉到set4循環(huán) closedis: setb et0 ;省電（led不顯示）狀態(tài)。開t0中斷 setb tr0 ;開啟t0定時器（開時鐘） close: jb p3.7,close ;無按鍵按下，等待。 lcall display ;有鍵按下，調顯示子程序延時削抖 jb p3.7

27、,close ;是干擾返回close等待 waith: jnb p3.7,waith ;等待鍵釋放 ljmp start1 ;返回主程序（led數據顯示亮） sethh: clr 00h ;分閃爍標志清除（進入調小時狀態(tài)） sethh1: jnb p3.7,set5 ;等待鍵釋放 setb 01h ;小時調整標志置1 set6: jb p3.7,set7 ;等待按鍵按下 lcall dl05s ;有鍵按下延時0.5秒 jnb p3.7,setout ;按下時間大于0.5秒退出時間調整 mov r0,#79h ;按下時間小于0.5秒加1小時操作 lcall add1 ;調加1子程序 mov a,

28、r3 ; clr c ; cjne a,#24h,houu ;計時單元數據與24比較 houu: jc set6 ;小于24轉set6循環(huán) lcall clr0 ;大于或等于24時清0操作 ajmp set6 ;跳轉到set6循環(huán) setout: jnb p3.7,setout1 ;調時退出程序。等待鍵釋放 lcall display ;延時削抖 jnb p3.7,setout ;是抖動，返回setout再等待 clr 01h ;清調小時標志 clr 00h ;清調分標志 clr 02h ;清閃爍標志 clr tr1 ;關閉定時器t1 clr et1 ;關定時器t1中斷 setb tr0 ;開

29、啟定時器t0 setb et0 ;開定時器t0中斷（計時開始） ljmp start1 ;跳回主程序 set1: lcall display ;鍵釋放等待時調用顯示程序（調分） ajmp set2 ;防止鍵按下時無時鐘顯示 set3: lcall display ;等待調分按鍵時時鐘顯示用 ajmp set4 set5: lcall display ;鍵釋放等待時調用顯示程序（調小時） ajmp sethh1 ;防止鍵按下時無時鐘顯示 set7: lcall display ;等待調小時按鍵時時鐘顯示用 ajmp set6 setout1: lcall display ;退出時鐘調整時鍵釋放等

30、待 ajmp setout ;防止鍵按下時無時鐘顯示; 顯示程序 ; 顯示數據在70h-75h單元內，用六位led共陽數碼管顯示，p0口輸出段碼數據，p3口作; 掃描控制，每個led數碼管亮1ms時間再逐位循環(huán)。 display: mov r1,#70h ;指向顯示數據首址 mov r5,#0feh ;掃描控制字初值 play: mov a,r5 ;掃描字放入a mov p2,a ;從p2口輸出 mov a,r1 ;取顯示數據到a mov dptr,#tab ;取段碼表地址 movc a,a+dptr ;查顯示數據對應段碼 mov p1,a ;段碼放入p0口 lcall dl1ms ;顯示1m

31、s inc r1 ;指向下一地址 mov a,r5 ;掃描控制字放入a jnb acc.5,endout ;acc.5=0時一次顯示結束 rl a ;a中數據循環(huán)左移 mov r5,a ;放回r5內 ajmp play ;跳回play循環(huán) endout: setb p2.5 ;一次顯示結束，p2口復位 mov p1,#0ffh ;p0口復位 ret ;子程序返回 tab: db 3fh,06h,5bh,4fh,66h,6dh,7dh,07h,7fh,6fh;1ms延時程序，led顯示程序用 dl1ms: mov r6,#14h dl1: mov r7,#19h dl2: djnz r7,dl2

32、 djnz r6,dl1 ret;20ms延時程序，采用調用顯示子程序以改善led的顯示閃爍現象 ds20ms: acall display acall display acall display ret;延時程序，用作按鍵時間的長短判斷 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 ;程序結束第五章 使 用 調 試 1.顯示xx：xx：xx時間 2.時間可調：調整鍵（s2）按下時間小于1秒（t0.5s）分鐘位閃亮，此時按下s2鍵（t0.5s）時鐘位閃亮，此時按下s2鍵（t0.5s），返回到正常顯示狀態(tài)。 3.下載線和電源線插接說明：1.下載線插接說明：兩排十針下載口，板圖上都有一個小方框，為1號引角；下載線的凸口為正方向，凸口的右側邊的第一個插孔為1號引角，這一點一