51单片机数字钟.doc

目录
1 设计任务与要求 1
2 设计方案 1
3 硬件设计 2
3.1 AT89C51单片机简介 2
3.2 单片机型号的选择 6
3.3 数码管显示工作原理 6
4 软件设计 7
4.1主程序模块介绍 7
4.2 主程序 7
5 仿真调试 13
5.1 Keil仿真结果 13
5.2仿真结果分析 13
6 小结 14

14

1 设计任务与要求
1. 设计一个基于单片机的电子时钟，并且能够实现时分秒的现实和调节。
2. 设计出硬件电路。
3. 设计出软件编程方法，并写出源代码。
4. 用PROTEUS进行仿真。
5．用汇方式实现目的。
7．系统的各各功能模块要编语言编实现程序设计。
6．利用查表，中断等清楚，有序。
8．程序运行时有友好的用户界面。
2 设计方案
本设计主要设计了一个基于AT89C51单片机的电子时钟。并在数码管上显示相应的时间。并通过一个控制键用来实现时间的调节和是否进入省电模式的转换。应用Proteus的ISIS软件实现了单片机电子时钟系统的设计与仿真。该方法仿真效果真实、准确，节省了硬件资源。
该设计的硬件部分主要包括89C51多功能接口芯片用于开发电子时钟芯片、LED七段数码显示器用于显示时间、8031集成定时器用于定时、0.125W、8欧姆的扬声器用于定时发声。软件部分包括主程序、定时计数中断程序、时间调整程序、延时程序四大模块。通过中断程序进行定时器计数，时间调整程序是当键按下时间小于1秒，关闭显示（省电）进入调节时间状态，延时程序用于时间的延迟。先设计个秒钟程序，在秒钟程序中先不设计按钮，直接通电运行，使用40H存放计数值，从00—59，一直循环，把40H中的数值拆分成个位和十位，分别存在30H与31H中，要求动态扫描时，使用21H当标志位，用指令JB控制显示个位与十位，程序中使用中间寄存器R0与R1用于存放拆分后的字型，再传到30H与31H中去，再设计时钟程序。

3 硬件设计
3.1 AT89C51单片机简介
AT89C51单片机是一种低功耗，高性能的片内含有4KB可编程/擦除只读存储器（FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的8位COMS微控制器，使用高密度，非易失存储技术制造，并且与AT89C51引脚和指令系统完全兼容。芯片上的FPEROM允许在线编程或采用通用的非易失存储编程器对存储器重复编程。
3.1.1 单片机的构成
AT89C51单片机是在一块芯片中集成了CPU、RAM、ROM、定时器/计数器和多种功能的I/O线等一台计算机所需要的基本功能部件，AT89C51单片机单片机内包含下列几个部件：
（1） 一个8位CPU；
（2）一个片内振荡器及时钟电路；
（3）4K字节ROM程序存储器；
（4）128字节RAM数据存储器；
（5）两个16位定时器/计数器；
（6）可寻址64K外部数据存储器和64K外部程序存储器空间的控制电路；
（7）32条可编程的I/O线（四个8位并行I/O端口）；
（8）一个可编程全双工串行口；
（9）具有五个中断源、两个优先级嵌套中断结构。
其内部机构框图如图3.1所示：

图3.1 MCS-51单片机内部机构框图
3.1.2 AT89C51单片机性能及特点
（1）与MCS-51微控制器产品系列兼容。
（2）片内有4KB可在线重复编程的快闪擦写存储器（Flash Memory）。
（3）存储器可循环写入/擦除1000次。
（4）存储数据保存时间为10年。
（5）工作电压范围：Vcc可为2.7V～6V。
（6）全静态工作：可从0HZ到16MHZ。
（7）程序存储器具有3级加密保护。
（8）128﹡8位内部RAM。
（9）32条可编程I/O线。
（10）两个16位定时器/计数器。
（11）中断结构具有5个中断源和2个优先级。
（12）可编程全双工串行通道。
（13）空闲状态维持低功耗和掉电状态保存存储内容。
3.1.3 振荡器特性
XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出，该反向放大器可以配置为片内振荡器。
3.1.4 AT89C51单片机的引脚说明
 AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。AT89C2051是一种带2K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器。

图3.3 AT89C51单片机引脚图
AT89C51单片机的内部硬件结构中除了程序存储器由FPEROM取代了87C51单片机的EPROM外，其余部分完全相同，其管脚说明如下：
（1）VCC：供电电压
（2）GND：接地
（3）时钟电路
　　 XTAL1（19脚）——芯片内部振荡电路（单级反相放大器）输入端。
　 XTAL2（18脚）——芯片内部振荡电路（单级反相放大器）输出端。
（4）控制信号
RST（9脚）复位信号：时钟电路工作后，在此引脚上将出现两个机器周期的高电平，芯片内部进行初始复位，P0口～P3口输出高电平，将初值07H写入堆栈指针。
ALE（30脚）地址锁存信号：当访问外部存储器时，P0口输出的低8位地址由ALE输出的控制信号锁存到片外地址锁存器，P0口输出地址低8位后，又能与片外存储器之间传送信息。另外，ALE可驱动4个TTL门。
（29脚）片外程序存储器读选通：低电平有效，作为程序存储器的读信号，输出负脉冲，将相应的存储单元的指令读出并送到P0口，可驱动8个TTL门。
/Vpp(30脚）：当为高电平且PC值小于0FFFH时，CPU执行内部程序存储器程序；当为低电平时，CPU仅执行外部程序存储器程序。
（5）I/O接口
P0口（P0.0～P0.7，39～32脚）三态双向口：P0口结构包括一个输出锁存器、两个三态缓冲器、一个输出驱动电路和一个输出控制端。
P1口（P1.0～P1.7，1～8脚）准双向口：P1口做通用I/O接口使用，P1口的每一位口线能独立地作用于输入线，P1口可驱动4个TTL门。
P2口（P2.0～P2.7，21～28脚）通用I/O接口：它做通用I/O接口使用时，是一个准双向口，此时转换开关MUX倒向左边，输出极与锁存器相连，引脚可作为用户I/O口线使用，输入/输出操作与P1口完全相同，P2口做地址总线使用。
P3口（P3.0～P3.7，10～17脚）双功能口：P3口做通用I/O接口使用，输出功能控制线为高电平，与非门的输出取决于锁存器的状态，此时锁存器Q端的状态与其引脚状态是一致的。
P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口使用如：
P3.0 RXD（串行输入口）；
P3.1 TXD（串行输出口）；
P3.2 /INT0（外部中断0）；
P3.3 /INT1（外部中断1）；
P3.4 T0（记时器0外部输入）；
P3.5 T1（记时器1外部输入）；
P3.6 /WR（外部数据存储器写选通）；
P3.7 /RD（外部数据存储器读选通）；

3.2 单片机型号的选择
通过对多种单片机性能的分析，最终认为89C51是最理想的电子时钟开发芯片。89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压，高性能CMOS8位微处理器，器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的89C51是一种高效微控制器，而且它与MCS-51兼容，且具有4K字节可编程闪烁存储器和1000写/擦循环，数据保留时间为10年等特点，是最好的选择。
3.3 数码管显示工作原理
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，一种是共阳型，一种是共阴型。共阳型就是把多个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。通常的数码管又分为8段，即8个LED显示段，这是为工程应用方便如设计的，分别为A、B、C、D、E、F、G、DP，其中DP 是小数点位段。

4 程序设计
4.1 主程序模块介绍
主程序主要完成普通运行时，循环显示时间的24小时。
4.2 主程序
#include <reg51.h>
#define uchar unsigned char
#define uint unsigned int
sbit P1_7 =P1^7;
sbit P1_6 =P1^6;

typedef struct
{ uchar hour;
uchar minute;
uchar second;
}time;

time now={0,0,0};

uchar code num_tab1[]={0x80,0x40,0x20,0x10,0x08,0x04};
uchar code num_tab2[]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90}; //共阳极显示
uchar state=0;
uchar count=100;
uchar flag=0; //调整时间/定时的标志
uchar recount=0;
uchar recount1=0;

void delay(uint time1) //延时子程序
{
int i;
int k;
for(i=0;i<time1;i++)
for(k=0;k<100;k++);
}

void display(time disnum) //显示子程序
{
int hour_shi,hour_ge,min_shi,min_ge,sec_shi,sec_ge,i;
int num[6]={0,0,0,0,0,0};
hour_shi=disnum.hour/10;
hour_ge=disnum.hour%10;
min_shi=disnum.minute/10;
min_ge=disnum.minute%10;
sec_shi=disnum.second/10;
sec_ge=disnum.second%10;
num[0]=hour_shi;
num[1]=hour_ge;
num[2]=min_shi;
num[3]=min_ge;
num[4]=sec_shi;
num[5]=sec_ge;
for(i=0;i<6;i++)
{
P2=num_tab1[i];
P0=num_tab2[num[i]];
delay(1);
}

}

void display_1(uchar wei,uchar k) //显示子程序1
{
uchar wei1,wei2;
wei1=wei/10;
wei2=wei%10;

P2=num_tab1[k];
P0=num_tab2[wei1];
delay(1);
P2=num_tab1[k+1];
P0=num_tab2[wei2];
delay(1);
}

void interrupt_init(void)
{
EA=0;
TMOD=0x01;
TH0=0xd8;
TL0=0xf0;
IT0=1;
ET0=1;
EX0=1;
EA=1;
TR0=1;
}

if(recount!=0)
{
P1_7=~P1_7;
recount--;
}
else
{ P1_7=0;}
if(recount1!=0)
{
P1_6=~P1_6;
recount1--;
}
else
{ P1_6=0;}
}
else
{
count--;
}

}

void main(void)
{
uchar j=0;
flag=0;
interrupt_init(); //中断初始化
P1_6=0;
P1_7=0;
while(1)
{
switch(state)
{
case 0: display(now);break;
case 1: display_1(now.hour,0);break;
case 2: display_1(now.minute,2);break;
case 3: display_1(now.second,4);break;

}

}
}
5 仿真调试
5.1 KeiL调试
（1）在Windows下运行Keil µVisiion3软件，进入Keil µVisiion3开发环境。
（2）在Keil µVisiion3选择Project/New Preject…，建立一个新的工程项目。

5.2 仿真结果分析
功能太过单调，只能实现时分秒的显示，设计比较简单。电路图的设计过于单调，用的器件太少，实现调节时间的按钮太少，不能很好的实现时间的调节。在测试过程中，六位数码显示管只显示五位数字，有一位数字不亮，通过多次的修改程序并在PROTEUS软件环境中进行仿真，最终解决了这个问题，同时也透露出本人在单片机电路设计和程序设计方面的不足。不过最后的仿真效果非常好，实现了预期的效果，能过通过多功能控制键调节时间和是否进入省电模式，是一个比较令人满意的