基于单片机制作电子时钟实训总结报告.doc

绪论
单片机应用简述....................................
电子时钟介绍......................................
电子时钟基础特点................................
任务要求.........................................
设计方案.........................................
控制系统硬件设计................................
芯片选择.......................................
AT89S51功效概述...............................
AT89S51引脚功效说明（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……….
控制系统软件设计................................
程序编程.........................................
步骤图...........................................
测试调试...........................................
总结...............................................

单片机应用简述
现在，单片机正朝着高性能和多品种方向发展趋势是深入向着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多个方面发展。
单片机应用关键意义还在于，它从根本上改变了传统控制系统设计思想和设计方法。在以前，是必需由模拟或是数字电路实现大部分功效，而现在已经能用单片机经过软件方法来实现了。这种软件替换硬件控制技术也称为微控制技术，是传统控制技术一次革命[2]。
电子时钟介绍
时间对于大家来说总是那么宝贵，工作忙碌性和繁杂性轻易是人忘记目前时间。忘记了要做事情，当事情不是很关键时候这种遗忘无伤大雅。不过，一旦是关键事情，一时耽搁可能酿成大祸[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基础，电子时钟也飞速发展起来[4]。现代电子时钟基于单片机一个计时工具采取延时程序产生一定时间中止，用于一秒定义，经过计数方法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，从而达成计时功效，是大家日常生活不可缺乏工具。
电子时钟基础特点
现在高精度计时工具大多数采取了石英晶体振荡器，因为电子钟、石英钟、石英表全部采取了石英技术，所以，走时精度高，稳定性好，使用方便，不需要常常调试，数字式电子钟用集成电路计时时，译码替换机械式传动，用LCD显示器或数码管替换指针显示进而显示时间，减小了计时误差，这种表含有时、分、秒显示时间功效，还能够进行时和分校对，片选灵活性好[3]。

任务说明
伴随人类科技文明发展，大家对于时钟要求在不停地提升。时钟已不仅仅被看成一个用来显示时间工具，在很多实际应用中它还需要能够实现更多其它功效。高精度、多功效、小体积、低功耗，是现代时钟发展趋势。在这种趋势下，时钟数字化、多功效化已经成为现代时钟生产研究主导设计方向[9]。本文正是基于这种设计方向，以单片机为控制关键，设计制作一个符合指标要求多功效数字时钟。
本设计基于单片机技术原理，以单片机芯片AT89S51作为关键控制器，经过硬件电路制作和软件程序编制，设计制作出一个电子时钟系统。该时钟系统关键由时钟电路模块、复位电路模块、LED数码管显示模块、和键盘控制模块组成。系统含有简单清楚操作界面，能在4V～7V直流电源下正常工作。能够正确显示时间（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，充足发挥单片机功效，大部分功效经过软件编程来实现，电路简单明了，系统稳定性高。同时，该时钟系统还含有功耗小、成本低特点，含有很强实用性
控制系统硬件设计
芯片选择
经过多个单片机性能分析及现有试验设备限制，在本设计中单片机芯片采取了AT89S51单片机芯片。AT89S51是美国ATMEL企业生产低功耗，高性能CMOS8位单片机片内含4k bytes可系统编程Flash只读程序存放器，器件采取ATMEL企业高密度、非易失性存放技术生产，兼容标准8051指令系统及引脚。它集Flash程序存放器既可在线编程（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企业功效强大，低价位AT89S51单片机可为您提供很多高性价比应用场所，可灵活应用于多种控制领域[5]。
AT89S51元件介绍
此次使用元件是单片机系统一个常见元件：AT89S51。AT89S51是一个低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含4k Bytes ISP(In-system programmable)可反复擦写1000次Flash只读程序存放器，器件采取ATMEL企业高密度、非易失性存放技术制造，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ISP Flash存放单元，功效强大微型计算机AT89S51可为很多嵌入式控制应用系统提供高性价比处理方案。
AT89S51引脚功效说明（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。在访问外部数据存放器或程序存放器时，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- 1 AT89S51引脚图
P1口：P1口是一个带有内部上拉电阻8位双向I/O口，P1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”，经过内部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8位双向I/O口，P2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”，经过内部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。在访问外部程序存放器或16位地址外部数据存放器（比如实施MOVX @DPTR指令）时，P2口送出高8位地址数据。在访问8位地址外部数据存放器（比如实施MOVX @Ri指令）时，P2口线上内容（即特殊功效寄存器（SFR）区中P2寄存器内容），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它控制信号[5]。
P3口：P3口是一个带有内部上拉电阻8位双向I/O口，P2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P3口将用上拉电阻输出电流。P3口除了作为通常I/O口线外，更关键用途是它第二功效[5]。
P3口还接收部分用于Flash闪速存放器编程和程序校验控制信号。
表2- 1 P3口第二功效
端口引脚
第二功效
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
外部中止0请求
P3.3
/INT1
外部中止1请求
P3.4
T0
定时/计数器0外部输入
P3.5
T1
定时/计数器1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SFR AUXRDISRT0位（地址8EH）可打开或关闭该功效。DIRT0位缺省为RESET输出高电平打开状态[5]。
ALE/PROG：当访问外部程序存放器或数据存放器时，ALE（地址锁存许可）输出脉冲用于锁存地址低8位字节。即使不访问外部存放器，ALE仍以时钟振荡频率1/6输出固定正脉冲信号，所以可对外输出时钟或用以定时目标。要注意是：每当访问外部数据存放器时将跳过一个ALE脉冲。对Flash存放器编程期间，该引脚还用于出入编程脉冲（PROG）。如有必需，可经过对特殊功效寄存器（SFR）区中8EH单元D0位置位，单片机实施外部程序时，应设置ALE无效[5]。
/PSEN：程序储存许可（/PSEN）输出是外部程序存放器读选通信号，当AT89S51由外部程序存放器取指令（或数据）使，每个机器周期两次/PSEN有效，即输出两个脉冲。当访问外部数据存放器。没有两次有效/PSEN信号[5]。
EA/VPP：外部访问许可。欲使CPU仅访问外部程序存放器（地址为0000H—FFFFH），EA端必需保持低电平（接地）。需注意是：假如加密位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则实施内部程序存放器中指令。Flash存放器编程时，该引脚加上+12V编程电压VPP[5]。
XTAL1：振荡器反相放大器及内部时钟发生器输入端。
XTAL2：振荡器反相放大器输出端。
LED数码管显示电路
数码管是一个把多个LED显示段集成在一起显示设备。有两种类型，一个是共阳极，一个是共阴极。共阳极就是把多个LED显示段阳极接在一起，又称为公共端。共阴型就是把多个LED显示段阴极连接在一起，即为公共商。阳极即为二极管正极，又称为正极，阴极即为二极管负极，又称为负极。多位数码管，除某一位公共端会连接在一起，不一样位数码管相同端也会连接在一起。数码管显示方法可分为静态显示和动态显示，在本设计中采取是动态显示，其原理：各个数码管相同端连接在一起，共同占用8位段引管线：每位数码管阳极连接在一起组成公共端。利用人眼视觉暂留性，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，显示就会清楚显示出来[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，因为LED数码管位电流较大，故采取三极管来驱动。8个电阻一端接到单片机P1口，另一端分别接到三极管基极，发射极接地，集电极和所述数码管芯片位控制端相连。此驱动电路采取主芯片通用ＩＯ口并配合三极管来实现四位数码管动态扫描和显示驱动，含有电路结构简单、占用电路板空间小、驱动能力强、成本低等优点，其缺点是共阴极数码管采取PNP三极管驱动，这么三极管损耗比较大。位码由P1口输出，段码由P3口输出，P1口线和LED之间5.1K限流电阻和PNP三极管，显示方法为动态显示方法。
表2-2 字型和字段关系
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
数码管驱动意义：
第一：假如不驱动话，单片机高低电平仍然能够控制数码管亮度，形在动态显示，但这时细心你会发觉这时数码亮度会比较暗，而且扫描频率很高，仍然有微小闪动现象，因为单片机输出电流本身就很弱；
第二：三极管作用是：1、起到开关作用，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，静态显示能够不显著，动态显示时候，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
试验板原理图

控制系统软件设计

软件系统关键分为以下多个部分：主程序、显示子程序及中止服务子程序。以动态显示作为主程序，关键是初始化部分和不停调用动态显示子程序。动态显示子程序，它被主程序不停调用，以确保稳定可靠显示；按键查询采取中止方法；秒定时采取定时器T0中止方法进行，定时时间为50MS，每50MS溢出一次，中止两次达100MS。然后经过显示子程序将单元里面十六进制数拆开为BCD码，送到显示缓冲区。

步骤图
主程序开始
设定定时器常数，开中止
显示时间
到1秒？
T0中止
现场保护
重装定时器初值
满20次否？
满二十四小时否？
满60秒否？
满60分否？
恢复现场
时值加1
时缓冲单元清零
秒值加1
分缓冲单元清零
秒缓冲单元清零
分值加1
结束

时钟调整程序
关闭显示，省电状态
分钟闪烁，调时状态
分值加1
按键S2时间t>1
时值=24？
按键S2时间t<0.5
按键S2时间t<0.5
时钟闪烁，调时状态
分值=60？
分值清零
时值加1
时值清零
返回显示
S2是否按下

程序编写
ORG 0000H ;程序实施开始地址
LJMP START ;跳到标号START实施
ORG 0003H ;外中止0中止程序入口
RETI ;外中止0中止返回
ORG 000BH ;定时器T0中止程序入口
LJMP INTT0 ;跳至INTTO实施
ORG 0013H ;外中止1中止程序入口
RETI ;外中止1中止返回
ORG 001BH ;定时器T1中止程序入口
LJMP INTT1 ;跳至INTT1实施
ORG 0023H ;串行中止程序入口地址
RETI ;串行中止程序返回

;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;
;; 主 程 序 ;;
;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;
;
START: MOV R0,#70H ;清70H-7AH共11个内存单元
MOV R7,#0BH
; clr P3.3
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 ;总中止开放
SETB ET0 ;许可T0中止
SETB TR0 ;开启T0定时器
MOV R4,#14H ;1秒定时用初值（50MS×20）
START1: LCALL DISPLAY ;调用显示子程序
JNB P3.3,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中止服务程序
INTT0: PUSH ACC ;累加器入栈保护
PUSH PSW ;状态字入栈保护
CLR ET0 ;关T0中止许可
CLR TR0 ;关闭定时器T0
MOV A,#0B7H ;中止响应时间同时修正
ADD 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次中止未到中止退出
ADDSS: MOV R4,#14H ;20次中止到（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 ;
ADDMM: JC OUTT0 ;小于60秒时中止退出
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分时中止退出
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
CJNE A,#24H,HOUR ;
HOUR: JC OUTT0 ;小于二十四小时中止退出
ACALL CLR0 ;大于或等于二十四小时小时计时单元清0
OUTT0: MOV 72H,76H ;中止退出时将分、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中止
RETI ;中止返回
;
;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;
;; 闪动调时 程 序 ;;
;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;
;T1中止服务程序，用作时间调整时调整单元闪烁指示
INTT1: PUSH ACC ;中止现场保护
PUSH PSW ;
MOV TL1, #0B0H ;装定时器T1定时初值
MOV TH1, #3CH ;
DJNZ R2,INTT1OUT ;0.3秒未到退出中止（50MS中止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 ;中止退出
FLASH1: JB 01H,FLASH2 ;01H位为1时，转小时熄灭控制
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 ;转中止退出
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 ;转中止退出
;
;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;
;; 加1子 程 序 ;;
;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;
;
ADD1: MOV A,@R0 ;取目前计时单元数据到A
DEC R0 ;指向前一地址
SWAP A ;A中数据高四位和低四位交换
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 ;指向目前地址单元
SWAP A ;A中数据高四位和低四位交换
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 ;清目前地址单元
DEC R0 ;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: cLR ET0 ;关定时器T0中止
CLR TR0 ;关闭定时器T0
LCALL DL1S ;调用1秒延时程序
JB P3.3,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 ;许可T1中止
SETB TR1 ;开启定时器T1
SET2: JNB P3.3,SET1 ;P3.7口为0（键未释放），等候
SETB 00H ;键释放，分调整闪烁标志置1
SET4: JB P3.3,SET3 ;等候键按下
LCALL DL05S ;有键按下，延时0.5秒
JNB P3.3,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 ;调整单元数据和60比较
HHH: JC SET4 ;调整单元数据小于60转SET4循环
LCALL CLR0 ;调整单元数据大于或等于60时清0
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中止
SETB TR0 ;开启T0定时器（开时钟）
CLOSE: JB P3.3,CLOSE ;无按键按下，等候。
LCALL DISPLAY ;有键按下，调显示子程序延时削抖
JB P3.3,CLOSE ;是干扰返回CLOSE等候
WAITH: JNB P3.3,WAITH ;等候键释放
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 P3.3,SET5 ;等候键