单片机数字电子时钟设计.doc

单片机电子时钟设计
目 录
摘要…………………………………………………………2
第一章 电子时钟的设计…………………………………3
1.1电子时钟简介…………………………………………3
1.2电子时钟的工作原理……………………………………3
第二章 硬件设计方案…………………………………………4
2.1硬件电路的设计方案……………………………………4
2.2硬件电路的原理图………………………………………4
2.3硬件电路说明…………………………………………5
第三章 电子时钟的程序设计…………………………………… 8
3.1程序流程图……………………………………………8
3.2程序设计………………………………………………………11
总结…………………………………………………………………15
摘要
随着现代生活的推进，电子时钟在人们的生活中已经普及，本课题的主要内容就是结合单片机的强大功能，在一块普通的电子时钟集成多种功能，方便人们的日常生活，该功能是通过单片机、8段数码管以及一些简单辅助电路实现的。由于之前没有独立做过单片机实现多功能电子时钟方面的内容，所以在做设计时总会遇见很多问题，本次设计是在结合老师的指导及同学的帮助下完成的，并通过本人在网上所查的大量资料及单片机设计中常见的电路而构思出来的。 单片计算机即单片微型计算机。由RAM ,ROM,CPU构成，定时，计数和多种接口于一体的微控制器。它体积小，成本低，功能强，广泛应用于智能产业和工业自动化上。而51系列单片机是各单片机中最为典型和最有代表性的一种。这次课程设计通过对它的学习，应用，从而达到学习、设计、开发软、硬的能力。
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。该方法仿真效果真实、准确，节省了硬件资源。
关键字：单片机、电子时钟、程序
第一章 电子时钟的设计
1.1电子时钟简介
　电子钟是一种利用数字电路来显示秒、分、时的计时装置，与传统的机械钟相比，它具有走时准确、显示直观、无机械传动装置等优点，因而得到广泛应用。随着人们生活环境的不断改善和美化，在许多场合都用到电子时钟。
现在高精度的计时工具大多数都使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LED显示器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。
LCD数字电子钟除了在城市的主要营业场所、车站、码头等公共场所使用还可以改装在摩托车和汽车上，LCD显示，带蓝色背光，白天在太阳光下也能非常清楚的看到显示时间，关钥匙可以关闭蓝色背光，时间还能显示也不会清零，因LCD的显示耗电量很省的，所以一直工作也不必担心耗电问题。在骑摩托车时，为了看时间，先要停下车子，取出手机，才能看时间，是否有点麻烦，现在车上改装了一个蓝色背光的液晶电子钟后，不管白天黑夜色，随时可以看时间，非常方便。
1.2电子时钟的工作原理
一般电子钟是一个将“ 时”，“分”，“秒”显示于人的视觉器官的计时装置。它的计时周期为24小时，显示满刻度为23时59分59秒，另外应有校时功能和报时功能。因此，一个基本的数字钟电路主要由译码显示器、“时分”，“秒”计数器、校时电路、报时电路和振荡器组成。主电路系统由秒信号发生器、“时、分、秒”计数器、译码器及显示器、校时电路、整点报时电路组成。秒信号产生器是整个系统的时基信号，它直接决定计时系统的精度，一般用石英晶体振荡器加分频器来实现。将标准秒信号送入“秒计数器”，“秒计数器”采用60进制计数器，每累计60秒发出一个“分脉冲”信号，该信号将作为“分计数器”的时钟脉冲。“分计数器”也采用60进制计数器，每累计60分钟，发出一个“时脉冲”信号，该信号将被送到“时计数器”。“时计数器”采用24进制计时器，可实现对一天24小时的累计。译码显示电路将“时”、“分”、“秒”计数器的输出状态用七段显示译码器译码，通过七段显示器显示出来。整点报时电路时根据计时系统的输出状态产生一脉冲信号，然后去触发一音频发生器实现报时。校时电路时用来对“时”、“分”、“秒”显示数字进行校对调整。
而该电子时钟由89C51，六段数码管等构成，采用晶振电路作为驱动电路，由延时程序和循环程序产生的一秒定时，达到时分秒的计时，六十秒为一分钟，六十分钟为一小时，满二十四小时为一天。而电路中唯一的一个控制键却拥有多种不同的功能，按下又松开，可以实现屏蔽数码管显示的功能，达到省电的目的；直接按下不松开，则可以通过按键实现分钟的累加，每按一次分钟加一；而连续两次按下按键不放松，则可实现小时的调节，同样每按一次小时加一
第二章 设计方案
2.1硬件电路的设计方案
根据设计要求和设计思路，硬件电路有两部分组成，即单片机按键电路，LED显示器电路。图1 为硬件电路设计框图。
按键电路

8279

MC51

LED显示电路

硬件电路设计框图
2.2硬件电路的原理图
设计原理图，如图所示。

设计原理图
本设计电路，硬件部分共由五个模块组成：按键模块、复位电路模块、晶振电路模块、发声指示模块、时间显示模块。晶振电路模块负责给单片机提供时钟周期。复位单路模块负责上电后自动复位，或按键后强制复位。上电后，由单片机内部定时器计时，同时通过动态显示函数自动将时分秒显示到数码管上。与此同时，按键扫描函数，一直扫描按键引脚状态，一旦扫描到按键被按下，即进入相应的功能函数。如果检测到定时时间到，则驱动蜂鸣器发声提示。
2.3硬件电路说明
2.3.1按键模块
按键模块如图所示。

按键模块
在该模块中，采用四个按键作为电子时钟的控制输入，通过按键来实现时钟的时间设置、定时、秒表功能。电路中将四个按键的一端接公共地，而单片机的P2口默认为高电平，一旦按键被按下，则该按键对应的额管脚被拉低，通过软件扫描按键即可知道用户所要实现的功能，调用相应的按键子程序来完成该操作。按键的去抖动由软件来实现。
2.3.2单片机的复位电路
单片机的复位电路,如图所示。

单片机的复位电路
当MCS-5l系列单片机的复位引脚RST(全称RESET)出现2个机器周期以上的高电平时，单片机就执行复位操作。如果RST持续为高电平，单片机就处于循环复位状态。根据应用的要求，复位操作通常有两种基本形式：上电复位和上电或开关复位。上电复位要求接通电源后，自动实现复位操作。上电后，保持RST一段高电平时间。

2.3.3单片机的晶振电路
单片机的晶振电路，如图所示。

单片机的晶振电路
石英晶体也连接在晶振引脚的输入和输出之间，等效为一个并联谐振回路，振荡频率应该是石英晶体的并联谐振频率。晶体旁边的两个电容接地，实际上就是电容三点式电路的分压电容, 接地点就是分压点。以接地点即分压点为参考点，振荡引脚的输入和输出是反相的，但从并联谐振回路即石英晶体两端来看, 形成一个正反馈以保证电路持续振荡。

2.3.5时间显示模块
时间显示模块如图所示。

液晶显示电路
时间显示部分的电路也很简单，由三个两位的共阴8段数码管、四盏Led灯，加上一个4511译码驱动电路组成。在显示过程中，单片机将要显示的数字传递给4511芯片，同时通过位选选通要显示的数码管。4511芯片实现将BCD码数字转换为七段数码管段选码通过其输出端输出，同时提供约500mA的电流驱动数码管点亮。

数码管译码驱动驱动电路

第三章 控制系统的软件设计
3.1 程序流程图
系统的流程图如图a和图b所示：

图a 主程序流程图

图 b 中断处理流程图

3.2依据流程图编写程序
本系统的软件系统主要可分为主程序、定时计数中断程序、时间调整程序、延时程序四大模块。在程序设计过程中加强了部分软件抗干扰措施，下面对部分模块作介绍。
主 程 序              ;
             START: MOV    R0,#70H        ;清70H-7AH共11个内存单元
                    MOV    R7,#0BH        ;
        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             ;允许T0中断
                    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    P3.5,SETMM1     ;P3.5口为0时转时间调整程序
                    SJMP   START1          ;P3.5口为1时跳回START1
             SETMM1:       LJMP SETMM      ;转到时间调整程序SETMM
定时计数中断程序：
MOV TMOD,#00H ;写控制字
MOV TH0,#0F0H ；写定时常数
MOV TLO,#0CH
SETB TR0 ；启动T0
SETB ETO ；允许T0中断
SETB EA ；开放CPU中断
AJMP $

时间调整程序：
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 ;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 ;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中断
SETB TR0 ;开启T0定时器（开时钟）
CLOSE: JB P3.7,CLOSE ;无按键按下，等待。
LCALL DISPLAY ;有键按下，调显示子程序延时削抖
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 ;按下时间大于0.5秒退出时间调整
MOV R0,#79H ;按下时间小于0.5秒加1小时操作
LCALL ADD1 ;调加1子程序
MOV A,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 ;是抖动，返回SETOUT再等待
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 ;键释放等待时调用显示程序（调分）
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 ;键释放等待时调用显示程序（调小时）
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 ;防止键按下时无时钟显示
延时程序：
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LED的显示闪烁现象
DS20MS: ACALL DISPLAY
ACALL DISPLAY
ACALL DISPLAY
RET

总结：本电子时钟设计硬件结构简单，软件设计条理清晰，是一个很实用及很常见的多功能时钟。由于之前没有独立做过单片机实现多功能电子时钟方面的内容，所以在做设计时总会遇见很多问题，本次设计是在结合老师的指导及同学的帮助下完成的，并通过本人在网上所查的大量资料及单片机设计中常见的电路而构思出来的。通过电子时钟的设计，使我对单片机的使用和工作原理有了更深刻的理解，对伟福单片机编程环境熟悉了许多，进一步掌握了单片机的定时器、中断处理的编程方法和数码显示电路的驱动方法。

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