优秀毕业论文（设计）：基于AT89S51单片机的电子时钟设计26553.doc

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1、基于AT89S51单片机的电子时钟设计摘 要随着电子技术的迅猛发展，单片机以极高的性能价格比受到人们的重视和关注。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，被广泛地应用在电力电子、工业自动化控制、自动检测、智能仪器仪表、家用电器等各个方面，其中，钟表的数字化给人们生产生活带来了极大的方便，而且大大地扩展了钟表原先的报时功能。诸如定时自动报警、按时自动打铃、时间程序自动控制、定时广播、定时启闭路灯、定时开关烘箱、通断动力设备，甚至各种定时电气的自动启用等，所有这些，都是以钟表数字化为基础的。因此，研究数字钟的原理及扩大其应用，有着非常现实的意义

2、。本课题运用所学的单片机原理及应用、数字电子技术等知识以AT89S51单片机为核心，配备LED显示模块、报时模块等功能模块设计一款简易的数码时钟。它由4.5V直流电源供电，采用24小时制方式，通过数码管能够准确显示时间，调整时间，从而到达学习、设计、开发软、硬件的能力，这对提高单片机应用及相关电子电路知识综合应用能力有重要意义。关键词：数码时钟，AT89S51，控制部分，LED目 录1前言12 方案论证与比较12.1数字时钟方案12.2数码管显示方案23系统设计23.1总体设计23.1.1系统说明23.1.2系统框图23.2模块设计33.2.1电源部分33.2.2复位电路33.2.3程序下载接

3、口43.2.4位选部分43.2.5数码管的连接电路53.2.6控制部分63.3电路原理图及PCB图83.4元件清单94 软件设计94.1程序流程图94.2源程序115 功能介绍与调试要点20总 结21致 谢22参考文献231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。怎样让时钟更好的为人民服务，怎样让我们的老朋友焕发青春呢？这就要求人们不断设计出新型时钟。现今，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，石英表，石英钟都采用了石英技术，因此走时精度高，稳定性好，使用方便，不需要经常调校，数字

4、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。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；二是用专门的时钟芯片实现

5、，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。2 方案论证与比较2.1数字时钟方案数字时钟4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置，使得软件编程相对简单。为

6、保证时钟在电网电压不足或突然掉电等突发情况下仍能正常工作，芯片内部包含锂电池。当电网电压不足或突然掉电时，系统自动转换到内部锂电池供电系统。而且即使系统不上电，程序不执行时，锂电池也能保证芯片的正常运行，以备随时提供正确的时间。方案二：本方案完全用软件实现数字时钟。原理1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。但由于每次执行程序时，定时

7、器都要重新赋初值，所以该时钟精度不高。而且，由于是软件实现，当单片机不上电，程序不执行时，时钟将不工作。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。所谓静态显示，就是当显示器显示某一字符时，相应的发光二极管恒定的导通或截止。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口太多，造成了资源的浪费。方案二：动态显示。所谓动态显示8就是一位一位的轮流点亮各个位，对于显示器的每一位来说，每隔一段时间点亮一次。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

8、足够快，字符才不闪烁。显示器的亮度既与导通电流有关，也于点亮时间与间隔时间的比例有关。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。3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系统框图本设计系统框图如图1示。图1 系统框图 3.2模块设计3.2.1电源部分如图2所示，从外部引入4.5V的直流电流，为单片机、复位电路

9、提供电源。 图2 电源电路3.2.2复位电路如图3所示，复位电路2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。图3 复位电路3.2.3程序下载接口如图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。图4 AT89S ISP3.2.4位选部分如图5所示，三极管的集电极接数码管的公共端6，当P2口对应的引脚输出高电平时三极管导通，对应的数码管显示数

10、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。同样，在下一时刻，只让下一位的位选线处于选通状态，而其他个位的位选线处于关闭状态，在段码线上输出将要显示字符的段码，则同一时刻，只有选通位显示出相应的字符，而其他各位则是熄灭的。如此循环下去，就可以使各位显示出将要显示的字符。虽然这些字符是在不同时刻出现的，而在同一时刻，只有一位显示，其他各位熄灭，但由于LED的余辉和人眼的视觉暂留作用，只要每位显示间隔足够短，则可以造成多位同时亮的假象，达到同时显示的效果。图5 位选电路3.2.5数码管的连接电路图6为数码管的引脚图3，每位的段码线（a,b,c,d,e,f,g

11、,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。图6 数码管的引脚3.2.6控制部分AT89S51是美国ATMEL公司生产的低功耗，高性能CMOS 8位单片机7，片内含4K bytes的可系统编程的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度，非易失性存储技术生产，兼容标准8051指令系统及引脚。AT89S51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

12、数据指针，两个16位定时/计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。如图7所示，AT89S51有40引脚，双列直插（DIP）封装，所用引脚功能如下：（1）VCC 运行时加4.5V（2）GND 接地（3）XTAL1 振荡器反相放大器及内部时钟发生器的输入端（4）XTAL2 振荡器反相放大器的输出端（5）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。DISRTO位缺省为RESET输出高电平打开状态。（6）E

13、A/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。（7）P1口,P2口P1，P2是一组带内部上拉电阻的8位双向I/O口。运行时通过P1口控制驱动电路的工作，将数据送到数码管，显示相应的段码，为了达到减少功耗或满足端口对最大电流的限制，应加上一限流电阻。P2.0P2.5口控制数码管的位选，使六个数码管轮流显示数据，等于1时位选三极管导通，等于0 时位选三极管截止。（8）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

14、低电平0，断开时引脚为高电平1。图7 控制电路AT89S51功能特性：1、兼容MCS-51指令系统。2、32个可编程I/O口。3、2个16位可编程定时/计数器。4、全双工UART串行中断口线。5、6个中断源。6、中断唤醒省电模式。7、看门狗（WDT）电路。8、4k可反复擦写(1000次）ISP Flash ROM。9、4.0-5.5V工作电压范围。10、全静态工作模式：时钟频率0-33MHz。11、128x8bit内部RAM。12、低功耗空闲和掉电模式。13、3级程序加密锁。14、掉电标识和快速编程特性。3.3电路原理图及PCB图图8 原理图图9 PCB图3.4元件清单电子时钟元件清单如表2所

15、示：表2 元件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*5.664CM214 软件设计4.1程序流程图主程序流程图如图10所示。图10 主程序流程图中断处理流程图如图11所示。图11 中断处理流程图时钟调整流程图如图12所示。图12 时钟调整流程图4.2源程序P1口对应段码及数值如表3所示：表3 P

16、1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dpgfedcba0001111113FH10000011006H2010110115BH3010011114FH40110011066H5011011016DH6011111017DH70000011107H8011111117FH9011011116FH电子钟源程序总体设计如下：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L

17、JMP 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-7AH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 MO

18、V 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（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

19、跳回START1SETMM1: LJMP SETMM ;转到时间调整程序SETMM1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 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次中断未到中断

20、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 ;ADDMM: 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

21、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 CJNE 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0OUTT0: 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 ;

22、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, #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

23、 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

24、 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 ;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

25、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

26、;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T1SET2: 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1SET4: 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

27、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

28、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1SET6: 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

29、 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

30、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 SET4SET5: 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 SET6SETOUT1: 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

31、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 ;指向下一地址 MOV A,R5 ;扫描控制字放入A JNB ACC.5,ENDOUT ;ACC.5=0时一次显示结束 RL A ;A中数据循环左移 MOV R

32、5,A ;放回R5内 AJMP PLAY ;跳回PLAY循环ENDOUT: SETB P2.5 ;一次显示结束，P2口复位 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,#14HDL1: MOV R7,#19HDL2: 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 ;延时程序，用作按键时间的长短判断DL1S: LCALL DL05S LCALL DL05S RETDL05S: MOV R3,#20H ;8毫秒*32=0.196秒DL05S1: LCALL DISPLAY DJNZ R3,DL05S1 RET END ;程序结束5 功能介绍与调试要点本设计能够很准确的走时，并能够通过硬件对时钟进行时间调整。（1）功能介绍： 显示XX：XX：XX时间。 时间可调：调整键（S2）按下时间小于1秒（t0.5s）分钟位闪亮，此时按下S2键（t0.5s）该个