单片机电子时钟的设计 .doc

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1、单片机论文专业: 机械设计制造及其自动化班级： 机械09-2班姓名： 学号： 单片机学习心得单片机学习心得在创新实践中由于涉及到单片机的使用，我们系统地学习了 mcs-51系列单片机的结构，操作，指令和程序设计，以及各种常用的外围电路，设备，外设接口连接的硬，软件设计方法，并且用“uv2”软件进行了程序运行。下面是我学习过程的一些经历。 早期的mcs-51 单片机主要包括 8051,8751和8031三个品种，在此基础上，Intel 公司还推出了增强型产品，以及低功耗型产品。此后 at89 系列单片机的推出，mcs-51 单片机已 以此机型为主流，应用十分广泛。系列的单片机以 mcs-51 为

2、内核，兼容了其软，硬件，（at89 增加了部分功能）在程序设计方面，除了传统的汇编语言外，C 语言的使用越来越多。C 语言的一般特点能方便地实现对 mcs-51 系统单片机的高级语言编程和各种控制操作。MCS-51与一般微型机同样主要由运算器，控制器，存储器和输入输出电路四个基本部件组成。MCS-51系列单片机中，当前最为流行的 89c51 单片机内除有cpu,各类存储器和输入输出端口外，还包括定时器/计数器，中断和时钟振荡电路等，由此构成了一个完整的单片机微型系统。89c51 单片机机有4个存储空间，分别用来安排4种不同功用的存储器：一，内部数据存储器；二，特殊功能寄存器；三，程序存储器；四

3、，外部数据存储器。内部数据存储器和特殊功能寄存器集成于片内，程序存储器有一部分集成于片内，如果容量不够，可以在片外扩展。 外部数据寄存器则只能安排在片外，用接口电路与单片机连接。四种存储器空间中， 内部数据存储器和特殊功能存储器统一编址，程序存储器和外部数据存储器独立分开编址，89c51存储器有三套独立编址的存储器空间，对它们操作，无论在指令形式上，还是寻址方式上都会有所不同。内存储器可分为寄存器区、位地址区，通用 ram 区。在使用时，应区分字节地址和位地址的操作。特殊功能寄存器中有21个字节的sfr，不连续分布在128个字节的sfr存储空间中。其中有11个特殊功能寄存器可以进行位寻址操作。

4、程序存储器拥有 64k 字节存储空间。89c51只有4k字节空间。存储器为闪烁型e2prom，电擦电写，程序可长期保存，可反复编程。程序存储器用来存放固化的用户程序，取址，转移调用均用计数器 pc 给出。89c51内部ram要求大于128 个字节空间时，当可通过总线端口和其他 I/O 端口扩 展外部 RAM。 外部的 ram没有堆栈操作。外部程序存储器只可读不可写，由引脚psen提供； 数据存储器有读写，由引脚 rd 和 wr 操作。且读片内 ram 时无读写信号产生。 定时器/计数器简称定时器，能够产生各种时间标志间隔，记录外部脉冲与事件的数 量等。89c51 有2个16位定时器T0和T1。

5、它们分别由TH 与TL寄存器构成，映射在特殊 功能寄存器中。作定时器时，每个机器周期寄存器自动加 1。（每个机器周期为12个时钟振 荡周期） 。作计数器时，只要单片机外部引脚有1到0负跳变，计数器自动加 1。计数器最 高频率为震荡频率为 1/24。定时器有三种工作方式。由控制器 tmcs-51od 控制。定时器控制器tcon控制中断和触发。89c51 单片机的中断系统简单实用，有5个固定的可屏蔽中断源，3个在片内，2个片外，有两级中断优先级，可形成中断嵌套。89c51 单片机有 4 个 89c51 位双向并行 I/O 端口除可作为字节的输入输出外，其各条 i 线也可单独地作为输入输出线。单片机

6、内有一个串行 i 端口，通过引脚 p3.0 和 p3.1 可与外设电路进行全双工的串行异步通信。串行口的工作方式由其控制寄存器 scon 确定，另外电 源控制寄存器 pcon可用来指定波特率加倍控制位。单片机的时钟信号用来提供单片机内各种微操作的时间基础，复位操作则使单片机的 内电路初始化，是单片机从一种确定的初态开始运行。节电方式是 89c51 的一种特殊的省电 而又能保持片内某些信息的工作方式。 MCS-51系列单片机共111条归类指令，可分成数据传送指令、算术运算类指令、逻辑运算与循环类指令、子程序调用与转移指令、位操作指令和cpu控制类指令等六类 指令。汇编程序具有指令执行时间短、指令

7、短、具有丰富的位操作类指令等优点。面向mcs-51 单片机的C语言除了具有通用C语言的特点外，还能方便地运用C语句操作单片机的硬件与内部资源，实现单片机的高级语言编程。对于 uv2 的使用，要先建立 project，选择 cpu(sst89e546rd)。新建文件，就可以编程了。完成文件后，将其添加到目标组中。接下来需要在 project菜单下进行设置。具体更 改为：频率、使用 monitor driver、设置串口参数。完成后，就可运行查看结果了。这次学习我们更好地了解单片机（89c51），能够使用单片机进行简单的实验，为创新实践试验打下了基础。单片机电子时钟的设计摘要：单片机自20世纪70

8、年代问世以来，以其极高的性能价格比，受到人们的重视和关注，应用很广、发展很快。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。由于具有上述优点，在我国，单片机已广泛地应用在工业自动化控制、自动检测、智能仪器仪表、家用电器、电力电子、机电一体化设备等各个方面，而51单片机是各单片机中最为典型和最有代表性的一种。这次毕业设计通过对它的学习、应用，以AT89S51芯片为核心，辅以必要的电路，设计了一个简易的电子时钟，它由4.5V直流电源供电，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。一、前言时钟，自从它发明的那天起，就

9、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。

10、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，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

11、的电路，构成了一个单片机电子时钟。二、系统设计2.1总体设计2.1.1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。2.1.2系统框图显示部分控制部分单片机（AT89S51）按键S2复位电路电源部分直流电源4.5V6个七段共阴极数码管显示秒，分钟及小时位位选部分6个PNP三极管（9012）图2-12.2模块设计2.2.1电源部分 图2-2如图2-2所示，从外部引入4.5V的直流电，为单片机、复位电路提供电源。2.2.2复位电路图2

12、-3如图2-3所示，复位电路主要由型号为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。2.2.3程序下载接口图2-4如图2-4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。2.2.4位选部分图2-5图2-5为位选电路，三极管的集电极接数码管的公共端，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据。这样，在同一时刻，6位LED中只有选通的那1位

13、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。2.2.5数码管的连接电路图2-6图2-6为数码管的引脚图，每位的段码线（a,b,c,d,e,f,g,dp）分别与1个8位的锁存器输出相连，由AT89S5

14、1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。2.2.6控制部分图2-7AT89S51是美国ATMEL公司生产的低功耗，高性能CMOS 8位单片机，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

15、工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。如图2-7所示，AT89S51有40引脚，双列直插（DIP）封装，所用引脚功能如下：VCC 运行时加4.5VGND 接地XTAL1 振荡器反相放大器及内部时钟发生器的输入端XTAL2 振荡器反相放大器的输出端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。EA/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-FFFF

16、H），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。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。无自锁开关（S2P3.7）开关接相应引脚P3.7，当开关按下时，相应引脚为低电平0，断开时引脚为高电平1。三、软件设计3.1程序流程图主程序开始设定定时器常数，开中断显示时间到1秒？T0

17、中断现场保护重装定时器初值满20次否？满24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t1时值=24？按键S2时间t0.5按键S2时间t0.5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3.2源程序表3-1 P1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dpgfedcba0001111113FH10000011006H2010110115BH3010011114FH401

18、10011066H5011011016DH6011111017DH70000011107H8011111117FH9011011116FH; ; 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LJMP 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

19、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 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,#3

20、CH ;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时跳回START1 SETMM1: LJMP SETMM ;转到时间调整程序SETMM; 1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

21、 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

22、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 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

23、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0 OUTT0: 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 ; 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INT

24、T1: 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 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

25、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 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

26、,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

27、 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 ;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

28、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

29、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