课程设计（论文）基于AT89S51控制的数字时钟VIP

1、基于at89s51控制的数字时钟摘要本系统采用msc-51系列单片机以at89s51为中心器件来设计多功能数字时钟。文中详细介绍了51单片机应用中的数据转换显示，数码管显示原理，动态扫描显示原理，单片机的定时中断原理。该时钟系统能实现时钟日历的功能：能进行时、分、秒的显示;也具有日历计算、显示和时钟，日历的校准、定时时间的设定，实现秒表，整点报时等功能。1.引言1.1 设计的意义近年来随着科技的飞速发展,单片机的应用正在不断地走向深入,同时带动传统控制检测日新月异更新.在实时检测和自动控制的单片机应用系统中,单片机往往是作为一个核心部件来使用,仅单片机方面知识是不够的,还应根据具体硬件结构,以

2、及针对具体应用对象特点的软件结合,加以完善.本文通过用对一个能实现定时，日历显示功能的时间系统的设计学习，详细介绍了51单片机应用中的数据转换显示，数码管显示原理，动态扫描显示原理，单片机的定时中断原理、从而达到学习，了解单片机相关指令在各方面的应用。1.2 设计所要做的工作系统at89s51、led数码管、按键、发光二极管，电容，电阻，蜂鸣器，晶震等部分构成，能实现的功能有：时间显示、日期显示、定时、整点报时、秒表、报警。左键：切换功能显示，按一下显示日期，再按一下显示定时时间，再按一下显示秒表。中键：进行位置选择，按一下则选择最右边两位，再按一下则选择中间两位，再按一下则选择左边两位，再按

3、一下则选择下一功能左边两位，如此循环。当选择某个数的时候，按左键加一，秒的时候则直接清0。当有选择某个数的时候或显示日期、定时时间的时候按右键则返回显示时间。右键：定时时间到时会放音乐，按右键时就停止播放。右上角按键和指示灯：显示是否有定时功能，亮时则有定时功能，按一下按键则灯灭取消定时功能，再按下开启定时功能。当显示秒表的时候：按中间键进行开始计时和暂停，按右键清0。按左键时回到显示时间。2.硬件电路原理分析2.1.电路原理分析 时钟电路驱动电路显示电路复位电路aaat89s51定时音乐播放键盘电 路 图2-1总体方案方框图图2-2电路原理图电路中单片机的p1口送数据，p2口送地进行选择某位

4、数码管。用74ls245进行驱动，p3.0接蜂鸣器，p3.2,p3.3,p3.4,p3.5接按键，0.1uf电容起抗干扰作用。2.1.1电路显示原理23456电路原理图见图2。由两个四位的数码管组成时、分、秒、年、月、日的显示。p1口的8条数据线p1.0 至p1.7 分别与第一片74ls245译码的a0-a7口相接，p2口的 p2.0至p2.7分别与第二片74ls245 a0-a7相接。这样通过p0 口送出一个存储单元的高位、低位代码，通过p2口送出扫描选通代码地址，就会将要显示的数据在数码管中显示出来。从p1口输出的代码是段选码，从p2口输出的就是位选码。这是扫描显示原理。2.1.2内部震荡

5、电路1:图2-3晶体震荡电路at89s51中有一个构成内部震荡器的高增益反向放大器,引脚xtal1和xtal2分别是放大器的输入端和输出端,这个放大器与作为反馈元件的石英晶体构成自激震荡电路。外接石英晶体及电容c1,c2接在放大器的反馈回路中构成并联震荡电路。2.1.3键盘消抖原理1310键盘是人与微机打交道的主要设备,按键的读取容易引起误动作。可采用软件去抖动的方法处理，软件的触点在闭合和断开的时候会产生抖动，这时触点的逻辑电平是不稳定的，如不采取妥善处理的话，将引起按键命令错误或重复执行，在这里采用软件延时的方法来避开抖动。2.1.4复位电路原理【2】9复位电路的基本功能是：系统上电时提供

6、复位信号，直至系统电源稳定后，撤销复位信号。为可靠起见，电源稳定后还要经一定的延时才撤销复位信号，以防电源开关或电源插头分-合过程中引起的抖动而影响复位。下图所示的rc复位电路可以实现上述基本功能,sm为手动复位开关。图2-4复位电路图2.2四位数码管原理图4810图2-5 数码管管脚图2.3 at89s51的管脚说明2： 图2-6 at89s51管脚图vcc 电源电压.gnd 接地.rst 复位输入.当rst变为高电平并保持2个机器周期时,将使单片机复位.wdt溢出将使该引脚输出高电平,设置sfr auxr的disrto位(地址8eh)可打开或关闭该功能.diskrto位缺省为reset输出

7、高电平打开状态.xtal1 反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入.xtal2 来自反向振荡放大器的输出.p0口 一组8位漏极开路型双向i/o口.也即地址/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.在访问外部数据存储器或程序存储器时,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.p1口 一个带内部上拉电阻的8位双向i/o口,p1的输出缓冲级可驱动(吸收或输出电流)4个ttl逻辑门电路.对端口写1,通过内部的上拉电

8、阻把端口拉到高电平,此时可作输入口.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(iil).flash编程和程序校验期间,p1接收低8位地址. p2口 一个带内部上拉电阻的8位双向i/o口.p1的输出缓冲级可驱动(吸收或输出电流)4个ttl逻辑门电路.对端口写1,通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平,此时可作输入口.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(iil).在访问外部程序存储器或16位地址的外部数据存储器时,p2口送出高8位地址数据.在访问8位地址的外部数据存储器时,p2口线上的内容在整个访问期间不改变.flash编程

9、和程序校验期间,p2亦接收低8位地址.p3口 一个带内部上拉电阻的8位双向i/o口.p3的输出缓冲级可驱动(吸收或输出电流)4个ttl逻辑门电路.对p3口写1时,它们被内部的上拉电阻把拉到高电并可作输入端口.作输入端口使用时,被外部拉低的p3口将用上拉电阻输出电流(iil).p3口除了作为一般的i/o口线外,更重要的用途是它的第二功能,如下图所示.p3口还接收一些用于flash闪速存储器编程和程序校验期间的控制信号.psen/ 程序储存允许输出是外部程序存储器的读先通信号,当at89s51由外部程序存储器取指令(或数据)时,每个机器周期两次psen/有效,即输出两个脉冲.当访问外部数据存储器,

10、没有两次有效的psen/信号.ea/vpp 外部访问允许.欲使cpu仅访问外部程序存储器,ea端必须保持低电平,需注意的是:如果加密位lb1被编程,复位时内部会锁存ea端状态.flash存储器编程时,该引脚加上+12v的编程电压vpp.3.数字时钟各个功能实现的设计思路3.1数据与代码转换148由前述可知，从p2口输出位选码，从p1口输出段选码，led就会显示出数字来。但p1口的输出的数据是要bcd码，各存储单元存储的是二进制数，也就是和要显示出的字符表达的含义是不一致的。可见，将要显示的存储单元的数据直接送到p1口去驱动led数码管显示是不能正确表达的，必须在系统内部将要显示的数据经过bcd

11、码行转换后，将各个单元数据的段选代码送入p1口，给74ls245译码后去驱动数码管显示。具体转换过程如下：我们先将要显示的数据装入数据指针累加器a中，再将a中的数据转换成高低两位，再放回a中，然后将通过movc a，a+dptr查表将a中的值输出。如：有一个单元存储了45这样一位数，则需转换成高低两位放在两个地址中,然后通过查表取得5, p1口送出数据, p2口送出地址。延时1毫秒后同样的道理将高位4送出。高位4,低位5先后送入译码器中，译码后45字就在led中显示出来。3.2计时功能的实现与中断服务程序2 时间的运行依靠定时中断子程序对时钟单元数值进位调整来实现的。计数器t0打开后，进入计时

12、，满10毫秒后，重装定时。中断一次，满一秒后秒进位，满60秒后即为1分钟，分钟单元进位，60分到了后，时单元进位，24小时满后，天单元进位。这样然后根据进率，得到年、月、日、时、分、秒存储单元的值，并经译码后，通过扫描程序送led中一位一位显示出来，实现时钟计时功能。累加是用指令inc来实现的。 进入中断服务程序以后，执行push psw和push a将程序状态寄存器psw的内容和累加器a中的数据保存起来，这便是所谓的保护现场。以保护现场和恢复现场时存取关键数据的存储区叫做堆栈。在软件的控制之下，堆栈可在片内ram中的任一区间设定，而堆栈的数据存取与一般的ram存取又有区别，对它的操作，要遵循

13、i后进先出i的原则。3.3定时,音乐播放控制功能与比较指令12系统的另一功能就是实现对执行设备的定时开关控制，其主要控制思想是这样的：先将执行设备开启的时间和关闭时间置入ram某一单元，在计时主程序当中执行几条比较指令，如果当前计时时间与执行设备的设定开启时间相等，就执行一条steb 12h指令，将对应的那路置为高电位，开启，定时时间到，调用音乐播放子程序；如果当前计时时间与执行设备设定的关闭时间相等，就执行clr对应的12h置低电位，关闭，音乐播放停止。实现此控制功能用到的比较指令为cjne a，#direct，rel，其转移条件是累加器a中的值与立即数不等则转移。3.4整点报时控制功能当时

14、间的秒开始进入到59分55秒时,开蜂鸣器,56秒时关蜂鸣器,57秒开蜂鸣器,58秒关蜂鸣器,59秒开蜂鸣器,60秒关掉。这样实现了整点报时功能。如果有播放音乐则不进行整点报时，这点也在程序中加以控制，以免产生混乱。3.5秒表功能的实现秒表是通过定时100毫秒的时间。将0.1秒位通过cjne 的不等转移的比较指令和10比较，如果不等，则0.1秒位继续每100毫秒加1；如果等于10，0.1秒位清0，秒位则加1。秒位通过cjne 的不等转移的比较指令和60比较，如果不等，则秒位继续每1毫秒加1；如果等于60，秒位清0，分位加1。分位则也是通过cjne 的不等转移的比较指令和60比较，如果不等，则分位

15、继续每60秒加1；如果等于60，分位清0，秒位清0，0.1秒位清0，停止计数。4软件设计4.1程序流程图图4-1 主程序流程图图4-2定时器0流程图图4-3 外部中断0流程图图4-4 外部中断1流程图5调试中的问题与解决方法数字时钟设计刚完成时,我经过检查,发现了一些问题147:1 刚弄好电路板并烧写程序进去后发现数码管不能正确显示时间，每个数码管中显示的数字几乎一样。经过询问老师，自己查阅资料，终于找出问题的原因：由于我在电路中采用的是动态数码管显示，需准确地调整延时子程序del1ms。我在程序中采取的延时时间为1毫秒。2整点报时不准确，本来我是定在55秒开始启动蜂鸣器报警，却提前了两秒钟，

16、经过检查程序后发现是报时程序里错写成了53秒，才造成提前报时。3复位电路中的开关不能使电路复位到初始状态即12：00：00，经过认真检查电路后我发现我是开关的管脚没接对。测试后重新接下开关的管脚就可以了。6结束语经过调试之后,我发现我做的基于at89s51设计的数字时钟,经过调试，一天的时间里面，差不多在1秒，计时、定时时间是相对准确。而且该设计的成本不高,硬件电路简单，可以用在对时间精度要求不高的场合. 由于时钟电路的重要性,时钟电路在很多应用系统中必不可少,用软件方法可以实现,但误差很大。在对时间精度要求很高的情况下,通常采用时钟芯片来实现。典型的时钟芯片有:ds1302,ds12887,

17、x1203等都可以满足精度要求。附录org 0000hljmp main ;跳到主程序org 0003hljmp int0 ;跳到外部中断0org 000bh ljmp t0 ;跳到定时器0org 0013hljmp int1 ;跳到外部中断1org 001bhljmp t1 ;跳到定时器1org 0100hmain: ;主函数clr p3.0 ;关蜂鸣器acall initial ;调用初始化函数done:jnb 00h,done1 ;是否显示时间mov r0,#73h ;显示时间acall convert ;把时间存储器转化到显示存储器ajmp test ;是否处于调整状态done1:jn

18、b 01h,done2 ;是否显示日期mov r0,#70h ;显示日期acall convert ;转化ajmp test ;是否处于调整状态done2:jnb 02h,done3 ;是否显示定时时间mov r0,#63h ;显示定时时间acall convert ;转化ajmp test ;done3:mov r0,#60h ;显示秒表acall convert ;转化ljmp disp ;跳到显示函数test: ;判断是否处于调整状态 jnb 18h,test10 ;是否按键已经按下 jnb p3.5,test7 ;按键是否已经释放 ajmp test11test10:jb 16h,te

19、st8 ;判断是否有按键按下 jb p3.5,test7 setb 16h ajmp test7test8:jb p3.5,test9 setb 18h ajmp test7 test11:clr 18h cpl 17h mov c,17h mov p0.0,c clr 16h clr 12h ;定时结束 clr tr1 ;关定时器1 clr p3.0 ;关蜂鸣器 clr 13h ; mov 59h,#00h ; mov 58h,#01h ajmp test7 test9:clr 16h test7:jnb 12h,test6 jb p3.4,test6 clr 12h ;定时结束 clr t

20、r1 ;关定时器1 clr p3.0 ;关蜂鸣器 clr 13h ; mov 59h,#00h ; mov 58h,#01h ;test6:jnb 01h,test5 ;是否处于日期状态 jb p3.4,test4 ;案键3是否按下 mov 20h,#01h ; 返回时间状态 mov 21h,#00h ljmp disp test5:jnb 02h,test4 ;是否处于定时时间状态 jb p3.4,test4 ;按键3是否按下 mov 20h,#01h ;返回时间状态 mov 21h,#00h ljmp disp test4:jnb 15h,do ;闪烁标志是否有效 ljmp disp ;无

21、效则进入显示函数do: mov a,21h ; cjne a,#00h,test2 ;是否在调整状态 ljmp disp ;不处于调整状态则进入显示函数 test2: jb p3.4,test3 mov 20h,#01h mov 21h,#00h ljmp disp test3:jnb 08h,done4 ;是否秒位置处于调整状态 mov 78h,#11 ;不显示 mov 79h,#11 ;不显示 ljmp disp ;进入显示函数 done4:jnb 09h,done5 ;是否分位置处于调整状态 mov 7bh,#11 ;不显示 mov 7ch,#11 ;不显示 ljmp disp ;进入显

22、示函数 done5:mov 7eh,#11 ;时位置不显示 mov 7fh,#11 ;时位置不显示 ljmp disp ;进入主函数convert: ;转化成数码管显示所对应的存储器mov a,r0 ;把r0存储的地址所对应的存储器的内容转化到秒位置的存储器mov b,#10 ;div ab ;mov 79h,a ;高位存储?mov 78h,b ;地位存储inc r0 ;地址加一mov a,r0 ;取数据mov b,#10 ;div ab ;mov 7ch,a ;高位存储mov 7bh,b ;低位存储inc r0 ;地址加一mov a,r0 ;取数据mov b,#10 ;div ab ;mov

23、 7fh,a ;高位存储mov 7eh,b ;低位存储retinitial: mov 7fh,#1 ;数码管显示12:00:00 mov 7eh,#2 mov 7dh,#10 mov 7ch,#0 mov 7bh,#0 mov 7ah,#10 mov 79h,#0 mov 78h,#0 mov 75h,#12 ;初始化时间 12:00:00 mov 74h,#0 mov 73h,#0 mov 72h,#08 ;初始化日期 08.3.20 mov 71h,#3 mov 70h,#20 mov 65h,#12 ;初始化定时时间 12:00:20 mov 64h,#0 mov 63h,#20 mov

24、 62h,#00 ;初始化秒表00:00.00 mov 61h,#00 mov 60h,#00 mov 50h,#100 ;1s定时100*10ms mov 51h,#20 ;200ms闪烁计时 mov 52h,#10 ;秒表计数器 mov 53h,#5 ;每放一个音时延时5ms mov 58h,#1 ;存放音乐表的指针 mov th0,#0d8h ;t0定义为10ms中断 mov tl0,#0f0h mov tmod,#11h ;定时器工作在方式1 mov ip,#2 ;定时器0高优先级 mov ie,#8fh ;开中断 setb it0 ;外部中断为边缘触发 setb it1 ;外部中断为

25、边缘触发 setb tr0 ;开定时器0 mov 20h,#0 ; setb 00h ;设置成处在时间显示状态 00h为时间显示标志，01h为日期显示标志，02h为定时时间显示标志，03h秒表显示标志 ;08h为秒位置选择标志，09h为分位置选者标志，0ah为时位置选择标志 ;10h为秒表开始或暂停标志，11h为，12h为是否正在放音乐标志，13h为是否延时标志，15h为闪烁标志，16h,17h为判断定时按键标志 mov 21h,#0 ;位存储器初始化 mov 22h,#0 ; setb 17h ; 开定时器 setb p0.0 ;开定时器指示灯retdisp: ;显示函数 mov r0,#7

26、8h ;显示第一 个位置 mov dptr,#tab ;mov r7,#0feh ;第一位有效next: mov a,r0 ; movc a,a+dptr ;把十进制数转化成数码管对应的数据 mov p1,a ;数据送出端口 mov p2,r7 ;地址送出端口 acall del1ms ;延时一毫秒 mov a,r7 ; rl a ;地址位左移到下一位 mov r7,a ; inc r0 ;数据地址加1 cjne r0,#80h,next ;是否已经显示完ljmp donetab:db 3fh,06h,5bh,4fh,66h,6dh,7dh,07h,7fh,6fh,40h,00h ;0 1 2

27、 3 4 5 6 7 8 9 - 空del1ms: ;延时1毫秒函数 mov r6,#2 del1:mov r5,#250 djnz r5,$ djnz r6,del1rett0: ;定时器0函数 push dph push dpl push psw push acc mov th0,#0d8h ;定时时间设置为10毫秒 mov tl0,#0f0h djnz 50h,miao1 ;是否已经延时1秒 ajmp next5 ; miao1:ljmp miaobiao ;一秒还没到，进入秒表 next5:mov 50h,#100 ; 重新循环100次，即一秒 inc 73h ;秒加一 mov a,7

28、3h ; cjne a,#60,miao2 ;是否已经加到60 ajmp next6 ; miao2:ljmp miaobiao ;没到60，进入秒表 next6:mov 73h,#0 ;已经加到60，秒清0 inc 74h ;分加一 mov a,74h ; cjne a,#60,miao3 ;分是否已经加到60 ajmp next7 ; miao3:ljmp miaobiao ;没到60，进入秒表 next7:mov 74h,#0 ;已经到60，分清0 inc 75h ;时加1 mov a,75h ; cjne a,#24,miao4 ;是否已加到24 ajmp next8 ; miao4:

29、ljmp miaobiao ;没到24则进入秒表 next8:mov 75h,#0 ;时清0 inc 70h ;日加1 mov a,70h ; cjne a,#29,month ;是否是29 mov a,71h ; cjne a,#2,miao5 ;是否是2月 ajmp next9 ;miao5:ljmp miaobiao ;不是2月，进入秒表next9:mov 71h,#3 ;月份为3 mov 70h,#1 ;日为1 ljmp miaobiao ;month: mov a,70h ; cjne a,#31,month1 ;是否是日是31 mov a,71h ; cjne a,#4,month

30、6 ;是否是4月 mov 71h,#5 ;月份为5 mov 70h,#1 ;日为1 ajmp miaobiao ; month6:mov a,71h ; cjne a,#6,month9 ;是否是6月 mov 71h,#7 ;月份为7 mov 70h,#1 ;日为1 ajmp miaobiao ; month9:mov a,71h ; cjne a,#9,month11 ;是否是 9月 mov 71h,#10 ;月分为10 mov 70h,#1 ;日为1 ajmp miaobiao ; month11:mov a,71h ; cjne a,#11,miaobiao ;是否是11月 mov 71

31、h,#12 ;月份为12 mov 70h,#1 ; 日为1 ajmp miaobiao ;month1: mov a,70h ; cjne a,#32,miaobiao ;是否日是32 mov a,71h ; cjne a,#12,month0 ;是否是 12月 inc 73h ;年加1 mov 70h,#1 ;月为1 mov 71h,#1 ;日为1 ajmp miaobiao ; month0:inc 71h ;不是12月，月加1 mov 70h,#1 ;日为 ajmp miaobiao ;miaobiao: ;秒表函数 jnb 03h,dingshi ;是否进入计时 jnb 10h,din

32、gshi ;是否开始计时 djnz 52h,dingshi ;是否100毫秒已到 mov 52h,#10 ; jnb p3.4,clear ;按键按下时清0 inc 60h ;0.1秒位加1 mov a,60h ; cjne a,#10,dingshi ;是否已加到10 mov 60h,#0 ;0.1秒位清0 inc 61h ;秒位加1 mov a,61h ; cjne a,#60,dingshi ;秒是否已经加到60 mov 61h,#0 ;秒位清0 inc 62h ;分加1 mov a,62h ; cjne a,#60,dingshi ;是否是60分 mov 62h,#0 ;分为清0 aj

33、mp dingshi ; clear:mov 60h,#0 ;清0 mov 61h,#0 ; mov 62h,#0 ; clr 10h ;停止计数 ajmp dingshi ;dingshi: ;定时函数 jb 17h,ystart ;定时器有效 ljmp baoshi ;定时器无效 ystart:jb 12h,start ;是否已经在放音乐 mov a,63h ; cjne a,73h,bao1 ;是否时已到 ajmp next10 ; bao1:ljmp baoshi ; next10:mov a,64h ; cjne a,74h,bao2 ;是否分已到 ajmp next11 ; bao

34、2:ljmp baoshi ; next11:mov a,65h ; cjne a,75h,bao3 ;是否秒已到 ajmp next12 ; bao3:ljmp baoshi ; next12:setb 12h ;设置定时已到 mov 55h,#10h ;第一个节拍 mov 57h,#0fbh ;第一个音调高位 mov 56h,#8bh ;第一个音调低位 setb tr1 ;启动定时器1start:djnz 55h,bao4 ;节拍是否已结束 ajmp next13 ;bao4: ljmp baoshi ;next13: cpl 13h ; jb 13h,delay50ms ;进入延时50毫

35、秒 mov a,58h ; inc a ;表地址加1 mov 58h,a ; getnext:mov dptr,#dat ; movc a,a+dptr ;取音调 cjne a,#00h,dsq1 ;是否已经结束 clr 12h ;定时结束 clr tr1 ;关定时器1 clr p3.0 ;关蜂鸣器 clr 13h ; mov 59h,#00h ; mov 58h,#01h ; ajmp baoshi ; dsq1:cjne a,#01h,dsq2 ; mov a,55h ; inc a ; inc a ; mov 55h,a ; ajmp getnext ; dsq2:cjne a,#0ffh,dsq3 ;是否播放空音调 clr tr1 ;关定时器1 clr p3.0 ;关蜂鸣器 ajmp dsq4 ; dsq3:mov b,#20 ;把音调转化成定时器1所对应定时存储器 mul ab ; mov 59h,a ; mov a,#0ffh ; subb a,59h ; mov 56h,a ; mov 59h,b ; mov a,#0ffh ; subb a,59h ; mov 57h,a ; setb tr1 ; dsq4:mov a,5