课程设计基于AT89S51单片机微机控制的电子钟系统设计

1、题目 微机控制的电子时钟系统设计学院 机械工程及自动化专业 机械设计制造及其自动化学号 姓名 指导教师 完成日期 2010年12月18日微机控制的电子时钟系统摘要 单片机即单片微型计算机，有ram、rom、cpu构成吗，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。本设计是基于微机控制的电子钟系统，以at89s51芯片为核心，辅以必要的外围电路（电源模块，实时显示模块，键盘输入模块），利用定时器准确定时产生中断，采用六位led实时显示时钟的秒，分，时，同时利用3个独立按键控制时钟的开始、

2、暂停和结束。经测试，系统整体指标良好，测量误差和实时显示等各项指标均达到设计要求。 关键字：at89s51单片机，led显示，按键目录摘要.1一、电子时钟.3 1、电子时钟的简介.3 2、电子时钟的特点.3 3、电子时钟的原理.3二、设计的总体方案3三、硬件设计41、器件清单42、芯片介绍43、核心电路原理图74、数码管的显示原理及设计75、总体电路原理图9四、软件设计91、主程序流程图92、系统程序分析9五、系统特点分析9六、心得体会10 参考文献10附录一 附录二 一、电子时钟 1、电子时钟的简介 1957年，vcntura发明了世界上第一个电子表，从而奠定了电子时钟的基础，电子时钟开始迅

3、速发展起来。现代的电子时钟是基于单片机的一种计时工具，采用延时程序产生一定的时间中断，用于一秒的定义，通过计时方式进行满六十秒奋进一，满六十分钟小时进一，满二十四小时清零，从而达到计时的功能，是人们生活中不可缺少的工具。 2、电子时钟的基本特点 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，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，减少了计时误差，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。 3、电子时钟的原理 该电子

4、时钟由89s51，独立键盘，六位数码管等构成，采用晶振电路作为驱动电路，由中断延时程序和循环程序产生一秒定时，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。而电路当中三个独立按键分别控制电子时钟的开始，暂停和结束，同时通过六位数码管显示时间。2、 设计的总体方案 本设计为微机电子时钟系统，主控芯片采用89s51单片机。配合软件延时实现时、分、秒的计时。本系统设计采用此种软件控制方法来实现计时，通过定时器定时中断，使时间缓存单元数据加一，提供系统时间。同时可以通过独立键盘对电子时钟开始计时，暂停计时和结束计时的控制。单片机内的数据通过并行i/o接口输入输出。并驱动六位l

5、ed数码管（时、分、秒分别用量为数码管显示），动态显示数据。晶振及复位电路为单片机提供工作脉冲及复位信号。在单片机应用系统中，键盘和显示往往需要同时使用，为节省i/o口线，可将键盘和显示电路做在一起，构成实用的键盘、显示电路。由于该系统较为简单，无需扩展i/o口，可直接使用51芯片的引脚控制键盘和显示。该电子时钟的整体框图如图1所示：图1 系统的整体框图有图可知本设计组要是以89s51单片机为核心，外围电路组要包括电源模块，键盘输入模块和实时显示模块。3、 硬件设计 1、器件清单器件名称数量器件名称数量89s511电源1电阻若干电容若干晶振1按键4三极管若干发光led22、 芯片介绍 该设计设

6、计内容较为简单，只需要用到核心芯片89s51单片机。 at89s51/ls51单片机是低功耗的、具有4kb在线课编程flash存储器的单片机。它与通用80c51系列单片机的指令系统和引脚兼容。片内的flash可允许在线重新编程，也可使用非易失性存储器编程。他将通用cpu和在线可编程flash集成在一个芯片上，形成了功能强大、使用灵活和具有较高性能性价比的微控制器。 89s51单片机引脚图如图2所示： 图2 89s51引脚图at89s51/ls具有pdip，tqfp和plcc三种封装形式。图示为双列直插式封装。引脚功能如下： p0口8位、开漏极、双向i/o口。p0口可作为通用i/o口，但必须外接

7、上拉电阻；作为输出口，每个引脚课吸收8个ttl的灌电流。作为输入时，首先应将引脚置1。p0口也可用作外部程序存储器和数据存储器是的低八位地址/数据总线的复用线。在该模式下，p0口含有内部上拉电阻。 在flash编程时，po口接受代码数据；在编程校验时，p0口输出代码字节数据（需要外接上拉电阻）。p1口8位、双向i/o口、内部含有行拉电阻。p1可作为普通i/o口。输出缓冲器可驱动4个ttl负载；用作输入时，先交引脚置1，有片内上拉电阻将其抬到高电平。p1口的引脚可由外部负载拉倒低电平，通过上拉电阻提供拉电流。在flash并行编程和校验时，p1口可输入低字节地址。在串行编程和校验时，p1.0/mo

8、si,p1.6/osi和p1.7/sck分别是串行数据输入、输出和移位脉冲引脚。i/o具有内部拉电阻的8位双向i/o。 p2口用作输出口时，可驱动四个ttl负载；用作输入口时，先将引脚置1，由内部上拉电阻将其提高到高电平。若负载为低电平，则通过内部上拉电阻向外输出电流。cpu访问外部16位地址的存储器时，p2口提供高8位的地址。当cpu用8位地址寻址外部存储器时，p2口为p2特殊功能寄存器内容。在flash并行编程和校检时，p2口可输入高字节地址和某些控制信号。 p3口局有内部上拉电阻8位双向口。p3口左忽出口时，输出缓冲器可吸收4个ttl的灌电流；用作输入口时，手先将引脚置1，有内部上拉电阻

9、抬为高电平。若外部负载是低电平，则通过内部上拉电阻向外输出电流。 在与flash并行编程和校检时，p3口可输入某些控制信号。 p3口除了通用i/o功能外，还有替代功能，如下表所示：p3.0 rxd（串行输入口） p3.1 txd（串行输出口） p3.2 /int0（外部中断0） p3.3 /int1（外部中断1） p3.4 t0（记时器0外部输入） p3.5 t1（记时器1外部输入） p3.6 /wr（外部数据存储器写选通） p3.7 /rd（外部数据存储器读选通） p3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。 rst：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持rst脚两个机器周期的高电平时间。

10、 ale/prog：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在flash编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ale端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ale脉冲。如想禁止ale的输出可在sfr8eh地址上置0。此时， ale只有在执行movx，movc指令是ale才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ale禁止，置位无效。 /psen：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/psen有效。

11、但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/psen信号将不出现。 /ea/vpp：当/ea保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000h-ffffh），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/ea将内部锁定为reset；当/ea端保持高电平时，此间内部程序存储器。在flash编程期间，此引脚也用于施加12v编程电源（vpp）。 xtal1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 3、核心电路原理图 设计中核心的电路即为51单片机的最小系统电路，如图3所示：图3 核心电路原理图4、数码管显示原理及设计 led数码管根据led的接法不同分为共阴和共阳两类，了解led的这些特性，对编

12、程是很重要的，因为不同类型的数码管，除了它们的硬件电路有差异外，编程方法也是不同的。图四(a)是共阴和共阳极数码管的内部电路图，它们的发光原理是一样的，只是它们的电源极性不同而已。将多只led的阴极连在一起即为共阴式，而将多只led的阳极连在一起即为共阳式。以共阴式为例，如把阴极接地，在相应段的阳极接上正电源，该段即会发光。当然，led的电流通常较小，一般均需在回路中接上限流电阻。假如我们将b和c段接上正电源，其它端接地或悬空，那么b和c段发光，此时，数码管显示将显示数字“1”。而将a、b、d、e和g段都接上正电源，其它引脚悬空，此时数码管将显示“2”。其它数字的显示原理与此类同。led的7段

13、数码管利用单只led组合排列成“8”字型的数码管，分别引出它们的电极，点亮相应的点划来显示出0-9的数字。在这次的设计中采用的均是共阴极的led显示，当i/o口输出为高电平的时候，对应段就被点亮。led数码管的结构图如图四(b)所示图四 数码管原理和结构图这次设计的显示部分采用at89s51单片机动态扫描完成， 在多数的应用场合中，我们并不希望使用多i/o端口的单片机，原则上是使用尽量少引脚的器件。在没有富余端口的情况下，应通过优化设计程序和扩展电路达到预期的目的。动态扫描的频率有一定的要求，频率太低，led将出现闪烁现象。如频率太高，由于每个led点亮的时间太短，led的亮度太低，肉眼无法看

14、清，所以一般均取几个ms左右为宜，这就要求在编写程序时，选通某一位led使其点亮并保持一定的时间，程序上常采用的是调用延时子程序。led显示电路(1) 静态显示电路lde显示器工作在静态显示时，其公共阳极(或阴极) 接vcc(或gnd) ，一直处于显示有效状态，所以每一位的显示内容必须由锁存器加以锁存，显示各位相互独立。(2) 动态显示电路 将所有位的段选线的同名端联在一起，由一个8位i/o口控制，形成段选线的多位复用。而各位的公共阳极或公共阴极则分别由相应的i/o口线控制，实现各位的分时选通，即同一时刻只有被选通位是能显示相应的字符，而其他所有位都是熄灭的。由于人眼有视觉暂留现象，只要每位显

15、示间隔足够短，则会造成多位同时点亮的假象。这就需要单片机不断地对显示进行控制，cpu需要不断地进行显示刷新。设计中通过六位共阳的数码管用于时分秒的显示，详细的连接线路见附录。5、 总体电路原理图见附录一。四、软件设计1、主程序流程图3.1 软件流程图如下 图五 主程序流程图 2、 系统程序分析见附录二5、 系统特点分析由于电路设计合理，功能电路基本能实现设计要求，程序简单明了，基本上达到了题目要求的各项指标。时钟控制，按键1实现时钟复位，按键2实现时钟的计时功能，按键3和按键4分别实现分和时的调整。时钟显示，时、分、秒反别有两位数码管显示。6、 心得体会在编程中遇到的最大困难就是延时的计算和数

16、码管显示的程序段，在整体程序来看，我们采用程序的结构话，使程序明朗，各功能程序段都以子程序的方式调用，所以在主程序中是相当的简单明朗的。在硬件和软件的结合过程中也遇到比较大的问题，就是一开始数码管全不老是显示8，或是乱码之类的，进过调试，现在没有出现中现象了。这也是我们的一大攻关吧。参 考 文 献1高锋. 单片微机应用系统设计及实用技术m. 北京：机械工业出版社，2004.2谭浩强. c程序设计m.北京：清华大学出版社，1999. 3温海，张友. c语言精彩编程百例m. 北京：中国水利水电出版社，2003.4吴亦锋，吴海彬，胡步发，薛昭武. 单片微机原理与接口技术实验指导书m. 福州大学机械工

17、程及自动化学院机电工程系，2006.5胡汉才主编.单片机原理及接口技术m.清华大学出版社，2007.6彭伟编著.单片机c语言程序设计实训100例基于8051+proteus仿真m. 北京：电子工业出版社， 2009.附录一系统整体电路原理图附录二系统程序： #include #define uchar unsigned char /宏定义#define uint unsigned intuchar code tb=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f;/共阴极数码管显示字形码uchar code tb1=0x81,0x82,0x84

18、,0x88,0x90,0xa0; /控制那个数码管亮npnuchar dispbuf6; /中间变量uchar t,a,second,minite,hour;sbit k0=p10; /复位sbit k1=p11; /开始计时sbit k2=p12; /分调节sbit k3=p13; /时调节void display(); /显示子程序void keyscan(); /按键子程序void delay(uint z) /延时1ms子程序uint x,y;for(x=z;x0;x-)for(y=110;y0;y-);void init() /初始化程序tmod=0x10; /设置定时器1为工作方式1th1=(65536-50000)/256;tl1=(65536-50000)%256; /50ms初值ea=1; /开总中断et1=1; /开定时器1中断hour=0;minite=0;second=0;p2=0;void main()init();while(1)keyscan();display();void exter1() interrupt 3 / 定时器1中断th1=(65536-50000)/256;tl1=(65536-50000)%256;t+;if(t=20)t=0;second+;if(second=60)second=0;m