单片机AT89c51电子钟

1、 单片机原理及应用课程设计报告课题名称：基于单片机的电子钟的设计 姓 名： 李 万 明 院 系：应 用 技 术 学 院 专业：07电子信息工程（仪器仪表）学 号：200715190130 指导教师： 谢 辉 完成时间: 2009 年 12 月 28日目录摘要 .1第一章 引言. 21.1 设计目的.21.2 设计任务.21.3 设计思路.2第二章 方案选择.32.1 单片机型号选择.32.2 cpu选择42.3 显示模块选择.42.4 最终方案和系统组成5第三章主要硬件说明及设计.73.1 AT89C51的介绍说明73.2 显示部件的设计93.3 驱动部件设计93.4 电源电路93.5 时钟电

2、路93.6 复位电路9第四章 软件系统的设计.74.1 电子钟的主程序74.2 电子钟的显示子程序94.3参考程序与解释9第五章 系统调试.75.1 软件调试75.2 硬件调试9第六章 设计心得总结.7第五章 附录.13附录1 硬件电路原理图和连接图.13附录2 电子钟程序清单14附录3 元器件清单17附录4实训产品照片.18 参考文献.18 摘要本次实训是基于AT89C51单片机电子钟的设计，对时、分、秒的显示的控制,时、分、秒用六位数码管显示LED数码管时钟电路采用24小时计时方式。该电路采用AT89C51单片机，使用5V电池供电，只使用一个按键进行复位状态的控制以及正常显示等状态。LED

3、显示采用静态扫描方式实现，采用6M晶振。最常见的电子钟通常使用单片机模块控制，一种用单片机原理实现时、分、秒计时的装置，与机械式时钟相比具有更高的准确性和直观性，且无机械装置，具有硬件成本低、计时准确、更长的使用寿命特点，因此得到了广泛的使用。本次设计通过用单片机为主控制，通过电路仿真而实现。首先使用Proteus Professional软件进行绘制硬件电路图，用keil软件进行编程与调试，最终生成hex文件，传入单片机内部，从而实现仿真效果。关键词：电子钟、仿真、单片机第一章 引言1.1 设计目的1、掌握单片机的结构、指令系统、单片机扩展方法和接口技术；2、提高综合运用所学的理论知识独立分

4、析和解决实际问题的能力；3、掌握汇编语言程序设计及调试方法；4、掌握单片机应用系统的设计思想。二、课程设计内容 1.2 设计任务以AT89C51单片机控制的时钟，在LCD显示器上显示当前时间。要求：1）使用文字型LCD显示器显示当前时间。2）显示格式为“时时：分分：秒秒”。3）用4个功能键操作来设置当前的时间。（1）K1进入设置现在的时间。（2）K2设置小时。（3）K3设置分钟。（4）K4确认完成设置。4）程序执行后工作指示灯LED闪动，表示程序开始执行，LCD显示“00：00：00”，然后开始计时。1.3 设计思路电子钟的计时器的硬件电路如图所示，采用AT89C51单片机，最小化应用设计；此

5、次设计，我们采用静态显示的方案来完成电子钟的设计。采用共阳八段LED显示器，用74LS164来驱动 LED数码管，采用6M晶振，有利于提高计时的精确性。主要功能：设计一个时钟系统，时钟时间在六位数码管上进行显示，从左到右依次为“时：分：秒”。一上电，数码管显示起始时间为0时0分0秒，即数码管显示00.00.00，以后每秒钟时钟系统加1，最大显示值为23.59.59。本次设计中，我们只用到了一个按键，此按键是用来控制电路复位的，我们将设计好的复位电路直接接在单片机的复位引脚(RST)上,这样程序在运行过程中就会自动查询该引脚上的电平，当该引脚电平为高电平时，则电路恢复初始状态，反之，则程序正常运

6、行。电子钟的硬件电路框图如下： 第二章 方案选择2.1单片机型号选择 通过对多种单片机性能的分析，最终认为89C51是最理想的电子时钟开发芯片。89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压，高性能CMOS8位微处理器，器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的89C51是一种高效微控制器，而且它与MCS-51兼容，且具有4K字节可编程闪烁存储器和1000写/擦循环，数据保留时间为10年等特点，是最好的选择。2.2 cpu的型号选择单片机芯片作为控制系统的核心部

7、件，它除了具备微机CPU的数值计算功能外，还具有灵活强大的控制功能，以便实时检测系统的输入量、控制系统的输出量，实现自动控制。在本次设计中采用单片机技术来实现数字钟的功能。方案的设计可以从以下几个方面来确定。微处理器的选择，AT89S51、52是2003年ATMEL推出的新型品种，除了完全兼容8051外，还多了ISP编程和看门狗功能。虽然AT89S52的存储器容量比AT89S51的大。但在本次设计中采用AT89S51单片机因为AT89C51足以满足我们设计的需要；显示电路的设计，随着科技的发展，液晶显示的使用越来越方便，已被普遍的使用。但由于液晶显示比较昂贵，另外其驱动也集成在一起，因此使用起

8、来很方便。在这里采用数码管显示；校时电路的设计；实时控制电路是时钟电路的一个重要组成部分，采用的是一个时钟芯片，单片机从中读取数据送到显示器上显示，从而实现数字钟的功能；还有一些其他控制电路如复位电路、时钟电路等。通过这些控制电路的连接构成了完整的电路。2.3 显示模块选择采用LCD，电路比较简单，且在软件设计上也相对简单，具有低功耗功能，能够满足设计最优的要求。因此，在设计中我采用的显示模块是LCD显示。2.3 最终方案和系统组成对此次数字时钟的方案选定为: 采用AT89C52作为主控制系统; 并由其定时计数器提供时钟; LCD作为显示电路,来实现功能。 系统由AT89C51、LED 数码管

9、、按键、74LS245等部分构成，能实现时间的调整、定时时间的设定，输出等功能。系统的按键有K1、K2、K3，K1对秒校对，K2对分校对，K3对时校对。单片机实时控制电路校对电调整路数码管显示电路3.1 AT89C51介绍说明AT89C51是美国Intel公司生产的低电压，高性能CHMOS8位单片机，片内含4k bytes的可反复擦写的只读程序存储器（PEROM）和蔼可亲128 bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用Intel公司的高密度、非易失性存储技术生产，片内置通用4位中央处理器（CPU）和Flash存储单元，功能强大AT89C51单片机适合于许多较为复杂控制应用场合。AT8

10、9C51引脚图3.1.1 引脚功能Vcc(40)：电源电压 GND(20)：接地P3.0 RXD（串行输入口） P3.1 TXD（串行输出口）RST(9)：复位信号输入端。当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平将使单片机复位。/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(18)：振荡器反相放大器的及内部时钟发生器的输入端。XTAL2(19)：振

11、荡器反相放大器的输出端。通过XTAL1、XTAL2外接晶振后，即可构成自激振荡器，驱动内部时钟发生器向主机提供时钟信号。3.2 显示部件设计如图所示由8个共阴极的数码管组成时、分、秒和分隔符的显示。P0 口的8 条数据线P0.0 至P0. 7 分别与74LS245的A口对应相接，增大AT89C51的带负载能力；P3口对应接八个数码管的公共端，通过程序控制数码管的亮与灭，这样通过P0 口送出一个存储单元的高位、低位BCD显示代码，通过P3 口送出扫描选通代码轮流点亮LED1 至LED8，就会将要显示的数据在数码管中显示出来。从P0 口输出的代码是BCD 码，从P3口输出的就是位选码。这是扫描显示

12、原理。3.3 驱动部件设计本设计的驱动电路采用74LS164，74LS164是最常见的移位寄存器，移位寄存器是暂时记忆数据的“寄存器”，其特征是具有将数据向左或向右移动的功能。移位寄存器有各种形式。按存数据的位数有4位、8位等，按“输入/输出数据”形式有“串入/串出”、“串入/并出”、“并入/串出”、“并入/并入”等。图3(a)是串行输入/并行（串行）输出移位寄存器74LS164的管脚排列图。其功能表见表2所示。74LS164有两个串行数据DA、DB输入端，使用时一般把它们连在一起；为清零输入端，低电平有效，当该端加入低电平时，寄存器输出Q0Q7全为低电平。在正常情况下，清零输入端接高电平，当

13、CP信号上升沿到来时，数据右移一位；Q0Q7为并行数据输出端，同时Q7端也是串行数据输出端，对于串行输入的数据，最后进入的从Q0输出。CP为移位脉冲。最先输入的从Q7输出，74LS164管脚图74LS164真值表 3.4 电源电路图3-1：内部方式 外部方式如图3-1所示，XTAL119 XTAL218XTAL1是片内振荡器的反相放大器输入端，XTAL2则是输出端，使用外部振荡器时，外部振荡信号应直接加到XTAL1，而XTAL2悬空。内部方式时，时钟发生器对振荡脉冲二分频，如晶振为12MHz，时钟频率就为6MHz。晶振的频率可以在1MHz-24MHz内选择。电容取30PF左右。系统的时钟电路设

14、计是采用的内部方式，即利用芯片内部的振荡电路。AT89单片机内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器。引脚XTAL1和XTAL2分别是此放大器的输入端和输出端。这个放大器与作为反馈元件的片外晶体谐振器一起构成一个自激振荡器。外接晶体谐振器以及电容C1和C2构成并联谐振电路，接在放大器的反馈回路中。对外接电容的值虽然没有严格的要求，但电容的大小会影响震荡器频率的高低、震荡器的稳定性、起振的快速性和温度的稳定性。因此，此系统电路的晶体振荡器的值为12MHz，电容应尽可能的选择陶瓷电容，电容值约为22F。在焊接刷电路板时，晶体振荡器和电容应尽可能安装得与单片机芯片靠近，以减少寄生电容，更好地保证震

15、荡器稳定和可靠地工作。3.4 时钟电路时钟电路：单片机必须在时钟的驱动下才能进行工作。MCS-51系列单片机内部有一时钟振荡电路只需外接振荡电源，就能产生一定频率的钟信号到单片机内部的各个单元，决定单片机的工作速度。电路如下图:其中两个电容C1、C2的作用有两个:一是帮助振荡器起震（C1、C2值大，起震速度慢；C1、C2值小，起振荡速度快）；二是对振荡频率起微调作用（C1、C2值大，频率略有降低，C1、C2值小，频率略有提高）。C1、C2的典型值为30pF。时钟电路：单片机必须在时钟的驱动下才能进行工作。MCS-51系列单片机内部有一时钟振荡电路只需外接振荡电源，就能产生一定频率的钟信号到单片

16、机内部的各个单元，决定单片机的工作速度。电路如下图:其中两个电容C1、C2的作用有两个:一是帮助振荡器起震（C1、C2值大，起震速度慢；C1、C2值小，起振荡速度快）；二是对振荡频率起微调作用（C1、C2值大，频率略有降低，C1、C2值小，频率略有提高）。C1、C2的典型值为30pF。3.6 复位电路 图3-2：复位电路图如图3-2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。4.1 电子时钟主程序开始设堆栈指针线秒分时计

17、数单元清零设定时器工作方式设定时器初值设中断方式8155初始化调显示子程序4.1 电子钟显示子程序50ms单元加1分单元清零时单元加150ms单元清零秒单元加1秒单元清零分单元加1时单元清零调用控制程序中断返回50ms单元=20？秒单元=60？分单元=60？时单元=24？NONONONOYESYESYESYES开始开始设置比较基制B=10处理秒显示显示分隔符设置比较基制B=10处理分显示显示分隔符设置比较基制B=10处理时显示八位显示完返回YESNO4.3 参考程序与解释S_SET BIT P1.0 ;数字钟秒控制位,S-SET为P1.0位标号M_SET BIT P1.1 ;分钟控制位，M-S

18、ET为P1.1位标号H_SET BIT P1.2 ;小时控制位，H-SET位P1.2位标号SECOND EQU 30H ;定义SECOND为30H单元标号，秒计数单元MINUTE EQU 31H ;定义MINUTE为31H单元标号，分计数单元HOUR EQU 32H ;定义HOUR为32H单元标号，时计数单元TCNT EQU 34H ;定义TCNT为34H单元标号定时器T0计数单元;*;主程序 ORG00H;程序开始地址 SJMP START ;跳转到START执行 ORG0BH;定时器T0中断入口地址 LJMP INT_T0;跳转到INT-T0执行START:MOVDPTR,#TABLE;指

19、针指向TABLE首地址 MOVHOUR,#0;初始化秒计数单元 MOVMINUTE, #0;初始化分计数单元 MOVSECOND, #0;初始化时计数单元 MOVTCNT, #0;初始化T0计数单元 MOVTMOD,#01H;工作方式1 MOVTH0,#(65536-50000)/256;定时50毫秒 MOVTL0,#(65536-50000)MOD 256 MOVIE,#82H;允许定时器T0中断 SETB TR0;启动定时器T0;*;判断是否有控制键按下,是哪一个键按下A1:LCALL DISPLAY;跳转到DISPLAY执行 JNB S_SET, S1;检查P1.0口电平 JNB M_S

20、ET, S2;检查P1.1口电平 JNB H_SET, S3;检查P1.2口电平 LJMP A1;返回 S1:LCALL DELAY;去抖动 JB S_SET, A1;确认P1.0口电平 INC SECOND;秒值加1 MOVA, SECOND;秒数值送入A比较 CJNE A,#60,J0;判断是否加到60秒 MOVSECOND,#0;SECOND单元清零 LJMP K1;转到K1执行 S2:LCALL DELAY;长调用DELAY指令 JB M_SET,A1;确认P1.1口电平 K1:INC MINUTE;分钟值加1 MOV A, MINUTE;分数值送入A比较 CJNE A,#60,J1;

21、判断是否加到60分 MOVMINUTE,#0;秒单元清零 LJMP K2;调用K2指令 S3:LCALLDELAY;调用延时子程序 JB H_SET,A1;确认P1.2口电平 K2:INC HOUR;小时值加1MOV A, HOUR;时数值送入A比较 CJNE A,#24,J2;判断是否加到24小时 MOV HOUR, #0;时单元清零 MOVMINUTE, #0;分单元清零 MOVSECOND, #0;秒单元清零 LJMP A1;跳转到程序A1;*;等待按键抬起J0: JB S_SET,A1;调用A1指令 LCALL DISPLAY;调用显示子程序 SJMP J0;返回J0指令J1: JB

22、M_SET,A1;数值比较 LCALL DISPLAY;调用显示子程序 SJMP J1;返回J1指令J2: JB H_SET, A1;数值比较 LCALL DISPLAY;调用显示子程序 SJMP J2;返回J2指令;*;定时器T0中断服务子程序,对秒,分钟和小时的计数 INT_T0:MOV TH0, # (65536-50000)/256;定时50ms MOV TL0, # (65536-50000) MOD 256 INC TCNT;定时器T0计数单元中的数值加1 MOV A, TCNT;定时器T0计数单元中的数值送入A比较 CJNE A,#20,RETUNE;计时1秒, INC SECO

23、ND;秒计数单元中的数值加1 MOV TCNT, #0;定时器T0计数单元归零 MOV A, SECOND;秒计数单元中的数值送入A比较 CJNE A, #60, RETUNE;记时1分, INC MINUTE;分计数单元中的数值加1 MOV SECOND, #0;秒计数单元归零 MOV A, MINUTE;分计数单元中的数值送入A比较 CJNE A, #60, RETUNE;记时1时, INCHOUR;时计数单元中的数值加1 MOVMINUTE, #0;分计数单元归零 MOVA, HOUR;时计数单元中的数值送入A比较 CJNE A, #24, RETUNE;记时1天, MOVHOUR, #

24、0;时计数单元归零 MOVMINUTE,#0;分计数单元归零 MOVSECOND,#0;秒计数单元归零 MOV TCNT, #0;定时器T0计数单元清零RETUNE: RETI;中断返回;*;显示控制子程序DISPLAY: MOV A,SECOND;显示秒 MOV B, #10;B寄存器赋值为10 DIV AB;(A)/(B),商存入A，余数存入B，分别处理A与B中数 CLR P3.6;数码管7开始工作 MOVC A,A+DPTR;数据指针指向数值地址并送入A输出显示 MOV P0, A;在数码管7输出显示秒单元的十位数值 LCALL DELAY;调用延时子程序 SETB P3.6;数码管7停

25、止工作 MOV A, B;将B寄存器中的数送入A处理显示 CLR P3.7;数码管8开始工作 MOVC A,A+DPTR;数据指针指向数值地址并送入A输出显示 MOV P0, A;在数码管8输出显示秒单元的个位数值 LCALL DELAY;调用延时子程序 SETB P3.7;数码管8停止工作 CLR P3.5;数码管6开始工作 MOV P0,#40H;显示分隔符 LCALL DELAY;调用延时子程序 SETB P3.5;数码管6停止工作 MOV A,MINUTE;显示分钟 MOV B, #10;B寄存器赋值为10 DIV AB;商存入A，余数存入B，分别处理A与B中数 CLR P3.3;数码

26、管4开始工作 MOVC A,A+DPTR;数据指针指向数值地址并送入A输出显示 MOV P0, A;在数码管4输出显示分单元的十位数值 LCALL DELAY;调用延时子程序 SETB P3.3;数码管4停止工作 MOV A, B;将B寄存器中的数送入A处理显示 CLR P3.4;数码管5开始工作 MOVC A,A+DPTR;数据指针指向数值地址并送入A输出显示 MOV P0, A;在数码管5输出显示分单元的个位数值 LCALL DELAY;调用延时子程序 SETB P3.4;数码管5停止工作 CLR P3.2;数码管3开始工作 MOV P0,#40H;显示分隔符 LCALL DELAY;调用

27、延时子程序 SETB P3.2;数码管3停止工作MOV A,HOUR;显示小时 MOV B, #10;B寄存器赋值为10 DIV AB;商存入A，余数存入B，分别处理A与B中数 CLR P3.0;数码管1开始工作 MOVC A,A+DPTR;数据指针指向数值地址并送入A输出显示 MOV P0, A;在数码管1输出显示时单元的十位数值 LCALL DELAY;调用延时子程序 SETB P3.0;数码管1停止工作 MOV A,B;将B寄存器中的数送入A处理显示 CLRP3.1;数码管2开始工作 MOVCA,A+DPTR;数据指针指向数值地址并送入A输出显示 MOV P0,A;在数码管2输出显示时单

28、元的个位数值 LCALL DELAY;调用延时子程序 SETB P3.1;数码管2停止工作 RET ;子程序返回 TABLE:DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H;共阴极LED显示器段选码0,1,2,3,4 DB 6DH,7DH,07H,7FH,6FH;共阴极LED显示器段选码5,6,7,8,9;*;延时子程序 DELAY: MOV R6, #10;R6赋值为10 D1: MOV R7, #250;R7赋值为250 DJNZ R7, $;原地踏步 DJNZ R6, D1;返回D1循环 RET;子程序返回END;结束程序 5 系统调试5.1软件调试打开程序调试软件keil uVision

29、2，在里面新建一个工程，命名为：数字时钟.Uv2。接着新建文件，编写相应程序。编写好的各个程序进行编译与连接。但若是在该过程中，看见我们编好的程序有错误，那么就根据他相应的提示来修改错误，直到该程序能够正确编译为止。能够正常编译的程序说明没有什么问题了，此时我们在点击相关栏目，让它生成我们在硬件仿真时所需要的.HEX文件。到此步，我们的软件调试就完成了。5.2硬件调试打开Proteus 7 Professional软件，按照方案所选的电路元件来设计整体电路，线把个芯片按一定的位置放好，然后对相应的对象进行连接，连接时需仔细，以免调试时发生错误。做好之后把编程所生成的。HEX文件加载到AT89C

30、51中，运行仿真软件，查看运行效果。如果运行出错那么就根据他相应的提示来修改错误，直到仿真成功为止。7第六章 设计心得总结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。我在这一次单片机最小系统的设计过程中，很是受益匪浅。通过对自己在大学三年时间里所学的知识的回顾，并充分发挥对所学知识的理解和对毕业设计的思考及书面表达能力，最终完成了。这为自己今后进一步深化学习，积累了一定宝贵的经验。撰写论文的过程也是专业知识的学习过程，它使我运用已有的专业基础知识，对其进行设计，分析和解决一个理论问题或实际问题，把知识转化为能力的实际训练。培养了我运用所学知识解决实际问题的能力。通过这次课程设计我

31、发现，只有理论水平提高了；才能够将课本知识与实践相整合，理论知识服务于教学实践，以增强自己的动手能力。这个实验十分有意义 我获得很深刻的经验。通过这次课程设计，我们知道了理论和实际的距离，也知道了理论和实际想结合的重要性，也从中得知了很多书本上无法得知的知识。我们的学习不但要立足于书本，以解决理论和实际教学中的实际问题为目的，还要以实践相结合，理论问题即实践课题，解决问题即课程研究，学生自己就是一个专家，通过自己的手来解决问题比用脑子解决问题更加深刻。学习就应该采取理论与实践结合的方式，理论的问题，也就是实践性的课题。这种做法既有助于完成理论知识的巩固，又有助于带动实践，解决实际问题，加强我们

32、的动手能力和解决问题的能力。第5章 附 录附录1：硬件电路原理图和连接图附录2：电子钟程序清单；时钟，计数初值00.00.00 静态显示，定时100ms；- - -内存单元分配- - - SECL EQU 30H /秒SECH EQU 31H MINL EQU 32H /分MINH EQU 33H HOURL EQU 34H /小时HOURH EQU 35HSEC EQU 36HMIN EQU 37HHOUR EQU 38HCOUNT EQU 39H /计时到1秒；1s=10×100msORG 0000HLJMP STARTORG 000BHLJMP TIMER0ORG 0030H；

33、主程序。使用资源：R3,6位显示的指针。 ；R0，显示缓冲地址指针。 ；DPTR,段码表指针。START:MOV SP,#60H ；设置堆栈 MOV COUNT,#00H MOV TMOD,#01H ；T0，方式1，定时100ms MOV TH0,#3CH MOV TL0,#0B0H SETB EA ；开放T0中断 SETB ET0 SETB TR0 ；启动T0 MOV SCON,#00H ；串口方式0 MOV R3,#06H MOV DPTR,#TABLE MOV R0,#30H MOV SEC,#0 ；秒，分，时清0 MOV MIN,#0 MOV HOUR,#0 MOV SECL,#00H

34、 ；显示缓冲区单元清0 MOV SECH,#00H MOV MINL,#00H MOV MINH,#00H MOV HOURL,#00H MOV HOURH,#00HDISP1:MOV A,R0 ；初始化显示00.00.00 MOVC A,A+DPTR MOV SBUF,AWAIT1:JNB TI,WAIT1 CLR TI INC R0 DJNZ R3,DISP1 MOV R0,#30H MOV R3,#06HLOOP:SJMP LOOP；- - -显示子程序- - - ；入口参数：（R0）= 显示缓冲区地址 ；（R3）=显示位数；占用资源：ACC,DPTR,R0,R3DISP:MOV A,R0 MOVC A,A+DPTR CJNE R3,#2,A1 ANL A,#7FH A1: MOV SBUF,AWAIT:JNB TI,WAIT CLR TI INC R0 DJNZ R3,DISP MOV R0,#30H MOV R3,#06H POP PSW POP ACC RETI ;- - -中断服务子程序- -