单片机电子时钟毕业论文设计

1、单片机电子时钟的设计摘要单片机自 20 世纪 70 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

2、习、设计、开发软、硬件的能力。 关键词： 单片机 AT89S 摘要 I Abstract 错误！未定义书签。 第一章前言0第二章方案论证与比较12.1 数字时钟方案12.2 数码管显示方案1第三章系统设计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 程序下载接口 4 3.2.4 位选部分43.2.5 数码管的连接电路 5 3.2.6控制部分 5 第四章原理图与 PCB图7 第五章软件设计85.1 程序流程图 9 5.2 源程序 11 第六章总结175.2 物品清单与元件特性185.3 设计总结 18 参

3、考文献(References)：19致谢错误！未定义书签。I / 22第一章 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

4、，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，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。

5、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。1 / 22第二章 方案论证与比较2.1 数字时钟方案数字时钟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

6、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

7、。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

8、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。第三章系统设计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 系统框图图3-13.2.3程序下载接口3.2.1电源部分J2如图3-2所示,从外部引入图3-24.5V的直流电，为单片机、复位电路提供电源。3.2.2复位电路VCCS1RESET图3-3如图3-3所示，复位电路主要

9、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。AT89S ISP图3-4如图3-4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。3.2.4位选部分123456图3-5图3-5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位显

10、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。5 / 223.2.5数码管的连接电路7 / 22图3-6SEG61254图3-6为数码管的引脚图，每位的段码线(a,b,c,d,e,f,g,dp)分

11、另与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弓I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。3.2.6控制部分VCC 40 T 方POO27 P26花P2£2§ P24羽pnP2士22 P212】P20DoPL02po03 PL04PL05PL2726252423U1ATB9S51P1D 1 P11 P1T3P13 3P15 6 P16 7 P17 E R5T 90 12 3 4 _1 11 11 11 11 p p p p p511 p17530313

12、2毛34353637PRPPPPPP-PPXTAL1XTAL2 VSS访fir pn 12 P33 13 P34 14 pin?30pF 丁 12MHz图 3-7AT89S51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

13、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 3-7 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 4.5V2. 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. EA/VPP

14、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 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. 无自锁开关一一（S2- P3.7）开关接相应引脚 P3

15、.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 。9 / 22第四章原理图与PCB图卜口«L±unu*fnnur# THHT g一一5图4-1 *5.1程序流程图图 4-2第五章 软件设计图5-215 / 22图5T分缓冲单元清零秒缓冲单元清零时值加1时缓冲单元清零分值加1秒值加1重装定时器初值恢复现场按键S2时间 t<0.5t<0.5按键S2时间分值=60 ?S2是否按键S2时间t>1时钟闪 烁，调时 状态分钟闪烁，调时状态关闭显 示，省电时钟调整程序分值清零分值加1时值加1时值清零图5-35.2源程序表5-1 P1 口对应段码及数值:显示

16、数 字P1.7P1.6P1.5P1.4P1.3P1.2P1.1P1.016 进 制代码dpgfedcba0001111113FH10000011006H2010110115BH3010011114FH40110011066H501101101；6DH6011111017DH70000011107H8011111117FH9011011116FHOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOO。中断入口程序。OOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOORG 0000H。程序执行开始地址LJMP START。跳到标号START

17、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 001BHLJMP INTT1ORG 0023H RETIoooooooooooooo 。主程序。oooooooooooooo oSTART: MOV R0,#70H MOV R7,#0BH clr P3.7CLEARDISP: MOV R0,#00H INC R0。DJNZ R7,CLEARDISP MOV 20H,#00H MOV 7AH,#0AHo定时器T1中断

18、程序入口。跳至INTT1执行。串行中断程序入口地址。串行中断程序返回OOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOO。清70H-7AH共11个内存单元OOO=清20H （标志用）。放入"熄灭符"数据# / 22MOV TMOD,#11HMOV TL0,#0B0HMOV TH0,#3CHMOV TL1,#0B0HMOV TH1,#3CHSETB ET0SETB TR0 MOV R4,#14H。设 T0、 T1 为 16位定时器。 50MS 定时初值（ T0 计时用）50MS 定时初值50MS 定时初值（ T1 闪烁定时用

19、）50MS 定时初值SETB EA 。总中断开放T0 中断T0 定时器。1秒定时用初值（50MSX20）27 / 22START1: LCALL DISPLAYO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 START1P3.7 口为 1 时跳回 START1SETMM1: LJMP SETMM 。转到时间调整程序SETMMOOOOOOOOOOOOO1 秒计时程序。OOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOT0 中断服务程序INTT0: PUSH ACCPUSH PSWCLR ET0CLR TR0MOV A

20、,#0B7HADD A,TL0MOV TL0,AMOV A,#3CH。累加器入栈保护。状态字入栈保护T0 中断允许T0。中断响应时间同步修正。低 8 位初值修正。重装初值（低8 位修正值）。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T0DJNZ 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

21、位十进制数组合）CLRC 。清进位标志CJNE A,#60H,ADDMMADDMM: JC OUTT0ACALL CLR0MOV R0,#77HACALL ADD1MOV A,R3CLR C。小于 60 秒时中断退出。大于或等于60 秒时对秒计时单元清0。指向分计时单元（ 76H-77H ）。分计时单元加1 分钟。分数据放入 A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0MOV R0,#79HACALL ADD178H-79H ）。小时计时单元加1 小时MOV A,R3 。时数

22、据放入ACLR C 。清进位标志CJNE A,#24H,HOURHOUR: JC OUTT0ACALL CLR0OUTT0: MOV 72H,76HMOVMOVMOVPOP73H,77H74H,78H75H,79H PSW。小于 24 小时中断退出。大于或等于24 小时小时计时单元清0。中断退出时将分、时计时单元数据移o入对应显示单元POPSETBACCET0RETI。恢复状态字（出栈）。恢复累加器。开放 T0 中断中断返回0000000000000000000000000000000000000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。中断现场保护。装定时器 T

23、1 定时初值。 0.3 秒未到退出中断（ 50MS 中断 6次）0.3秒定时用初值。恢复现场O。中断退出INTT1:PUSH ACCPUSH PSWMOV TL1, #0B0HMOV TH1, #3CHDJNZ R2,INTT1OUTMOV R2,#06HCPL 02HJB 02H,FLASH1MOV 72H,76HMOV 73H,77HMOV 74H,78HMOV 75H,79HINTT1OUT: POP PSWPOP ACCRETI0.3。 02H 位为 1 时显示单元" 熄灭 "。 02H 位为 0 时正常显示FLASH1:JB 01H,FLASH2MOV 72H,7

24、AHMOV 73H,7AHMOV 74H,78H。MOV 75H,79H。AJMP INTT1OUT。 01H 位为 1 时，转小时熄灭控制01H 位为 0 时， " 熄灭符"数据放入分72H-73H ），将不显示分数据O转中断退出FLASH2:MOV 72H,76HMOV 73H,77H。 01H 位为 1 时， "熄灭符"数据放入小时74H-75H ），小时数据将不显示MOV 74H,7AH。MOV 75H,7AH。AJMP INTT1OUT 。转中断退出ooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooo 加 1 子

25、程 序 。ooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooADD1: MOV A,R0 。取当前计时单元数据到 ADECR0 。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ADDA,#01H。 A加 1 操作DAA。十进制调整MOV R3,A 。移入 R3 寄存器ANLA,#0FH。高四位变0MOV 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ANLA,#0FH 。高四位变0MOV R0,A

26、 。数据放入当削地址单元中RET 。子程序返回清零程序O对计时单元复零用CLR0: CLR AMOV R0,ADEC R0MOV R0,AREToooooooooooo。清累加器。清当前地址单元。指向前一地址。前一地址单元清0O子程序返回ooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooo 时钟调整程序。ooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooo O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 T0LCALL DL1S。调用1 秒延时程序JB P3.7,CLOSE

27、DIS 。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SETBET1 。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,#77HLCALL ADD10.5秒加 1 分钟操作。调用加 1 子程序MOV A,R3 。取调整单元数据CLR C 。清进位标

28、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 0CLR 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,W AITH

29、。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LCALLADD1。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 S

30、ET6 。小于 24转 SET6 循环LCALL 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LCALLDISPLAY。延时削抖JNBP3.7,SETOUT。是抖动，返回 SETOUT 再等待CLR01H。清调小时标志CLR00H。清调分标志CLR02H。清闪烁标志CLRTR1。关闭定时器 T1CLRET1 。关定时器T1 中断SETB TR0 。开启定时器 T0SETB ET0 。开定时器T0 中断（计时开始）LJMP START1SET1: LCALL DISPLAYAJMP

31、 SET2SET3: LCALL DISPLAYAJMP SET4SET5: LCALL DISPLAYAJMP SETHH1SET7: LCALL DISPLAYAJMP SET6SETOUT1: LCALL DISPLAYAJMP SETOUT。跳回主程序。键释放等待时调用显示程序（调分）防止键按下时无时钟显示。等待调分按键时时钟显示用。键释放等待时调用显示程序（调小时）。防止键按下时无时钟显示。等待调小时按键时时钟显示用。退出时钟调整时键释放等待。防止键按下时无时钟显示OOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOO显示程序 。OOOOOOOOOOOOOO

32、OOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOO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，每个LED 数码管亮 1MS 时间再逐位循环。DISPLAY: MOV R1,#70HMOVPLAY: MOVMOVMOVMOVMOVCMOVLCALLINCMOVJNBR5,#0FEHA,R5P2,AA,R1 DPTR,#TABA,A+DPTRP1,AR1A,R5DL1MS。指向显示数据首址。扫描控制字初值。扫描字放入 AP2 口输出A。取段码表地址。查显示数据对应段码P0 口。显示 1MSO指向下一地址。扫描控制字放入 AACC

33、.5,ENDOUT 。 ACC.5=0 时一次显示结束RLMOVA 中数据循环左移AJMPR5,APLAYR5 内ENDOUT: SETB P2.5MOV P1,#0FFHRET。跳回 PLAY 循环。一次显示结束， P2 口复位。 P0 口复位O子程序返回TAB: DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H,7FH,6FH1MS 延时程序， LED 显示程序用DL1MS: MOV R6,#14HDL1: MOV R7,#19HDL2: DJNZ R7,DL2DJNZ R6,DL1RET20MS 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:

34、ACALLACALLACALLRETO延时程序，用作按键时间的长短判断DL1S: LCALL DL05SLCALL DL05SRETDL05S: MOV R3,#20HDL05S1: LCALLDISPLAYDISPLAYDISPLAYDISPLAY8 毫秒 *32=0.196 秒DJNZ R3,DL05S1RETEND 。程序结束第六章 总结6.1 物品清单与元件特性表6-1物品清单: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/16V1只1电解电容10UF/16V只2电阻 10k1只1电阻4.7k只6-H- LJL 心片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*5.664CM21表6-2 AT89S51功能特性:兼容MCS-51指令系统4k 可反复擦写（1000 次）ISP Flash ROM32个可编程I/O 口40-5.5V工作电压范围2个16位可编程定时/计数器全静态工作模式：时钟频率 0-33MHZ全双工UART串行中