单片机的电子时钟资料讲解

1、济源职业技术学院毕 业 设 计题目 单片机的电子钟设计系另寸电气工程系专业应用电子技术班级电技0801姓名肖见学号 08020103指导教师苗绍强日期2010年12月设计任务书设计题目：单片机的电子钟设计设计要求:1. 设计一个具有特定功能的电子钟。 该电子钟上电或按键复位后能自动显示系统提示符“ P. ”，进入时钟准备状态；第一次按电子钟启动/调整键，电子钟从0 时0分0秒开始运行，进入时钟运行状态；再次按电子钟启动 /调整键，则电子钟 进入时钟调整状态，此时可利用各调整键调整时间，调整结束后可按启动/调整键再次进入时钟运行状态。2. 设计完成上述功能的相应的硬件调试和软件调试。3. 完成焊

2、接和实物电路的调试。设计进度要求：第一周：选定设计题目，查找、搜集相关资料。第二周：了解各元器件、模块的功能及使用方法。第三周：硬件电路的设计。第四周：相应软件设计（程序设计）。第五周：利用相关的仿真软件测试并记录相关的数据和错误。第六周：焊接实物电路，并且在实物电路上调试并且记录相关的数据和问题。第七周：写毕业论文。第八周：毕业答辩。指导教师（签名）：摘要时钟，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。数字电子钟的设

3、计方法有多种， 其中，利用单片机实现的电子钟具有编程灵活， 便于电子钟功能的扩充，即可用该电子钟发出各种控制信号，精确度高等特点，同 时可以用该电子钟发出各种控制信号。本设计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AT89C52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。与传统机械表相比，它具有走时精确 , 显示直观等特点。它的计时周期 为 24小时，显满刻度为“ 23时59分59秒”，另外具有校时功能等特点。关键词 ：电子钟，单片机，汇编目录摘 要 III目 录 1第 1 章 总体方案的介绍. 21.1 电子钟功能介绍 21.2

4、总体方案介绍 31.3 电子钟电路原理图 41.4 元件清单 4第 2 章 硬件系统设计 52.1 单片机的选择 . 52.2 复位电路 . 82.3 晶振电路 . 92.4 显示电路 . 102.5 按键电路 . 10第 3 章 软件系统设计 . 123.1 电子钟主程序流程框图 123.2 键扫子程序流程框图 133.3 中断服务程序流程框图 143.4 “P. ”点显示子程序流程框图 153.5 显示子程序流程框图 16第 4 章 电子钟的使用说明及调试运行 184.1 使用说明书 184.2 电子钟运行结果 194.4 误差分析 . 21参考资料 22致 谢 23第 1 章 总体方案的

5、介绍1.1 电子钟功能介绍可调整运行的电子钟具有三种工作状态：“ P. ”状态、运行状态、调整状态。（1） 、“P. ”状态，依靠上电或按复位键进入，在此状态下，按 B、C、D键均无 效，按 A 键有效，进入运行状态；（2）、运行状态，按奇数次A键进入，在此状态下，按 B C D键均无效，只有 按A键有效，按下A键后，退出运行状态，进入调整状态；（3） 、调整状态，按偶数次 A键进入，在此状态下，按 A、B、C、D键均有效。 如按下A键，则退出调整状态，进入运行状态；按下 B、C D键，则分别对时、分、 秒加1,调整结束后必须按A键，即可退出调整状态，进入运行状态。基本功能要求：“P. ”稳定

6、地显示在LED显示器的最左端数码管（LED5上，无A键按下（在 “P. ”状态下，按下B、C D键无效），则不进入电子钟的运行状态，继续显示“ P. ”。按下 A 键后，电子钟以起始时间： 00 时 00分 00 秒开始运行。再次按下A键后，电子钟退出运行状态，进入调整状态，利用 B、C、D键把电 子钟的显示时间修改为当前实时时间，时间修改正确后可再次按下 A键，电子钟则 退出调整状态，进入运行状态。注意：每次按下B、C、D键，只允许加一，不允许连加。（1）、在调整状态下，按下B、C、D键，允许连加，而A键无论在何种状态下，均不允许连击；（2）、时、分、秒的间隔符“。 ”以一定频率闪烁；（3）

7、、时间显示以“灭零”方式进行；（4） 、可调整运行的电子钟用两个按键（例如：A键、B键）来控制。1.2总体方案介绍1. 计时方案利用AT89C52单片机内部的定时/计数器进行中断定时，配合软件延时实现时、 分、秒的计时。该方案节省硬件成本，且能使读者在定时/计数器的使用、中断及程序设计方面得到锻炼与提高，对单片机的指令系统能有更深入的了解。2. 键盘/显示方案AT89C52的 P0 口和P2 口外接由六个LED数码管（LED5LEDO）构成的显示器，用P0 口作LED的段码输出口，P2 口作六个LED数码管的位控输出线，P1 口外接四 个按键A、B、C、D构成键盘电路。AT89C52是一种低功

8、耗，高性能的 CMOS位微型计算机。它带有 8K Flash可 编程和擦除的只读存储器（EPROM该器件采用ATME的高密度非易失性存储器技 术制造，与工业上标准的80C52和80S52的指令系统及引脚兼容，片内Flash集成 在一个芯片上，可用与解决复杂的问题，且成本较低。简易电子钟的功能不复杂， 采用其现有的I/O便可完成，所以本书中采用此的设计方案，结构如图1.1如示。图1.1硬件框图1.3电子钟电路原理图电子钟原理图（见附录1）1.4元件清单电子钟元件清单如表1所示:表1电子钟元器件清单元件名称规格型号数量（个）单片机AT89C5218位一体的共阳LED显示器7SEG-MPX8-CA-

9、BLUE1晶振12MHz1电容33pF2电容22卩F1按键BUTTON5电阻0.2K1电阻1K1限流电阻0.1K8第 2 章 硬件系统设计硬件电路主要包括：单片机、晶振电路、复位电路、显示电路、按键电路以及电 源等几部分。单片机的选择：选用AT89C5单片机，配备11.0592MHz晶振。P1.0 P1.3接的是按键电路，P0和P1 口分别接的是位码和断码。显示电路的选择：采用软件译码器动态显示，共阳极 LE戯码管。复位电路的选择：RCS位电路。电源电路的选择：采用直流+5V电源供电。2.1 单片机的选择单片机实质上是一个芯片，在实际应用中，必须外加各种扩展接口电路、外部 设备等相关硬件和软件

10、，才能构成一个单片机系统。尽管各类单片机很多，但无论 是从世界范围或是从全国范围来看，使用最为广泛的应属 MCS-51单片机。单片微型计算机市指集成在一个芯片上的微型计算机，也就是把组成微型计算 机的各种功能部件，包括 CPU随机存储器RAM只读存储器ROM基本输入/输出 接口电路、定时器 /计数器等部件都制作在一块集成芯片上，构成一个完整的微型 计算机，从而实现微型计算机的基本功能。89C52单片机是在一块芯片中集成了 CPU存储器、定时器/计数器和多种功能 的I/O现等一台计算机所需的基本功能部件。主要包括 1个8位CPU 1个片内振 荡器及时钟电路、128BRAM 4KBROM 2个16

11、位定时器计数器、32条可编程的I/O 线和一个可编程的全双工串行接口、 5个中断源、2个中断优先级套中断结构。1、中央处理器CPU是单片机的内部核心部件，是一个8位二进制数的中央处 理单元，主要由运算器，控制器和寄存器阵列构成。2、控制器 控制器是单片机内部各部件按一定时序协调工作的控制核心，是 分析和执行指令的部件。控制器主要由程序计数器、指令寄存器、指令译码器、振 荡和定时控制逻辑电路等构成。3、寄存器阵列 寄存器阵列式单片机内部的临时存储单元或固定用途单元，包括通用寄存器组和专用寄存器组。4、存储器 程序存储器是可读不可写的，用于存放编号的程序和表格常数。5、数据存储器是即可读也可写的，

12、用于存放运算的中间结果，进行数据暂存 及数据缓冲等。6定时器计数器89C52内部有2个16位可编程定时器计数器，简称为定时 器0(T0)和定时器1(T1)，TO和T1在定时器控制寄存器TCON和定时器方式选择寄 存器TMOD勺控制下，可工作在定时器模式或计数器模式下，每种模式又有不同的 工作方式。89C52有两个16位的可编程定时/计数器，以实现定时或计数产生中断 用于控制程序转向。7、并行输入输出(I/O) 口 89C52共有4组8位I/O 口 (P0、P1、P2或P3)， 用于对外部数据的传输。89C52单片机内部总线是单总线结构，即数据总线和地址总线是公用的。89C52 有40条引脚，与

13、其他51系列单片机引脚是兼容的。这40条引脚可分为I/O接 口线、电源线、控制线、外接晶体线4部分。89C52单片机为双列直插式封装结构,如图3.2所示XTAL2PD.O/ADOPD.1/AD1P0.2/AD2PD.3/AD3PO.碎 L4 PO 5/AD5 no.E/mR5TPO 7/AD7PSENP2伽P2 1两P2 2/A10P2 3/A11ALEP2 412EAP25/A13P1.0fT2P2 7/A15P3.0MPI.'."DEXP3.1/TXDpi 2P3.2/IMT0Pl.JR3.3/INT1P1.4R1.5P3 5TT1P1.GP3.GWRr* 11 JP3

14、7/D图2.1 89C52引脚分配图27_21' 工'鸟_ 1_13柑it.Pin40 :电源脚。工作电压为+5VPin20 :接地端P0 口： P0 口为一个8位漏极开路的双向I/O 口，每脚可以吸收8TTL门电流。 当P0 口的管脚第一次写“1”时，被定义为高阻输入，P0口能够用于外部数据存储 器，它可以被定义为数据/地址的第八位，在FLASH编程时，P0 口作为原码输入口， 当FLASH进行校验时，P0 口输出原码，此时，P0外部必须被拉高。P1 口： P1 口是一个内部提供上拉电阻的 8位双向I/O 口，P1 口缓冲器能接收 输出4TTL门电流，P1 口管脚写入1时，被

15、内部上拉为高，可用作输出，P1 口被外 部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在 FLASH编程和校验 时，P1 口作为第八位地址接收。P2 口： P2 口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O 口，P2 口缓冲器可以接收、 输出4个TTL门电流，当P2 口被写“ T时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为 输入。因此作为输入时，P2 口的管脚被外部拉低，将输出电流，这就是内部上拉的 缘故。P2 口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2 口 输出地址的高八位。在给出地址“ 1”时，它利用内部上拉的优势，当对外部八位 地址数据存储器进行读写时，P2 口输出其特殊功

16、能寄存器的内容。P2 口在FLASH 编程和校验时接收八位地址信号和控制信号。P3 口： P3 口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O 口，可以接收输出4个TTL 门电流。当P3口写入“1”时，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入， 由于外部下拉为低电平；P3 口将输处电流（ILL），这就是上拉的缘故。P3 口也可以作为AT89C52的一些特殊功能口，如下所示：P3.0 : RXD （串行输入口）P3.1 : TXD （串行输出口）P3.2 :五（外部中断0）P3.3 :而！（外部中断1）P3.4 : T0 （ 定时/计数器0）P3.5: T1 （ 定时/计数器1）P3.6:（外部数据

17、存储器写选通线）P3.7 : TV （外部数据存储器读选通线）P3 口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号RST复位输出：当振荡器复位时，要保持 RST脚两个机器周期的高电平时间。XTAL1:反向振荡器的输入及内部时钟工作电路的输入；XTAL2来自反向振荡器的输出。振荡器特性XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出，该反向放大器 可以配置为片内振荡器，石英振荡器和陶瓷振荡器均可采用，如果采用外部时钟源 驱动器件，XTAL2应不连接，有余的输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器， 因此对外部时钟信号的脉冲没有任何严格的要求，但必须保证脉冲的高低电平要求 的宽度。2.2复位电路单片

18、机在开机时或在工作中因干扰而使程序失控，或工作中程序处于某种死循 环状态，在这种情况下都需要复位复位的作用是使中央处理器CPU以及其他功能 部件都恢复到一个确定的初始状态，并从这个状态重新开始工作89C52单片机的复位靠外部电路实现，信号由RESET（RST引脚输入,高电平有效, 在振荡器工作时，只要保持RST引脚高电平两个机器周期，单片机即复位复位 后,PC程序计数器的内容为0000H片内RAM中内容不变.复位电路一般有上电复 位、手动开关复位和自动复位电路 3种,而本设计中用到的是手动开关复位电路。 如图4.3所示.亠C4InFR16i % 耳TFE图22 单片机复位电路2.3晶振电路1

19、晶体振荡器的作用：石英晶体振荡器也称石英晶体谐振器，它用来稳定频 率和选择频率，是一种可以取代 LC谐振回路的晶体谐振元件。2 本次设计所用的晶体振荡电路如图4.4所示：XTAL1InF <TEXT>T * X2CRYSTALC5<TEXT>1nF电图2.3晶体振荡电路路所选用的石英晶振频率为12MHZ时钟此晶振周期就是单片机外接晶振的倒数，例如12M的晶振，它的时间周期就是1/12us ），是计算机中最基本的、最小的时间单位。在一个时钟周期内，CPU仅完成一个最基本的动作。对于某种单片机，若采用 了 1MHZ勺时钟频率，则时钟周期为1us;若采用4MHZ勺时钟频率，则

20、时钟周期为250us。由于时钟脉冲是计算机的基本工作脉冲，它控制着计算机的工作节奏(使 计算机的每一步都统一到它的步调上来)。显然，对同一种机型的计算机，时钟频 率越高，计算机的工作速度就越快。但是，由于不同的计算机硬件电路和器件的不 完全相同，所以其所需要的时钟周频率范围也不一定相同。我们学习的51系列单片机的时钟范围是1.2MHz-12MHz2.4显示电路显示电路中运用到的显示器为 8为一体的共阳极LED显示器，P0和P2分别 对应的是断码和位码，共阳数码管在应用时应将公共极CO瞅到+5V，当某一字段发光二极管的阴极为低电平时，相应字段就点亮。当某一字段的阴极为高电平时，相应字段就不亮。共

21、阴数码管是指将所有发光二极管的阴极接到一起 形成公共阴极(COM)的数码管。共阴数码管在应用时应将公共极COM接到地线GND上，当某一字段发光二极管的阳极为高电平时，相应字段就点亮。当某一 字段的阳极为低电平时，相应字段就不亮。如图所示:T曲IM H*Tat帕5P 円 uTsTi PH迹世 p jF : :T图2.4显示电路弓吧喘niJ1=4 亠亠-±士土=1 rJW哪2.5按键电路电子钟设置4个按键通过程序控制来完成电子钟的启、停及时间调整。A键控制电子钟的启、停；B键调整时；C键调整分；D键调整秒。它们所对应的管脚分别为： A键对应的是 P1.0, B键对应的是 P1.1，C 键

22、对应的是 P1.2，D键对应的是 P1.3。如图所示：294Pr.QiT2 li.1iT2EX PT 2PT .3 PT 4Pr.ePr.aPr.7丄O O! I -图2.5按键电路图第3章软件系统设计3.1电子钟主程序流程框图上电后程序开始系统初始化显示“ P. ”然后判断A键是否按下，若按下，进入 自动计时状态，如果A键再次按下则进入时间设置状态，再次按 A键，则进入时间 调整后的状态，若没按下返回于时间设置状态。见图3.1所示3.2键扫子程序流程框图进入开始后判断是否有键闭合若有，进入调显示子程序，在判断是否有键按下, 若有判断按键是否放开，若没有放开调用显示子程序，若放开保存键值（ A

23、中）。见图3.2所示图3.2键扫子程序流程框图程框3.3中断服务程序流程框图中断程序开始后进入现场保护，改变寄存器组组号，重装定时器计数初值，中断次数减1,然后判断是否满8次，若满8次秒值加1,满60秒后，秒缓冲单元 清0，分值加1，满60分后，分缓冲单元清0，时值加1，满24时后，时缓冲单元 清0,恢复寄存器组组号，现场保护。见图3.3所示开 始现场保护（入栈）改变寄存器组组号重装定时器计数初值中断次数减1秒值加1Y秒缓冲单元清0分值加1分缓冲单元清03.3中断服务程序流程框图3.4 “P. ”点显示子程序流程框图开始后堆栈初始化，PSW初始化，RAM初始化，“ P. ”字符序号送显示缓冲区

24、, 然后调显子程序。见图3.4所示堆栈初始化rPS初始化RA初始化“P. ”字符序号送显示缓冲区调显示子程序图3.4“P. ”点显示子程序流程框图3.5 显示子程序流程框图开始后，程序进入现场保护，开辟 3组寄存器，地址指针R0初始化、位控寄 存器R2初始化，进出查表取段码，段控码送 P0 口，段位码送P2 口，延时1毫秒, 位控码左移，显示缓冲区地址加1,8位LED显示完否，若显示完恢复现场返回。若 没返回查表取段码。电子钟的时钟时间在六位数码管上进行显示，因此，在内部RAM中设置显示缓冲区共 8 个单元。LED8LED7LED6LED5LED4LED3LED2LED137H36H35H34

25、H33H32H31H30H时十位时个位分隔分十位分个位分隔秒十位秒个位见图 3.5 所示NY返叵afiLED显示完否图3.5显示子程序框图段控科进卩0 口啟恵揑码话P2J哦夏现场c开贻 J圳场保护地士指軒R0祈姑化.范控春牡器R2初姑北开辟S3S寄存器显示蜒冲区丸址加1位揑码芒琴廷时1臺秒第 4 章 电子钟的使用说明及调试运行4.1 使用说明书1. 操作说明时间显示：电子钟上电后 ,8 个数码管显示初始状态即最左边的一个数码管显示P. 。如果未显示P.，只需按一下复位键即可使其显示出P.。按下A键后电子钟进入自动计时状态，电子钟显示 00时 00分 00秒并开始运行。时间调整：若要进行时间调整

26、，则需再次按下 A键，进入时间调整状态，然后分别按下B键调时，按下C键调分，按下D键调秒，按下B、C、D键并松开可使电子钟的时， 分，秒分别加一。调整好时间后，按下 A键就可以回到调整好的时间为基础的自动 计时状态。无论是在自动计时，还是在调整校正时，都可按下复位键使系统回到显 示P.的初始状态。其中B键显示范围为0-23,0为25点；C, D键显示范围为0-59,0 为 60 分。4.2电子钟运行结果1.待机（如图4.1所示）CIni)MF3-1A*I 用Z n: z i P. aU K -Ul p. 44 陀”皿FJ rEpHirain L«wtimW!冃 iiTflT毗直 P1

27、吨|h L><n r *hch. n* rPi W1图4.1待机框图2.启动（如图4.2所示）00-00图4.2启动框图3.运行（如图4.3所示）图4.3运行框图4.4误差分析在调试运行过程中，在所有参数正确的情况下，我的结果仍出现运行缓慢情况。 产生误差的主要原因是我们用软件计时，计时 1秒是采用定时器的中断服务程序。 当电子钟运行1秒，执行中断程序需要一定时间，这个时间就是所产生的误差，这 个误差是不可避免的。同时，单片机工作也会受到环境的影响，比如温度、湿度， 以及其它电子设备的干扰。因此，应该让电子钟工作在适度温度、干燥和电子干扰较少的环境下，还有一 种方法就是采用实时时钟芯片，这样可以使误差降低到最少。参考资料1 胡辉，单片机应用系统设计与训