基于单片机的数字闹钟设计系统方案

1、26/28课程设计 题 目 基于单片机的数字闹钟设计系统 学生 学 号 学 院 电子与信息工程专 业 信息工程二一年十二月二十五日目录TOC o 1-2 h z uHYPERLINK l _Toc2811313531系统概述 PAGEREF _Toc281131353 h 2HYPERLINK l _Toc2811313542 AT89C51单片机简介 PAGEREF _Toc281131354 h 2HYPERLINK l _Toc2811313553 硬件系统设计 PAGEREF _Toc281131355 h 3HYPERLINK l _Toc2811313563.1系统框架设计 PAG

2、EREF _Toc281131356 h 3HYPERLINK l _Toc2811313573.2模块设计 PAGEREF _Toc281131357 h 4HYPERLINK l _Toc2811313584 软件系统设计 PAGEREF _Toc281131358 h 10HYPERLINK l _Toc2811313594.1主程序设计 PAGEREF _Toc281131359 h 10HYPERLINK l _Toc2811313604.2源程序 PAGEREF _Toc281131360 h 15HYPERLINK l _Toc2811313615 总结 PAGEREF _Toc

3、281131361 h 24HYPERLINK l _Toc2811313626 参考文献 PAGEREF _Toc281131362 h 25基于单片机的数字闹钟系统设计鹏信息工程大学电子与信息工程学院信息工程系， 210044摘要：随着计算机在社会领域的渗透和大规模集成电路的发展，单片机的应用正在不断地走向深入，由于它具有功能强，体积小，功耗低，价格便宜，工作可靠，使用方便等特点，因此特别适合于与控制有关的系统，越来越广泛地应用于工业自动化控制、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。本文介绍了基于单片机的数字闹钟系统。可以设置现在的时间与显示闹铃设置时间，若

4、时间到则发出一分钟闹铃响。本系统主要用到AT89C51单片机定时器时间计时处理、按键扫描与七段显示器扫描的设计方法等等。关键字：单片机；AT89C51；数字闹钟Microcontroller Based Digital Clock SystemLi PengDept. Information Engineering, NanjingUniversity of Information Science & Technology, 210044ABSTRACTWith computers in the in filtration and the development of large-scale

5、integrated circuits.SCM application is steadily deepening, as it has strong function, small size, low power dissipation, low prices, reliable, easy to use features, it is particularly suited to and control of the system, increasingly widely used in industrial automationcontrol,automatic examination,

6、intelligence instrument appearance,home appliances,electric power electronics,the machine electricity integral whole etc.This article describes the number of alarm systems based on single chip. You can set the time and display the current alarm setting time, if the time to issue the alarm goes off i

7、n one minute. The system is mainly used in processing time AT89C51 microcontroller timer time, and the seven-segment display key scan method of scanning the design and so on.Keywords: Microcontroller;AT89C51;Digital Clock1系统概述数字电子钟具有走时准确，一钟多用等特点，在生活中已经得到广泛的应用。近些年，人们对数字钟的要求也越来越高，传统的时钟已不能满足人们的需求。多功能数字

8、钟不管在性能还是在样式上都发生了质的变化，有电子闹钟、数字闹钟等等。单片机具有体积小、功能强可靠性高、价格低廉等一系列优点，不仅已成为工业测控领域普遍采用的智能化控制工具，而且已渗入到人们工作和和生活的各个角落，有力地推动了各行业的技术改造和产品的更新换代，应用前景广阔。单片机在多功能数字钟中的应用已是非常普遍的，人们对数字钟的功能与工作顺序都非常熟悉，但是却很少知道它的部结构以与工作原理。由单片机作为数字钟的核心控制器，可以通过它的时钟信号进行计时实现计时功能，将其时间数据经单片机输出，利用显示器显示出来。通过键盘可以进行定时、校时功能。输出设备显示器可以用液晶显示技术和数码管显示技术。本文

9、所述数字闹钟设计主要指时钟显示、时间设置、整点报时等控制系统。本文采用AT89C51型单片机为核心实现智能时钟控制，至所以选择AT89C51型单片机而没有选择其他单片机主要原因在于AT89C51型单片机进入市场时间早、总线开放、仿真开发设备多、芯片与其开发设备价格低廉、速度较快、电磁兼容性较好的。AT89C51单片机与工业标准的MCS-51的各方面性能比较，其最大的特点是只读存储器可以反复擦除，是一种精简版本高效微控制器，AT89C51单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。2 AT89C51单片机简介AT89S51是一个低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片含4k Byte

10、s ISP(In-system programmable)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统与80C51引脚结构，芯片集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元，功能强大的微型计算机的AT89S51可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。AT89S51具有如下特点：40个引脚，4k Bytes Flash片程序存储器，128 bytes的随机存取数据存储器（RAM），32个外部双向输入/输出（I/O）口，5个中断优先级2层中断嵌套中断，2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行

11、通信口，看门狗（WDT）电路，片时钟振荡器。 此外，AT89S51设计和配置了振荡频率可为0Hz并可通过软件设置省电模式。空闲模式下，CPU暂停工作，而RAM定时计数器，串行口，外中断系统可继续工作，掉电模式冻结振荡器而保存RAM的数据，停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。同时该芯片还具有PDIP、TQFP和PLCC等三种封装形式，以适应不同产品的需求。 主要特性： 8031 CPU与MCS-51 兼容 4K字节可编程FLASH存储器(寿命：1000写/擦循环) 全静态工作：0Hz-33MHz 三级程序存储器XX锁定 128*8位部RAM 32条可编程I/O线 两个16位定时器/计数器

12、6个中断源 可编程串行通道 低功耗的闲置和掉电模式 片振荡器和时钟电路 3 硬件系统设计3.1系统框架设计系统框架如图1复位电路蜂鸣器整点报时按键k1、k2、k3K4、k5电源部分,直流电5v段选8个七段共阴极数码管显示秒、分钟、小时日、月、年位选部分接p2口控制部分单片机（AT89C51）图1 系统框架图3.2模块设计3.2.1单片机系统电路AT89C51芯片外形与引脚分布如图2图2 AT89C51芯片外形与引脚分布图如图2所示，AT89C51有40引脚，双列直插（DIP）封装，所用引脚功能如下：VCC 运行时加5VGND 接地XTAL1 振荡器反相放大器与部时钟发生器的输入端XTAL2 振

13、荡器反相放大器的输出端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。EA/VPP 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则执行部程序存储器中的指令。P1口,P2口P1，P2是一组带部上拉电阻的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

14、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。P2.0P2.7口控制数码管的位选，使六个数码管轮流显示数据，等于0时位选三极管导通，等于1 时位选三极管截止。无自锁开关（S2P3.7）开关接相应引脚P3.7，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。3.2.2 复位电路单片机复位的条件是：必须使RST/VPD 或RST引（9）加上持续两个机器周期（即24个振荡周期）的高电平。例如，若时钟频率为12 MHz，每机器周期为1s，则只需2s以上时间的高电平，在RST引脚出现高电平后的第二个机器周期执行复位。单片机常见的复位如图所示。电路为上电复位电路，它是

15、利用电容充电来实现的。在接电瞬间，RESET端的电位与VCC相同，随着充电电流的减少，RESET的电位逐渐下降。只要保证RESET为高电平的时间大于两个机器周期，便能正常复位。该电路除具有上电复位功能外，若要复位，只需按图中的RESET键，此时电源VCC经电阻R1、R2分压，在RESET端产生一个复位高电平。复位电路设计如图3图3复位电路3.2.3晶振电路晶振电路设计如图4图4晶振电路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振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL1应不接。有余输入至部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时

16、钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。C1,C2在是电时帮助晶振起振。3.3.4数码管显示驱动电路数码管点亮田：段选和位选，结合图5，图6abcdegGNDfdpGNDabcefgddpabcdefgdpdpgfedcba5V（a）（b）共阴极共阳极图5数码管引脚图（a） （b）图6 位选电路图5为数码管的引脚图，每位的段码线（a,b,c,d,e,f,g,dp）分别与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引脚）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。当数码

17、管正常工作时必须接上拉电阻，数码管点亮一般要510mA的电流，po输出电流不到1mA，同时上拉电阻起到一个限流的作用。在多位LED显示时，为了简化电路，降低成本，节省系统资源，将所有的N位段选码并联在一起，由一片74HC595控制。由于所有LED的段选码皆由一个74HC595并行输出口控制，因此，在每一瞬间，N位LED会显示相同的字符。想要每位显示不同的字符，就必须采用扫描的方法，即在每一瞬间只使用一位显示字符。在此瞬间，74HC595并行输出口输出相应字符段选码，而位选则控制I/O口在该显示位送入选通电平，以保证该位显示相应字符。如此轮流，使每位分时显示该位应显示字符。由于74HC595具有

18、锁存功能，而且串行输入段选码需要一定时间，因此，不需要延时，即可形成视觉暂留效果。图6为位选电路，PNP型三极管的集电极接数码管的公共端，当P2口对应的引脚输出低电平时三极管导通，对应的数码管显示数据。这样，在同一时刻，多位LED中只有选通的那1位显示出字符，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

19、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。3.3.5整点报时电路设计本电路采用无源蜂鸣器作为发声报时的声源，对P1.7口延时翻转电平产生驱动波形（如图7）对蜂鸣器进行驱动。通过改变延时时间进而改方波的占功比可以得到驱动蜂鸣器的方波信号。这样蜂鸣器报时时就可以听到不同音调的报时声。图7 波形图3.3.6按钮设置电路按钮设置电路如图8图8按钮设置电路按键按下时，由于抖动的问题，用延时的方法去除抖动，原因与解决方案如图9是否有键按下消抖，延时10ms是否有键按下确认是哪一个键被按下图9 延时方法除抖动3.3.7整体电路图系统整体电路如图10所示图1

20、0 系统整体电路图4 软件系统设计4.1主程序设计4.1.1中断程序流程图主程序开始程序初始化定时器装初值50ms，开中断秒寄存器单元清0秒值加1计数寄存单元清0判断秒满60？分值加1判断分满60？分寄存器单元清0时值加1判断时满24？时、分、秒寄存器单元清0天值赋1天值加1月值加1判断年满一世纪？年值加1月值赋1判断月12年寄存器单元清0中断返回开启整点报时判断天满该月的总天数？计数器加1，判断是否加到20次图11 中断程序流程图4.1.2时、分、秒按键判断和调时设置流程显示时分秒判断日期显示键是否按下？延时去抖动显示年月日判断秒设置键是否按下？判断分设置键是否按下？判断时设置键是否按下？判

21、断秒设置键抬起？秒值加1判断秒满60？分值加1秒清0日设置键抬起后，判断有没有再次按下？分设置键抬起后，判断有没有再次按下？分是否满60？分清0时值加1时是否满60？时分秒清0时设置键抬起后，判断有没有再次按下？判断时键抬起?判断分键抬起?图12 时、分、秒按键判断和调时设置流程4.1.3年、月、日按键判断和调时设置流程图显示年月日判断时间显示键是否按下？延时去抖动显示时分秒判断日设置键是否按下？判断月设置键是否按下？判断年设置键是否按下？判断日设置键抬起？日值加1判断日满最大天数？月值加1日清0日设置键抬起后，判断有没有再次按下？月设置键抬起后，判断有没有再次按下？月是否13？给月赋1年值加

22、1年是否到一世纪？年清0年设置键抬起后，判断有没有再次按下？判断年键抬起?判断年键抬起?图13 年、月、日按键判断和调时设置流程图4.1.4显示时、分、秒子程序流程图显示时分秒开秒十位位选秒/10对应地表地址中的数送p0使数码管显示延时开秒个位位选开分隔符位选送#40到p0延时延时秒%10对应地表地址中的数送p0使数码管显示开分十位位选分/10对应地表地址中的数送p0使数码管显示延时开分个位位选开分隔符位选送#40到p0延时延时分%10对应地表地址中的数送p0使数码管显示时/10对应地表地址中的数送p0使数码管显示延时开时个位位选延时时%10对应地表地址中的数送p0使数码管显示开时十位位选图1

23、4 显示时、分、秒子程序流程图4.1.5显示年、月、日子程序流程图显示年月日开日十位位选日/10对应地表地址中的数送p0使数码管显示延时开日个位位选开分隔符位选送#40到p0延时延时日%10对应地表地址中的数送p0使数码管显示开月十位位选月/10对应地表地址中的数送p0使数码管显示延时开月个位位选开分隔符位选送#40到p0延时延时月%10对应地表地址中的数送p0使数码管显示年/10对应地表地址中的数送p0使数码管显示延时开年个位位选延时年%10对应地表地址中的数送p0使数码管显示开年十位位选图15 显示年、月、日子程序流程图4.2源程序包括主程序、中断子程序、显示子程序、判断按键和调时设置程序

24、、等待按键抬起程序、报时子程序、延时子程序用单片机AT89C51设计一个多功能电子时钟能实现时分秒年月日显示，能整点报时，还有调整时间、日期的功能。单片机AT89C51的P0口接数码管的7段，P2口接数码管的位选。P1.0-P1.5接按键，P1.7接蜂鸣,数码管是一个八位一体共阴的，时间初始值1：59：55，日期初始值10年11月11号SET_1 BIT P1.0 ;秒、日控制键SET_2 BIT P1.1 ;分、月控制键SET_3 BIT P1.2 ;时、年控制键SET_4 BIT P1.3 ;切换时分秒显示SET_5 BIT P1.4 ;切换年月日显示SECOND EQU 30H ;秒寄储

25、单元MINUTE EQU 31H ;分寄储单元HOUR EQU 32H ;时寄储单元DAY EQU 33H ;日寄储单元MONTH EQU 34H ;月寄储单元YEAR EQU 35H ;年寄储单元TCNT EQU 36H ;计数寄储单元YYY EQU 37H ;月天数比较单元 ORG 0000H AJMP TANG ORG 000BH LJMP INT_T0TANG: MOV DPTR,#TAB;把DPTR指针指向表格TAB的所在的地址，用于读数码管值表 MOV HOUR,#1 ;对时、分、秒、年、月、日初始化 MOV MINUTE,#59 MOV SECOND,#55 MOV DAY,#1

26、1 MOV MONTH,#11 MOV YEAR,#10 MOV TCNT,#0;计数器 MOV TMOD,#01H;设置定时器0模式1，模式1定时最大值65.536ms,而模式0最大8.192ms MOV TH0,#3CH;定时初值50s（65535-50000）/256商放高八位 MOV TL0,#0b0H;（65535-50000）%256余数放低八 MOV IE,#82H;中断允许寄存器IE,cpu开中断，T0 开中断 SETB TR0;启动定时器0;*;设置时分秒程序:;判断时分秒是否有控制键按下,是哪一个键按下，并调用显示时分秒;* A1: LCALL DISPLAY1;显示秒分时

27、 JNB SET_5,A2;SET_5按下为低电平，为0，跳转，不按为1，顺序执行，即若日月年切换键没按下，顺序执行 JNB SET_1,S1;按下去跳转到s1JNB SET_2,S2 JNB SET_3,S3LJMP A1 S1: LCALL DELAY ;去抖动等待抬起 SET_1,A1;判断按键是否抬起，抬起秒就加1 INC SECOND ;秒值加1 MOV A,SECOND CJNE A,#60,timej0 ;判断是否加到60秒MOV SECOND,#0LJMP K1 S2: LCALL DELAY SET_2,A1 K1: INC MINUTE ;分钟值加1 MOV A,MINUT

28、E CJNE A,#60,timej1 ;判断是否加到60分 MOV MINUTE,#0 LJMP K2S3: LCALL DELAY SET_3,A1 K2: INC HOUR ;小时值加1MOV A,HOUR CJNE A,#24,timeJ2;判断是否加到24小时 MOV HOUR,#0 MOV MINUTE,#0MOV SECOND,#0 LJMP D LJMP A1;*;控制时分秒等待按键抬起;*timej0: SET_1,A1;没到60秒，判断K1键抬起？抬起进入A1判断按键有没有再次按下，若按下继续加1LCALL DISPLAY1SJMP timej0timej1: SET_2,

29、A1 LCALL DISPLAY1 SJMP timej1timej2: SET_3,A1 LCALL DISPLAY1 SJMP timej2;*; 设置年月日程序:;判断年月日是否有控制键按下，是哪个按键按下，并调用显示年月日;*A2: LCALL DISPLAY2 JNB SET_4,A1 JNB SET_1,h1 JNB SET_2,h2 JNB SET_3,h3 LJMP A2 h1: LCALL DELAY ;去消抖 SET_1,A2 F: INC DAY ;日加一 MOV A,MONTH ADD A,#9 MOVC A,A+DPTR;DPTR占一个首地址了，十个数对应一个首地址+

30、9个地址表地址加9以便找到对应月的天数 MOV YYY,A MOV A,DAY CJNE A,YYY,y0;判断天数，为真跳转，即显示天数达到该月满天数，就过一个月，到下一月 MOV DAY,#0 LJMP M1 D: LJMP Y3 h2: LCALL DELAY SET_2,A2 M1: INC MONTH ;月加一 MOV A,MONTH CJNE A,#13,Y1;判断是否加到12 MOV MONTH ,#1 LJMP M2 h3: LCALL DELAY SET_3,A2 M2: INC YEAR ;年加一 MOV A,YEAR CJNE A,#100,Y2;判断是否加到99 MOV

31、 YEAR,#0 LJMP A2;*;控制年月日等待按键抬起;*Y0: SET_1,A2;日抬起LCALL DISPLAY2SJMP Y0Y1: SET_2,A2;月抬起 LCALL DISPLAY2 SJMP Y1Y2: SET_3,A2;年抬起LCALL DISPLAY2SJMP Y2Y3: SET_3,A2;调整年等待键抬起并显示年 LCALL DELAY1LCALL DELAY1 LCALL DISPLAY2 SJMP F;*;定时器中断服务程序,对秒,分钟,小时与日,月,年的计数;*INT_T0: MOV TH0,#3chMOV TL0,#0b0h INC TCNTMOV A,TCN

32、T CJNE A,#20,RETUNE ;计时1秒INC SECONDMOV TCNT,#0 MOV A,MINUTESEC: MOV A,SECONDCJNE A,#60,RETUNEINC MINUTEMOV SECOND,#0MOV A,MINUTECJNE A,#60,RETUNELCALL BS ;调用整点报时LCALL BS LCALL DELAY1 LCALL BSLCALL BSLCALL BS LCALL DELAY1LCALL BSLCALL BSLCALL BS LCALL DELAY1 LCALL BSLCALL BS LCALL DELAY1 INC HOUR MOV

33、 MINUTE ,#0 MOV A,HOUR CJNE A,#24,RETUNE INC DAY MOV HOUR,#0 MOV MINUTE,#0 MOV SECOND,#0 MOV A,MONTH ADD A,#9 MOVC A,A+DPTR MOV YYY,A;对应month的天数给 MOV A,DAY CJNE A,YYY,RETUNE INC MONTHMOV DAY,#1 MOV A,MONTH CJNE A,#13,RETUNEINC YEAR MOV MONTH,#1 MOV A,YEAR CJNE A,#99,RETUNE MOV YEAR,#0 MOV TCNT,#0RET

34、UNE:RETI;用于中断服务子程序的末尾，中断返回;*;秒时分、年月日显示控制子程序;*DISPLAY1: MOV A,SECOND ;显示秒MOV B,#10 DIV AB;A除以B，商 放A中，余数放中 MOV p2,#0FDh;数码管位选 ，使第2个数码管亮 MOVC A,A+DPTR;若A中存的商为2，A+DPTR就是把DPTR对应的TAB表首地址+表序号2，这样就可读出对应数码管表中的值06H，也就是数字2 MOV P0,A;通过p0控制数码管输出秒十位数字 LCALL DELAY MOV A,B MOV p2,#0FEh; MOVC A,A+DPTR MOV P0,A;通过p0控

35、制数码管输出秒个位数字 LCALL DELAY MOV p2,#0FBh;数码管位选 ，为该数码管亮做准备 MOV P0,#40H ;显示分隔符，数字中间一横亮，数码管abcdefg.当g亮时为-，即01000000为40H显示分隔符 LCALL DELAY MOV A,MINUTE ;显示分钟 MOV B,#10 DIV AB MOV p2,#0EFh MOVC A,A+DPTR MOV P0,A;通过p0控制数码管输出分十位数字 LCALL DELAY MOV A,B MOV p2,#0F7h MOVC A,A+DPTR MOV P0,A LCALL DELAYMOV p2,#0DFh M

36、OV P0,#40H ;显示分隔符 LCALL DELAY MOV A,HOUR ;显示小时 MOV B,#10 DIV AB MOV p2,#7Fh MOVC A,A+DPTR MOV P0,A LCALL DELAY MOV A,BMOV p2,#0BFh MOVC A,A+DPTR MOV P0,A LCALL DELAY RETDISPLAY2: MOV A,DAY ;显示日 MOV B,#10 DIV ABMOV p2,#0FDh MOVC A,A+DPTR MOV P0,A LCALL DELAY MOV A,B MOV p2,#0FEh MOVC A,A+DPTR MOV P0,

37、A LCALL DELAYMOV p2,#0FBh MOV P0,#40H ;显示分隔符 LCALL DELAY MOV A,MONTH ;显示月 MOV B,#10 DIV ABMOV p2,#0EFh MOVC A,A+DPTR MOV P0,A LCALL DELAY MOV A,B MOV p2,#0F7h MOVC A,A+DPTR MOV P0,A LCALL DELAYMOV p2,#0DFh MOV P0,#40H ;显示分隔符 LCALL DELAY MOV A,YEAR ;显示年 MOV B,#10 DIV ABMOV p2,#7Fh MOVC A,A+DPTR MOV P0,A LCALL DEL