基于单片机的数字时钟

单片机/微机接口课程设计说明书PAGEPAGE5单片机/微机接口课程设计说明书PAGEI目录TOC\o"1-2"\h\z\u1设计任务与要求 12设计方案 23硬件设计 33.1单片机型号的选择 33.2数码管显示工作原理 33.3键盘电路设计 43.4整个电路原理图 54软件设计 64.1程序流程图 64.2程序设计 84.3仿真结果 124.4仿真结果分析 135小结 146附录 157参考文献 241设计任务与要求1.设计一个基于单片机的电子时钟，并且能够实现时分秒的现实和调节。2.设计出硬件电路。3.设计出软件编程方法，并写出源代码。4.用PROTEUS进行仿真。5．用汇方式实现目的。7．系统的各各功能模块要编语言编实现程序设计。6．利用查表，中断等清楚，有序。8．程序运行时有友好的用户界面。2设计方案本设计主要设计了一个基于AT89C51单片机的电子时钟。并在数码管上显示相应的时间。并通过一个控制键用来实现时间的调节和是否进入省电模式的转换。应用Proteus的ISIS软件实现了单片机电子时钟系统的设计与仿真。该方法仿真效果真实、准确，节省了硬件资源。该设计的硬件部分主要包括89C51多功能接口芯片用于开发电子时钟芯片、LED七段数码显示器用于显示时间、8031集成定时器用于定时、0.125W、8欧姆的扬声器用于定时发声。软件部分包括主程序、定时计数中断程序、时间调整程序、延时程序四大模块。通过中断程序进行定时器计数，时间调整程序是当键按下时间小于1秒，关闭显示（省电）进入调节时间状态，延时程序用于时间的延迟。先设计个秒钟程序，在秒钟程序中先不设计按钮，直接通电运行，使用40H存放计数值，从00—59，一直循环，把40H中的数值拆分成个位和十位，分别存在30H与31H中，要求动态扫描时，使用21H当标志位，用指令JB控制显示个位与十位，程序中使用中间寄存器R0与R1用于存放拆分后的字型，再传到30H与31H中去，再设计时钟程序。3硬件设计3.1单片机型号的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。3.2数码管显示工作原理数码管是一种把多个LED显示段集成在一起的显示设备。有两种类型，一种是共阳型，一种是共阴型。共阳型就是把多个LED显示段的阳极接在一起，又称为公共端。共阴型就是把多个LED显示段的阴极接在一起，即为公共商。阳极即为二极管的正极，又称为正极，阴极即为二极管的负极，又称为负极。通常的数码管又分为8段，即8个LED显示段，这是为工程应用方便如设计的，分别为A、B、C、D、E、F、G、DP，其中DP是小数点位段。而多位数码管，除某一位的公共端会连接在一起，不同位的数码管的相同端也会连接在一起。即，所有的A段都会连在一起，其它的段也是如此，这是实际最常用的用法。数码管显示方法可分为静态显示和动态显示两种。静态显示就是数码管的8段输入及其公共端电平一直有效。动态显示的原理是，各个数码管的相同段连接在一起，共同占用8位段引管线；每位数码管的阳极连在一起组成公共端。利用人眼的视觉暂留性，依次给出各个数码管公共端加有效信号，在此同时给出该数码管加有效的数据信号，当全段扫描速度大于视觉暂留速度时，显示就会清晰显示出来。图3.1共阴数码管3.3键盘电路设计该设计只用了一个键盘，但实现的功能却是比较完善，减少了硬件资源的损耗，该键盘可以实现小时和分钟的调节以及控制是否进入省电模式。当按键按下又松开，可以实现屏蔽数码管显示的功能，达到省电的目的；直接按下不松开，则可以通过按键实现分钟的累加，每按一次分钟加一；而连续两次按下按键不放松，则可实现小时的调节，同样每按一次小时加一。达到时间调节的目的。图3.2多功能控制键3.4整个电路原理图图3.3系统电路原理图4软件设计4.1程序流程图T0中断入口T0中断入口通过查表方式显示数据数码位选加1位选数值=8吗？位选数值=0秒计数加1秒计数=500吗?秒计数=0SECOND加1SECOND=60吗？SECOND=0，并MINITE加1MINITE=60吗？MINITE=0,并HOUR加1HOUR=24吗？HOUR=0显示数据处理中断返回图4.2中断处理流程图开始开始计数单元清零TH0,TL0装入初值开中断，并允许T0中断秒按键识别成功否SECOND加1SECOND=60吗？SECOND=0显示数据处理分按键识别成功否？MINITE加1MINITE=60吗？MINITE=0显示数据处理分按键识别成功否？HOUR加1HOUR=24吗？HOUR=0显示数据处理结束图4.2主程序流程4.2程序设计本系统的软件系统主要可分为主程序、定时计数中断程序、时间调整程序、延时程序四大模块。在程序设计过程中，加强了部分软件抗干扰措施，下面对部分模块作介绍。定时计数中断程序：MOVTMOD,#00H;写控制字MOVTH0,#0F0H；写定时常数MOVTLO,#0CHSETBTR0；启动T0SETBETO；允许T0中断SETBEA；开放CPU中断AJMP$时间调整程序：SETMM:cLRET0;关定时器T0中断CLRTR0;关闭定时器T0LCALLDL1S;调用1秒延时程序JBP3.7,CLOSEDIS;键按下时间小于1秒，关闭显示（省电）MOVR2,#06H;进入调时状态，赋闪烁定时初值SETBET1;允许T1中断SETBTR1;开启定时器T1SET2:JNBP3.7,SET1;P3.7口为0（键未释放），等待SETB00H;键释放，分调整闪烁标志置1SET4:JBP3.7,SET3;等待键按下LCALLDL05S;有键按下，延时0.5秒JNBP3.7,SETHH;按下时间大于0.5秒转调小时状态MOVR0,#77H;按下时间小于0.5秒加1分钟操作LCALLADD1;调用加1子程序MOVA,R3;取调整单元数据CLRC;清进位标志CJNEA,#60H,HHH;调整单元数据与60比较HHH:JCSET4;调整单元数据小于60转SET4循环LCALLCLR0;调整单元数据大于或等于60时清0CLRC;清进位标志AJMPSET4;跳转到SET4循环CLOSEDIS:SETBET0;省电（LED不显示）状态。开T0中断SETBTR0;开启T0定时器（开时钟）CLOSE:JBP3.7,CLOSE;无按键按下，等待。LCALLDISPLAY;有键按下，调显示子程序延时削抖JBP3.7,CLOSE;是干扰返回CLOSE等待WAITH:JNBP3.7,WAITH;等待键释放LJMPSTART1;返回主程序（LED数据显示亮）SETHH:CLR00H;分闪烁标志清除（进入调小时状态）SETHH1:JNBP3.7,SET5;等待键释放SETB01H;小时调整标志置1SET6:JBP3.7,SET7;等待按键按下LCALLDL05S;有键按下延时0.5秒JNBP3.7,SETOUT;按下时间大于0.5秒退出时间调整MOVR0,#79H;按下时间小于0.5秒加1小时操作LCALLADD1;调加1子程序MOVA,R3;CLRC;CJNEA,#24H,HOUU;计时单元数据与24比较HOUU:JCSET6小于24转SET6循环LCALLCLR0;大于或等于24时清0操作AJMPSET6;跳转到SET6循环SETOUT:JNBP3.7,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SETBTR0;开启定时器T0SETBET0;开定时器T0中断（计时开始）LJMPSTART1;跳回主程序SET1:LCALLDISPLAY;键释放等待时调用显示程序（调分）AJMPSET2;防止键按下时无时钟显示SET3:LCALLDISPLAY;等待调分按键时时钟显示用AJMPSET4SET5:LCALLDISPLAY;键释放等待时调用显示程序（调小时）AJMPSETHH1;防止键按下时无时钟显示SET7:LCALLDISPLAY;等待调小时按键时时钟显示用AJMPSET6SETOUT1:LCALLDISPLAY;退出时钟调整时键释放等待AJMPSETOUT;防止键按下时无时钟显示延时程序：1MS延时程序，LED显示程序用DL1MS:MOVR6,#14HDL1:MOVR7,#19HDL2:DJNZR7,DL2DJNZR6,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:ACALLDISPLAYACALLDISPLAYACALLDISPLAYRET4.3仿真结果图4.3开始运行程序仿真图图4.4运行一段时间后仿真图4.4仿真结果分析功能太过单调，只能实现时分秒的显示，设计比较简单。电路图的设计过于单调，用的器件太少，实现调节时间的按钮太少，不能很好的实现时间的调节。在测试过程中，六位数码显示管只显示五位数字，有一位数字不亮，通过多次的修改程序并在PROTEUS软件环境中进行仿真，最终解决了这个问题，同时也透露出本人在单片机电路设计和程序设计方面的不足。不过最后的仿真效果非常好，实现了预期的效果，能过通过多功能控制键调节时间和是否进入省电模式，是一个比较令人满意的设计。5小结在朱老师耐心的指导下，我顺利完成了这次单片机课程设计课题中的电子时钟设计，通过这次的设计使我认识到本人对单片机方面的知识知道的太少了，对于书本上的很多知识还不能灵活运用，尤其是对程序设计语句的理解和运用，不能够充分理解每个语句的具体含义，导致编程的程序过于复杂，使得需要的存储空间增大。损耗了过多的内存资源。本次的设计使我从中学到了一些很重要的东西，那就是如何从理论到实践的转化，怎样将我所学到的知识运用到我以后的工作中去。在大学的课堂的学习只是在给我们灌输专业知识，而我们应把所学的用到我们现实的生活中去，此次的电子时钟设计给我奠定了一个实践基础，我会在以后的学习、生活中磨练自己，使自己适应于以后的竞争，同时在查找资料的过程中我也学到了许多新的知识，在和同学协作过程中增进同学间的友谊，使我对团队精神的积极性和重要性有了更加充分的理解。最后，感谢朱老师对我的细心的指导，正是由于朱老师的细心的辅导和他提供给我们的参考资料，使得我的课程设计能够顺利的完成，6附录ORG0000H;程序执行开始地址LJMPSTART;跳到标号START执行ORG0003H;外中断0中断程序入口RETI;外中断0中断返回ORG000BH;定时器T0中断程序入口LJMPINTT0;跳至INTTO执行ORG0013H;外中断1中断程序入口RETI;外中断1中断返回ORG001BH;定时器T1中断程序入口LJMPINTT1;跳至INTT1执行ORG0023H;串行中断程序入口地址RETI;串行中断程序返回主程序开始；START:MOVR0,#70H;清70H-7AH共11个内存单元MOVR7,#0BH;CLEARDISP:MOV@R0,#00H;INCR0;DJNZR7,CLEARDISP;MOV20H,#00H;清20H（标志用）MOV7AH,#0AH;放入"熄灭符"数据MOVTMOD,#11H;设T0、T1为16位定时器MOVTL0,#0B0H;50MS定时初值（T0计时用）MOVTH0,#3CH;50MS定时初值MOVTL1,#0B0H;50MS定时初值（T1闪烁定时用）MOVTH1,#3CH;50MS定时初值SETBEA;总中断开放SETBET0;允许T0中断SETBTR0;开启T0定时器MOVR4,#14H;1秒定时用初值（50MS×20）START1:LCALLDISPLAY;调用显示子程序JNBP3.7,SETMM1;P3.7口为0时转时间调整程序SJMPSTART1;P3.7口为1时跳回START1SETMM1:LJMPSETMM;转到时间调整程序SETMM;;1秒计时程序;;INTT0:PUSHACC;累加器入栈保护PUSHPSW;状态字入栈保护CLRET0;关T0中断允许CLRTR0;关闭定时器T0MOVA,#0B7H;中断响应时间同步修正ADDA,TL0;低8位初值修正MOVTL0,A;重装初值（低8位修正值）MOVA,#3CH;高8位初值修正ADDCA,TH0;MOVTH0,A;重装初值（高8位修正值）SETBTR0;开启定时器T0DJNZR4,OUTT0;20次中断未到中断退出ADDSS:MOVR4,#14H;20次中断到（1秒）重赋初值MOVR0,#71H;指向秒计时单元（71H-72H）ACALLADD1;调用加1程序（加1秒操作）MOVA,R3;秒数据放入A（R3为2位十进制数组合）CLRC;清进位标志CJNEA,#60H,ADDMM;ADDMM:JCOUTT0;小于60秒时中断退出ACALLCLR0;大于或等于60秒时对秒计时单元清0MOVR0,#77H;指向分计时单元（76H-77H）ACALLADD1;分计时单元加1分钟MOVA,R3;分数据放入ACLRC;清进位标志CJNEA,#60H,ADDHH;ADDHH:JCOUTT0;小于60分时中断退出ACALLCLR0;大于或等于60分时分计时单元清0MOVR0,#79H;指向小时计时单元（78H-79H）ACALLADD1;小时计时单元加1小时MOVA,R3;时数据放入ACLRC;清进位标志CJNEA,#24H,HOUR;HOUR:JCOUTT0;小于24小时中断退出ACALLCLR0;大于或等于24小时小时计时单元清0OUTT0:MOV72H,76H;中断退出时将分、时计时单元数据移MOV73H,77H;入对应显示单元MOV74H,78H;MOV75H,79H;POPPSW;恢复状态字（出栈）POPACC;恢复累加器SETBET0;开放T0中断RETI;中断返回;;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INTT1:PUSHACC;中断现场保护PUSHPSW;MOVTL1,#0B0H;装定时器T1定时初值MOVTH1,#3CH;DJNZR2,INTT1OUT;0.3秒未到退出中断（50MS中断6次）MOVR2,#06H;重装0.3秒定时用初值CPL02H;0.3秒定时到对闪烁标志取反JB02H,FLASH1;02H位为1时显示单元"熄灭"MOV72H,76H;02H位为0时正常显示MOV73H,77H;MOV74H,78H;MOV75H,79H;INTT1OUT:POPPSW;恢复现场POPACC;RETI;中断退出FLASH1:JB01H,FLASH2;01H位为1时，转小时熄灭控制MOV72H,7AH;01H位为0时，"熄灭符"数据放入分MOV73H,7AH;显示单元（72H-73H），将不显示分数据MOV74H,78H;MOV75H,79H;AJMPINTT1OUT;转中断退出FLASH2:MOV72H,76H;01H位为1时，"熄灭符"数据放入小时MOV73H,77H;显示单元（74H-75H），小时数据将不显示MOV74H,7AH;MOV75H,7AH;AJMPINTT1OUT;转中断退出;;加1子程序;;ADD1:MOVA,@R0;取当前计时单元数据到ADECR0;指向前一地址SWAPA;A中数据高四位与低四位交换ORLA,@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MOVR3,A;移入R3寄存器ANLA,#0FH;高四位变0MOV@R0,A;放回前一地址单元MOVA,R3;取回R3中暂存数据INCR0;指向当前地址单元SWAPA;A中数据高四位与低四位交换ANLA,#0FH;高四位变0MOV@R0,A;数据放入当削地址单元中RET;子程序返回;;清零程序;;;对计时单元复零用CLR0:CLRA;清累加器MOV@R0,A;清当前地址单元DECR0;指向前一地址MOV@R0,A;前一地址单元清0RET;子程序返回;;时钟调整程序;;;当调时按键按下时进入此程序SETMM:CLRET0;关定时器T0中断CLRTR0;关闭定时器T0LCALLDL1S;调用1秒延时程序JBP3.7,CLOSEDIS;键按下时间小于1秒，关闭显示（省电）MOVR2,#06H;进入调时状态，赋闪烁定时初值SETBET1;允许T1中断SETBTR1;开启定时器T1SET2:JNBP3.7,SET1;P3.7口为0（键未释放），等待SETB00H;键释放，分调整闪烁标志置1SET4:JBP3.7,SET3;等待键按下LCALLDL05S;有键按下，延时0.5秒JNBP3.7,SETHH;按下时间大于0.5秒转调小时状态MOVR0,#77H;按下时间小于0.5秒加1分钟操作LCALLADD1;调用加1子程序MOVA,R3;取调整单元数据CLRC;清进位标志CJNEA,#60H,HHH;调整单元数据与60比较HHH:JCSET4;调整单元数据小于60转SET4循环LCALLCLR0;调整单元数据大于或等于60时清0CLRC;清进位标志AJMPSET4;跳转到SET4循环CLOSEDIS:SETBET0;省电（LED不显示）状态。开T0中断SETBTR0;开启T0定时器（开时钟）CLOSE:JBP3.7,CLOSE;无按键按下，等待。LCALLDISPLAY;有键按下，调显示子程序延时削抖JBP3.7,CLOSE;是干扰返回CLOSE等待WAITH:JNBP3.7,WAITH;等待键释放LJMPSTART1;返回主程序（LED数据显示亮）SETHH:CLR00H;分闪烁标志清除（进入调小时状态）SETHH1:JNBP3.7,SET5;等待键释放SETB01H;小时调整标志置1SET6:JBP3.7,SET7;等待按键按下LCALLDL05S;有键按下延时0.5秒JNBP3.7,SETOUT;按下时间大于0.5秒退出时间调整MOVR0,#79H;按下时间小于0.5秒加1小时操作LCALLADD1;调加1子程序MOVA,R3;CLRC;CJNEA,#24H,HOUU;计时单元数据与24比较HOUU:JCSET6;小于24转SET6循环LCALLCLR0;大于或等于24时清0操作AJMPSET6;跳转到SET6循环SETOUT:JNBP3.7,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SETBTR0;开启定时器T0SETBET0;开定时器T0中断（计时开始）LJMPSTART1;跳回主程序SET1:LCALLDISPLAY;键释放等待时调用显示程序（调分）AJMPSET2;防止键按下时无时钟显示SET3:LCALLDISPLAY;等待调分按键时时钟显示用AJMPSET4SET5:LCALLDISPLAY;键释放等待时调用显示程序（调小时）AJMPSETHH1;防止键按下时无时钟显示SET7:LCALLDISPLAY;等待调小时按键时时钟显示用AJMPSET6SETOUT1:LCALLDISPLAY;退出时钟调整时键释放等待AJMPSETOUT;防止键按下时无时钟显示;;显示程序;;DISPLAY:MOVR1,#70H;指向显示数据首址M