51單片機電子時鐘課程設(shè)計

1、一、設(shè)計要求1、準(zhǔn)確計時，以數(shù)字形式顯示時、分、秒的時間。2、小時以24小時計時形式，分秒計時為60進(jìn)位。 3、校正時間功能,即能隨意設(shè)定走時時間。4、鬧鐘功能，一旦走時到該時間，能以聲或光的形式告警提示。5、設(shè)計5v直流電源，系統(tǒng)時鐘電路、復(fù)位電路。 6、能指示秒節(jié)奏，即秒提示。7、可采用交直流供電電源，且能自動切換。 二、設(shè)計方案和論證本次設(shè)計時鐘電路，使用了atc89c51單片機芯片控制電路，單片機控制電路簡單且省去了很多復(fù)雜的線路，使得電路簡明易懂，使用鍵盤鍵上的按鍵來調(diào)整時鐘的時、分、秒，用一揚聲器來進(jìn)行定時提醒，同時使用匯編語言程序來控制整個時鐘顯示，使得編程變得更容易，這樣通過四

2、個模塊：鍵盤、芯片、揚聲器、led顯示即可滿足設(shè)計要求。2.1、總設(shè)計原理框圖 如下圖所示：微型控制器時鐘電路聲光報時校時輸入數(shù)據(jù)顯示2.2、設(shè)計方案的選擇1.計時方案 方案1：采用實時時鐘芯片現(xiàn)在市場上有很多實時時鐘集成電路，如ds1287、ds12887、ds1302等。這些實時時鐘芯片具備年、月、日、時、分、秒計時功能和多點定時功能，計時數(shù)據(jù)的更新每秒自動進(jìn)行一次，不需要程序干預(yù)。因此，在工業(yè)實時測控系統(tǒng)中多采用這一類專用芯片來實現(xiàn)實時時鐘功能。 方案2：使用單片機內(nèi)部的可編程定時器。利用單片機內(nèi)部的定時計數(shù)器進(jìn)行中端定時，配合軟件延時實現(xiàn)時、分、秒的計時。該方案節(jié)省硬件成本，但程序設(shè)計

3、較為復(fù)雜。2.顯示方案對于實時時鐘而言，顯示顯然是另一個重要的環(huán)節(jié)。通常led顯示有兩種方式：動態(tài)顯示和靜態(tài)顯示。靜態(tài)顯示的優(yōu)點是程序簡單、顯示亮度有保證、單片機cpu的開銷小，節(jié)約cpu的工作時間。但占有i/o口線多，每一個led都要占有一個i/o口，硬件開銷大，電路復(fù)雜。需要幾個led就必須占有幾個并行口，比較適用于led數(shù)量較少的場合。當(dāng)然當(dāng)led數(shù)量較多的時候，可以使用單片機的串行口通過移位寄存器的方式加以解決，但程序編寫比較麻煩。led動態(tài)顯示硬件連接簡單，但動態(tài)掃描的顯示方式需要占有cpu較多的時間，在單片機沒有太多實時測控任務(wù)的情況下可以采用。本系統(tǒng)需要采用6位led數(shù)碼管來分別

4、顯示時、分、秒，因數(shù)碼管個數(shù)較多，故本系統(tǒng)選擇動態(tài)顯示方式。2.3硬件部分1、stc89c51單片機介紹stc89c51單片機是由深圳宏晶公司代理銷售的一款mcu，是由美國設(shè)計生產(chǎn)的一種低電壓、高性能cmos 8位單片機，片內(nèi)含8kbytes的可反復(fù)寫的flashrom和128bytes的ram，2個16位定時計數(shù)器5。 stc89c51單片機內(nèi)部主要包括累加器acc(有時也簡稱為a)、程序狀態(tài)字psw、地址指示器dptr、只讀存儲器rom、隨機存取存儲器ram、寄存器、并行i/o接口p0p3、定時器/計數(shù)器、串行i/o接口以及定時控制邏輯電路等。這些部件通過內(nèi)部總線聯(lián)接起來，構(gòu)成一個完整的微

5、型計算機。其管腳圖如圖所示。stc89c51單片機管腳結(jié)構(gòu)圖vcc：電源。gnd：接地。p0口：p0口為一個8位漏級開路雙向i/o口，每腳可吸收8ttl門電流。當(dāng)p1口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。p0能夠用于外部程 序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在fiash編程時，p0 口作為原碼輸入口，當(dāng)fiash進(jìn)行校驗時，p0輸出原碼，此時p0外部必須被拉高。 p1口：p1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向i/o口，p1口緩沖器能接收輸出4ttl門電流。p1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作 輸入，p1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在flas

6、h編程和校驗時，p1口作為第八位地址接收。 p2口：p2口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向i/o口，p2口緩沖器可接收，輸出4個ttl門電流，當(dāng)p2口被寫“1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻 拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，p2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。p2口當(dāng)用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存 儲器進(jìn)行存取時，p2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行讀寫時，p2口輸出其特殊功能寄存器 的內(nèi)容。p2口在flash編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。 p3口：p3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向i/o口，可

7、接收輸出4個ttl門電流。當(dāng)p3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，p3口將輸出電流（ill）這是由于上拉的緣故。p3口也可作為at89c51的一些特殊功能口，如下表所示：口管腳 備選功能p3.0 rxd（串行輸入口）p3.1 txd（串行輸出口）p3.2 /int0（外部中斷0）p3.3 /int1（外部中斷1）p3.4 t0（記時器0外部輸入）p3.5 t1（記時器1外部輸入）p3.6 /wr（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）p3.7 /rd（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）p3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。rst：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，要

8、保持rst腳兩個機器周期的高電平時間。ale/prog：當(dāng)訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在flash編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ale 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲器 時，將跳過一個ale脈沖。如想禁止ale的輸出可在sfr8eh地址上置0。此時， ale只有在執(zhí)行movx，movc指令是ale才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ale禁止，置位無效。 psen：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指

9、期間，每個機器周期兩次/psen有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的/psen信號將不出現(xiàn)。ea/vpp：當(dāng)/ea保持低電平時，則在此期間外部程序存儲（0000h-ffffh），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式1時， /ea將內(nèi)部鎖定為reset；當(dāng)/ea端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。在flash編程期間，此引腳也用于施加12v編程電源（vpp）。2、上電按鈕復(fù)位電路 本設(shè)計采用上電按鈕復(fù)位電路：首先經(jīng)過上電復(fù)位，當(dāng)按下按鍵時，rst直接與vcc相連，為高電平形成復(fù)位，同時電解電容被電路放電；按鍵松開時，vcc對電容充電，充電電流在電阻上，rst依然為高電平，仍然是復(fù)位，充

10、電完成后，電容相當(dāng)于開路，rst為低電平，單片機芯片正常工作。其中電阻r2決定了電容充電的時間，r2越大則充電時間長，復(fù)位信號從vcc回落到0v的時間也長。3、晶振電路本設(shè)計晶振電路采用12m的晶振。晶振的作用是給單片機正常工作提供穩(wěn)定的時鐘信號。單片機的晶振并不是只能用12m，只要不超過20m就行，在準(zhǔn)許的范圍內(nèi)，晶振越大，單片機運行越快，還有用12m的就是好算時間，因為一個機器周期為1/12時鐘周期，所以這樣用12m的話，一個時鐘周期為12us，那么定時器計一次數(shù)就是1us了，電容范圍在20-40pf之間，這里連接的是30pf的電容。機器周期=10*晶振周期=12*系統(tǒng)時鐘周期4.下載端口

11、設(shè)計用到的stc89c52單片機芯片的isp下載線是通過單片機的txd，rxd引腳把程序燒進(jìn)去的。管腳txd和rxd用于異步串行通信。其實stc89c52單片機的isp下載線就是一個max232芯片連接stc和計算機的串行通信口。計算機把程序從九針串口送到max232芯片，電平轉(zhuǎn)換后送進(jìn)單片機的串行口，也就是txd和rxd。然后單片機的串行模塊把數(shù)據(jù)送到程序區(qū)。5、顯示電路 就時鐘而言，通?？刹捎靡壕э@示或數(shù)碼管顯示。由于一般的段式液晶屏，需要專門的驅(qū)動電路，而且液晶顯示作為一種被動顯示，可視性相對較差；對于具有驅(qū)動電路和微處理器接口的液晶顯示模塊（字符或點陣），一般多采用并行接口，對微處理器

12、的接口要求較高，占用資源多。另外，89c2051本身無專門的液晶驅(qū)動接口，因此，本時鐘采用數(shù)碼管顯示方式。數(shù)碼管作為一種主動顯示器件，具有亮度高、價格便宜等優(yōu)點，而且市場上也有專門的時鐘顯示組合數(shù)碼管。對于實時時鐘而言，顯示顯然是另一個重要的環(huán)節(jié)。通常led顯示有兩種方式：動態(tài)顯示和靜態(tài)顯示。靜態(tài)顯示的優(yōu)點是程序簡單、顯示亮度有保證、單片機cpu的開銷小，節(jié)約cpu的工作時間。但占有i/o口線多，每一個led都要占有一個i/o口，硬件開銷大，電路復(fù)雜。需要幾個led就必須占有幾個并行口，比較適用于led數(shù)量較少的場合。當(dāng)然當(dāng)led數(shù)量較多的時候，可以使用單片機的串行口通過移位寄存器的方式加以解

13、決，但程序編寫比較麻煩。led動態(tài)顯示硬件連接簡單，但動態(tài)掃描的顯示方式需要占有cpu較多的時間，在單片機沒有太多實時測控任務(wù)的情況下可以采用。本系統(tǒng)需要采用6位led數(shù)碼管來分別顯示時、分、秒，因數(shù)碼管個數(shù)較多，故本系統(tǒng)選擇動態(tài)顯示方式。6、 時鐘顯示校正電路本設(shè)計利用按鍵開關(guān)來校正時鐘顯示的數(shù)字。當(dāng)按鈕按下時，將在相應(yīng)的端口輸入一個低電平，通過相應(yīng)的程序來改變時鐘顯示。其中s1按鍵開關(guān)用來選擇要修改的數(shù)字；s2按鍵用來增加所選數(shù)字的數(shù)值；s3按鍵用來減少所選數(shù)字的數(shù)值。7、蜂鳴器電路電路接法：三極管選定pnp型，基極b連接5v電壓，發(fā)射極e連接一個1k左右的電阻后接i/o口，集電極c連接蜂

14、鳴器后接地。單片機在復(fù)位后的個i/o口是高電平，此時三極管是截止的，編寫程序使選定的i/o為低電平，此時三極管導(dǎo)通，導(dǎo)通后蜂鳴器與電源正極連通，構(gòu)成一個工作回路，從而發(fā)出滴滴的響聲。其中電阻r1在電路里起分壓限流的作用，pnp三極管起到模擬開關(guān)的作用。8、外接電源電路外接電源電路用于連接外部5v電源與電子時鐘電路，通過自鎖開關(guān)控制電路的導(dǎo)通與斷開，當(dāng)開關(guān)閉合時，電路導(dǎo)通，外部電源給電路正常供電，電子時鐘正常工作。當(dāng)開關(guān)斷開時，電路停止工作。9、總電路原理圖（五） 軟件部分 根據(jù)上述電子時鐘的工作流程，軟件設(shè)計可分為以下幾個功能模塊：（1）主程序模塊。主程序主要用于系統(tǒng)初始化：設(shè)置計時緩沖區(qū)的位

15、置及初值，設(shè)置8155的工作方式、定時器的工作方式和計數(shù)初值等參數(shù)。主程序流程如下圖所示。開始定義堆棧區(qū)8155、 t0、數(shù)據(jù)緩沖區(qū)、標(biāo)志位初始化調(diào)用鍵盤掃描程序 否是c/r鍵？ 是地址指針指向計時緩沖區(qū) 調(diào)用時間設(shè)置程序 主程序流程圖（2）計時模塊。即定時器0中斷子程序，完成刷新計時緩沖區(qū)的功能。系統(tǒng)使用6mhz的晶振，假設(shè)定時器0工作在方式1，則定時器的最大定時時間為65.536ms，這個值遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于1s。因此本系統(tǒng)采用定時器與軟件循環(huán)相結(jié)合的定時方法。設(shè)定時器0工作在方式1，每隔50ms溢出中斷一次，則循環(huán)中斷20次延時時間是1s，上述過程重復(fù)60次為1分，分計時60次為1小時，小時計時2

16、4次則時間重新回到00：00：00。因定時器0工作在方式1，則50ms定時對應(yīng)的定時器初值為：6553650ms/2us=40536=9e58h，即th0=9eh，th0=58h。但應(yīng)當(dāng)指出：cpu從響應(yīng)t0中斷到完成定時器初值重裝這段時間，定時器t0并不停止工作，而是繼續(xù)計數(shù)。因此，為了確保t0能準(zhǔn)確定時50ms，重裝的定時器初值必須加以修正，修正的定時器初值必須考慮到從原定時器初值中扣除計數(shù)器多計的脈沖個數(shù)。由于定時器計數(shù)脈沖的周期恰好和機器周期吻合，因此修正量等于cpu從響應(yīng)中斷到重裝完tl0為止所用的機器周期數(shù)。cpu響應(yīng)中斷通常要38個機器周期。經(jīng)過測試，定時器0重裝的計數(shù)初值設(shè)為9

17、e5fh9e67h，可以滿足精度要求。另外，mcs-51單片機只有二進(jìn)制加法指令，而時間是按十進(jìn)制遞增，因此用加法指令后必須進(jìn)行二-十進(jìn)制轉(zhuǎn)換。計時模塊流程圖如下圖所示。保護(hù)現(xiàn)場重裝定時器初值循環(huán)次數(shù)減1否滿20次？是秒單元加1否60s到？是秒單元清0，分單元加1否60分到？是分單元清0，時單元加1否24小時到？是時單元清0恢復(fù)現(xiàn)場返回計時模塊流程圖（3）時間設(shè)置模塊。該模塊由鍵盤輸入相應(yīng)的數(shù)據(jù)來設(shè)置當(dāng)前時間。程序通過調(diào)用一個鍵盤設(shè)置子程序通過鍵盤掃描將鍵入的6位時間值送入顯示緩沖區(qū)。設(shè)置時間后，時鐘要從這個時間開始計時，而時分秒單元各占一個字節(jié)，鍵盤占6個字節(jié)。因此程序中要調(diào)用一個合字子程序

18、將顯示緩沖區(qū)中的6位bcd碼合并為3位壓縮bcd碼，并送入計時緩沖區(qū)，作為當(dāng)前計時起始時間。該程序同時要檢測輸入時間值的合法性，若鍵盤輸入的小時值大于23，分、秒值大于59，則不合法，將取消本次設(shè)置，清零重新開始計時。時間設(shè)置和鍵盤設(shè)置子程序的流程圖如下圖所示。保護(hù)現(xiàn)場調(diào)用鍵盤設(shè)置子程序ketin調(diào)用合字子程序comb恢復(fù)現(xiàn)場返回時間設(shè)置流程圖保護(hù)現(xiàn)場顯示緩沖區(qū)首地址送r0鍵盤輸入次數(shù)送r7調(diào)用鍵盤掃描程序keyscan鍵號送r0顯示緩沖區(qū)地址加1循環(huán)次數(shù)減1否循環(huán)結(jié)束？是恢復(fù)現(xiàn)場返回鍵盤設(shè)置子程序流程圖 （4）顯示模塊。該模塊完成時分秒6位led的動態(tài)顯示。因為顯示為6位，二計時是3個字節(jié)單

19、元，為此，必須將3字節(jié)計時緩沖區(qū)中的時分秒壓縮bcd碼拆分為6字節(jié)bcd碼，并送入顯示緩沖區(qū)中。當(dāng)按下調(diào)整時間鍵后，在6位設(shè)置完成之前，這6個led應(yīng)該顯示鍵人的數(shù)據(jù)，不顯示當(dāng)前的時間。為此，我們設(shè)置了一個計時顯示允許標(biāo)志位f0，在時間設(shè)置期間f0=1，不調(diào)用刷新顯示緩沖區(qū)的子程序。顯示程序流程圖如下圖所示。保護(hù)現(xiàn)場否允許顯示？ 調(diào)用拆字程序 是動態(tài)掃描顯示返回顯示程序流程圖掃描鍵盤否調(diào)用顯示程序 有鍵按下？是調(diào)用顯示程序否有鍵按下？是求取鍵號返回鍵盤掃描程序流程圖程序：org 0000hajmp mainorg 000bhajmp timeorg 0300hmain:mov 20h,#00h

20、mov 21h,#00hmov 22h,#00hmov 23h,#00hmov ip,#02h ;ip,ie初始化mov ie,#82hmov tmod,#01h ;設(shè)定定時器工作方式?mov tl0,#0b0hmov th0,#3chsetb tr0 ;啟動定時?mov sp,#40h ;重設(shè)堆棧指針next: lcall disp ;調(diào)用顯示子程序?lcall key ;調(diào)用按鍵檢測子程序jz next ;lcall ankey ;調(diào)用按鍵處理子程序sjmp next ;重新循環(huán)nopnopnop;定時中斷處理程序：time: push acc ;保護(hù)現(xiàn)場push pswmov tl0,#

21、0b4h ;賦定時初值mov th0,#3chinc 20h ;mov a,20hcjne a,#20,reti1mov 20h,#00h ;一秒鐘時間到mov a,21hadd a,#01hda amov 21h,acjne a,#60h,reti1mov 21h,#00h ;一分鐘時間到mov a,22hadd a,#01hda amov 22h,acjne a,#60h,reti1mov 22h,#00h ;一小時時間到mov a,23hadd a,#01hda amov 23h,acjne a,#24h,reti1mov 23h,#00h ;到時間達(dá)到24小時,清零.reti1: po

22、p psw ;恢復(fù)現(xiàn)場pop accreti ;中斷返回?nopnop;顯示子程序disp: anl 2fh,#10h ;處理小數(shù)點mov a,21h ;處理秒21h->2dh,2ehanl a,#0fhorl a,2fhmov 2fh,amov a,21hanl a,#0f0hswap amov 2eh,aanl 2dh,#10hmov a,22h ;處理分鐘22h->2ch,2dhanl a,#0fhorl a,2dhmov 2dh,amov a,22hanl a,#0f0hswap amov 2ch,aanl 2bh,#10hmov a,23h ;處理小時23h->2a

23、h,2bhanl a,#0fhorl a,2bhmov 2bh,amov a,23hanl a,#0f0hswap amov 2ah,amov r0,#2fh ;顯示偏移量mov r3,#06hmov dptr,#tablemov a,#0bfhloop1: mov b,a ;mov p2,amov a,r0movc a,a+dptrmov p0,a ;送顯示mov r2,#80h ;延時djnz r2,$dec r0mov a,brr adjnz r3,loop1 ;循環(huán)顯示rettable: db 28h,7eh,0a2h,62h,74h,61h,21h ;不帶小數(shù)點db 7ah,20h,

24、60h,00,00,00,00,00,00db 8h,5eh,82h,42h,54h,41h,1h,5ah ;帶小數(shù)點db 00h,40h,00,00,00,00,00,00nopnop;按鍵判斷程序key: mov p3,#0ffh ;mov a,p3cpl aanl a,#3chjz retx ;無鍵按下則返回lcall disp ;lcall dispmov a,p3cpl aanl a,#3chjz retx ;鍵盤去抖動。mov r6,a ;將鍵值存入r6。loop2: lcall disp ;mov a,p3cpl aanl a,#3chjnz loop2 ;等待鍵釋放mov a,

25、r6retx: retnopnop;按鍵處理子程序ankey: clr ea ;關(guān)中斷l(xiāng)x: mov a,r6jb acc.2,l1 ;是功能鍵轉(zhuǎn)l1jb acc.3,l2 ;是確認(rèn)鍵轉(zhuǎn)l2jb acc.4,l3 ;是減1鍵轉(zhuǎn)l3jnb acc.5,l12 ;不是增1鍵，轉(zhuǎn)l12jb 2bh.4,l6 ;判斷使哪一位（時、分、秒）的值加1jb 2dh.4,l8jb 2fh.4,l9l12: lcall displcall displcall key ;判斷有無鍵按下。jz l12ljmp lxl2: mov 25h,#00h ;確認(rèn)鍵處理程序clr 2bh.4clr 2dh.4clr 2fh.4setb earetl3: jb 2bh.4,l61 ;增一鍵處理程序jb 2dh.4,l81jb 2fh.4,l91ajmp l12l1: mov a,25h ;功能鍵處理程序jz lb