单片机课程设计数字电子钟.docx
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单片机课程设计数字电子钟
单片机技术课程设计说明书
数字电子钟
系、部：
电气与信息工程系
学生姓名：
宋贵
指导教师：
王韧职称副教授
专业：
电子信息工程
班级：
电子0802
完成时间：
2010-12-31
摘要
电子钟在生活中应用非常广泛，而一种简单方便的数字电子钟则更能受到人们的欢迎。
所以设计一个简易数字电子钟很有必要。
本电子钟采用ATMEL公司的AT89S52单片机为核心，使用12MHz晶振与单片机AT89S52相连接,通过软件编程的方法实现以24小时为一个周期，同时8位7段LED数码管（两个四位一体数码管）显示小时、分钟和秒的要求,并在计时过程中具有定时功能，当时间到达提前定好的时间进行蜂鸣报时。
该电子钟设有四个按键S1、S2、S3和S4键,进行相应的操作就可实现校时、定时、复位功能。
具有时间显示、整点报时、校正等功能。
走时准确、显示直观、运行稳定等优点。
具有极高的推广应用价值。
关键词电子钟；AT89S52；硬件设计；软件设计
ABSTRACT
Clockiswidelyusedinlife,andasimpledigitalclockismorewelcomedbypeople.Sotodesignasimpledigitalelectronicclockisnecessary.ThesystemuseasinglechipAT89S52ofATMEL’sasitscoretocontrolThecrystaloscillatorclock,usingofE-12MHZisconnectedwiththemicrocontrollerAT89S52,throughthesoftwareprogrammingmethodtoachievea24-hourcycle,andeight7-segmentLEDdigitaltube（twofourinonedigitaltube）displayshours,minutesandsecondsrequirements,andinthetimecourseofatimingfunction,whenthetimearrivedaheadofscheduledtimetobuzzagoodtimekeeping.TheclockhasfourbuttonsS1,S2,S3andS4key,andmaketheappropriateactioncanbeachievedwhentheschool,timing,reset.Withatimedisplay,alarmclocksettings,timerfunction,correctiveaction.Accuratetraveltime,displayandintuitive,precision,stability,andsoon.Withahighapplicationvalue.
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KeywordsElectronicclock;；AT89S52；HardwareDesign；SoftwareDesign
目录
1设计课题任务、功能要求说明及方案介绍……………………………………1
1.1设计课题任务………………………………………………………………1
1.2功能要求说明………………………………………………………………1
1.3设计总体方案介绍及原理说明……………………………………………1
2设计课题硬件系统的设计………………………………………………………2
2.1设计课题硬件系统各模块功能简要介绍…………………………………2
2.2设计课题电路原理图、PCB图、元器件布局图…………………………2
2.3设计课题元器件清单………………………………………………………3
3设计课题软件系统的设计………………………………………………………5
3.1设计课题使用单片机资源的情况…………………………………………5
3.2设计课题软件系统各模块功能简要介绍…………………………………5
3.3设计课题软件系统程序流程框图…………………………………………5
3.4设计课题软件系统程序清单………………………………………………9
4设计结论、仿真结果、误差分析、教学建议…………………………………20
4.1设计课题的设计结论及使用说明…………………………………………20
4.2设计课题的仿真结果………………………………………………………20
4.3设计课题的误差分析………………………………………………………21
4.4设计体会……………………………………………………………………21
4.5教学建议……………………………………………………………………21
参考文献……………………………………………………………………………23
致谢……………………………………………………………………………24
附录……………………………………………………………………………25
1设计课题任务、功能要求说明及方案介绍
1.1设计课题任务
设计一个具有特定功能的电子钟。
具有时间显示、报时等功能。
并有时间设定，时间调整功能。
1.2功能要求说明
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。
1.3设计课题总体方案介绍及工作原理说明
本电子钟主要由单片机、4*1独立键盘、显示接口电路和复位电路构成，设计课题的总体方案如图1.1所示：
图1.1总体设计方案图
本电子钟的所有的软件、参数均存放在AT89S52的FlashROM和内部RAM中，减少了芯片的使用数量简化了整体电路也降低了整机的工作电流。
键盘采用动态扫描方式。
利用单片机定时器及计数器产生定时效果通过编程形成数字钟效果，再利用数码管动态扫描显示单片机内部处理的数据，同时通过端口读入当前外部控制状态来改变程序的不同状态，实现不同功能。
2设计课题硬件系统的设计
2.1设计课题硬件系统各模块功能简要介绍
本设计的硬件系统主要采用以下基本模块来实现，单片机最小系统模块，输入模块、输出模块、电源模块。
（1）单片机最小系统模块：
包括低功耗、高性能CMOS8位微控制器AT89S52；复位电路；晶振电路。
本本模块AT89S52系统控制核心，单片机系统复位由复位电路完成，单片机内部有一个高增益、反相放大器，其输入端为芯片引脚XTAL1，其输出端位位引脚XTAL2。
通过这两个引脚在芯片外并接石英晶体振荡器和两只电容。
这样就构成一个稳定的自激振荡器。
（2）输入模块：
本模块共用到了5个按键，1个电源开关，一个复位键，单片机运行期间，利用按键完成复位操作。
3个按键独立式键盘，S1键控制电子钟的启动\调整状态，S2键为加1键，S3键为减1键。
且S1、S2、S3任一键都独自连一个I/O（P1.0、P1.1、P1.2）口线，说明它们可以独立实现相应的电子钟功能。
（3）输出模块：
本次设计显示为8位，采用两个四位一体数码管（共阳极）作为显示窗口，既可以节约成本又能简化电路。
数码管用8个PNP三极管驱动。
（4）电源模块：
现在市面上销售的编程器有很多都是由PC机的USB口直接供电为了降低本设计的成本及节省设计时间，没有另外设计编程器，而直接购买了市场上的USB供电及下载器。
2.2设计课题电路原理图、PCB图、元器件布局图
图2.1电路原理图
图2.2PCB图
图2.3元器件布局图
2.3设计课题元器件清单
设计课题元器件清单如表2.1所示。
表2.1设计所用元器件清单
名称
数量
参数
电阻
3个
1KΩ
数码管
2个
4位一体
电阻
1个
200Ω
下载口
1个
普通插座
1个
40PIN
电阻
16个
470Ω
按键
4个
三极管
9个
PNP
USB供电线
1根
晶振
1个
12MHz
电容
2个
30pF
极性电容
1个
22μF
芯片
1块
AT89S52
发光二极管
1个
六角开关
1个
3设计课题软件系统的设计
3.1设计课题使用单片机资源的情况
设计课题使用单片机资源的情况如下：
P0口输出数码管段选信号，P3口输出数码管位选信号；晶振12MHz；调整选择键SET_KEY：
P1.0；通过选择键选择调整位，选中位闪烁；增加键ADD_KEY：
P1.1；按一次使选中位加1；减少键DEC_KEY：
P1.2；按一次使选中位减1;P2.1为蜂鸣器发声报时；50H-5FH；16个寄存器单元作为显示单元；
50H用于控制秒基准时钟源的产生；51H清零秒寄存器；
52H清零分寄存器；53H清零时寄存器；
5FH用于秒个位；5EH用于秒十位；
5DH用于分个位；5CH用于分十位；
5BH用于时个位；5AH用于时十位；
54H用于控制调时闪烁；堆栈栈底：
70H。
3.2设计课题软件系统个模块功能简要介绍
本设计的软件系统主要采用以下基本模块来实现，主程序、中断服务程序、键盘输入程序模块、数码管及其驱动模块和延时模块。
主程序：
主要是用于对输入信号的处理、输出信号的控制和对各个功能程序模块的运用及其控制。
中断服务程序：
主要是用于电子钟的准确运行、数据输入过程中的闪烁。
键盘输入程序模块：
主要是用于确定按键并得到特定的键码值。
数码管及其驱动模块：
主要是用于驱动数码管及利用数码管显示时间。
延时模块：
程序中有两种延时子程序，一种是短延时用于判键按下等，一种是长延时。
3.3设计课题软件系统程序流程框图
系统软件采用汇编语言按模块化方式进行设计,然后通过Keil软件开发平台将程
序转变成十六进制程序语言，接着使用Proteous进行仿真，读出显示数据。
主程序流程框图如3.1所示；加1子程序如3.2所示；
中断服务程序程序如3.3所示；
键盘扫描子程序框图如3.4所示；
显示子程序框图如3.5所示；
图3.1主程序流程框图
图3.2加1子程序流程框图
图3.3中断子程序
图3.4键盘扫描子程序
图3.5显示子程序
3.4设计课题软件系统程序清单
;-----------------------------------------------------------------------
;本电子钟实现24小时制，8位数码管显示时分秒，可整点报时
;显示格式:
00-00-00（设置小时十位为0时，不显示）
;通过3只按键来调整时间
;调整选择键SET_KEY：
P1.0；通过选择键选择调整位，选中位闪烁
;增加键ADD_KEY：
P1.1；按一次使选中位加1
;减少键DEC_KEY：
P1.2；按一次使选中位减1
;如果长按ADD_KEY或DEC_KEY，可进行调时、调分快进快减，并停止闪烁
;如果选中位是秒，则按增加键或减少键可实现，但无调时快进和快减功能
;P0口输出数码管段选信号，P2口输出数码管位选信号；晶振12MHz
;P3.1为蜂鸣器发声报时
;编程人:
宋贵编写日期:
2010年12月28日修改日期（最终）:
2010年12月31日
;-----------------------------------------------------------------------
;-----------
;程序入口
;-----------
ORG0000H;程序入口地址
LJMPSTART
ORG000BH;定时器0中断入口地址
LJMPTIMET0
ORG1000H
;----------------------------------
;显P.程序
;功能:
可以在8个数码闪烁移位进行屏保
;----------------------------------
START:
MOVR6,#2;闪烁次数
MOVA,#0FEH;位选
TT:
MOVP2,A
MOVP0,#0CH;段码"P."
LCALLDELAY
MOVP2,#0FFH
DJNZR6,TT
LCALLDELAY
LCALLDELAY1
RRA
JBP1.0,TT;键是否按下，没按下则转移
LCALLDELAY;延时去抖
JNBP1.0,KAI;再次判断键是否按下
KAI:
SETBP1.0
CLRA;状态恢复
MOVP0,#0FFH
LCALLDELAY1
SETB48H;用于调时闪烁标志
SETB47H;用于产生脉冲用于调时快进的脉冲
MOVR1,#0;键功能标志：
0计时、1调时、2调分、3调秒
;-------------------------------
;清16位寄存器及初始化
;50H用于控制秒基准时钟源的产生
;51H清零秒寄存器
;52H清零分寄存器
;53H清零时寄存器
;5FH用于秒个位；5EH用于秒十位
;5DH用于分个位；5CH用于分十位
;5BH用于时个位；5AH用于时十位
;54H用于控制调时闪烁
;-------------------------------
MOVR0,#50H;初始化
MOVR6,#10H
CLEARJCQ:
MOV@R0,#00H;清寄存器
INCR0
DJNZR6,CLEARJCQ
MOVIP,#02H
SETBEA
SETBET0
MOVTMOD,#01H;设定定时器0工作方式1
MOVTH0,#3CH
MOVTL0,#0B0H;赋定时初值，定时50ms
SETBTR0;启动定时器0
MOVSP,#70H;堆栈
;--------
;主程序
;--------
MAIN:
LCALLDISPLAY
LCALLKEY_SCAN
JZMAIN
LCALLSET_KEY
JB46H,MAIN;如果已进行调时快进，则不再执行下面的调整
LCALLADD_KEY;调用增加键处理子程序，加一
LCALLDEC_KEY;调用减少键处理子程序，减一
LJMPMAIN;重新循环
;---------------
;显示处理程序
;---------------
DISPLAY:
MOVA,51H
ANLA,#0FH
MOV5FH,A;转换出秒个位，存入5FH
MOVA,51H
ANLA,#0F0H
SWAPA
MOV5EH,A;转换出秒十位，存入5EH
JB46H,MIN;如果调时快进，则跳过闪烁处理程序
CJNER1,#3,MIN;如果R1为3，闪烁秒位待调整
JB48H,MIN
MOV5FH,#0AH;使该位为10，查表得到使该位不显示
MOV5EH,#0AH
MIN:
MOVA,52H
ANLA,#0FH
MOV5DH,A;转换出分个位，存入5DH
MOVA,52H
ANLA,#0F0H
SWAPA
MOV5CH,A;转换出分十位，存入5CH
JB46H,HOUR
CJNER1,#2,HOUR;如果R1为2，闪烁分位待调整
JB48H,HOUR
MOV5DH,#0AH
MOV5CH,#0AH
HOUR:
MOVA,53H
ANLA,#0FH
MOV5BH,A;转换出时个位，存入5BH
MOVA,53H
ANLA,#0F0H
SWAPA
MOV5AH,A;转换出时十位，存入5AH
JB46H,DISP
CJNER1,#1,DISP;如果R1为1，闪烁时位待调整
JB48H,DISP
MOV5BH,#0AH;使该位为10，查表得到使该位不显示
MOV5AH,#0AH
;-------------------
;数码管动态扫描显示
;-------------------
DISP:
MOVDPTR,#TABLE
MOVA,5FH
MOVCA,@A+DPTR
MOVP0,A
CLRP2.0
LCALLDELAY
SETBP2.0;显示秒个位
MOVA,5EH
MOVCA,@A+DPTR
MOVP0,A
CLRP2.1
LCALLDELAY
SETBP2.1;显示秒十位
MOVA,#0BFH
MOVP0,A
CLRP2.5
LCALLDELAY
SETBP2.5;显示“-”
MOVA,5DH
MOVCA,@A+DPTR
MOVP0,A
CLRP2.3
LCALLDELAY
SETBP2.3;显示分个位
MOVA,5CH
MOVCA,@A+DPTR
MOVP0,A
CLRP2.4
LCALLDELAY
SETBP2.4;显示分十位
MOVA,#0BFH
MOVP0,A
CLRP2.2
LCALLDELAY
SETBP2.2;显示“-”
MOVA,5BH
MOVCA,@A+DPTR
MOVP0,A
CLRP2.6
LCALLDELAY
SETBP2.6;显示时个位
MOVDPTR,#TABLE1;该位使用TABLE1以消除时的十位置0
MOVA,5AH
MOVCA,@A+DPTR
MOVP0,A
CLRP2.7
LCALLDELAY
SETBP2.7;显示时十位
RET
;-----------------
;定时器中断1s程序
;-----------------
TIMET0:
PUSHACC;保护现场
PUSHPSW
MOVTH0,#3CH
MOVTL0,#0B0H
CPL47H;产生脉冲用于调时快进
INC54H
MOVA,54H
CJNEA,#10,ADD_TIME;产生0.5秒，用于调时闪烁
CPL48H;取反调时闪烁标志位
MOV54H,#00H
ADD_TIME:
INC50H
MOVA,50H
CJNEA,#10,ZDBACD;整点报时时蜂鸣器响延迟时间
SETBP3.1;关蜂鸣器
ZDBACD:
CJNEA,#20,RETI1;产生1秒时钟
MOV50H,#00H;一秒钟时间到，清零50H
MOVA,51H
ADDA,#01H
DAA;十进制调整
MOV51H,A
CJNEA,#60H,RETI1
MOV51H,#00H;一分钟到
MOVA,52H
ADDA,#01H
DAA
MOV52H,A
CJNEA,#60H,RETI1
CLRP3.1
MOV52H,#00H;一小时到，开蜂鸣器，清分显示
MOVA,53H
ADDA,#01H
DAA
MOV53H,A
CJNEA,#24H,RETI1
MOV53H,#00H;到24点,清零小时
RETI1:
POPPSW
POPACC;恢复现场
RETI;中断返回
;-------------
;键盘扫描程序
;R4设置为00H是为了在进入长按处理前加长延时,以区分长按与短按键
;-------------
KEY_SCAN:
CLR46H;关闭调时快进标志
MOVP1,#0FFH;将P1口设置成输入状态
MOVA,P1
CPLA
ANLA,#07H;1口低3位连接3个按键，只判断该3位
JZEXIT_KEY
LCALLDELAY;延时去抖动
MOVA,P1;重新判断
CPLA
ANLA,#07H
JZEXIT_KEY
MOVR5,A
MOVR4,#00H;用于控制调时快进速度
LOOP:
LCALLDISPLAY;进入长按处理
MOVA,P1
CPLA
ANLA,#07H
JB47H,LOOP1
INCR4;调时快进间隔时间基准加1
LOOP1:
CJNER1,#03H,LOOP2;如果调秒时长按，则不处理
LJMPLOOP3
LOOP2:
CJNER4,#99H,LOOP3
MOVR4,#70H;确认长按后，加快调时快进速度
SETB46H
LCALLADD_KEY
LCALLDEC_KEY
LOOP3:
JNZLOOP;等待键释放
MOVA,R5;输出键值
RET
EXIT_KEY:
RET
;------------
;延时子程序
;------------
DELAY:
MOVR7,#200
DJNZR7,$
RET
DELAY1:
MOVR3,#50
MOVTMOD,#00H
MOVTH1,#63H
MOVTL1,#18H
SETBTR1
LP1:
JBCTF1,LP2
SJMPLP1
LP2:
MOVTH1,#63H
MOVTL1,#18H
DJNZR3,LP1
RET
;-----------------
;选择键处理子程序
;-----------------
SET_KEY:
CJNER5,#01H,EXIT;选择键键值
INCR1;调整选择功能标志加一
CJNER1,#4,EXIT
MOVR1,#0
MOV54H,#00H;调时闪烁清零
RET
;----------
;加1子程序
;----------
ADD_KEY:
CJNER5,#02H,EX
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