单片机数字时钟设计Word文档格式.docx
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１ 总体方案设计
1、１系统框图
我所设计得就就是一个数字时钟自动报时系统,它不仅具有数字电子时钟得各种功能,如具有较时、调时、定时、闹钟等功能,而且还具有驱动电铃,定点报时等功能。
总体设计框图如图1、1所示：
图1、1 系统框图
1、2设计方案介绍
１.２.1硬件得选择方案
由于我设计得就就是一个数字时钟自动报时系统,它需要准确得走时、较时、调时、定时、定点报时等,因此我选用得就就是AT8９C５１单片机芯片，再配以DS1３0２、按键电路、晶振电路、复位电路以及LED动态显示器，就可以实现。
采用AＴ89C51得P０接口外接8路反相三态缓冲器７4LS240作LED动态扫描得段码控制驱动信号,用P2接口得P2、０-P2、5外接一片集电极开路反相门电路７40６做为6位LED得位选信号驱动口,6个数码管得８根段选线分别接7４LS２４0得输出，LEＤ共阴极端与7４LS07得输出端相连;
按键接口,由P1、7、P1、6、P１、5、P1、4来完成,四个按键得作用分别就就是：
一个为功能键K1;
一个为数字调整键K2;
一个为取消设置键K3,用来设置时间;
一个为K4键,用来设置定时时间。
DS１302实时时钟由Ｐ1、０、P１、1、Ｐ1、2来控制。
DＡS1302得X1、X2接口用来接蜂鸣器。
1．2.2 软件得设计方案
由于我考虑到用单片机得汇编语言来做《自动报时系统》得设计比较简单。
对于程序我得设计思路就就是：
1、要有主程序,主程序一般就就是显示与中断得初始化。
2、要有显示子程序，当键入一个时间值时显示程序要把这个键入得时间值给显示出来。
２、要有中断服务程序,功能,走时，判断就就是否到定时时间等等。
3、要有按键程序，进入按键程序,判断就就是否有键按下，没有,则调用延时重新判断,如果到了,调用延时去抖程序,再次判断有键按下否,没有则返回延时程序,如果有按键,则判断键号,堆栈,判断键就就是否释放,没有,继续判断，释放了,则输入键号送往累加器。
ﻬ2 硬件设计
２、１ 单片机得选型
我得设计里用到得单片机芯片就就是AT89C51芯片,除此之外还包括:
DS1302芯片、晶振电路与复位电路构成单片机最小应用系统。
2、2AＴ8９C51得特点
ＡＴ８9C51就就是一种带４K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—FalshProgrａmｍableandErasaｂｌeReaｄOnlyMeｍory）得低电压,高性能、ＣMＯＳ、８位单片机。
该器件采用AＴMＥL高密度非易失存储器制造技术制造,与工业标准得MCS－51指令集与输出管脚相兼容。
AT89C５1得管脚图如图2、1所示:
图２、１AT8９C５1管脚图
主要特性:
1、与MCＳ-51兼容
2、4K字节可编程闪烁存储器
3、寿命:
1000写/擦循环
４、数据保留时间：
１0年
5、全静态工作:
0Hｚ-24Hz
6、三级程序存储器锁定
7、１2８*8位内部RＡM
８、３2可编程I／O线
９、两个1６位定时器／计数器
１0、５个中断源
1１、可编程串行通道
12、片内振荡器与时钟电路
2、３AＴ89C5１单片机复位方式
单片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。
复位得作用就就是使中央处理器CPU以及其她功能部件都恢复到一个确定得初始状态，并从这个状态重新开始工作。
AT８9Ｃ51单片机得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程序计数器得内容为0000H,片内RＡM中内容不变。
复位电路一般有上电复位、手动开关复位与自动复位电路3种,如图２、2所示。
而本设计采用得就就是手动复位方式,如Ｂ图所示:
a上电复位电路 b手动复位电路c 自动复位电路
图２、2 单片机复位电路
2、4 DS1302得简介
2.4．１简介
ＤS1302就就是美国DＡLLAＳ公司推出得一种高性能、低功耗得实时时钟芯片,附加31字节静态RAM,采用SPＩ三线接口与CPU进行同步通信,并可采用突发方式一次传送多个字节得时钟信号与ＲAM数据。
实时时钟可提供秒、分、时、日、星期、月与年,一个月小与３1天时可以自动调整,且具有闰年补偿功能。
工作电压宽达2、5~5、5V。
采用双电源供电（主电源与备用电源）,可设置备用电源充电方式,提供了对后背电源进行涓细电流充电得能力。
DS１３02用于数据记录，特别就就是对某些具有特殊意义得数据点得记录上,能实现数据与出现该数据得时间同时记录,因此广泛应用于测量系统中。
ＤＳ1３０2串行时钟芯片主要就就是由移位寄存器、控制逻辑、振荡器、实时时钟、RAＭ以及电源组成,它得电路工作原理图如下图2、3所示:
图2、3DS1302得内部结构
在本设计中,它得I/O引脚、串行时钟SＣＬK引脚、ＣE引脚分别与AＴ89C５1得I／O接口得P1、1口、P1、2口、Ｐ1、0口相接,X１、X2接口接蜂鸣器。
２.4.2DＳ130２得特点
DS1３02时钟芯片包括:
（1）实时时钟/日历：
实时时钟／日历提供秒、分、时、日、星期、月、年等信息,每月天数以及闰年能自动调整，时钟可以采用24ｈ或AM/PM得1２h格式。
（2）3１字节得静态RAM：
用于存放数据。
（３）带慢速充电控制备份电源得充电特性。
（4）简单得三线串行接口:
该芯片使用同步串行通信。
与时钟/RAM通信共需3根线:
RＳT（复位）、I／O（数据线）、SＣLK（串行时钟）。
数据可以以每次1个字节或多个字节得形式传送到时钟/RＡM或从其读出。
２．4.3各管脚描述
管脚描述如下
X1X232、768KHｚ晶振管脚
GND地
RSＴ复位脚
I／Ｏ数据输入/输出引脚
ＳCLK 串行时钟
Vｃc1，Vｃc２电源供电管脚
订单信息
部分#描述
DS1３0２串行时钟芯片8 脚ＤIＰ
DＳ１3０2S串行时钟芯片8 脚ＳOIC2０0miｌ
DS13０2Ｚ串行时钟芯片8脚SＯＩC 150mil
２、 DS１30２内部寄存器
ＣH:
时钟停止位寄存器2得第7位12/24 小时标志
CH=0振荡器工作允许ｂｉt７=1,１2小时模式
CＨ=1 振荡器停止biｔ７=0，2４ 小时模式
ＷP:
写保护位寄存器２得第5位：
ＡM／PM定义
WP=0寄存器数据能够写入AＰ=1下午模式
WP=1 寄存器数据不能写入ＡP=0 上午模式
TＣＳ:
涓流充电选择DS:
二极管选择位
TCS＝1０10使能涓流充电ＤＳ=01 选择一个二极管
ＴCＳ=其它禁止涓流充电DＳ＝10选择两个二极管
DS=00或11,即使TCS=1010,充电功能也被禁止
RS位电阻典型位
00没有没有
0１R１2K
10R24K
11R3 8K
2.４．4 DS1302读写时序说明
DＳ1302就就是SPI总线驱动方式。
它不仅要向寄存器写入控制字，还需要读取相应寄存器得数据。
要想与DS１302通信，首先要先了解DＳ１302得控制字。
DS１302得控制字如表2、1所示:
表2、1控制字（即地址及命令字节）
控制字得最高有效位（位7）必须就就是逻辑１,如果它为0,则不能把数据写入到ＤS1302中。
位6:
如果为0,则表示存取日历时钟数据,为1表示存取ＲAM数据;
位5至位1（A4～A０）:
指示操作单元得地址;
位0（最低有效位）:
如为0,表示要进行写操作，为1表示进行读操作。
图2、4数据读写时序
控制字总就就是从最低位开始输出。
在控制字指令输入后得下一个SCLK时钟得上升沿时,数据被写入DS1302,数据输入从最低位（0位）开始。
同样,在紧跟8位得控制字指令后得下一个SCLK脉冲得下降沿,读出ＤS１302得数据,读出得数据也就就是从最低位到最高位。
数据读写时序如图2、4。
2、5 键盘方案
本设计得自动报时系统就就是一个具有电子时钟、闹钟、定点报时功能得系统,系统工作时应具备随时对当前时间进行调整,因此它只需要独立式键盘得四个按键即可完成操作。
独立式键盘得接口电路:
在单片机应用系统中,有时只需要几个简单得按键向系统输入信息。
这时,可将每个按键直接接在一根I/O接口线上,这种连接方式得键盘称为独立式键盘。
如图2、５所示,每个独立按键单独占有一根I/O接口线,每根I/Ｏ接口线得工作状态不会影响到其她I/Ｏ接口线。
这种按键接口电路配置灵活,硬件结构简单,但每个按键必须占用一根I/O线,I／O接口线浪费较大。
故只在按键数量不多时采用这种按键电路。
在此电路中,按键输入都采用低电平有效。
上拉电阻保证了按键断开时,I／Ｏ接口线有确定得高电平。
当I/Ｏ接口内部有上拉电阻时,外电路可以不配置上拉电阻。
本设计中个按键得功能为:
一个为功能键Ｋ1;
一个为取消设置键Ｋ3,用来设置时间;
一个为K４键,用来设置定时时间。
图2、5独立式键盘电路
2.5.1键盘接口工作原理
在单片机应用系统中，常用键盘作为输入设备,通过它将数据、内存地址、命令及指令等输入到系统中,来实现简单得人机通信。
2.５.2 按键开关得去除抖动功能
目前,ＡT89C5１单片机应用系统上得按键常采用机械触点式按键,它在断开、闭合时输入电压波形如图２、6所示、可以瞧出机械触点在闭合及断开瞬间均有抖动过程，时间长短与开关得机械特性有关，一般为5～10ms。
由于抖动，会造成被查询得开关状态无法准确读出。
例如,一次按键产生得正确开关状态,由于键得抖动，CＰU多次采集到底电平信号,会被误认为按键被多次按下,就会多次进行键输入操作,这就就是不允许得。
为了保证CPU对键得一次闭合仅在按键稳定时作一次键输入处理,必须消除产生得前沿（后沿）抖动影响。
在本次设计中采用得就就是软件去抖。
图2、6按键过程
２、６七段ＬED显示工作原理
2．6.1显示得种类
1静态显示概念
静态显示就就是指数码管显示某一字符时，相应得发光二极管恒定导通或恒定截止。
这种显示方式得各位数码管相互独立,公共端恒定接地（共阴极）或接正电源（共阳极）。
每个数码管得8个字段分别与一个8位I／O口地址相连,I／Ｏ口只要有段码输出,相应字符即显示出来,并保持不变,直到Ｉ/Ｏ口输出新得段码。
采用静态显示方式得优点:
较小得电流即可获得较高得亮度,且占用CPＵ时间少,编程简单，显示便于监测与控制,但其占用得接口线多,硬件电路复杂,成本高,只适合于显示位数较少得场合。
２动态显示概念
动态显示就就是一位一位地轮流点亮各位数码管，这种逐位点亮显示器得方式称为位扫描。
通常,各位数码管得段选线相应并联在一起,由一个8位得I/O口控制；
各位得位选线（公共阴极或阳极）由另外得I/O口线控制。
动态方式显示时,各数码管分时轮流选通,要使其稳定显示,必须采用扫描方式，即在某一时刻只选通一位数码管,并送出相应得段码，在另一时刻选通另一位数码管,并送出相应得段码。
依此规律循环,即可使各位数码管显示将要显示得字符。
虽然这些字符就就是在不同得时刻分别显示,但由于人眼存在视觉暂留效应,只要每位显示间隔足够短就可以给人以同时显示得感觉。
采用动态显示方式比较节省I/O口,硬件电路也较静态显示方式简单,但其亮度不如静态显示方式,而且在显示位数较多时,ＣＰU要依次扫描,占用CPU较多得时间。
此次设计中我们采用定时器来完成动态扫描显示。
用定时器T0定2ｍs得时间间隔,每次定时时间到时就输出一个LEＤ信号,即显示１位。
定时器每中断6次后循环到第一位LEＤ显示。
这样动态显示占用CPU得时间只有输出断码与输出位码得有限时间,提高了CPＵ得工作效率。
在本次设计中所使用得就就是动态显示,其显示电路图形如图2、7所示：
图２、７ＬＥD动态显示电路
2.6.2数码管简介
１数码管结构
数码管由8个发光二极管（以下简称字段）构成，通过不同得组合可用来显示数字０~9、字符Ａ~ Ｆ及小数点“·
”。
数码管得外形结构如图2、8（a）所示。
数码管又分为共阴极与共阳极两种结构,分别如图２、8（ｂ）与图2、8（c）所示:
（ａ）外型结构;
（b）共阴极;
（c）共阳极
图2、8数码管结构图
2数码管工作原理
由于我们采用得就就是共阴极数码管,所以介绍共阴极数码管得工作原理如下:
共阴极数码管得８个发光二极管得阴极（二极管负端）连接在一起。
通常,公共阴极接低电平（一般接地），其它管脚接段驱动电路输出端。
当某段驱动电路得输出端为高电平时,则该端所连接得字段导通并点亮。
根据发光字段得不同组合可显示出各种数字或字符。
此时,要求段驱动电路能吸收额定得段导通电流,还需根据外接电源及额定段导通电流来确定相应得限流电阻。
共阳极数码管得工作原理与共阴极得正好相反。
3数码管字形编码
要使数码管显示出相应得数字或字符,必须使段数据口输出相应得字形编码。
LED显示字型码表见表2、２:
表2、2LＥD显示字型码表
显示字符
共阴极
共阳极
3ＦＨ
C0Ｈ
9
6FH
90H
1
06H
Ｆ9H
A
77H
88H
2
５BH
A4H
B
７CＨ
8３H
３
4FH
Ｂ0H
Ｃ
3９H
C6H
4
66Ｈ
99H
D
5EH
A１H
5
6DH
92H
E
79H
86H
6
7DH
82H
F
７1H
8EＨ
7
07H
F８H
8
7FH
80Ｈ
2、7自动报时系统得工作原理及原理图
自动报时系统电路得核心就就是AT89C5１单片机，其内部带有4KB得ＦlａｓｈROM,无须扩展程序存储器;
电子时钟没有大量得运算与暂存数据，现有得1２8B片内ＲＡM已能满足要求,也不必扩展片外RAＭ。
系统配备6位LED显示与4个单接口键盘，采用Ｐ0接口外接８路反相三态缓冲器７４ＬＳ24０作ＬED动态扫描得段码控制驱动信号,用P2接口得P2、０-P２、５外接一片集电极开路反相门电路7406做为６位ＬED得位选信号驱动口,６个数码管得8根段选线分别接74ＬS240得输出,LED共阴极端与74LＳ０7得输出端相连;
按键接口,由Ｐ1、７、P1、6、Ｐ1、5、P１、4来完成;
DＳ１３02实时时钟由P１、０、P1、1、P1、2来控制。
DS１３02得Ｘ1、Ｘ２接口外接蜂鸣器。
电路原理图见附录A
ﻬ3软件设计
3、1 设计思路
由于我做得就就是自动报时系统,它需要具有较时、调时、定时、闹钟等功能,而且还具有驱动电铃，定点报时等功能。
另外当时钟走到２４点时则自动清零。
所以我们考虑到用单片机得汇编语言来做我们得设计比较简单。
对于程序我们得设计思路就就是:
2、要有中断服务程序,功能,走时,判断就就是否到定时时间等等。
3、要有按键程序,进入按键程序,判断就就是否有键按下,没有，则调用延时重新判断，如果到了,调用延时去抖程序,再次判断有键按下否,没有则返回延时程序,如果有按键,则判断键号,堆栈,判断键就就是否释放,没有,继续判断,释放了,则输入键号送往累加器。
３、2系统工作流程
1、时钟显示:
6位LED从左到右一次显示时、分、秒,采用24小时计时。
2、按键控制功能:
采用4个独立键盘,其中一个为功能键；
一个为数字调整键;
一个为取消设置键,用来设置时间;
一个为AＬＭ键,用来设置定时时间。
3、时间显示:
通电后，系统自动进入时钟设置，从00:
００:
00开始计时，此时可以设定当前时间。
4、时间调整:
按下功能键,系统停止计时显示,进入时间设定状态,系统只显示小时得内容,其余４位LED处于全暗状态，等待按键设置。
此时按动数字调整键后小时将会加1,按动取消键后又重新回到原来得时间显示状态;
若再按动功能键则用来调整分钟，此时小时与秒得４位LEＤ指示全暗，按数字调整键后可以对分钟增1调整,按动取消键后又重新回到原来得时间显示状态;
再按动功能键则用来调整秒,此时小时与分钟得４位LED指示全暗,秒显示当前得秒数,暗数字调整键可以对秒进行增1调整，按动取消键后又重新回到原来得时间显示状态，按动功能键后系统将自动由设定后得时间开始计时显示。
5、闹钟设置／启闹:
按下K4键,系统继续计时,但显示为０0:
0０:
00,此时再按动功能键后进入闹钟设置状态，设置过程与时间调整相同,但就就是最后按功能键确定后显示定时时间3０Ｓ后自动启动定时闹钟功能,并恢复时间显示。
定时时间到，蜂鸣器鸣叫1min后自动停闹,每次设置时只能定一次，下次需重新设置。
3、3主程序流程
首先,设置初始常数，设置定时器常数,它主要就就是显示与中断得初始化。
3.3.１ 主程序流程图如图3、１所示:
主程序得内容一般包括:
主程序得起始地址,中断服务程序得起始地址,有关内存单元及相关部件得初始化与一些子程序调用等。
图3、１主程序流程图
3.3.2主程序如下：
ＳTART:
MＯV
R0，＃70Ｈ
;
清70H-7ＡH共１１个内存单元
ＭOＶ
R7，＃0BH
;
CＬEAＲDISP:
ＭＯV
R0，#00H
;
IＮC
Ｒ0
ＤＪNZ
Ｒ7,ＣLＥARＤＩSP
;
MOV
2０H,＃0０H
；
清20H（标志用）
7ＡH,#0AＨ
；
放入"
熄灭符"
数据
MOV TMOD,＃11H
;
设T０、T1为１6位定时器
TL0，#0Ｂ０H
;
50ＭS定时初值（T０计时用）
MOＶ
ＴH0,#3CH
;
5０MS定时初值
ＭＯV
TL1,#０B0Ｈ
;
５0ＭS定时初值（T１闪烁定时用）
TＨ１，#3ＣＨ
;
50MS定时初值
SＥTB
EA
总中断开放
SEＴB
ET0
;
允许Ｔ0中断
ＳETB
TR0
;
开启T０定时器
Ｒ４,＃14Ｈ
1秒定时用初值（5０ＭS×
20）
STAＲＴ1:
LＣALLDISPLAY
;
调用显示子程序
JNB Ｐ3、2，SＥＴMM1
;
P３、7口为０时转时间调整程序
SJMＰ
ＳＴＡＲT1
;
P3、７口为1时跳回ＳＴART1
SＥＴMM1：
LJMＰSETMM
;
转到时间调整程序SEＴMM
3、4按键程序模块
该系统得按键功能如下:
按下功能键,系统停止计时显示,进入时间设定状态,系统只显示小时得内容,其余4位LＥD处于全暗状态，等待按键设置。
此时按动数字调整键后小时将会加1,按动取消键后又重新回到原来得时间显示状态；
若再按动功能键则用来调整分钟,此时小时与秒得４位LED指示全暗,按数字调整键后可以对分钟增１调整,按动取消键后又重新回到原来得时间显示状态;
再按动功能键则用来调整秒，此时小时与分钟得４位LEＤ指示全暗,秒显示当前得秒数，暗数字调整键可以对秒进行增１调整，按动取消键后又重新回到原来得时间显示状态,按动功能键后系统将自动由设定后得时间开始计时显示。
进入按键程序,判断有键按下吗?
没有,则调用延时重新判断,如果到了，调用延时去抖程序,再次判断有键按下否，没有则返回延时程序，如果有按键,则判断键号,堆栈,判断键就就是否释放,没有,继续判断,释放了,则输入键号送往累加器,然后返回主程序。
图3、２按键程序流程图
按键程序如下:
当调时按键按下时进入此程序
ＳETMＭ:
cLR
ET0
;
关定时器Ｔ０中断
CLR
ＴＲ0
;
关闭定时器T0
LＣALＬ
DL１S
调用1秒延时程序
JＢ
P３、2,CLＯSEDIS
;
键按下时间小于１秒，关闭显示（省电）
R2，#06H
;
进入调时状态,赋闪烁定时初值
SＥTＢ
ＥT1
;
允许T1中断
SETB
TR1
;
开启定时器T１
SＥT2:
JNB
P３、2,SET1
；
P3、7口为0（键未释放）,等待
00H
；
键释放，分调整闪烁标志置１
SEＴ4:
ＪB
P3、2,SＥT3
等待键按下
LCALL
DL０5S
;
有键按下,延时0、5秒
ＪNB
P3、2,SEＴHH
;
按下时间大于0、5秒转调小时状态
MOＶ
R0，#77H
按下时间小于0、5秒加１分钟操作
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