基于单片机AT89C51的电子时钟的课程设计.doc

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苏州市职业大学

课程设计任务书

课程名称：

单片机原理和使用课程设计

起讫时间：

2011年6月22日----6月28日

院系：

电子信息工程系

班　　级：

09电子3班

指导教师：

金小华

系主任：

张红兵

一、课程设计课题

基于单片机的电子时钟的设计

二、课程设计要求

1.掌握使用proteus软件的方法。

2.理解单片机的时钟显示方法。

3.明确设计指标，写出设计方案，设计出硬件原理图。

4.基于硬件的软件设计和调试。

5.将结果向指导教师演示，由教师提问验收通过；

6.打印程序清单，撰写程序说明，完成课程设计报告书，进行分组讨论设计心得。

三、课程设计工作量

1.第一天：

明确课程设计任务和目标，熟悉单片机系统调试软件仿真实现。

2.第二天：

明确设计指标，设计电路原理图。

3.第三、四天：

基于硬件的软件设计和调试。

4.第五天：

学生演示设计调试结果，教师提问验收。

打印程序清单，撰写程序说明，完成课程设计报告书。

四、课程设计说明书内容（有指导书的可省略）

1，单片机结构、原理。

2，电子时钟硬件设计（原理图，原理图分析）。

3，软件设计（软件简介，调试过程）。

4，硬件、软件程序清单。

苏州市职业大学

课程设计说明书

名称基于单片机的电子时钟的设计

2011年6月22日至2011年6月28日共一周

院　系电子信息工程系

班级09电子3班

姓名于宁

学号097302340

系　主　任张红兵

教研室主任陆春妹

指导教师金小华

目录

第一章电子时钟 1

1.1电子时钟简介 1

1.2电子时钟的基本特点 1

1.3电子时钟的原理 1

第二章单片机识的相关知识 2

2.1单片机简介 2

2.2单片机的发展史 2

2.3单片机的特点 3

2.489C51单片机介绍 3

第三章控制系统的硬件设计 6

3.1单片机型号的选择 6

3.2数码管显示工作原理 6

3.3键盘电路设计 7

3.4系统工作原理 7

3.5整个电路原理图 9

第四章控制系统的软件设计 10

4.1程序设计 10

4.2程序流程图 13

4.3伟福硬件仿真器简介 14

4.4仿真图及结果分析 15

第五章附录程序 17

第六章结束语 19

参考文献 20

第一章电子时钟

1.1电子时钟简介

本作品采用Atmel公司的AT89C51单片机，以汇编语言为程序设计的基础，设计一个用四位数码管显示时、分的时钟。

现代的电子时钟是基于单片机的一种计时工具，采用延时程序产生一定的时间中断，用于一秒的定义，通过计数方式进行满六十秒分钟进一，满六十分小时进一，满二十四小时小时清零。

从而达到计时的功能，是人民日常生活补课缺少的工具。

1.2电子时钟的基本特点

现在高精度的计时工具大多数都使用了石英晶体振荡器，由于电子钟、石英钟、石英表都采用了石英技术，因此走时精度高，稳定性好，使用方便，不需要经常调试，数字式电子钟用集成电路计时时，译码代替机械式传动，用LED显示器代替指针显示进而显示时间，减小了计时误差，这种表具有时、分、秒显示时间的功能，还可以进行时和分的校对，片选的灵活性好。

1.3电子时钟的原理

该电子时钟由89C51，BUTTON，六段数码管等构成，采用晶振电路作为驱动电路，由延时程序和循环程序产生的一秒定时，达到时分秒的计时，六十秒为一分钟，六十分钟为一小时，满二十四小时为一天。

而电路中唯一的一个控制键却拥有多种不同的功能，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。

第二章单片机识的相关知识

2.1单片机简介

单片机是指一个集成在一块芯片上的完整计算机系统。

尽管他的大部分功能集成在一块小芯片上，但是它具有一个完整计算机所需要的大部分部件：

CPU、内存、内部和外部总线系统，目前大部分还会具有外存。

同时集成诸如通讯接口、定时器，实时时钟等外围设备。

而现在最强大的单片机系统甚至可以将声音、图像、网络、复杂的输入输出系统集成在一块芯片上。

2.2单片机的发展史

单片机诞生于20世纪70年代末，经历了SCM、MCU、SoC三大阶段。

起初模型

1.SCM即单片微型计算机（SingleChipMicrocomputer）阶段，主要是寻求最佳的单片形态嵌入式系统的最佳体系结构。

“创新模式”获得成功，奠定了SCM和通用计算机完全不同的发展道路。

在开创嵌入式系统独立发展道路上，Intel公司功不可没。

MicroControllerUnit

2.MCU即微控制器（MicroControllerUnit）阶段，主要的技术发展方向是：

不断扩展满足嵌入式使用时，对象系统要求的各种外围电路和接口电路，突显其对象的智能化控制能力。

它所涉及的领域都和对象系统相关，因此，发展MCU的重任不可避免地落在电气、电子技术厂家。

从这一角度来看，Intel逐渐淡出MCU的发展也有其客观因素。

在发展MCU方面，最著名的厂家当数Philips公司。

Philips公司以其在嵌入式使用方面的巨大优势，将MCS-51从单片微型计算机迅速发展到微控制器。

因此，当我们回顾嵌入式系统发展道路时，不要忘记Intel和Philips的历史功绩。

嵌入式系统

单片机是嵌入式系统的独立发展之路，向MCU阶段发展的重要因素，就是寻求使用系统在芯片上的最大化解决；因此，专用单片机的发展自然形成了SoC化趋势。

随着微电子技术、IC设计、EDA工具的发展，基于SoC的单片机使用系统设计会有较大的发展。

因此，对单片机的理解可以从单片微型计算机、单片微控制器延伸到单片使用系统。

2.3单片机的特点

1.单片机的存储器ROM和RAM时严格区分的。

ROM称为程序存储器，只存放程序，固定常数，及数据表格。

RAM则为数据存储器，用作工作区及存放用户数据。

2.采用面向控制的指令系统。

为满足控制需要，单片机有更强的逻辑控制能力，特别是单片机具有很强的位处理能力。

3.单片机的I/O口通常时多功能的。

由于单片机芯片上引脚数目有限，为了解决实际引脚数和需要的信号线的矛盾，采用了引脚功能复用的方法，引脚处于何种功能，可由指令来设置或由机器状态来区分。

4.单片机的外部扩展能力很强。

在内部的各种功能部件不能满足使用的需求时，均可在外部进行扩展，和许多通用的微机接口芯片兼容，给使用系统设计带来了很大的方便。

2.489C51单片机介绍

VCC：

电源。

GND：

接地。

P0口：

P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。

当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。

P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。

在FIASH编程时，P0口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。

P1口：

P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输

出4TTL门电流。

P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。

在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。

P2口：

P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。

并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。

这是由于内部上拉的缘故。

P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。

在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。

P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。

P3口：

P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。

当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。

作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。

P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：

口管脚备选功能

P3.0RXD（串行输入口）

P3.1TXD（串行输出口）

P3.2/INT0（外部中断0）

P3.3/INT1（外部中断1）

P3.4T0（记时器0外部输入）

P3.5T1（记时器1外部输入）

P3.6/WR（外部数据存储器写选通）

P3.7/RD（外部数据存储器读选通）

P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。

RST：

复位输入。

当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。

ALE/PROG：

当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。

在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。

在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。

因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。

然而要注意的是：

每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。

如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。

此时，ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是

ALE才起作用。

另外，该引脚被略微拉高。

如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。

PSEN：

外部程序存储器的选通信号。

在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。

但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。

EA/VPP：

当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。

注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。

在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。

o

图2.189C51单片机

第三章控制系统的硬件设计

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，和工业标准的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，而且它和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，这是为工程使用方便如设计的，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

经多方论证硬件我们小组采用AT89C51单片机和7SED六位共阴极数码管等来实现单片机电子时钟的功能，详细元器件列表如表3.1所示：

表3.1详细元器件列表

AT89c51

1片

7SED六位共阴极数码管

1片

NPN三极管

6个

10uf电容

1个

30p电容

2个

10K电阻

11个

360欧姆电阻

8个

1.5k欧姆电阻

8个

开关

1个

3.4系统工作原理

（1）单片机发送的信号通过程序控制最终在数码管上显示出来。

（2）单片机通过输出各种电脉冲信号来驱动控制各部分正常工作。

（3）为使时钟走时和标准时间一致，校时电路是必不可少的，键盘用来校正数码管上显示的时间。

（4）设计的电路主要由三模块构成：

单片机控制电路，显示电路、及校正电路。

此设计原理框图如图3-3所示，此电路包括以下三个部分：

单片机，键盘及显示电路

图3.3设计原理框图

本设计采用汇编语言程序设计，使单片机控制数码管显示时、分、秒，当秒计数计满60时就向分进位，分计数器计满60后向时计数器进位，小时计数器按“23翻0”规律计数。

时、分、秒的计数结果经过数据处理可直接送显示器显示。

当计时发生误差的时候可以用校时电路进行校正。

设计采用的是时、分、秒显示，单片机对数据进行处理同时在数码管上显示

3.5整个电路原理图

图3.4系统电路原理图

第四章控制系统的软件设计

4.1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。

我们用定时器1采用方式1定时，M=65536，如果要求定时时间为50ms，采用12MHz晶振，则机器周期为1us，由（65536—Z）*1=50*1000得

Z=65536-50000=15536=3CB0H

将3C、B0H分别预置给TH1、TL1，即TH1=3CH，TH=0B0H

根据需要开始定时器/计数器工作------将TR0或TR1置“1”。

GATE=0时，直接由软件置位启动，即SETBTR0或SETBTR1;GATE=1时，除软件置位外，还必须在外中断引脚（P3.3）处输入高电平值才能启动。

定时计数中断程序：

MOV TMOD,#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

AJMP$

时间调整程序：

SETMM:

cLRET0;关定时器T0中断

CLRTR0;关闭定时器T0

LCALLDL1S;调用1秒延时程序

JBP3..3,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T1

SET2:

JNBP3.3,SET1;P3.7口为0（键未释放），等待

SETB00H;键释放，分调整闪烁标志置1

SET4:

JBP3.3,SET3;等待键按下

LCALLDL05S;有键按下，延时0.5秒

JNBP3.3,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;调整单元数据和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0

CLRC;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:

JBP3.3,CLOSE;无按键按下，等待。

LCALLDISPLAY;有键按下，调显示子程序延时削抖

JBP3.3,CLOSE;是干扰返回CLOSE等待

WAITH:

JNBP3.3,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:

JNBP3.3,SET5;等待键释放

SETB01H;小时调整标志置1

SET6:

JBP3.3,SET7;等待按键按下

LCALLDL05S;有键按下延时0.5秒

JNBP3.3,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;计时单元数据和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:

JNBP3.3,SETOUT1;调时退出程序。

等待键释放

LCALLDISPLAY;延时削抖

JNBP3.3,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T1

CLRET1;关定时器T1中断

SETBTR0;开启定时器T0

SETBET0;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

AJMPSET4

SET5:

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

AJMP