呂网络教育学院 及应用大作业题 目：单片机电子时钟设计学习中心：层次：专科起点本科专业：电气工程及其自动化年级：2012年秋季学 号：学生姓名：绪论1957年，汉米尔顿发明了世界上第一款电子表Hamilton Ventura（探险），从 而奠定了电子时钟的基础，开创了电子钟时代，电子时钟开始迅速发展起来。由 于电子钟同石英钟、石英表一样都采用了石英技术，因此走时精度高，稳定性好， 使用方便，不需要经常调试；数字式电子钟则采用集成电路计时时，译码代替机 械式传动，用LED/LCD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。现代的数字电子时钟主要有两种类型：一种采用实时时钟芯片，如DS1287、 DS12887、DS1302 等实时时钟集成电路。这些实时时钟芯片具备年、月、日、时、 分、秒计时功能和多点定时功能，计时数据的更新每秒自动进行一次，不需要程 序干预。因此，在工业实时测控系统中多采用这一类专用芯片来实现实时时钟功 能。另一种是使用单片机内部的可编程定时器。该类型电子钟是利用单片机内部 的定时计数器进行中断定时，配合软件延时实现时、分、秒的计时。该类型电子 钟具有较低的硬件成本，但程序设计较为复杂。目前，在国内，数字电子钟因采用LCD/LED数字显示而使其具有直观方便的 特点，所以大多运用在城市的主要营业场所，以及车站、码头等公共场所。同时， 因为数字电子钏的耗电量很小，所以能够保持持续的工作效果。当然小型化的数 字电子钟也广泛的应用于我们的日常生活中，如数显式电子表、家用数字电子钟， 现在生产的大部分汽车仪表盘所带的数字电子钟功能等等，给我们的工作生活带 来极大的便捷，成为我们日常生活不可缺少的计时工具。第 1 章 51 单片机概述单片机自20 世纪 70 年代问世以来，以其极高的性能价格比，受到人们的重 视和关注，应用很广、发展很快。单片机体积小、重量轻、抗干扰能力强、环境 要求不高、价格低廉、可靠性高、灵活性好、开发较为容易。由于具有上述优点， 在我国，单片机已广泛地应用在工业自动化控制、自动检测、智能仪器仪表、家 用电器、电力电子、机电一体化设备等各个方面，而 51 单片机是各单片机中最 为典型和最有代表性的一种。51 系列的单片机内部都设有两个 16 位的可编程定时/计数器，可简称为定 时器0（T0）和定时器1 （T1）。可编程是指其功能如工作方式、定时时间、量程、 启动方式等均可由指令来确定和改变。一般中断系统都伴随着定时/计数器的出现而出现。中断技术是单片机工作 中的一项重要技术，在有些场合采用“中断技术”可使单片机的工作更加灵活、 效率更高。中断功能是在硬件基础上再配以相应的软件而实现的。不同的单片机 其硬件结构和软件指令时不完全相同的，因而中断结构一般是不相同的。但同一 系列的单片机即使型号不同，中断系统的基本结构也是类似的，只是中断源个数 不完全一样。中断系统大体分为 3 类中断，即外部中断类（外部中断 0 和外部中 断 1）、定时中断类（定时器 T0 中断、定时器 T1 中断、定时器 T2 中断）、串行 口中断类（RI或TI）。中断处理过程可分为3个阶段，即中断响应、中断处理和 中断返回，所有的单片机的中断都有这样的 3 个阶段。1.1 51 单片机结构及特点1.1.1 单片机的结构51单片机的内部基本结构，如图1-1所示。T1程序存储器 flash ROM数据存储器RAM/SFR2x1 & 定时/计数器AAA777内部总线/777并行端口串行端口中断系统图1-1 51单片机的内部基本结构1.1.2 51单片机的引脚8x51单片机是HMOS工艺制造，外形为40条引脚，如图1-2所示。因为受芯片 引脚数量的限制，有很多引脚具有双功能。VCC：电源。GND：接地。P0 口（P00P07）： 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（P10P17）： 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（P20P27）： 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OP2 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（P30P37）： 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51单片机的一些特殊功能口，如下表所示：口管脚备选功能P3.0 RXD （串行输入口）P3.1 TXD （串行输出口）P3.2 /INTO （外部中断0）P3.3 /INT1 （外部中断1）P3.4 T0 （记时器0外部输入）P3.5 T1 （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。REST:复位输入。当振荡器复位器件时，要保持REST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 /VP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储（0OOOH-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）。23467SB门12 ；143119ISg1P10.-TPOOP11/TP01P12P02P13P03P14PD4P15P05P16P06P17P07INTLP20INTOP21P22T1P23TOP24P25P26P27XIX2RESETRXDTXDRDALETWRPSEX3S3736353433322122232425262?2S101130339图1-2 51单片机的功能引脚图1.2 51 单片机的特点（1）集成度高;（2）系统结构简单;（3）系统扩展方便;（4）可靠性高;（5）处理功能强、速度高;（6）容易产品化。第 2章 单片机电子时钟设计方案2.1 设计要求1、准确计时，以数字形式显示时、分、秒的时间。2、小时以 24 小时计时形式，分秒计时为 60 进位。3、校正时间功能,即能随意设定走时时间。2.2 设计方案本次设计的数字时钟电路，使用了 AT89C51 单片机芯片控制电路，单片机控 制电路简单且省去了很多复杂的线路，使得电路简明易懂，使用键盘键上的按键 来调整时钟的时、分、秒，同时使用汇编语言程序来控制整个时钟显示，使得编 程变得更容易，通过键盘、芯片、LED显示即可满足设计要求。数字电子时钟主 要由显示模块，校时模块和时钟运算模块三大部分组成。其中校时模块和时钟运 算模块要对时，分，秒的数值进行；操作，并且秒计算到60 时，要自己清零并 向分进 1；分计算到 60 时，要自己清零并向时进 1，时计算到 24 时，要清零。 这样，才能循环计时。显示格式为小时十位、小时个位-分十位、分个位-秒十 位、秒个位。在处理过程中加上了按键判断程序，能对按键处理。2.3 电子时钟的硬件电路2.3.1 时钟显示校正电路本设计利用按键开关来校正时钟显示的数字。按键处理设置为：如没有按键， 则时钟正常走时。当按下K0按键时，进入调分状态，时钟停止走动；按K1可 K2 按键可进行加 1 或减 1 操作；继续按 K0 键可分别进行分和小时的调整；最 后按 K0 键将退出调整状态，时钟开始计时运行。VCCAT89C51P10P11P12P13图2-1 时钟显示校正电路2.3.2显示模块本系统需要采用8位LED数码管来分别显示时、分、秒，因数码管个数较多,故本系统选择动态显示方式。在本设计中所采用的是共阳极的型号为7SEG-MPX8-CA-BLUE LED 数码显示器。图2-2 LED显示电路2.3.3 晶振电路本设计晶振电路采用 12M 的晶振。晶振的作用是给单片机正常工作提供稳定 的时钟信号。单片机的晶振选择不超过20M，在准许的范围内，晶振越大，单片 机运行越快，采用12M是为了便于计算算时间，因为一个机器周期为1/12时钟 周期，所以这样用12M的话，一个时钟周期为12us，那么定时器计一次数就是 1us 了，电容范围在20-40pF之间，这里连接的是30pF的电容。AT89C51 19 引脚-XTAL1AT89C51 18引脚图 2-3 晶振电路2.3.4 系统硬件电路总图图 2-4 系统硬件电路总图第 3 章 单片机电子时钟软件设计3.1系统软件程序的设计电子时钟的软件系统由主程序和子程序组成，主程序程序包含初始化参数设 置、按键处理、数码管显示模块等，1主程序主程序执行流程如图 3-1，主程序先对显示单元和定时器/计数器初始化，然