基于51单片机的数字钟设计_毕业设计论文.doc

武汉大学电子信息学院电子系统综合设计课程论文基于51单片机的数字钟设计2010 年 6 月 20日目 录1 作品的背景与意义12 功能指标设计13 作品方案设计24 软件设计3附录1 系统电路图6附录2 系统软件代码7电子系统综合设计课程论文1 作品的背景与意义时钟，自从它发明的那天起，就成为人类的朋友，但随着时间的推移，科学技术的不断发展，人们对时间计量的精度要求越来越高，应用越来越广。怎样让时钟更好的为人民服务，怎样让我们的老朋友焕发青春呢？这就要求人们不断设计出新型时钟。现今，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，石英表，石英钟都采用了石英技术，因此走时精度高，稳定性好，使用方便，不需要经常调校，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。现在我们利用单片机实现数字时钟计时功能的主要内容，其中at89c51是核心元件同时采用数码管动态显示“时”，“分”，“秒”的现代计时装置。与传统机械表相比，它具有走时精确,显示直观等特点。它的计时周期为24小时，显满刻度为“23时59分59秒”，另外具有校时功能，断电后有记忆功能，恢复供电时可实现计时同步等特点，除此外还实现了万年历和闹钟等的功能。时钟电路在计算机系统中起着非常重要的作用，是保证系统正常工作的基础。在一个单片机应用系统中，时钟有两方面的含义：一是指为保障系统正常工作的基准振荡定时信号，主要由晶振和外围电路组成，晶振频率的大小决定了单片机系统工作的快慢；二是指系统的标准定时时钟，即定时时间，它通常有两种实现方法：一是用软件实现，即用单片机内部的可编程定时/计数器来实现，但误差很大，主要用在对时间精度要求不高的场合；二是用专门的时钟芯片实现，在对时间精度要求很高的情况下，通常采用这种方法，典型的时钟芯片有：ds1302，ds12887，x1203等都可以满足高精度的要求。单片计算机即单片微型计算机。（single-chip microcomputer ）,是集cpu、ram、rom、定时、计数和多种接口于一体的微控制器。他体积小，成本低，功能强，广泛应用于智能产品和工业自动化上。而51单片机是各单片机中最为典型和最有代表性的一种。所以综上所述，此次实验中所完成的数字钟有着强大的功能和良好的市场前景，复合电子类产品的发展趋势。2 功能指标设计2.1 基本功能1.设计一个精确的1秒定时器； 2.根据1秒定时器，设计一个带小时、分钟、秒的时钟，并将小时、分钟、秒显示在led上； 3.设计小时、分钟、秒的修改按键，可分别调整小时、分钟、秒（按键设计参考电子表）； 2.2 拓展功能1.增加小时、分钟、秒的键盘直接修改功能； 2.设计闹钟功能，最多支持5个闹钟，可分别查看和修改闹钟时间，可分别设置闹钟开关。 3.增加万年历功能。3 作品方案设计3.1设计要求基本设计1设计一个精确的一秒定时器2运用一秒的定时器设计出有时、分、秒的数字钟，并显示在led数码管上3设置按键，能够修改数字钟时间扩展设计：1.设计闹钟功能，能够查看和修改闹钟时间及开关状态2.设计万年历功能，实现日月年的正常进位，能够查看和修改年月日，能够自动区分大小月和平闰年3.2模块划分 初始化程序 设定初值，中断初始化主程序 程序主要执行部分，对子程序（显示、按键设置，闹钟、万年历功能）进行调用定时器中断服务 中断走时：秒分时显示程序 刷新8位数码管来显示时间、日期及扩展功能设置界面按键设置 通过对按键的操作实现时间及扩展功能的设置。闹钟功能 修改闹铃时间，闹铃开关的置换，修改位闪烁加以区分万年历功能修改日期，同样的修改位闪烁加以区分 3.3模块设计概述1.按键设置通过调整选择键set_key选择调整位，选中位开始闪烁，此时再按增加键add_key或减少键dec_key调整选中位，如果长按add_key或dec_key，系统识别后则进行调时快进，此时停止闪烁，方便人眼观察。同时还增加了调秒功能：如果选中位是秒，则按增加键或减少键都是将秒清零。3.时间设置进入时间设置界面后，通过调整选择键set_key选择调整位，选中位闪烁。按增加键add_key或减少键dec_key设置所需要的时间。4.闹钟设置进入闹钟设置界面后，通过调整选择键set_key选择调整位，选中位闪烁。按增加键add_key或减少键dec_key设置所需要的时间。与时间设置不同的是，闹钟设置里增加了开关设置。5.万年历设置 进入万年历设置界面后，通过调整选择键set_key选择调整位，选中位闪烁。按增加键add_key或减少键dec_key设置所需要的时间。万年历设置里增加了大小月和平闰年的判别。4 软件设计4.1 主程序流程图4.2闹钟程序流程4.3万年历程序流程4.4中断系统结构图附录一附录二/*/初始化mov sp,#60h;栈指针地址赋值mov 3ch,#0ch;设置界面修改位的闪烁频率 具体代码在serve 1秒中断服务中mov 37h,#0ffh;临时地址 预留给39hmov 39h,#0ffh;段位标志 8位数据对应8个数码管 为0的那位数码管始终暗mov 3ah,#11111101b;界面转换标志*01为时间界面 取反后 *10为万年历界面 *00为设置闹钟界面clr a ;时间万年历初始化 时间00:00:00 万年历2000。01。01mov 23h,a;时mov 22h,a ;分mov 21h,a ;秒mov 33h,#01h;日mov 34h,#01h ;月mov 35h,a;年 只能显示2000-2099的时间mov 3dh,a ;数码管闪烁开关 初始化为关闭状态 取反后 11111111 打开mov 40h,a ;闹钟设置界面预留地址地址mov 41h,amov 42h,amov 43h,amov 44h,amov 45h,amov 46h,amov 47h,amov 50h,a ;闹钟1 时mov 51h,a ;闹钟1 分mov 52h,a ;闹钟1 秒mov 0ah,a ;闹钟1 开关 00000000为关闭状态 取反后打开闹钟1mov 53h,a ;同上mov 54h,amov 55h,amov 0bh,amov 56h,amov 57h,a ;同上mov 58h,amov 0ch,amov 59h,a ;同上mov 5ah,amov 5bh,amov 0dh,amov 5ch,a ;同上mov 5dh,amov 5eh,amov 0eh,a*/org 0000h;程序入口地址 ljmp start org 000bh;定时器0中断入口地址 ljmp timer_0org 0300h/*程序开始，初始化*/ start: setb 48h;使用一个bit位用于调时闪烁标志setb 47h;使用一个bit位用于产生脉冲用于调时快进时基mov r1,#0;调整选择键功能标志：0正常走时、1调时、2调分、3调秒mov 20h,#00h;用于控制秒基准时钟源的产生 mov 21h,#00h;清零秒寄存器mov 22h,#00h;清零分寄存器mov 23h,#00h;清零时寄存器mov 24h,#00h;用于控制调时闪烁的基准时钟的产生mov ip,#02h;ip,ie初始化 mov ie,#82h mov tmod,#01h;设定定时器0工作方式1mov th0,#3ch mov tl0,#0b0h;赋定时初值，定时50ms setb tr0;启动定时器0 mov sp,#40h;重设堆栈指针/*主程序*/ main: lcall display ;调用显示子程序 lcall key_scan ;调用按键检测子程序 jz main;无键按下则返回重新循环lcall set_key ;调用选择键处理子程序jb 46h,main;如果已进行长按调整（调时快进），则不再执行下面的单步调整 lcall add_key;调用增加键处理子程序，加一lcall dec_key;调用减少键处理子程序，减一 ljmp main ;重新循环 /*定时器中断服务程序*/ timer_0: push acc push psw ;保护现场mov th0,#3chmov tl0,#0b0h ;重新赋定时初值 cpl 47h;产生脉冲用于调时快进时基inc 24hmov a,24hcjne a,#10,add_time;产生0.5秒基准时钟，用于调时闪烁cpl 48h;取反调时闪烁标志位mov 24h,#00hadd_time:;走时inc 20h mov a,20h cjne a,#20,reti1;产生1秒基准时钟 mov 20h,#00h ;一秒钟时间到，清零20hmov a,21hadd a,#01hda a;作十进制调整mov 21h,a cjne a,#60h,reti1 mov 21h,#00h ;一分钟到 mov a,22h add a,#01h da a mov 22h,a cjne a,#60h,reti1 mov 22h,#00h ;一小时到 mov a,23h add a,#01h da a mov 23h,a cjne a,#24h,reti1 mov 23h,#00h ;到24点,清零小时reti1: pop psw pop acc ;恢复现场reti ;中断返回/*显示处理*/ display:mov a,21h ;秒anl a,#0fh mov 2fh,a;转换出秒个位，存入2fhmov a,21h anl a,#0f0h swap a mov 2eh,a;转换出秒十位，存入2ehjb 46h,min;如果长按按键（调时快进），则跳过闪烁处理程序cjne r1,#3,min;如果r1为3，闪烁秒位待调整jb 48h,minmov 2fh,#0ah;使该位为10，查表得到使该位不显示的输出mov 2eh,#0ahmin:mov a,22h ;分 anl a,#0fh mov 2dh,a;转换出分个位，存入2dhmov a,22h anl a,#0f0h swap a mov 2ch,a;转换出分十位，存入2chjb 46h,hour;如果长按按键（调时快进），则跳过闪烁处理程序cjne r1,#2,hour;如果r1为2，闪烁分位待调整 jb 48h,hourmov 2dh,#0ah;使该位为10，查表得到使该位不显示的输出mov 2ch,#0ahhour:mov a,23h ;时 anl a,#0fh mov 2bh,a;转换出时个位，存入2bhmov a,23h anl a,#0f0h swap a mov 2ah,a;转换出时十位，存入2ahjb 46h,disp;如果长按按键（调时快进），则跳过闪烁处理程序cjne r1,#1,disp;如果r1为1，闪烁时位待调整 jb 48h,dispmov 2bh,#0ah;使该位为10，查表得到使该位不显示的输出mov 2ah,#0ah/*数码管动态扫描显示*/disp:mov dptr,#tablemov a,2fhmovc a,a+dptrmov p0,aclr p2.7lcall delaysetb p2.7;显示秒个位mov a,2ehmovc a,a+dptrmov p0,aclr p2.6lcall delaysetb p2.6;显示秒十位mov a,#0bfhmov p0,aclr p2.5lcall delaysetb p2.5;显示“-”mov a,2dhmovc a,a+dptrmov p0,aclr p2.4lcall delaysetb p2.4;显示分个位mov a,2chmovc a,a+dptrmov p0,aclr p2.3lcall delaysetb p2.3;显示分十位mov a,#0bfhmov p0,aclr p2.2lcall delaysetb p2.2;显示“-”mov a,2bhmovc a,a+dptrmov p0,aclr p2.1lcall delaysetb p2.1;显示时个位mov dptr,#table1;该位使用table1以消除前置0mov a,2ahmovc a,a+dptrmov p0,aclr p2.0lcall delaysetb p2.0;显示时十位ret /*按键检测子程序*/ key_scan: clr 46h;关闭长按调整（调时快进）标志mov p1,#0ffh ;将p1口设置成输入状态 mov a,p1 cpl a anl a,#07h;p1口低3位连接3个按键，只判断该3位 jz exit_key ;无键按下则返回 lcall delay;延时去抖动mov a,p1;重新判断 cpl a anl a,#07h jz exit_key ;键盘去抖动 mov r5,a ;临时将键值存入r5mov r4,#00h;用于控制调时快进速度;设置为00h是为了在进入长按处理前加长延时区分用户的长按与短按，防止误快进 loop:;进入长按处理lcall display;使长按时显示正常 mov a,p1 cpl a anl a,#07hjb 47h,loop1inc r4;调时快进间隔时间基准加1loop1:cjne r1,#03h,loop2;如果调秒时长按，则不处理ljmp loop3loop2:cjne r4,#99h,loop3mov r4,#70h;确认用户长按后，重新设定起始值，加快调时快进速度setb 46h;长按调整（调时快进）标志lcall add_keylcall dec_keyloop3:jnz loop ;等待键释放mov a,r5;输出键值retexit_key:ret/*延时子程序*/delay:mov r7,#150 djnz r7,$ret /*选择键处理子程序*/ set_key: cjne r5,#01h,exit;选择键键值inc r1;调整选择功能标志加一cjne r1,#4,exitmov r1,#0mov 24h,#00h;调时闪烁基准清零 ret/*增加键处理子程序*/ add_key: cjne r5,#02h,exit;增加键键值cjne r1,#01h,next1;选择键功能标志为1，调时，否则跳出mov a,23hadd a,#01hda amov 23h,acjne a,#24h,exitmov 23h,#00hnext1:cjne r1,#02h,next2;选择键功能标志为2，调分，否则跳出mov a,22hadd a,#01hda amov 22h,acjne a,#60h,exitmov 22h,#00hnext2:cjne r1,#03h,exit;选择键功能标志为3，调秒，否则跳出mov 21h,#00h;如增加键按下直接清零秒ret/*减少键处理子程序*/ dec_key: cjne r5,#04h,exit;减少键键值cjne r1,#01h,next3;选择键功能标志为1，调时，否则跳出mov a,23hadd a,#99hda amov 23h,acjne a,#99h,exitmov 23h,#23hnext3:cjne r1,#02h,next4;选择键功能标志为2，调分，否则跳出mov a,22hadd a,#99hda amov 22h,acjne a,#99h,exitmov 22h,#59hnext4:cjne r1,#03h,exit;选择键功能标志为3，调秒，否则跳出mov 21h,#00h;如较少键按下直接清零秒ret/*万用返回子程序*/exit: ret/*数码管字形编码表*/table: db 0c0h,0f9h,0a4h,0b0h,99h,92h,82h,0f8h,80h,90h,0ffh ;字形显示编码table1:db 0ffh,0f9h,0a4h,0b0h,99h,92h,82h,0f8h,80h,90h,0ffh ;小时位的十位数编码，该位如果为0则不显示/闹钟检测mov a,0ahjz nao2 ;检测闹钟开关 若关检测下一个闹钟，否则检测时间是否为闹钟设定时间mov a,30hcjne a,50h,nao2mov a,31hcjne a,51h,nao2mov a,32hcjne a,52h,nao2ajmp xiang ;时间为闹钟设定时间吻合 进入闹铃程序 下同nao2:mov a,0bhjz nao3mov a,30hcjne a,53h,nao3mov a,31hcjne a,54h,nao3mov a,32hcjne a,55h,nao3ajmp xiangnao3:mov a,0chjz nao4mov a,30hcjne a,56h,nao4mov a,31hcjne a,57h,nao4mov a,32hcjne a,58h,nao4ajmp xiangnao4:mov a,0dhjz nao5mov a,30hcjne a,59h,nao5mov a,31hcjne a,5ah,nao5mov a,32hcjne a,5bh,nao5ajmp xiangnao5:mov a,0ehjz bumov a,30hcjne a,5ch,bumov a,31hcjne a,5dh,bumov a,32hcjne a,5eh,buajmp xiang/检测独立按键bu: jb t0,zhu1;检测s19是否按下 按下进入万年历界面，否则检测矩阵键盘mov a,3ah;界面转换标志取反即可使得时间和万年历界面相互转换cpl amov 3ah,a/检测矩阵键盘/检测到按键1,2,3,4,5时进入对应的闹钟设置界面 检测到0bh（对应s11）进入时间设置界面 检测到0ch（对应s12）进入万年历设置界面/若未检测到按键 则跳回主程序继续下一个检测周期zhu1:mov r7,#0fhacall jianceanjian ;矩阵键盘检测子程序 将检测到的键值存入r7cjne r7,#0fh,zhu2ajmp zhuxunhuanzhu2:cjne r7,#0bh,zhu3ajmp shijianshezhizhu3:cjne r7,#0ch,zhu4ajmp wannianlishezhizhu4:cjne r7,#01h,zhu5ajmp naozhongshezhizhu5:cjne r7,#02h,zhu6ajmp naozhongshezhizhu6:cjne r7,#03h,zhu7ajmp naozhongshezhizhu7:cjne r7,#04h,zhu8ajmp naozhongshezhizhu8:cjne r7,#05h,zhuxunhuan0ajmp naozhongshezhizhuxunhuan0: ajmp zhuxunhuan/年月日校正子程序 用于万年历进位和万年历设置 防止出现不存在的时间nyr:mov a,33hcjne a,#32,month ;日为32时，月进位日置1mov 33h,#01hajmp month0month:cjne a,#31,month1 ;日为31时 分辨大小月及2月mov a,34hcjne a,#4,month2mov 33h,#01hajmp month0month2:cjne a,#2,month6mov 33h,#01h ajmp month0month6:cjne a,#6,month9mov 33h,#01hajmp month0month9:cjne a,#9,month11mov 33h,#01hajmp month0month11:cjne a,#11,return0mov 33h,#01hajmp month0month1: cjne a,#30,month29 ;日为30时分辨2月 mov a,34hcjne a,#02h,return0mov 33h,#01hajmp month0month29:cjne a,#29,return0 ;日为29时分辨闰平年2月mov a,34hcjne a,#02h,return0mov a,35hmov b,#04hdiv abmov a,bjnz monoajmp return0mono:mov 33h,#01hmonth0: mov a,#01h ;月进位add a,34hmov 34h,acjne a,#0dh,return0mov 34h,#01hmov a,#01hadd a,35hmov 35h,acjne a,#100,return0 ;年最多只能99mov 35h,#00return0: ret/*/屏幕刷新中断xianshi:push bpush dphpush dpl push pswpush accmov th1,#0dfhmov tl1,#0e0hmov a,3ahjnb acc.0,wannianli ;界面显示判断/时间界面mov a,21hmov b,#0ah div abmov 10h,bmov 11h,amov a,22hmov b,#0ahdiv abmov 12h,bmov 13h,amov a,23hmov b,#0ahdiv abmov 14h,bmov 15h,amov 16h,#0ahmov 17h,#0ahajmp liang/万年历界面wannianli:jnb acc.1,shezhimov a,33hmov b,#0ah div abmov 10h,bmov 11h,amov a,34hmov b,#0ahdiv abmov 12h,bmov 13h,amov a,35hmov b,#0ahdiv abmov 14h,bmov 15h,amov 16h,#00hmov 17h,#02hajmp liang/闹钟设置界面shezhi:mov 10h,40hmov 11h,41hmov 12h,42hmov 13h,43hmov 14h,44hmov 15h,45hmov 16h,46hmov 17h,47h/万年历设置wannianlishezhi:mov 3ah,#0feh ;转换设置界面mov 39h,#11011111b ;设置闪烁位mov 37h,39hmov 3dh,#0ffh ;开闪烁开关wm: acall nyr ;校正 万年历jb t1,ws1 ;s20 按下 退出设置界面mov 39h,#0ffh ;关闪烁mov 3dh,#00h ;闪烁开关 关mov 3ah,#11111101b ;转换成时间设置界面ajmp zhuxunhuanws1: jb int0,ws2 ;修改位 右移 同上mov a,37hcjne a,#11111110b,wss0rr arr arramov 37h,as20:jnb int0,s20ajmp wmwss0:rr amov 37h,as21:jnb int0,s21 ajmp wmws2: jb int1,wm1 ;修改位左移mov a,37hcjne a,#11011111b,wss1rl arl arl amov 37h,as23:jnb int1,s23ajmp wmwss1:rl amov 37h,as24:jnb int1,s24ajmp wm/矩阵键盘检测 修改万年历 wm1:mov r7,#0fhacall jianceanjiancjne r7,#0fh,wsjsz1ajmp wmwsjsz1:mov a,37h;检测修改位jb acc.5,wsjsz2/修改年十位mov a,35hmov b,#0ah div abmov 1fh,bmov a,r7mov b,#0ahmul abadd a,1fhmov 35h,amov a,37hrr amov 37h,aajmp wmwsjsz2:jb acc.4,wsjsz3/修改年个位mov a,35hmov b,#0ahdiv abmov b,#0ahmul abadd a,r7mov 35h,amov a,37hrr amov 37h,aajmp wmwsjsz3:jb acc.3,wsjsz4/修改月十位 只能为0,1 但月个位不为0,1,2是不能修改为1月个位为0时不能修改为0cjne r7,#00h,wsj1mov a,34hmov b,#0ahdiv abmov a,bcjne a,#00h,wled4ajmp wmmmwsj1:cjne r7,#01h,wmmmmov a,34hmov b,#0ahdiv abmov a,bcjne a,#00h,l1ajmp wled4l1: cjne a,#01h,l2ajmp wled4l2: cjne a,#02h,wmmmajmp wled4wmmm:ljmp wmwled4:mov a,34hmov b,#0ahdiv abmov 1fh,bmov a,r7mov b,#0ahmul abadd a,1fhmov 34h,amov a,37hrr amov 37h,aajmp wmwsjsz4:jb acc.2,wsjsz5/修改月个位 但月十位为1时只能修改为0,1,2 月十位为0时不能修改为0mov a,34hmov b,#0ahdiv abcjne a,#00h,wj0cjne r7,#00h,wled3ajmp wwmwj0:cjne r7,#00h,wj1ajmp wled3wj1: cjne r7,#01h,wj2ajmp wled3wj2: cjne r7,#02h,wwmajmp wled3wled3:mov b,#0ahmul abadd a,r7mov 34h,amov a,37hrr amov 37h,awwm: ajmp wmwsjsz5: jb acc.1,wsjsz6/修改日十位 只能为0,1,2,3 日个位不为0,1时不能修改为3cjne r7,#00h,wsj10ajmp wled2wsj10: cjne r7,#01h,wsj20ajmp wled2wsj20:cjne r7,#02h,wsj30ajmp wled2wsj30:cjne r7,#03h,wwmmov a,33hmov b,#0ahdiv abmov a,bcjne a,#00h,l3ajmp wled2l3: cjne a,#01h,wwmajmp wled2wled2:mov a,33hmov b,#0ahdiv abmov 1fh,bmov a,r7mov b,#0ahmul abadd a,1fhmov 33h,amov a,37hrr amov 37h,aajmp wmwsjsz6:/修改日个位 日十位为3时 只能修改为0,1 mov a,33hmov b,#0ahdiv abcjne a,#00h,ll4cjne r7,#00h,wled1ajmp wmll4: cjne a,#03h,wled1cjne r7,#00h,wj4ajmp wled1wj4:cjne r7,#01h,wwmajmp wled1wled1:mov b,#0ahmul abadd a,r7mov 33h,amov 37h,#11011111bajmp wm/*/矩阵按键检测子程序jianceanjian:mov dptr,#8000hmov a,#0f0hmovx dptr,amov dptr,#8000hmovx a,dptr cpl ajnz xiaodouretxiaodou:/acall delaymov a,#0f0hmov dptr,#8000hmovx a,dptrcpl ajnz panretpan: mov dptr,#8000hmov a,#11111110bmovx dptr,amov dptr,#8000hmovx a,dptrjnb acc.0,key10;低电位说明按键在该位jnb acc.1,key20jnb acc.2,key30jnb acc.3,key40mov dptr,#8000hmov a,#11111101bmovx dptr,amov dptr,#8000hmovx a,dptrjnb acc.0,key50jnb acc.1,key60jnb acc.2,key70jnb acc.3,key80mov dptr,#8000hmov a,#11111011bmovx dptr,amov dptr,#8000hmovx a,dptrjnb acc.0,key90jnb acc.1,key00jnb acc.2,tuijnb acc.3,key0c0retkey10:mov r7,#01hretkey20:mov r7,#02hretkey30:mov r7,#03hretkey40:mov r7,#04hret key50:mov r7,#05hretkey60:mov r7,#06hretkey70:mov r7,#07hretkey80:mov r7,#08hretkey90:mov r7,#09hretkey00:mov r7,#00hrettui:mov r7,#0bhretkey0c0:mov r7,#0chret /*/闹铃响 xiang:clr p1.0/acall mdelay/setb p1.0jb t1,xiang ;s20 退出闹铃 跳回主循环setb p1.0ajmp zhuxunhuan/*/闹钟设置naozhongshezhi:/检测是哪个闹钟 并初始化闹钟设置cjne r7,#01h,nz2mov a,50hmov b,#0ahdiv abmov 45h,amov 44h,bmov a,51hmov b,#0ahdiv abmov 43h,amov 42h,bmov a,52hmov b,#0ahdiv abmov 41h,amov 40h,bmov 09h,#50hmov 47h,#01hmov 08h,#0ahajmp 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