片机电子钟设计报告--课程设计.doc

摘要 20世纪末，电子技术获得了飞速的发展，在其推动下，现代电子产品几乎渗透了社会的各个领域，有力地推动了社会生产力的发展和社会信息化程度的提高，同时也使现代电子产品性能进一步提高，产品更新换代的节奏也越来越快。 数字钟已成为人们日常生活中必不可少的必需品，广泛用于个人家庭以及办公室等公共场所，给人们的生活、学习、工作、娱乐带来极大的方便。由于数字集成电路技术的发展和采用了先进的石英技术，使数字钟具有走时准确、性能稳定、携带方便等优点，它还用于计时、自动报时及自动控制等各个领域。尽管目前市场上已有现成的数字钟集成电路芯片出售，价格便宜、使用也方便，但鉴于数字钟电路的基本组成包含了数字电路的主要组成部分，因此进行数字钟的设计是必要的，研究数字钟及扩大其应用，有着非常现实的意义。单片机数字时钟就是其中的一款设计。它具有编程灵活，便于电子钟功能的扩充，即可用该电子钟发出各种控制信号，精确度高等特点，同时可以用该电子钟发出各种控制信号。单片机数字钟是单片机为核心。时钟，本设计是以单片机AT89S52配备LED数码显示管，数字钟采用24小时制方式显示时间，带有年月日、秒表和闹钟功能。本设计打算采用蜂鸣器做提醒，因没有蜂鸣器所以采用闪灯来提醒。使人不仅仅是通过视觉来感受单片机数字钟带来的方便。关键词：单片机 数字时钟 汇编目录第一章 系统设计要求21.1 设计要求2第二章 系统的组成及工作原理32.1 系统的组成32.2 系统的工作原理3第三章 系统硬件电路方案设计63.1 电子时钟方案63.2 数码显示方案63.3 单元电路设计7 3.3.1 晶体振荡电路7 3.3.2 复位电路7 3.3.3 显示电路7 3.3.4 键盘电路7 3.3.5 控制电路8第四章 系统的软件设计94.1 程序流程图94.2 源程序10第五章 系统调试和测试结果与分析255.1 实验仪器与工具255.2 调试闹钟255.3 调试按键子程序25第六章 结论26参考文献27 第1章 系统设计要求1.1做一个基于AT89S52的简易的单片机数字钟。该数字钟有6个共阴极七段数码管，分别显示时分秒，其显示方式为：*时*分*秒。利用8255扩展键盘和显示接口，时间可以任意修改。1.1课程设计要求(1)掌握AT89S52实验开发系统中的实验模块原理，画出电路原理图。(2)综合运用实验模块，用89S52开发设计具有一定功能的单片机控制系统，进行软、硬件设计及调试。(3)写出完整的设计任务书：摘要、目录、正文、结论、参考文献、附录。(4)时间以24小时为一个周期;电子钟的格式为：*时*分*秒，由左向右分别为：时、分、秒。完成显示由秒由00一直加1至59，再恢复为00；分由00一直加1至59，再恢复00;时由00一直加1到23，再恢复00。(5)为了保证计时的稳定及准确须由晶体振荡器提供表针时间基准信号。第2章 系统组成及工作原理2.1、系统的组成数字钟实际上是一个对标准频率(1HZ)进行计数的计数电路.由于计数的起始时间不可能与标准时间一致,故需要在电路上加一个校时电路,同时标准的1MHZ时间信号必须做到准确稳定.通常使用石英晶体振荡器电路构成数字钟. (1) 晶体振荡器 晶体振荡器给数字钟提供一个频率稳定准确的11.0592MHz的方波信号,可保证数字钟的走时准确及稳定.不管是指针式的电子钟还是数字显示的电子钟都使用了晶体振荡器。(2) 复位电路 时间计数电路由秒个位和秒十位计数器,分个位和分十位计数器，时个位和时十位电路构成,秒个位和秒十位计数器,分个位和分十位计数器为60进制计数器，时个位和时十位计数器为24进制计数器。(3) 数码管 数码管通常有发光二极管(LED)数码管和液晶(LCD)数码管,本设计提供的为LED数码管。(4) 键盘 键盘是控制和修改时钟的重要输入模块，通过键盘可以修改时间，修改年月日，修改闹钟时间，控制显示等。(5) 控制部分AT89S52是美国ATMEL公司生产的低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含8K bytes的可系统编程的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度，非易失性存储技术生产，兼容标准8051指令系统及引脚。AT89S52提供以下标准功能：8K字节Flash闪速存储器，256字节内部RAM，32I/O口线，看门狗（WDT），两个数据指针，三个16位定时/计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。2.2、系统工作原理VCC：供电电压。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口第二功能口。 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器（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）。XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2：来自反向振荡器的输出。第三章 系统硬件电路方案设计3.1、电子时钟方案电子时钟是本设计的最主要的部分。根据需要，可利用两种方案实现。方案一：本方案采用Dallas公司的专用时钟芯片DS12887A。该芯片内部采用石英晶体振荡器，其芯片精度不大于10ms/年，且具有完备的时钟闹钟功能，因此，可直接对其以用于显示或设置，使得软件编程相对简单。为保证时钟在电网电压不足或突然掉电等突发情况下仍能正常工作，芯片内部包含锂电池。当电网电压不足或突然掉电时，系统自动转换到内部锂电池供电系统。而且即使系统不上电，程序不执行时，锂电池也能保证芯片的正常运行，以备随时提供正确的时间。方案二：本方案完全用软件实现数字时钟。原理为：在单片机内部存储器设6个字节分别存放时钟的时、分、秒信息。利用定时器与软件结合实现1秒定时中断，每产生一次中断，存储器内相应的秒值加1；若秒值达到60，则将其清零，并将相应的分字节值加1；若分值达到60，则清零分字节，并将时字节值加1；若时值达到24，则将十字节清零。该方案具有硬件电路简单的特点。但由于每次执行程序时，定时器都要重新赋初值，所以该时钟精度不高。而且，由于是软件实现，当单片机不上电，程序不执行时，时钟将不工作。基于硬件电路的考虑，本设计采用方案二完成数字时钟的功能。3.2、数码管显示方案方案一：静态显示。所谓静态显示，就是当显示器显示某一字符时，相应的发光二极管恒定的导通或截止。该方式每一位都需要一个8 位输出口控制。静态显示时较小的电流能获得较高的亮度，且字符不闪烁。但当所显示的位数较多时，静态显示所需的I/O口太多，造成了资源的浪费。方案二：动态显示。所谓动态显示就是一位一位的轮流点亮各个位，对于显示器的每一位来说，每隔一段时间点亮一次。利用人的视觉暂留功能可以看到整个显示，但必须保证扫描速度足够快，字符才不闪烁。显示器的亮度既与导通电流有关，也于点亮时间与间隔时间的比例有关。调整参数可以实现较高稳定度的显示。动态显示节省了I/O口，降低了能耗。从节省I/O口和降低能耗出发，本设计采用方案二。3.3、单元电路设计3.3.1、晶体振荡电路3.3.2 、复位电路 3.3.3、显示电路3.3.4、键盘电路3.3.5、控制电路 第四章 系统软件设计4.1程序流程图主程序开始设定定时器常数，开中断显示时间到1秒？T0中断现场保护重装定时器初值满20次否？满24小时否？满60秒否？满60分否？恢复现场时值加1时缓冲单元清零秒值加1分缓冲单元清零秒缓冲单元清零分值加1结束 4.2、源程序F_1 BIT 70H;为0时 锁定键盘 为1时 可以输入键值F_2 BIT 71H;为1时 执行T1中秒表程序，为0时执行T1中闹钟闪灯程序F_3 BIT 72HSHIS EQU 20H;时 十位 时钟的时分秒SHIG EQU 21H;时 个位FENS EQU 22H;分 十位FENG EQU 23H;分 个位MIAOS EQU 24H;秒 十位MIAOG EQU 25H;秒 个位NIANS EQU 27H;年 十位 年、月、日NIANG EQU 28H;年 个位YUES EQU 29H;月 十位YUEG EQU 2AH;月 个位RIS EQU 2BH;日 十位RIG EQU 2CH;日 个位SS EQU 35H;时 十位 定时的时分秒 SG EQU 36H;时 个位FS EQU 37H;分 十位FG EQU 38H;分 个位MS EQU 39H;秒 十位MG EQU 3AH;秒 个位MFS EQU 45H;分 十位 秒表的分、秒、毫秒MFG EQU 46H;分 个位MMS EQU 47H;秒 十位MMG EQU 48H;秒 个位MHS EQU 49H;毫秒 十位MHG EQU 4AH;毫秒 个位ORG 0000HLJMP MAINORG 000BH;定时T0中断入口地址LJMP TIM0ORG 001BH;定时T1中断入口地址LJMP TIM1MAIN:MOV SP,#60H;堆栈指针设置CLR F_1;清零 锁定键盘CLR F_2;清零 CLR F_3MOV SHIS,#02H ;时分秒赋初值 MOV SHIG,#03H MOV FENS,#05H MOV FENG,#08H MOV MIAOS,#04H MOV MIAOG,#00H MOV NIANS,#01H;年月日赋初值MOV NIANG,#00H MOV YUES,#00HMOV YUEG,#07HMOV RIS,#00HMOV RIG,#02HMOV SS,#01H;定时闹钟的时分秒赋初值MOV SG,#02HMOV FS,#00HMOV FG,#00HMOV MS,#00HMOV MG,#00HMOV R0,#20H;R0指针指向 时 的十位MOV R1,#27H;R1指针指向 年 的十位MOV 32H,#SHIS;存放显示缓冲区初始值MOV TMOD,#11H;设置定时器方式 MOV TH0,#4BH ;定时器T0 50MS初值 MOV TL0,#0F1HMOV TH1,#0DCH;定时器T1 10MS初值MOV TL1,#00H MOV IE,#8AH;开中断MOV 40H,#00H;秒计数单元MOV 43H,#00H;0.5秒计数单元MOV A,#89H;初始化 设置8255状态字MOV DPTR,#0FF23HMOVX DPTR,AMOV DPTR,#0FF21HMOV A,#0FFHMOVX DPTR,A;消隐 SETB TR0;启动定时器T0START:LCALL KEY;调用键扫子程序LCALL SCAN;调用显示子程序LCALL LOCK;调用闹钟子程序SJMP STARTSCAN:PUSH ACC;显示子程序 SETB RS1;换到2区MOV 31H,32H;显示的数据送数据显示缓冲区MOV 30H,#0DFH;第一个数码管显示MOV R7,#06H;动态显示数码管的个数SCAN1:MOV A,30HMOV DPTR,#0FF20HMOVX DPTR,AMOV R0,31HMOV A,R0MOV DPTR,#TABLEMOVC A,A+DPTRCPL AMOV DPTR,#0FF21HMOVX DPTR,ALCALL DELAYMOV A,30HRR A;将显示数码管右移一位MOV 30H,AINC 31H;显示缓冲区加1MOV A,#0FFHMOVX DPTR,A;消隐DJNZ R7,SCAN1POP ACCCLR RS1RETTIM0:PUSH ACC;定时器T0中断子程序MOV TH0,#4BH MOV TL0,#0F1HINC 40HMOV A,40H CJNE A,#14H,LP0LP0:JC LP2;1秒钟到往下执行MOV 40H,#00H;清秒计数单元INC MIAOG;秒加1MOV A,MIAOGCJNE A,#0AH,LP2MOV MIAOG,#00HINC MIAOSMOV A,MIAOSCJNE A,#06H,LP2MOV MIAOS,#00HINC FENGMOV A,FENGCJNE A,#0AH,LP2MOV FENG,#00HINC FENSMOV A,FENSCJNE A,#06H,LP2MOV FENS,#00HINC SHIGMOV A,SHISCJNE A,#02H,LP01MOV A,SHIGCJNE A,#04H,LP2MOV SHIG,#00HMOV SHIS,#00HINC RIGLP01:MOV A,SHIGCJNE A,#0AH,LP2MOV SHIG,#00HINC SHISLP2:POP ACCRETITIM1:PUSH ACC;定时器T1子程序MOV TH1,#0DCHMOV TL1,#00HJNB F_2,TM1INC MHGMOV A,MHGCJNE A,#0AH,TT0MOV MHG,#00HINC MHSMOV A,MHSCJNE A,#0AH,TT0MOV MHS,#00HINC MMGMOV A,MMGCJNE A,#0AH,TT0MOV MMG,#00HINC MMSMOV A,MMSCJNE A,#06H,TT0MOV MMS,#00HINC MFGMOV A,MFGCJNE A,#0AH,TT0MOV MFG,#00HINC MFSMOV A,MFSCJNE A,#06H,TT0MOV MFS,#00HTT0:SJMP TM2TM1:INC 43HMOV A,43HCJNE A,#32H,TM10TM10:JC TM2MOV 43H,#00HMOV A,P1CPL AMOV P1,ATM2:POP ACCRETILOCK:PUSH ACC;闹钟子程序SETB RS0;换到1区MOV R0,#20HMOV A,SSXRL A,R0JNZ LOCK1INC R0MOV A,SGXRL A,R0JNZ LOCK1;时钟 时 与闹钟 时 相等往下执行INC R0MOV A,FSXRL A,R0JNZ LOCK1INC R0MOV A,FGXRL A,R0JNZ LOCK1;时钟 分 与闹钟 分 相等往下执行INC R0MOV A,MSXRL A,R0JNZ LOCK1INC R0MOV A,MGXRL A,R0JNZ LOCK1;时钟 秒 与闹钟 秒 相等 往下执行SETB TR1;时分秒 全相同 启动T1CLR F_2;清0执行闹钟闪灯程序LOCK1:CLR RS0;恢复到0区POP ACC;恢复A的值RETKEY: LCALL KS;键扫子程序JZ LK11LCALL DELAY;延时LCALL KSJZ LK11 ;有键按下转LK2: MOV R4,#00HMOV R3,#08HMOV R2,#0FEH;R2为键盘键扫单元LK1:MOV A,R2MOV DPTR,#0FF20HMOVX DPTR,A;输出键扫值RL AMOV R2,AMOV DPTR,#0FF22HMOVX A,DPTR ;读键值 CPL AANL A,#0FH JNZ LK3INC R4INC R4DJNZ R3,LK1LK11:SJMP LK4LK3: ADD A,R4;算键值MOV DPTR,#KEYTABMOVC A,A+DPTRCJNE A,#0FH,LK30;如果为F调用按键F子程序LCALL KEY_FSJMP LK34LK30:CJNE A,#0EH,LK31;如果为E调用按键E子程序LCALL KEY_ESJMP LK34LK31:CJNE A,#0DH,LK32;如果为D调用按键D子程序LCALL KEY_DSJMP LK34LK32:CJNE A,#0CH,LK33;如果为C调用按键C子程序LCALL KEY_CSJMP LK34LK33:CJNE A,#0BH,LK330;如果为B调用按键B子程序LCALL KEY_BSJMP LK34LK330:CJNE A,#11H,LK331;如果为11调用按键SCAL子程序LCALL KEY_SCALSJMP LK34LK331:CJNE A,#12H,LK332;如果为12调用按键STEP子程序LCALL KEY_STEPSJMP LK34LK332:CJNE A,#13H,LK34;如果为13调用按键MON子程序LCALL KEY_MONLK34:CLR CCJNE A,#0AH,LK35;如果为A调用按键A子程序LCALL KEY_ASJMP LK4LK35:JNC LK4JNB F_1,LK4MOV R0,A;输出键值INC R0MOV A,R0CJNE A,#26H,LK36MOV R0,#20H ;复位R0指针LK36:CJNE A,#2DH,LK37MOV R0,#27HLK37:LCALL SCANLCALL KSJNZ LK36LK4: RETKEY_SCAL:MOV 32H,#MFS;SCAN子程序 秒表子程序CLR TR1;秒表复位MOV MFS,#00HMOV MFG,#00HMOV MMS,#00HMOV MMG,#00HMOV MHS,#00HMOV MHG,#00HRETKEY_STEP:CPL TR1;启动秒表或暂停秒表SETB F_2;为1时 启动秒表计时程序LK38:LCALL SCAN;松手检测LCALL KSJNZ LK38RETKEY_MON:CPL F_3;取反JB F_3,M1;为1时，数码管显示秒表 为0时，数码管显示时钟MOV 32H,#SHISSJMP M2M1:MOV 32H,#MFSM2:LCALL SCAN;松手检测LCALL KSJNZ M2RETKEY_A:MOV 32H,#NIANS;按键A子程序 查看 年月日 日期AA0:LCALL SCAN;松手检测LCALL KSJNZ AA0MOV 32H,#SHIS;恢复时钟显示RETKEY_B:MOV 32H,#NIANS;按键B子程序修改年月日SETB F_1;解除键盘锁定MOV R0,#27H;设置指针指向年月日存储区首地址MOV NIANS,#10H;数码管上显示时_分_秒_MOV NIANG,#10HMOV YUES,#10HMOV YUEG,#10HMOV RIS,#10HMOV RIG,#10HRETKEY_C:MOV 32H,#SS ;按键C子程序 显示闹钟时间CC0:LCALL SCAN;松手检测LCALL KSJNZ CC0MOV 32H,#SHIS;恢复显示时钟RETKEY_D:MOV 32H,#SS;按键D子程序修改闹钟时间SETB F_1;键盘解锁MOV R0,#35H;设置指针指向闹钟存储区首地址MOV SS,#10H;数码管上显示时_分_秒_MOV SG,#10HMOV FS,#10HMOV FG,#10HMOV MS,#10HMOV MG,#10HRETKEY_E:MOV 32H,#SHIS;按键E子程序确认键 恢复时钟键 SETB TR0;启动T0 恢复时钟MOV A,#0FFH;灭灯 MOV P1,ACLR TR1;停止T1 停止闹钟闪灯CLR F_1;锁定键盘;以下程序是判断时钟是否符合标准，不符合则清00时00分00秒MOV R0,#20HMOV A,R0SWAP AINC R0ADD A,R0CLR CCJNE A,#24H,EE0EE0:JNC EE5MOV R0,#22HCJNE R0,#06H,EE1EE1:JNC EE5INC R0CJNE R0,#0AH,EE2EE2:JNC EE5INC R0CJNE R0,#06H,EE3EE3:JNC EE5INC R0CJNE R0,#0AH,EE4EE4:JC EEEE5:MOV SHIS,#00H MOV SHIG,#00H MOV FENS,#00H MOV FENG,#00H MOV MIAOS,#00H MOV MIAOG,#00HEE:MOV R0,#20HRETKEY_F:CLR TR0;按键F子程序 修改时钟SETB F_1;解除键盘锁定MOV R0,#20H;指向时钟首地址MOV SHIS,#10H ;数码管上显示时_分_秒_MOV SHIG,#10H MOV FENS,#10H MOV FENG,#10H MOV MIAOS,#10H MOV MIAOG,#10H RETKS:MOV DPTR,#0FF20H;判断键是否按下子程序MOV A,#00H MOVX DPTR,A MOV DPTR,#0FF22HMOVX A,DPTRCPL AANL A,#0FHRETKEYTAB: DB 00H,07H,01H,04H,00H,08H,02H,05H,0FH;键值表 DB 09H,03H,06H,0EH,0AH,0CH,0BH,0DH,00H,11H,00H,12H,00H,13H,00H DELAY:MOV R3,#01H ;扫描延时子程序D1:MOV R4,#02HD2:MOV R5,#0F8H DJNZ R5,$ DJNZ R4,D2 DJNZ R3,D1 RETTABLE:DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H,7FH,6FH,77H,7CH DB 39H,5EH,79H,71H,08H,40H,80H,00H END第5章 系统调试和测试结果与分析5.1、实验仪器与工具 本次课程设计使用的硬件部分是DJ-598K实验开发系统，实验仪主板由许多独立的硬件实验模块组成，可见它们组成各种各样的硬件实验，板上的“O”型圆孔用来作为测试孔或用于连接硬导线组成实验。下面将详细介绍几个与本次课设有关模块的功能与用途。1、 LED发光二极管指示电路 实验仪上包括12只发光二极管及相应驱动电路，L1L12为相应发光二极管驱动信号输入端，该输入端为低电平时发光二极管亮。2、 显示接口电路数码管的段控制信号是由8255的PB口经74LS245缓冲器后输出得到，6位位控制信号由8255的PA口经74LS245缓冲器后输出得到。3、 键盘接口电路8255的PC0PC3作为矩阵键盘行扫描线，8255的PA口为矩阵键盘列入线。本次课程设计使用的软件部分是DJ-51仿真开发系统软件，该软