数字时钟课程设计.doc

目录1数字时钟方案论证11.1数字时钟方案11.2 数码管显示方案11.3 系统的简要说明22 数字时钟的硬件电路.22.1 复位电路22.2 数码管的连接电路32.3 控制电路43 软件设计分析63.1地址空间及端口分配63.2总体架构说明63.3各子程序功能及出入口地址73.4程序流程图83.5源程序84 调试过程.145 课设结果.156 参考文献.16附录1附录21 数字时钟方案论证1.1数字时钟方案方案一：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三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。1.2 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。1.3 系统的简要说明利用单片机（AT89C51）制作简易电子时钟，由六个LED数码管分别显示小时十位、小时个位、分钟十位、分钟个位、秒钟十位、秒钟个位。一个按键用于时间调整。下图为该数字时钟的系统框图。 显示部分控制部分单片机（AT89S51）按键S2复位电路电源部分直流电源4.5V6个七段共阴极数码管显示秒，分钟及小时位位选部分6个PNP三极管（9012）图1.1 数字时钟的系统框图2 数字时钟的硬件电路2.1 复位电路图2.1 复位电路如图2.1所示，复位电路主要由型号为1N4148的二极管，型号为10UF/16V的电解电容，型号为104的瓷片电容，10K的电阻以及按键S1构成，S1接芯片的相应引脚RST，当开关按下时引脚RST为高电平1，断开时引脚为低电平0。2.2 数码管的连接电路图2.2 数码管内部连接电路图2.3 数码管的外部引脚图图2.3为数码管的引脚图，每位的段码线（a,b,c,d,e,f,g,dp）分别与1个8位的锁存器输出相连，由AT89C51控制组合09十个数据，如令其显示1则b,c引脚（即2，3引脚）送高电平，此时数码管显示1。由于各位的段码线并联，8位I/O口输出段码对各个显示位来说都是相同的。2.3 控制电路2.4 数字时钟的控制电路AT89C51是美国ATMEL公司生产的低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含4K 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。AT89C51提供以下标准功能：4K字节Flash闪速存储器，128字节内部RAM，32I/O口线，看门狗（WDT），两个数据指针，两个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。如图3-7所示，AT89C51有40引脚，双列直插（DIP）封装，所用引脚功能如下：1. VCC 运行时加5V2. GND 接地3. XTAL1 振荡器反相放大器及内部时钟发生器的输入端4. XTAL2 振荡器反相放大器的输出端5. RST 复位输入，高电平有效，在晶振工作时，在RST引脚上作用2个机器周期以上的高电平，将使单片机复位。WDT溢出将使该引脚输出高电平，设置SFT AUXR的DISRTO位（地址8EH）可打开或关闭该功能。DISRTO位缺省为RESET输出高电平打开状态。6. EA/VPP 片外程序存储器访问允许信号。欲使CPU仅访问外部程序存储器（地址为0000H-FFFFH），EA端必须保持低电平（接地），如果EA端为高电平（接Vcc端），CPU则执行内部程序存储器中的指令。7. P1口,P2口P1，P2是一组带内部上拉电阻的8位双向I/O口。运行时通过P1口控制驱动电路的工作，将数据送到数码管，显示相应的段码，为了达到减少功耗或满足端口对最大电流的限制，应加上一限流电阻。P2.0P2.5口控制数码管的位选，使六个数码管轮流显示数据，等于1时位选三极管导通，等于0 时位选三极管截止。无自锁开关（S2P3.7）开关接相应引脚P3.7，当开关按下时，相应引脚为低电平0，断开时引脚为高电平1。图2.5 电子钟整体电路图3 软件设计分析3.1地址空间及端口分配30h37h地址空间分别分配给led1、led2、led3、led4、led8、led5、led6 、led7.用于数码管显示。38h地址空间分配给gn，定义38h空间为按键次数读取的缓存空间。39h地址空间分配给nao1f，用于存储调整闹钟一分加一按键次数读取缓存。3ah地址空间分配给nao1s，用于存储调整闹钟一时加一按键次数读取缓存。3bh地址空间分配给nk1，定义3bh空间是闹钟开启开关按键次数读取缓存空间。3dh地址空间分配给nao2f，用于存储调整闹钟二分加一按键次数读取缓存。3eh地址空间分配给nao2s，用于存储调整闹钟二时加一按键次数读取缓存。50h地址空间用于存放50ms中断寄存。51h地址空间用与存放秒的十位和个位。52h地址空间用与存放分的十位和个位。53h地址空间用与存放时的十位和个位。p1.1端口分配给zdled ，定义灯接到p1.1.利用setb和clr zdled控制灯的亮暗起到整点报时显示作用。p1.0 端口分配给nb，定义蜂鸣器接到p1.0 利来实现闹肿p0端口分配给数码管显示控制p2端口分配给数码管选择显示控制。3.2总体架构说明该时钟程序设计思路如下：（1）、在程序头将设计中的一些固定空间进行分配并注释。（2）、初始化程序，如设定时钟初始显示005956 以便一开始就能进入整点报时状态，显示该功能;设定使用定时器1；将一些未到时钟设计功能的功能端口关闭等。（3）开始主程序进行程序扫描，先扫描拆字子程序，将分配好的时分秒等高地位的数字调入到显示子程序中。显示子程序通过分配的空间对应口将拆字子程序的内容在七段数码管上显示相应的时分秒，再调用走时程序使时钟进行读秒等工作。进入按键扫描，判断按键是否有变动，若有就根据设计程序对相应的按键按入次数而进行实现相应的功能。如进入时间调整、闹钟一设置、闹钟开启与否等。进入闹钟一、二的判断，在时分上与设置的闹铃时间吻合的话就做相对应的判断，再依据是否有开启闹钟而进行响铃与否，如果有响铃则设置其一直响铃知道有人为按取消按键取消闹铃。进入整点报时扫描，判断是否在时分上都进入了整点，如果是就报时显示灯闪烁五下（5s），然后就退出整点报时，等到下一个整点的到来。最后返回主程序头重新依次扫描。显示过程设有消隐，按键设有去斗。（4）、子程序部分。在主程序的调用下依据不同的子程序工能而编写子程序，有多级嵌套。这些子程序包括显示子程序、拆字子程序、延时子程序、走时间子程序、整点报时子程序、按键处理子程序、调时间子程序、闹钟设置子程序、闹钟子程序、闹钟开启子程序。3.3各子程序功能及出入口地址（1）各子程序功能：显示子程序：将拆分好的高低位时分秒拆分码放入相对应的数码管，调用tab选通相应的七段数码显示时分秒当前数字。拆字子程序：将空间51h、52h、53h内的秒时分拆成高低字节分配到，30h、31h、33h、34h、36h、37h实现时分秒的显示。延时子程序：该子程序是为了实现八个七段数码管显示的顺序显示选通时间，2ms的显示时间频率是的显示效果稳定，同时作为按键开关扫描判断去抖走时间子程序：该程序功能是使得秒程序走动，走到59后进位分，后变00从新开始计时，分走到59后进位时，分从新开始00计时，时走到23，分走到59，秒走到59后进入从新日期周期计时。整点报时子程序：在达到整点时该程序的功能实现报时，报时以led灯闪烁显示为报时信号。按键处理子程序：该程序进行按键处理的功能判断分别是有调试按键处理，闹钟设置按键处理，闹钟开启与否按键处理。调时间子程序：该程序功能实现时间的调整。调闹钟子程序：该程序闹钟程序设计与按键结合实现闹钟设置调整的功能。闹钟开启子程序：该功能实现闹钟开启与否而达到闹钟响铃功能。3.4程序流程图图3.1 电子钟程序流程框图3.5源程序;中断入口程序ORG 0000H;程序执行开始地址LJMP START;跳到标号START执行ORG 0003H;外中断0中断程序入口RETI;外中断0中断返回ORG 000BH;定时器T0中断程序入口LJMP INTT0;跳至INTTO执行ORG 0013H;外中断1中断程序入口RETI ;外中断1中断返回ORG 001BH;定时器T1中断程序入口LJMP INTT1;跳至INTT1执行ORG 0023H;串行中断程序入口地址RETI;串行中断程序返回;主程序START: MOV R0,#70H ;清70H-7AH共11个内存单元 MOV R7,#0BH ;clr P3.7; CLEARDISP: MOV R0,#00H ; INC R0 ; DJNZ R7,CLEARDISP ; MOV 20H,#00H ;清20H（标志用） MOV 7AH,#0AH ;放入熄灭符数据 MOV TMOD,#11H ;设T0、T1为16位定时器 MOV 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） MOV 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 MOV R4,#14H ;1秒定时用初值（50MS20） START1: LCALL DISPLAY ;调用显示子程序 JNB P3.7,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: LJMP SETMM ;转到时间调整程序SETMM;1秒计时程序START: MOV R0,#70H ;清70H-7AH共11个内存单元 MOV R7,#0BH ;clr P3.7; CLEARDISP: MOV R0,#00H ; INC R0 ; DJNZ R7,CLEARDISP ; MOV 20H,#00H ;清20H（标志用） MOV 7AH,#0AH ;放入熄灭符数据 MOV TMOD,#11H ;设T0、T1为16位定时器 MOV 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） MOV 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 MOV R4,#14H ;1秒定时用初值（50MS20） START1: LCALL DISPLAY ;调用显示子程序 JNB P3.7,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: LJMP SETMM ;转到时间调整程序SETMM INTT0: PUSH ACC ;累加器入栈保护 PUSH PSW ;状态字入栈保护 CLR ET0 ;关T0中断允许 CLR TR0 ;关闭定时器T0 MOV A,#0B7H ;中断响应时间同步修正 ADD A,TL0 ;低8位初值修正 MOV TL0,A ;重装初值（低8位修正值） MOV A,#3CH ;高8位初值修正 ADDC A,TH0 ; MOV TH0,A ;重装初值（高8位修正值） SETB TR0 ;开启定时器T0 DJNZ R4, OUTT0 ;20次中断未到中断退出 ADDSS: MOV R4,#14H ;20次中断到（1秒）重赋初值 MOV R0,#71H ;指向秒计时单元（71H-72H） ACALL ADD1 ;调用加1程序（加1秒操作） MOV A,R3 ;秒数据放入A（R3为2位十进制数组合） CLR C ;清进位标志 CJNE A,#60H,ADDMM ; ADDMM: JC OUTT0 ;小于60秒时中断退出 ACALL CLR0 ;大于或等于60秒时对秒计时单元清0 MOV R0,#77H ;指向分计时单元（76H-77H） ACALL ADD1 ;分计时单元加1分钟 MOV A,R3 ;分数据放入A CLR C ;清进位标志 CJNE A,#60H,ADDHH ; ADDHH: JC OUTT0 ;小于60分时中断退出 ACALL CLR0 ;大于或等于60分时分计时单元清0 MOV R0,#79H ;指向小时计时单（78H-79H） ACALL ADD1 ;小时计时单元加1小时 MOV A,R3 ;时数据放入A CLR C ;清进位标志 CJNE A,#24H,HOUR ; HOUR: JC OUTT0 ;小于24小时中断退出 ACALL CLR0 ;大于或等于24小时小时计时单元清0 OUTT0: MOV 72H,76H ;中断退出时将分、时计时单元数据移 MOV 73H,77H ;入对应显示单元 MOV 74H,78H ; MOV 75H,79H ; POP PSW ;恢复状态字（出栈） POP ACC ;恢复累加器 SETB ET0 ;开放T0中断 RETI ;中断返回;闪动调时程序INTT1: PUSH ACC ;中断现场保护 PUSH PSW ; MOV TL1, #0B0H ;装定时器T1定时初值 MOV TH1, #3CH ; DJNZ R2,INTT1OUT ;0.3秒未到退出中断（50MS中断6次） MOV R2,#06H ;重装0.3秒定时用初值 CPL 02H ;0.3秒定时到对闪烁标志取反 JB 02H,FLASH1 ;02H位为1时显示单元熄灭 MOV 72H,76H ;02H位为0时正常显示 MOV 73H,77H ; MOV 74H,78H ; MOV 75H,79H ;INTT1OUT: POP PSW ;恢复现场 POP ACC ; RETI ;中断退出FLASH1: JB 01H,FLASH2 ;01H位为1时，转小时熄灭控制 MOV 72H,7AH ;01H位为0时，熄灭符数据放入分 MOV 73H,7AH ;显示单元（72H-73H），将不显示分数据 MOV 74H,78H ; MOV 75H,79H ; AJMP INTT1OUT ;转中断退出FLASH2: MOV 72H,76H ;01H位为1时，熄灭符数据放入小时 MOV 73H,77H ;显示单元（74H-75H），小时数据将不显示 MOV 74H,7AH ; MOV 75H,7AH ; AJMP INTT1OUT ;转中断退出;加1子 程 序 ADD1: MOV A,R0 ;取当前计时单元数据到A DEC R0 ;指向前一地址 SWAP A ;A中数据高四位与低四位交换 ORL A,R0 ;前一地址中数据放入A中低四位 ADD A,#01H ;A加1操作 DA A ;十进制调整 MOV R3,A ;移入R3寄存器 ANL A,#0FH ;高四位变0 MOV R0,A ;放回前一地址单元 MOV A,R3 ;取回R3中暂存数据 INC R0 ;指向当前地址单元 SWAP A ;A中数据高四位与低四位交换 ANL A,#0FH ;高四位变0 MOV R0,A ;数据放入当削地址单元中 RET ;子程序返回;清零程序CLR0: CLR A ;清累加器 MOV R0,A ;清当前地址单元 DEC R0 ;指向前一地址 MOV R0,A ;前一地址单元清0 RET ;子程序返回;时钟调整程序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 P3.7,CLOSEDIS ;键按下时间小于1秒，关闭显示（省电） MOV 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 P3.7,SET1 ;P3.7口为0（键未释放），等待 SETB 00H ;键释放，分调整闪烁标志置1 SET4: JB P3.7,SET3 ;等待键按下 LCALL DL05S ;有键按下，延时0.5秒 JNB P3.7,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 LCALL ADD1 ;调用加1子程序 MOV A,R3 ;取调整单元数据 CLR C ;清进位标志 CJNE A,#60H,HHH ;调整单元数据与60比较 HHH: JC SET4 ;调整单元数据小于60转SET4循环 LCALL CLR0 ;调整单元数据大于或等于60时清0 CLR C ;清进位标志 AJMP SET4 ;跳转到SET4循环 CLOSEDIS: SETB ET0 ;省电（LED不显示）状态。开T0中断 SETB TR0 ;开启T0定时器（开时钟） CLOSE: JB P3.7,CLOSE ;无按键按下，等待。 LCALL DISPLAY ;有键按下，调显示子程序延时削抖 JB P3.7,CLOSE ;是干扰返回CLOSE等待 WAITH: JNB P3.7,WAITH ;等待键释放 LJMP START1 ;返回主程序（LED数据显示亮） SETHH: CLR 00H ;分闪烁标志清除（进入调小时状态） SETHH1: JNB P3.7,SET5 ;等待键释放 SETB 01H ;小时调整标志置1 SET6: JB P3.7,SET7 ;等待按键按下 LCALL DL05S ;有键按下延时0.5秒 JNB P3.7,SETOUT ;按下时间大于0.5秒退出时间调整 MOV R0,#79H ;按下时间小于0.5秒加1小时操作 LCALL ADD1 ;调加1子程序 MOV A,R3 ; CLR C ; CJNE A,#24H,HOUU ;计时单元数据与24比较 HOUU: JC SET6 ;小于24转SET6循环 LCALL CLR0 ;大于或等于24时清0操作 AJMP SET6 ;跳转到SET6循环 SETOUT: JNB P3.7,SETOUT1 ;调时退出程序。等待键释放 LCALL DISPLAY ;延时削抖 JNB P3.7,SETOUT ;是抖动，返回SETOUT再等待 CLR 01H ;清调小时标志 CLR 00H ;清调分标志 CLR 02H ;清闪烁标志 CLR TR1 ;关闭定时器T1CLR ET1 ;关定时器T1中断 SETB TR0 ;开启定时器T0 SETB ET0 ;开定时器T0中断（计时开始） LJMP START1 ;跳回主程序 SET1: LCALL DISPLAY ;键释放等待时调用显示程序（调分） AJMP SET2 ;防止键按下时无时钟显示 SET3: LCALL DISPLAY ;等待调分按键时时钟显示用 AJMP SET4 SET5: LCALL DISPLAY ;键释放等待时调用显示程序（调小时） AJMP SETHH1 ;防止键按下时无时钟显示 SET7: LCALL DISPLAY ;等待调小时按键时时钟显示用 AJMP SET6 SETOUT1: LCALL DISPLAY ;退出时钟调整时键释放等待 AJMP SETOUT ;防止键按下时无时钟显示;显示程序 DISPLAY: MOV R1,#70H ;指向显示数据首址 MOV R5,#0FEH ;扫描控制字初值 PLAY: MOV A,R5 ;扫描字放入A MOV P2,A ;从P2口输出 MOV A,R1 ;取显示数据到A MOV DPTR,#TAB ;取段码表地址 MOVC A,A+DPTR ;查显示数据对应段码 MOV P1,A ;段码放入P0口 LCALL DL1MS ;显示1MS INC R1 ;指向下一地址 MOV A,R5 ;扫描控制字放入A JNB ACC.5,ENDOUT ;ACC.5=0时一次显示结束 RL A ;A中数据循环左移 MOV R5,A ;放回R5内 AJMP PLAY ;跳回PLAY循环 ENDOUT: SETB P2.5 ;一次显示结束，P2口复位 MOV P1,#0FFH ;P0口复位 RET ;子程序返回 TAB: DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H,7FH,6FH;1MS延时程序 DL1MS: MOV R6,#14H DL1: MOV R7,#19H DL2: DJNZ R7,DL2 DJNZ R6,DL1 RET;20MS延时程序，采用调用显示子程序以改善LED的显示闪烁现象 DS20MS: ACALL DISPLAY ACALL DISPLAY ACALL DISPLAY RET;延时程序，用作按键时间的长短判断 DL1S: LCALL DL05S LCALL DL05S RET DL05S: MOV R3,#20H ;8毫秒*32=0.196秒 DL05S1: LCALL DISPLAY DJNZ R3,DL05S1 RET END ;程序结束4 调试过程软件调试的过程据功能的增加分为几步：首先，根据原来的100进制显示程序的基础上编写成时分秒六位显示的主程序。该程序将时分秒分成个位和十位分别计算，所以将60进制和24进制变成10进制、6进制和2进制。又因为如果时十位为2的话，不能大于3，所以在分十位向时个位进位时得判断时十位是否为2，在组员的帮助下经过不断试验和修改终于完成。过程比较顺利。该电子钟使用一个键来调时，利用长按来选择所要调的位