51单片机的数字时钟

1、 中北大学信息商务学院课 程 设 计 说 明 书 学生姓名： 王春鸣 学 号：X39 学 院： 信息商务学院 专 业： 电子信息工程 题 目： 专业综合实践之单片机信息处理部分：单片机控制的数字钟的设计 指导教师： 王浩全 职称: 副教授 2011 年 12 月 12日中北大学信息商务学院课程设计任务书 2011-2012 学年第 一 学期学 院： 信息商务学院 专 业： 电子信息工程 学 生 姓 名： 王春鸣 学 号： X39 课程设计题目： 专业综合实践之单片机信息处理部分:单片机控制的数字钟的设计 起 迄 日 期： 2011年12 月12日2011年12月24 日 课程设计地点： 系专业

2、实验室，201 指 导 教 师： 王浩全 系 主 任： 王浩全 下达任务书日期: 2011 年12月12日课 程 设 计 任 务 书一设计目的：巩固掌握单片机工作原理及应用提高编程能力二设计内容和要求（包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等）：单片机选用89C51要求实现时、分、秒显示三设计工作任务及工作量的要求包括课程设计计算说明书(论文)、图纸、实物样品等：（1）提供核心器件的工作原理与应用介绍；（2）提供用Protel设计的电路原理图，印刷板电路图；（3）提供用Multisim、MaxPlus、Proteus、Medwin、KeilC等软件对电路的仿真、编程与分析；（4）提供符合规定要

3、求的课程设计说明书；（5）提供参考文献不少于15篇，且必须是相关的参考文献； 课 程 设 计 任 务 书四主要参考文献：1王守中，聂元铭, 51单片机开发入门与典型实例.北京：人民邮电出版社，20092徐爱钧, 单片机原理实用教程-基于proteus虚拟仿真.北京：电子工业出版社，20113周润景，袁伟亭，景晓松,Proteus在MCS-51&ARM7系统中的应用百例.北京: 电子工业出版社，20064雷思孝，冯育长,单片机系统设计及工程应用.西安: 西安电子科技大学出版社，20055 先锋工作室, 单片机程序设计实例.北京：清华大学出版社，20036AT89C51 Datasheet,ATM

4、EL,2004五设计成果形式及要求：说明书一份六工作计划及进度：12月12日 12月15日：查资料；12月16日 12月20日：在指导教师指导下设计方案；12月21日 12月23日：在指导教师辅导下完成实验；撰写课程设计说明书；12月24日：答辩 系主任审查意见： 签字： 年 月 日目录1设计方案简介11.1 设计分析11.2 方案选择与论证11.2.1方案简介11.2.2 方案的论证41.3 设计条件及主要参数表41.4 系统设计框图52 硬件电路设计62.1 Proteus ISIS仿真原理图62.2 基于ARES 7 professional的PCB图和3D图示63实验源程序74 仿真结

5、果与说明105 课程设计心得体会106参考文献11 1. 设计方案简介1.1 设计分析利用89C51单片机结合数码管显示器设计一能够显示时、分、秒的电子时钟，由于用LED数码管显示数据，在夜晚或黑暗的场合里也可以使用，具有一定的实用性；电子时钟的设计利用单片机的输入输出功能、定时/计数功能和中断功能，因此，是对前面讲的单片机基本功能知识的一次复习、总结和提高；由于设计单片机时钟时应尽量减少硬件，所以丰富的功能只能由软件来完成，因此使程序语句比较多，看起来较复杂。所以，在学习设计过程中会给我们带来两点启发。（1）注意程序的模块化设计与分析。在程序设计时，一般将比较复杂的大程序分解若干个功能模块，

6、然后再把各模块通过主程序有机地联系在一起。分析程序是设计程序的逆过程，首先要弄清程序是由几个模块所组成，每个模块主要功能是什么，模块之间是怎样联系在一起的。先有一个粗线条、总轮廓，然后再逐步深入分析。每个子程序就是一个模块，子程序段的特征是：开始行有程序标号，以便主程序调用；末尾行有子程序返回指令RET或RETI。（2）每个典型模块既可在这个程序使用，也可以在其他程序中使用。所以，掌握一些典型模块的功能。原理，建立一个模块库，一旦设计新的程序需要使用时就不必重新编写，可以减少重复劳动。1.2 方案选择与论证 1.2.1方案简介方案一：单片机时钟的结构分硬件和软件两部分。其中，硬件部分比较简单，

7、主要由单片机、LED数码管显示器和按键开关组成，单片机P0端口接有4位共阳极LED数码管显示器。数码管的8个引脚依照a、b、c、d、e、f、g、dp顺序依次与P0端口的8个引脚P0.1、P0.2、P0.3、P0.4、P0.5、P0.6、P0.7相连，R是限流电阻。4位LED数码管的共阳极引脚分别于V1V4三极管的集电极相连，三极管的基极通过限流电阻分别接在单片机P2端口的P2.0P2.3引脚上。4位数码管显示器分别由4只三极管控制，例如，P2.0输出为低电平时，V4三极管导通，与其相连的共阳极数码管显示器开始工作；P2.0输出为高电平时，V4三极管截止，与其相连的数码管显示器停止工作。例如，设

8、置定时器T0工作在模式0状态下，设置每隔5ms中断一次，中断200次正好是1s。中断服务程序里记载着中断的次数，中断200次为1秒，60秒为1分，60分为1小时，24小时为1天。时钟的显示是使用4位LED数码管，其软件设计原理是：由中断产生的秒、分、小时数据，经转换子程序转换成适应LED数码管显示的数据，并通过单片机的输出功能输入到数码管显示器，再通过显示其扫描程序，显示出时钟的走时时间。调整时钟时间是利用了单片机的输入功能，把按键开关作为单片机的输入信号，通过检测被按下的开关，从而执行赋予该开关调整时间功能。因此，在设计程序时把单片机时钟功能分解为走时、显示和调整时间3个主要部分，每一部分的

9、功能通过编写相应的子程序来完成，然后再通过主程序调用子程序，使这3部分有机地连在一起，完成单片机的时钟设计。电路设计下图：方案二：利用8051单片机片内定时器,设计一台可调数字钟,能通过按键进行时、分、秒的调整，采用8位LED数码管以24小时方式进行显示。8051单片机的P0口通过三台总线收发器74LS245接到8位共阴极LED数码管的数字输入端，单片机的P3口作为数码管的数位控制，从P0口输出显示字符段码，从P3口输出循环扫描控制位，利用人眼的视觉暂留功能，达到8位数码管同时显示的效果。单片机的P1.0P1.2引脚通过三个按钮开关接地，通过判断P1.0P1.2引脚电平的高低，决定是否进行数字

10、钟的时、分、秒调整。本设计利用8051单片机片内定时器T0的中断来实现数字钟功能，T0定时时间设为50ms，每隔50ms产生一次定时中断，如果中断20次即达到1秒。程序设计是预先安排时、分、秒内存单元，在中断服务程序中根据中断次数来决定秒单元是否加1，当秒单元达到60时分单元加1，同时秒单元清0，分单元达到60时，时单元加1，同时分单元清0，时单元达到24时，时、分、秒单元同时清0，又从头开始计时。方案三：本方案利用AT89C51的定时器和6位7段数码管，设计一个电子时钟。显示格式“XX XX XX”，由左向右分别是：时、分、秒。1.2.2方案的论证三个方案中，方案一由于引脚限制只能显示小时，

11、分钟的计时，且线路较为繁琐，以蜂鸣器连续两次发出响声，同时工作指示灯LED闪动，作为程序开始的指示，加大了相关汇编程序的难度；方案二中时可调的数字时钟，单片机的P1.0P1.2引脚通过三个按钮开关接地，通过判断P1.0P1.2引脚电平的高低，决定是否进行数字钟的时、分、秒调整。功能完善但采用的是8051单片机与课程设计要求内容不一致。方案三中采用89C51单片机可以实现简单的计时功能，并且该芯片简单易控制，成本低，性能稳定，因此选择方案三。1.3 设计条件及主要参数表Proteus ISIS，keilc51, Proteus ARES编辑环境。元件清单元件名称所属类所属子类AT89C51Mic

12、roprocessor ICs 8051 FamilyCAPCapacitorsGenericCAP-ELECCapacitorsGenericCRYSTALMiscellaneous-RESResistorsGeneric7SEG-MPX6-CC-BLUEOptoelectronics7-Segment Displays74LS245TTL 74LS seriesTransceivers1.4系统设计框图中断入口启动保护现场设置定时器模式及工作方式10000次计数值减1设置初始常数是否计数器为0启动定时器设置下一次10000次计数值读取小时值秒值加1转换成显示数据是否到60s显示数据送缓存秒

13、值清0，分钟加1读取分钟值是否到60min转换成显示数据分值清0，小时加1显示数据送缓存是否到24h读取秒值小时值清0转换成显示数据恢复中断显示数据送缓存中断返回调用子程序2、硬件电路设计2.1 proteus ISIS仿真原理图2.2 基于ARES 7 Professional的PCB图3、源程序LEDBUF EQU 30H ;显示缓冲HOUR EQU 40H MINUTE EQU 41HSECOND EQU 42HC100us EQU 43HTICK EQU 10000 ;设置中断次数T100us EQU 256-100 ;设置定时器初始值 LJMP START ;跳至主程序 ORG 00

14、BH ;定时器0中断入口T0INT: PUSH PSW ;状态保护 PUSH ACC MOV A,C100us+1 JNZ GOON ;计数值是否为0 DEC C100usGOON: DEC C100us+1 MOV A,C100us ORL A,C100us+1 JNZ EXIT MOV C100us,#HIGH(TICK) ;重置计数值 MOV C100us+1,#LOW(TICK) INC SECOND ;秒值加1 MOV A,SECOND CJNE A,#60,EXIT ;秒值是否为60 MOV SECOND,#0 ;秒值为60则清0 INC MINUTE ;分值加1 MOV A,MI

15、NUTE CJNE A,#60,EXIT ;分值是否为60 MOV MINUTE,#0 ;分值为60则清0 INC HOUR ;小时值加1 MOV A,HOUR CJNE A,#24,EXIT ;小时值是否为24 MOV HOUR,#0 ;小时值为24则清0EXIT: POP ACC POP PSW RETIDELAY: MOV R7,#0FFH ;延时子程序DELAYLOOP: DJNZ R7,DELAYLOOP DJNZ R6,DELAYLOOP RETLEDMAP: DB 3FH,06H,5BH,4FH ;8段管显示码 DB 66H,6DH,7DH,07H DB 7FH,6FH,77H,

16、7CH DB 39H,5EH,79H,71HDISPLAYLED: MOV C100us+6,#0 ;右边两位不显示 MOV C100us+7,#0 MOV R0,#LEDBUF MOV R1,#6 ;共6个8段管 MOV R2,#B ;从左边开始显示LOOP: MOV A,#0 MOV P0,A ;关闭所有8段管 MOV A,R0 MOV P0,A MOV A,R2 MOV P3,A ;显示1位8段管 MOV R6,#01H CALL DELAY MOV A,R2 ;显示下一位 RR A MOV R2,A INC R0 DJNZ R1,LOOP RETT0LED: MOV DPTR,#LED

17、MAP ;将字段码转换显示码 MOVC A,A+DPTR RETSTART: MOV TMOD,#02H ;模式2，定时器 MOV TH0,#T100us ;设置定时器初始值 MOV TL0, #T100us MOV IE,#B ;EA=1，IT0=1 MOV HOUR,#0 ;显示初始值 MOV MINUTE,#0 MOV SECOND,#0 MOV C100us,#HIGH(TICK) MOV C100us+1,#LOW(TICK) SETB TR0 ;启动定时器0MLOOP: MOV A,HOUR ;显示小时十位值 MOV B,#10H DIV AB CALL T0LED MOV LED

18、BUF,A ;将十位值送显示缓存 MOV A,B ;显示小时个位值 CALL T0LED ORL A,#80H ;显示小数点 MOV LEDBUF+1,A ;送显示缓存 MOV A,MINUTE ;显示分钟十位值 MOV B,#10 DIV AB CALL T0LED MOV LEDBUF+2,A ;将十位值送显示缓存 MOV A,B ;显示分钟个位值 CALL T0LED ORL A,#80H ;显示小数点 MOV LEDBUF+3,A ;送显示缓存 MOV A,SECOND MOV B,#10 ;显示秒十位值 DIV AB CALL T0LED MOV LEDBUF+4,A ;送显示缓存

19、MOV A,B CALL T0LED MOV LEDBUF+5,A CALL DISPLAYLED ;调用显示子程序 LJMP MLOOP END4、仿真结果与说明本设计使用单片机内部计数器的定时功能，有关设置主要针对定时器/计数器工作方式寄存器TMOD。具体内容为：工作方式选择位，设置为方式2；计数/定时方式选择位，设置为定时器工作方式。定时器每100s中断一次，在中断服务程序中，对中断次数进行计数，100s计数10000次就是1s。然后在对秒计数得到分和小时值，并送入显示缓存。单片机P0口输出字段码，P3出输出位码。5、课程设计心得体会本设计能够准确显示时间（显示格式为时时：分分：秒秒，24小时制），设计以硬件软件化为指导思想，充分发挥了单片机功能，大部分功能通过软件编程来实现，电路简单明了，系统稳定性高。基于单片机的数字时钟系统具