單片機電子時鐘課程復習進程

1、、設計要求1準確計時，以數(shù)字形式顯示時、分、秒的時間。2、小時以24小時計時形式，分秒計時為 60進位。3、校正時間功能，即能隨意設定走時時間。4、鬧鐘功能，一旦走時到該時間，能以聲或光的形式告警提示。5、設計5V直流電源，系統(tǒng)時鐘電路、復位電路。6、能指示秒節(jié)奏，即秒提示。7、可采用交直流供電電源，且能自動切換。二、設計方案和論證本次設計時鐘電路，使用了 ATC89C5單片機芯片控制電路，單片機控制電 路簡單且省去了很多復雜的線路，使得電路簡明易懂，使用鍵盤鍵上的按鍵來 調(diào)整時鐘的時、分、秒，用一揚聲器來進行定時提醒，同時使用匯編語言程序 來控制整個時鐘顯示，使得編程變得更容易，這樣通過四個

2、模塊：鍵盤、芯片、 揚聲器、LED顯示即可滿足設計要求。2.1總設計原理框圖如下圖所示：校時輸入時鐘電路數(shù)據(jù)顯示聲光報時2.2、設計方案的選擇1. 計時方案方案1:采用實時時鐘芯片現(xiàn)在市場上有很多實時時鐘集成電路，女口 DS1287 DS12887 DS1302等。 這些實時時鐘芯片具備年、月、日、時、分、秒計時功能和多點定時功能， 計時數(shù)據(jù)的更新每秒自動進行一次，不需要程序干預。因此，在工業(yè)實時測 控系統(tǒng)中多采用這一類專用芯片來實現(xiàn)實時時鐘功能。方案2:使用單片機內(nèi)部的可編程定時器。利用單片機內(nèi)部的定時計數(shù)器進行中端定時，配合軟件延時實現(xiàn)時、分、秒的計時。該方案節(jié)省硬件成本，但程序設計較為復

3、雜。2. 顯示方案對于實時時鐘而言，顯示顯然是另一個重要的環(huán)節(jié)。通常LED顯示有兩種方式：動態(tài)顯示和靜態(tài)顯示。靜態(tài)顯示的優(yōu)點是程序簡單、顯示亮度有保證、單片機CPU勺開銷小，節(jié)約CPU勺工作時間。但占有I/O 口線多，每一個LED都要占有一個I/O 口, 硬件開銷大，電路復雜。需要幾個 LED就必須占有幾個并行口，比較適用于 LED數(shù)量較少的場合。當然當LED數(shù)量較多的時候，可以使用單片機的串行 口通過移位寄存器的方式加以解決，但程序編寫比較麻煩。LED動態(tài)顯示硬件連接簡單，但動態(tài)掃描的顯示方式需要占有CPU較多的時間，在單片機沒有太多實時測控任務的情況下可以采用。本系統(tǒng)需要采用6位LED數(shù)碼

4、管來分別顯示時、分、秒，因數(shù)碼管個數(shù) 較多，故本系統(tǒng)選擇動態(tài)顯示方式。2.3硬件部分1、STC89C5憚片機介紹STC89C5憚片機是由深圳宏晶公司代理銷售的一款 MCU是由美國設計 生產(chǎn)的一種低電壓、高性能 CMOS 8位單片機，片內(nèi)含8kbytes的可反復寫 的FlashROM和128bytes的RAM 2個16位定時計數(shù)器呵。STC89C5憚片機內(nèi)部主要包括累加器ACC有時也簡稱為A）、程序狀態(tài) 字PSW地址指示器DPTR只讀存儲器ROM隨機存取存儲器RAM寄存器、 并行I/O接口 P0P3定時器/計數(shù)器、串行I/O接口以及定時控制邏輯電路 等。這些部件通過內(nèi)部總線聯(lián)接起來，構(gòu)成一個完整

5、的微型計算機。其管腳 圖如圖所示。P10.TPOOPUTP01P12PC2P13?03P14PD4P15POSPiePQ6P17P07INTIP20INTOP21P22T1P23TOP24P25EAATP26P27XIX2RESETRXDTXD而aleFWRPSEN27巧143113 2191S兒 jjrr383736353433322122232425262728101130o曲39STC89C51單片機管腳結(jié)構(gòu)圖VCC電源。GND接地。P0 口： P0 口為一個8位漏級開路雙向I/O 口，每腳可吸收8TTL門電流。當 P1 口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程 序數(shù)據(jù)

6、存儲 器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時，P0 口作為原碼輸入 口，當FIASH進行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。P1 口： P1 口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O 口，P1 口緩沖器能 接收輸出4TTL門電流。P1 口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作 輸入， P1 口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH 編程和校驗時，P1 口作為第八位地址接收。P2 口： P2 口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O 口，P2 口緩沖器可接收， 輸出4個TTL門電流，當P2 口被寫“ 1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻 拉高，且 作

7、為輸入。并因此作為輸入時，P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由 于內(nèi)部上拉的緣故。P2 口當用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存 儲器進行存取時，P2 口輸出地址的高八位。在給出地址“ 1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu) 勢，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，P2 口輸出其特殊功能寄存器 的內(nèi)容。P2 口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。P3 口： P3 口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O 口，可接收輸出4個 TTL門電流。當P3 口寫入“ 1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作 為輸入，由于外部下拉為低電平，P3 口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故

8、。P3 口也可作為AT89C5啲一些特殊功能口，如下表所示：口管腳備選功能P3.0 RXD （串行輸入口）P3.1 TXD （串行輸出口）P3.2 /INT0 （外部中斷0）P3.3 /INT1 （外部中斷1）P3.4 T0 （記時器0外部輸入）P3.5 T1 （記時器1外部輸入）P3.6 /WR （外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）P3.7 /RD （外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）P3 口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。RST復位輸入。當振蕩器復位器件時，要保持 RST腳兩個機器周期的高電平時 間。ALE/PROG當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的 地位字節(jié)。在FLASH編程期間

9、，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時， ALE端以不 變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當用作外部數(shù)據(jù)存儲器 時， 將跳過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時，ALE 只有在執(zhí)行MOV，MOV指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果 微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個 機器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的 /PSEN信 號將不出現(xiàn)。EA/VPP當/EA保持低電平時，則

10、在此期間外部程序存儲（OOOOH-FFFFH, 不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式1時，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET當 /EA端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。在 FLASH編程期間，此引腳也用于 施加12V編程電源（VPP。P12P13P14P15P16P17 RESET RXD TXD INTOTTLFTi 唱RST直2、上電按鈕復位電路本設計采用上電按鈕復位電路：首先經(jīng)過上電復位，當按下按鍵時，接與VCC相連，為高電平形成復位，同時電解電容被電路放電；按鍵松開時，VCC 對電容充電，充電電流在電阻上，RST依然為高電平，仍然是復位，充電完成后， 電容相當于開路，RST為低電平，單片

11、機芯片正常工作。其中電阻R2決定了電容充電的時間，R2越大則充電時間長，復位信號從 VCC回落到0V的時間也長。3、晶振電路O1IIhX丄rII11:3OP1 1Y112M芒2|一1II5OP本設計晶振電路采用12M的晶振。晶振的作用是給單片機正常工作提供穩(wěn)定 的時鐘信號。單片機的晶振并不是只能用 12M只要不超過20M就行，在準許的 范圍內(nèi)，晶振越大，單片機運行越快，還有用12M的就是好算時間，因為一個機 器周期為1/12時鐘周期，所以這樣用12M的話，一個時鐘周期為12us,那么定 此文檔僅供學習和交流時器計一次數(shù)就是1us 了，電容范圍在20-40pF之間，這里連接的是30pF的電 容。

12、機器周期=10*晶振周期=12*系統(tǒng)時鐘周期4.下載端口TOINTOHSTT1設計用到的STC89C52單片機芯片的ISP下載線是通過單片機的TXD RXD引腳把程序燒進去的。管腳TXD和 RXD用于異步串行通信。其實STC89C5洋片機的ISP下載線就是一個max232芯片連接STC和計算機的串行通信口。計算機 把程序從九針串口送到 max232芯片，電平轉(zhuǎn)換后送進單片機的串行口，也就是TXD和 RXD然后單片機的串行模塊把數(shù)據(jù)送到程序區(qū)。5、顯示電路就時鐘而言，通?？刹捎靡壕э@示或數(shù)碼管顯示。由于一般的段式液晶 屏，需要專門的驅(qū)動電路，而且液晶顯示作為一種被動顯示，可視性相對較 差；對于具

13、有驅(qū)動電路和微處理器接口的液晶顯示模塊（字符或點陣），一般多采用并行接口，對微處理器的接口要求較高，占用資源多。另外,89C2051 本身無專門的液晶驅(qū)動接口，因此，本時鐘采用數(shù)碼管顯示方式。數(shù)碼管作 為一種主動顯示器件，具有亮度高、價格便宜等優(yōu)點，而且市場上也有專門 的時鐘顯示組合數(shù)碼管。對于實時時鐘而言，顯示顯然是另一個重要的環(huán)節(jié)。通常LED顯示有兩種方式：動態(tài)顯示和靜態(tài)顯示。靜態(tài)顯示的優(yōu)點是程序簡單、顯示亮度有保證、單片機CPU勺開銷小，節(jié)約CPU勺工作時間。但占有I/O 口線多，每一個LED都要占有一個I/O 口， 硬件開銷大，電路復雜。需要幾個 LED就必須占有幾個并行口，比較適用于

14、 LED數(shù)量較少的場合。當然當LED數(shù)量較多的時候，可以使用單片機的串行 口通過移位寄存器的方式加以解決，但程序編寫比較麻煩。LED動態(tài)顯示硬件連接簡單，但動態(tài)掃描的顯示方式需要占有CPU較多的時間，在單片機沒有太多實時測控任務的情況下可以采用。本系統(tǒng)需要采用6位LED數(shù)碼管來分別顯示時、分、秒，因數(shù)碼管個數(shù) 較多，故本系統(tǒng)選擇動態(tài)顯示方式。&時鐘顯示校正電路本設計利用按鍵開關來校正時鐘顯示的數(shù)字。當按鈕按下時，將在相應 的端口輸入一個低電平，通過相應的程序來改變時鐘顯示。其中S1按鍵開關用來選擇要修改的數(shù)字；S2按鍵用來增加所選數(shù)字的數(shù)值；S3按鍵用來 減少所選數(shù)字的數(shù)值。個1K左右

15、的電阻后接I/O 口，集電極C連接蜂鳴器后接地。單片機在復位后的個I/O 口是咼電平，此時二極管是截止的，編寫程序使選定的I/O為低電平，此時三極管導通，導通后蜂鳴器與電源正極連通，構(gòu)成一個工作回路， 從而發(fā)出滴滴的響聲。其中電阻R1在電路里起分壓限流的作用，PNP三極管 起到模擬開關的作用。8、外接電源電路制電路的導通與斷開，當開關閉合時，電路導通，夕卜部電源給電路正常供電, 電子時鐘正常工作。當開關斷開時，電路停止工作。9、總電路原理圖(五)軟件部分根據(jù)上述電子時鐘的工作流程，軟件設計可分為以下幾個功能模塊：(1) 主程序模塊。主程序主要用于系統(tǒng)初始化：設置計時緩沖區(qū)的位 置及初值，設置8

16、155的工作方式、定時器的工作方式和計數(shù)初值等參數(shù)。 主程序流程如下圖所示。定義堆棧區(qū)8155、TO、數(shù)據(jù)緩沖區(qū)、標志位初始化主程序流程圖(2) 計時模塊。即定時器0中斷子程序，完成刷新計時緩沖區(qū)的功能。系統(tǒng)使用6MHZ勺晶振，假設定時器0工作在方式1,則定時器的最大定 時時間為65.536ms,這個值遠遠小于1s。因此本系統(tǒng)采用定時器與軟件循 環(huán)相結(jié)合的定時方法。設定時器 0工作在方式1,每隔50ms溢出中斷一次， 則循環(huán)中斷20次延時時間是1s，上述過程重復60次為1分，分計時60次 為1小時，小時計時24次則時間重新回到00: 00: 00。因定時器0工作在方式1，則50ms定時對應的定

17、時器初值為：65536 50ms/2us=40536=9E58H 即卩 TH0=9EH TH0=58H但應當指出：CPU從響應T0中斷到完成定時器初值重裝這段時間， 定時 器T0并不停止工作，而是繼續(xù)計數(shù)。因此，為了確保 T0能準確定時50ms 重裝的定時器初值必須加以修正， 修正的定時器初值必須考慮到從原定時器 初值中扣除計數(shù)器多計的脈沖個數(shù)。由于定時器計數(shù)脈沖的周期恰好和機器 周期吻合，因此修正量等于CPU從響應中斷到重裝完TL0為止所用的機器周 期數(shù)。CPU響應中斷通常要38個機器周期。經(jīng)過測試，定時器 0重裝的計 數(shù)初值設為9E5FH9E67H可以滿足精度要求。另外，MCS-51單片機

18、只有二 進制加法指令，而時間是按十進制遞增，因此用加法指令后必須進行二-十進制轉(zhuǎn)換。計時模塊流程圖如下圖所示。(3) 時間設置模塊。該模塊由鍵盤輸入相應的數(shù)據(jù)來設置當前時間。程序通過調(diào)用一個鍵盤設置子程序通過鍵盤掃描將鍵入的6位時間值送入顯示緩沖區(qū)。設置時間后，時鐘要從這個時間開始計時，而時分秒單元各占一個字節(jié)， 鍵盤占6個字節(jié)。因此程序中要調(diào)用一個合字子程序?qū)@示緩沖區(qū)中的 6位 BCD碼合并為3位壓縮BCD碼，并送入計時緩沖區(qū)，作為當前計時起始時間。該程序同時要檢測輸入時間值的合法性，若鍵盤輸入的小時值大于23,分、秒值大于59,則不合法，將取消本次設置，清零重新開始計時。時間設置和鍵盤設

19、置子程序的流程圖如下圖所示。時間設置流程圖保護現(xiàn)場-顯示緩沖區(qū)首地址送 R0鍵盤輸入次數(shù)送R7調(diào)用鍵盤掃描程序 KEYScAn鍵號送R0顯示緩沖區(qū)地址加 1循環(huán)次數(shù)減1否是恢復現(xiàn)場鍵盤設置子程序流程圖(4) 顯示模塊。該模塊完成時分秒6位LED的動態(tài)顯示。因為顯示為6 位，二計時是3個字節(jié)單元，為此，必須將3字節(jié)計時緩沖區(qū)中的時分秒壓 縮BCD碼拆分為6字節(jié)BCD碼，并送入顯示緩沖區(qū)中。當按下調(diào)整時間鍵后，在6位設置完成之前，這6個LED應該顯示鍵人 的數(shù)據(jù)，不顯示當前的時間。為此，我們設置了一個計時顯示允許標志位 F0, 在時間設置期間F0=1，不調(diào)用刷新顯示緩沖區(qū)的子程序。顯示程序流程圖如

20、下圖所示。返回顯示程序流程圖返回鍵盤掃描程序流程圖 程序：ORG 0000HAJMP MAINORG 000BHAJMP TIMEORG 0300HMAIN:mov 20h,#00hMOV 21H,#00HMOV 22H,#00HMOV 23H,#00HMOV IP,#02H ;IP,IE 初始化MOV IE,#82HMOV TMOD,#01H設定定時器工作方式？MOV TL0,#0B0HMOV TH0,#3CHSETB TR0 ;啟動定時?MOV SP,#40H ;重設堆棧指針NEXT: LCALL DISP ;調(diào)用顯示子程序？LCALL KEY ;調(diào)用按鍵檢測子程序JZ NEXT;LCAL

21、L ANKEY調(diào)用按鍵處理子程序SJMP NEXT重新循環(huán)NOPNOPNOP;定時中斷處理程序：TIME: PUSH ACC ;保護現(xiàn)場PUSH PSWMOV TL0,#0B4H賦定時初值MOV TH0,#3CHINC 20H ;MOV A,20HCJNE A,#20,RETI1MOV 20H,#00H ; 一秒鐘時間到MOV A,21HADD A,#01HDA AMOV 21H,ACJNE A,#60H,RETI1MOV 21H,#00H 一分鐘時間到MOV A,22HADD A,#01HDA AMOV 22H,ACJNE A,#60H,RETI1MOV 22H,#00H ; 一小時時間到M

22、OV A,23HADD A,#01HDA AMOV 23H,ACJNE A,#24H,RETI1MOV 23H,#00H 到時間達到24小時,清零.RETI1: POP PSW ;恢復現(xiàn)場POP ACCRETI ;中斷返回？NOPNOP；顯示子程序DISP: ANL 2FH,#10H ;處理小數(shù)點MOV A,21H ;處理秒 21H->2DH,2EHANL A,#0FHORL A,2FHMOV 2FH,AMOV A,21HANL A,#0F0HSWAP AMOV 2EH,AANL 2DH,#10HMOV A,22H ;處理分鐘 22H->2CH,2DHANL A,#0FHORL A

23、,2DHMOV 2DH,AMOV A,22HANL A,#0F0HSWAP AMOV 2CH,AANL 2BH,#10HMOV A,23H ;處理小時 23H->2AH,2BHANL A,#0FHORL A,2BHMOV 2BH,AMOV A,23HANL A,#0F0HSWAP AMOV 2AH,AMOV R0,#2FH ;顯示偏移量MOV R3,#06HMOV DPTR,#TABLEMOV A,#0BFHLOOP1: MOV B,A ;MOV P2,aMOV A,R0MOVC A,A+DPTRMOV P0,a ;送顯示MOV R2,#80H 延時DJNZ R2,$DEC R0MOV

24、A,BRR ADJNZ R3,LOOP1循環(huán)顯示RETTABLE: db 28h,7eh,0a2h,62h,74h,61h,21h ;不帶小數(shù)點DB 7ah,20h,60h,00,00,00,00,00,00DB 8H,5eH,82H,42H,54H,41H,1H,5aH ;帶小數(shù)點DB 00H,40H,00,00,00,00,00,00NOPNOP;按鍵判斷程序KEY: MOV P3,#0FFH ;MOV A,P3CPL AANL A,#3CHJZ RETX ;無鍵按下則返回LCALL DISP ;LCALL DISPMOV A,P3CPL AANL A,#3CHJZ RETX ;鍵盤去抖動

25、。MOV R6,A ;將鍵值存入R6bLOOP2: LCALL DISP ;MOV A,P3CPL AANL A,#3CHJNZ LOOP2等待鍵釋放MOV A,R6RETX: RETNOPNOP;按鍵處理子程序ANKEY: CLR EA 關中斷LX: MOV A,R6JB ACC.2,L1 ;是功能鍵轉(zhuǎn)L1JB ACC.3,L2 ;是確認鍵轉(zhuǎn)L2JB ACC.4,L3 ;是減 1 鍵轉(zhuǎn) L3JNB ACC.5,L12 ;不是增 1 鍵，轉(zhuǎn) L12JB 2BH.4,L6 ;判斷使哪一位（時、分、秒）的值加 1JB 2DH.4 丄8JB 2FH.4,L9L12: LCALL DISPLCALL DISPLCALL KEY ;判斷有無鍵按下。JZ L12LJMP LXL2: MOV 25H,#00H ;確認鍵處理程序CLR 2BH.4CLR 2DH.4CLR 2FH.4SETB EARETL3: JB 2BH.4,L61 ; 增一鍵處理程序JB 2DH.4,L81JB 2FH.4,L91AJMP L12L1: MOV A,25H ;功能鍵處理程序JZ