郑州学院
单片机课程设计说明书
题目： 单片机电子时钟设计
姓 名： 院 系： 机电工程学院 专业班级：电气工程及其自动化三班 学 号： 1002120324 指导老师：
成 绩：
时间：2012年11月20日－－－2013年1月5日
郑州学院
单片机课程设计任务书
题目： 单片机电子时钟设计
专 业：
电气工程及其自动化
姓 名： 班 级： 电气工程三班 学 号： 1002120324
完 成 日 期 ：2013年1月4日 指导老师签名： 课程负责人签名： 2012年11月21日
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目 录
第1章 引 言„„„„„„„„„„„„„„„„„3 第2章 设计概论„„„„„„„„„„„„„„„„4 2.1 设计内容及设计思想…………………………………‥4
2.2 MCS-51单片机系统简介……………………………… 4 2.3 MCS-51内部定时器\\计数器、中断系统简介…………5 2.4 键盘和LED数码管显示器介绍…………………………5
第3章 总体设计„„„„„„„„„„„„„„„„7
3.1设计目的……………………………………………………7 3.2设计要求……………………………………………………7 3.3设计基本原理………………………………………………7
第4章 系统设计„„„„„„„„„„„„„„„„8
4.1 硬件设计…………………………………………………8 4．2 系统软件程序的设计……………………………………9
第5章 仿真与调试„„„„„„„„„„„„„„„15
5.1 程序调试…………………………………………………15 5.2 程序仿真…………………………………………………17
第6章 设计与总结„„„„„„„„„„„„„„„17
6.1 总结与感想………………………………………………17 6.2 功能介绍…………………………………………………18
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第1章 引 言
单片机自20世纪70年代问世以来，以其极高的性能价格比，受到人们的重视和关注，应用很广、发展很快。单片机体积小、重量轻、抗干扰能力强、环境要求不高、价格低廉、可靠性高、灵活性好、开发较为容易。由于具有上述优点，在我国，单片机已广泛地应用在工业自动化控制、自动检测、智能仪器仪表、家用电器、电力电子、机电一体化设备等各个方面，而51单片机是各单片机中最为典型和最有代表性的一种。这次毕业设计通过对它的学习、应用，以AT89S51芯片为核心，辅以必要的电路，设计了一个简易的电子时钟，它由4.5V直流电源供电，通过数码管能够准确显示时间，调整时间，从而到达学习、设计、开发软、硬件的能力。
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。
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。
本文主要介绍用单片机内部的定时/计数器来实现电子时钟的方法，本设计由单片机AT89S51芯片和LED数码管为核心，辅以必要的电路，构成了一个单片机电子时钟。
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第2章 设计概论
2.1 设计内容及设计思想
该课程设计是利用MCS-51单片机内部的定时／计数器、中断系统、以及行列键盘和LED显示器等部件，设计一个单片机电子时钟。设计的电子时钟通过数码管显示，并能通过按键实现设置时间和暂停、启动控制等。
用定时／计数器T0，工作于定时，采用方式1，对12MHZ的系统时钟进行定时计数，初值设为XXYY（自己计算）。形成定时时间为50ms。用片内RAM的7BH单元对50ms计数，计20次产生秒计数器78H单元加1，秒计数器加到60则分计数器79H单元加1，分计数器加到60则时计数器7AH单元加1，时计数器加到24则时计数器清0。然后把秒、分、时计数器分成十位和个位放到8个数码管的显示缓冲区，通过数码管显示出来。显示格式为小时十位、小时个位---分十位、分个位---秒十位、秒个位。在处理过程中加上了按键判断程序，能对按键处理。
2.2 MCS-51单片机系统简介
单片机应用系统由硬件系统和软件系统两部分组成。硬件系统是指单片机以及扩展
的存储器、I\\O接口、外围扩展的功能芯片以及接口电路。软件系统包括监控程序和各种应用程序。
在单片机应用系统中，单片机是整个系统的核心，对整个系统的信息输入、处理、信息输出进行控制。与单片机配套的有相应的复位电路、时钟电路以及扩展的存储器和I\\O接口，使单片机应用系统能够运行。
在一个单片机应用系统中，往往都会输入信息和显示信息，这就涉及键盘和显示器。在单片机应用系统中，一般都根据系统的要求配置相应的键盘和显示器。配置键盘和显示器一般都没有统一的规定，有的系统功能复杂，需输入的信息和显示的信息量大，配置的键盘和显示器功能相对强大，而有些系统输入/输出的信息少，这时可能用几个按键和几个LED指示灯就可以进行处理了。在单片机应用系统在中配置的键盘可以是独立键盘，也可能是矩阵键盘。显示器可以是LED指示灯，也可以是LED数码管，也可以是LCD
显示器，还可以使用CRT显示器。单片机应用系统中键盘一般用的比较多的是矩阵键盘，显示器用
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的比较多的是LED数码管还LCD显示器。
2.3 MCS-51内部定时器\\计数器、中断系统简介
2.3.1定时器\\计数器
MCS-51系列中51子系列有两个16位的可编程定时\\计数器可：定时\\计数器T0和
定时\\计数器T1。它由加法计数器、方式寄存器TMOD、控制寄存器TCON等组成。方式寄存器用于设定定时计数器T0和T1的工作方式，控制寄存器用于对定时计数器启动、停止进行控制。
每个定时计数器既可以对系统时钟计数实现定时，也可以外部信号计数实现计数功能通过编程设定来实现。
每个定时计数器都有多种工作方式，其中T0有四种工作方式，T1有三种工作方式，T2有三种工作方式。通过编程可设定工作于某种方式。四种工作方式为：13位定时\\计数器、16位定时\\计数器、8位自动重置定时\\计数器、两个8位定时\\计数器（只有T0有）
每一个定时计数器定时计数时间到时产生溢出，使相应的溢出位置位，溢出可通过查询或中断方式处理。
2.3.2中断系统:
MCS-51单片机提供5个硬件中断源，2个外部中断源，2个定时计数器T0和T1的溢出中断TF0和TF1，1个串行口发送TI和接收RI中断。
MCS-51单片机中没有专门的开中断和关中断指令，对各个中断源的允许和屏蔽是由内部的中断允许寄存器IE的各位来控制的。中断允许寄存器IE的字节地址为A8H，可以进行位寻址。系统复位时，中断允许寄存器IE的内容为00H，如果要开放某个中断源，则必须使IE中的总控置位和对应的中断允许位置“1”。
MCS-51单片机有5个中断源，为了处理方便，每个中断源有两级控制，高优先级和低优先级。通过由内部的中断优先级寄存器IP来设置，中断优先级寄存器IP的字节地址为B8H，可以进行位寻址。如果某位被置“1”，则对应的中断源被设为高优先级；如果某位被清零，则对应的中断源被设为低优先级。对于同级中断源，系统有默认的优先权顺序，从高到低优先权顺序为外部中断0、定时计数器T0中断、外部中断1、定时计数器T1中断、串行口中断。通过设置中断优先级寄存器IP能够改变系统默认的优先级顺序。
MCS-51单片机响应中断的条件为：中断源有请求且中断允许。
2.4 键盘和LED数码管显示器简介
2.4.1键盘
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键盘是单片机应用系统中最常用的输入设备，在单片机应用系统中，操作人员一般都是通过键盘向单片机系统输入指令、地址和数据，实现简单的人机通信。键盘实际上是一组按键开关的集合，平时按键开关总是处于断开状态，当按下键时它才闭合。键盘的结构形式一般有两种：独立式键盘和矩阵式键盘。矩阵式键盘的工作方式有3种：查询工作方式、定时扫描工作方式和中断工作方式。 2.4.2 LED数码管显示器
在单片机应用系统中，经常用到LED数码管作为显示输出设备，LED数码管显示器虽然显示信息简单，但它具有显示清晰、亮度高、使用电压低、寿命长、与单片机接口方便等特点，基本上能够满足单片机应用系统的需要，所以在单片机应用系统中经常用到。LED数码管显示器是由发光二极管按一定的结构组合起来的显示器件。在单片机应用系统中通常使用的是8段式LED数码管显示器，它有共阴极和共阳极两种。所谓译码方式是指由显示字符转换得到对应的字段码的方式。对于LED数码管显示器，通常的译码方式有两种：硬件译码方式和软件译码方式。LED数码管在显示时，通常有两种显示方式：静态显示方式和动态显示方式。在使用时可以把它们组合起来。在实际应用时，如果数码管个数较少，通常用硬件译码静态显示，在数码管个数较多时，则通常用软件译码动态显示。
2.4.3 基本概述
软时钟是利用单片机内部的定时器\\计数器来实现的，它的处理过程如下：首先设定单片机内部的一个定时器\\计数器工作于定时方式，对机器周期计数形成基准时间，然后用另一个定时器\\计数器或软件计数的方法对基准时间计数形成秒，秒计60次形成分，分计60次形成小时，小时计24次则计满一天。然后通过数码管把它们的内容在相应位置显示出来即可。
数码管显示可以采用静态显示方法或动态显示方法。静态显示方法需要数据锁存器等硬件，接口复杂，时钟显示一般用6个或8个数码管。由于系统没有其他的复杂的任务处理，而且显示的时钟信息随时都可能变化，一般采用动态显示方式。动态显示方法线路相对简单，但需动态扫描，扫描频率要大于人眼视觉暂留频率，信息看起来才稳定。译码方式可分为软件译码和硬件译码，软件译码通过译码程序查得显示信息的字段码；硬件译码通过硬件译码器得到显示信息的字段码，实际中通常采用软件译码。
在具体处理时，定时器计数器采用中断方式工作，对时钟的形成在中断服务程序中实现。在主程序中只需对定时器计数器初始化、调用显示子程序和控制子程序。另外，为了使用方便，设计了简单的按键，可以通过按键实现时、分的调整，这样在主程序中
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就加入了键盘设置子程序。
第三章 总体设计
3.1实验目的
1学习8051定时器时间计时处理、按键扫描及LED数码管显示的设计方法。 2利用实验仪器， 设计数字时钟
3.2实验要求
1. 在数码管上显示当前时间。显示格式“时时分分秒秒” 2. 由LED闪动做秒显示。
3.3实验基本原理
利用单片机定时器完成计时功能，定时器0计时中断程序每隔0.01s中断一次并当作一个计数，设定定时1秒的中断计数初值为100，每中断一次中断计数初值减1，当减到0时，则表示1s到了，秒变量加1，同理再判断是否1min钟到了，再判断是否1h到了。
为了将时间在LED数码管上显示，可采用静态显示法和动态显示法，由于静态显示法需要译码器，数据锁存器等较多硬件，可采用动态显示法实现LED显示，通过对每位数码管的依次扫描，使对应数码管亮，同时向该数码管送对应的字码，使其显示数字。由于数码管扫描周期很短，由于人眼的视觉暂留效应，使数码管看起来总是亮的，从而实现了各种显示。
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第4章 系统设计
4.1硬件设计
利用单片机（80C52）制作简易的电子时钟，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。
从上往下依次为第一个按钮，第二个按钮，第三个按钮。第一个按钮为模式选择键，按第一次暂停，设小时；按第二次暂停，设分钟；按第三次，重新开始走动。
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4.2 系统软件程序的设计
电子时钟的软件系统由主程序和子程序组成，主程序程序包含初始化参数设置、按键处理、数码管显示模块等，
4.2.1 主程序
主程序执行流程如图1，主程序先对显示单元和定时器/计数器初始化，然后重复调用数码管显示模块和按键处理模块，当有键按下，则转入相应的功能程序。
4.2.2数码管显示模块
本系统共用8个数码管，从右到左依次显示秒个位、秒十位、横线、分个位、分十位横线、时个位和时十位。采用软件译码动态显示。
4.2.3．定时器/计数器T0中断服务程序
定时器/计数器T0用于时间计时。选择方式1，重复定时，定时时间设为50ms，定时时间到则中断，在中断服务程序中用一个计数器对50ms计数，计20次则对秒单元加1，秒单元加到60则对分单元加1，同时秒单元清0；分单元加到60则对时单元加1，同时分单元清0；时单元加到24则对时单元清0，标志一天时间计满。在对各单元计数的同时，把它们的值放到存储单元的指定位置。定时器/计数器T0中断服务程序流程图如图2。
否 允许T0中断 调用显示子程序 按下键否？ 是 进入功能程序 显示单元清零 T0、T1设为16位计数模式 开始
图1 主程序流程图 、
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开始
中断返回 时单元清0 是 否 否 否 否 现场保护，重置初值 启动下一个50ms 50ms 计数器加1 50ms 计数器=20？ 是 秒单元加1，50ms计数器清0，秒写入秒个位和秒十位 秒单元=60？ 是 分单元加1，秒单元清0，分写入分个位和分十位 分单元=60？ 是 时单元加1，分单元清0，时写入时个位和时十位 时单元=24？
图2 定时器/计数器T0中断服务程序流程图
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4.2.4 按键处理模块
按键处理设置为：如没有按键，则时钟正常走时。当按下K0按键时，进入调分状态，时钟停止走动；按K1可K2按键可进行加1或减1操作；继续按K0键可分别进行分和小时的调整；最后按K0键将退出调整状态，时钟开始计时运行。
4.2.5 汇编语言源程序清单.
；采用8位LED软件译码动态显示程序
；使用AT89C51单片机，12MHZ晶振，P0输出字段码，P2口输出位选码，用共阳 ；LED数码管，P1.0为调时位选择按键，P1.1为加1键，P1.2为减1键。 ；片内RAM的70H到77H单元为LED数码管的显示缓冲区 ；78H，79H，7AH分别为秒、分、小时计数单元 ；7BH为50ms计数器，7CH为调时按键计数器
ORG 0000H LJMP START
ORG 000BH ；定时器/计数器T0中断程序入口 LJMP INTT0
；主程序
START：MOV R0，#70H MOV R7，#0CH INIT： MOV @R0，#00H INC R0
DJNZ R7，INIT MOV 72H，#10 MOV 75H，#10 MOV TMOD，#01H MOV TL0，#0B0H MOV TH0，#03CH SETB EA SETB ET0 SETB TR0 START1：LCALL SCAN LCALL KEYSCAN SJMP START1 ；延时1MS子程序 DL1MS：MOV R6，#14H
DL1：MOV R7，#19H DL2：DJNZ R7，DL2 DJNZ R6，DL1 RET
；延时20MS子程序 DL20MS：ACALL SCAN
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ACALL SCAN
ACALL SCAN RET
；数码管显示程序
SCAN： MOV A，78H ；时间存入显示缓冲区相应位置 MOV B，#0AH DIV AB MOV 71H，A MOV 70H，B MOV A，79H
MOV B，#0AH DIV AB MOV 74H，A MOV 73H，B
MOV A，7AH
MOV B，#0AH DIV AB MOV 77H，A
MOV 76H，B
MOV R1，#70H ；循环扫描显示 MOV R5，#80H MOV R3，#08H SCAN1：MOV A，R5 MOV P2，A MOV A，@R1 MOV DPTR，#TAB MOVC A，@A+DPTR MOV P0，A MOV A，R5 LCALL DL1MS INC R1 MOV A，R5 RR A
MOV R5，A
DJNZ R3，SCAN1 MOV P2，#00H MOV P0，#0FFH RET
TAB：DB 0C0H，0F9H，0A4H，0B0H，99H，92H，82H，0F8H，80H，90H，0BFH ；“0~9”，“-”的共阳极字段码
；定时器/计数器T0中断服务程序 INTT0： PUSH ACC PUSH PSW
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CLR ET0
CLR TR0
MOV TL0，#0B0H MOV TH0，#03CH SETB TR0 INC 7BH MOV A，7BH
CJNE A，#14H，OUTT0 MOV 7BH，#00 INC 78H
MOV A，78H
CJNE A，#3CH，OUTT0 MOV 78H，#00
INC 79H MOV A，79H
CJNE A，#3CH，OUTT0 MOV 79H，#00
INC 7AH MOV A，7AH
CJNE A，#18H，OUTT0 MOV 7AH，#00 OUTT0：
SETB ET0 POP PSW POP ACC
RETI ；按键处理程序 KEYSCAN：CLR EA
JNB P1.0，KEYSCAN0 JNB P1.1，KEYSCAN1 JNB P1.2，KEYSCAN2 KEYOUT：SETB EA
RET
KEYSCAN0：LCALL DL20MS
JB P1.0，KEYOUT
WAIT0：JNB P1.0，WAIT0 INC 7CH MOV A，7CH CLR ET0 CLR TR0
CJNE A，#03H，KEYOUT MOV 7CH，#00 SETB ET0 SETB TR0
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SJMP KEYOUT
KEYSCAN1：LCALL DL20MS
JB P1.1，KEYOUT
WAIT1：JNB P1.1，WAIT1 MOV A，7CH
CJNE A，#02H，KSCAN11 INC 79H
MOV A，79H
CJNE A，#3CH，KEYOUT
MOV 79H，#00
SJMP KEYOUT
KSCAN11：INC 7AH
MOV A，7AH
CJNE A，#18H，KEYOUT
MOV 7AH，#00
SJMP KEYOUT
KEYSCAN2：LCALL DL20MS
JB P1.2，KEYOUT
WAIT2：JNB P1.2，WAIT2 MOV A，7CH
CJNE A，#02H，KSCAN21 DEC 79H
MOV A，79H
CJNE A，#0FFH，KEYOUT
MOV 79H，#3BH
SJMP KEYOUT
KSCAN21：DEC 7AH
MOV A，7AH
CJNE A，#0FFH，KEYOUT
MOV 7AH，#17H
SJMP KEYOUT END
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第5章 仿真与调试
5.1 程序调试
本程序通过Keil单片机开发平台实现程序的编译，链接，生成HEX文件。程序再编译过程中可以发现错位，并及时改正，在设计时非常重要，使错误被扼杀在摇篮中。
通过Keil和硬件仿真平台Proteus的联合，可以将设计效果仿真出来，根据效果，有目的的改变设计，优化程序。
5.1.2 利用Keil软件实验过程截图：
a创建一个工程和新建一个文件并写入程序
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b编译写入的程序，看是否有误，若有错误，将其纠正
c汇编程序，并生成HEX文件
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5.2程序仿真
利用Proteus仿真试验过程截图
普通时间显示模式仿真图，表示：14点11分25秒
最上面的一个按钮为K0,中间的一个按钮为K1,最下面的按钮为K2，（K1为加，K2为减）
第6章 设计总结
6.1 总结与感想
通过这次的课程设计，我了解了Keil C51集成环境和PROTEUS仿真软件的使用，用此软件练习电子时钟的设计，不仅能够掌握此软件的使用方法，而且复习了原来的汇编语言，对电子时钟的原理和电子时钟的汇编程序有了更进一步的理解。仿真实现了把抽象的东西具体化，把理论和实际结合起来，更利于对单片机程序的理解掌握。并且，在这次的课程设计中，我知道了，要自己熟练地掌握一个软件，不能光看老师的演示过程，得自己去学习这个软件，明白每一个步骤的确切含
义，自己逐步的亲手去进行演示，这样才能变成自己的知识来熟练应用。
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6.2功能介绍
本设计能够很准确的走时，并能够通过硬件对时钟进行时间调整。
6.2.1显示XX：XX：XX时间
时间可调：点击运行按钮，始终显示示数并开始运行；点击一下K0,时钟暂停，此时可以调整小时，K1为加，K2为减；再次点击K0,可以调整分钟，同样的K1为加，K2为减。。。。。
6.2.2制作心得
在这次课程设计的调试过程中，我遇到很多问题，如：编译程序是总是有很多的错误，与正确的程序一行行的比对，最后才解决这个问题。还有就是仿真的过程中没有仿真成功，然后将所有的文件从桌面移到其他的硬盘中 ，再进行调试就成功了，虽然调试成功了，但是我总感觉有那里不对。。在设计的过程中学到了很多，还增加了同学之间的友谊。。
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