用单片机实现电子钟的设计

I摘要时钟，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。数字电子钟的设计方法有多种，其中，利用单片机实现的电子钟具有编程灵活，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。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AT89S52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。与传统机械表相比，它具有走时精确,显示直观等特点。它的计时周期为24小时，显满刻度为“23时59分59秒”，另外具有校时功能等特点。该电子钟可以做到的功能：上电或按键复位后能自动显示系统提示符“P.”进入时钟准备状态2.第一次按电子钟启动/调整键，电子钟从0时0分0秒开始运行，进入时钟运行状态。再次按电子钟启动/调整键，则电子钟进入时钟调整状态，此时可利用各调整键调整时间，调整结束后可按启动/调整键再次进入时钟运行状态。通过设置的A、B、C、D四个键来调整运行，并且利用了8位LED显示时分秒。II关键词：电子钟，单片机，汇编III目录摘要...................................................Ⅰ1绪论...............................................11.1电子钟的发展史........................................11.2设计的目的与意义......................................11.3设计的基本思路与主要内容..............................22时钟系统的整体设计...................................32.1系统功能要求.........................................32.2整体方案.............................................33硬件设计与分析.......................................53.1硬件设计原理.........................................53.2各单元电路介绍........................................53.2.1AT89C51单片机介绍..................................53.2.2单片机最小应用系统..................................63.2.3显示电路...........................................73.2.4键盘及其接口........................................93.3系统原理图..........................................104软件设计.............................................124.1主程序的设计...........................................124.2键输入程序..........................................134.3显示程序............................................144.4延时程序............................................15IV4.5中断程序............................................165调试与运行...........................................205.1电路仿真............................................205.2调试和运行..........................................196结论..............................................22参考文献...............................................24致谢...................................................2311绪论1.1数字时钟的发展史电子钟有着很长的历史，从民国19年的电钟，研制始於60年代中期的国内电晶体、半导体管钟，到研制始於70年代末的石英电子钟，再到今天我们所用的智能电子钟。以前的电子钟存在着很多缺点，其外观体积庞大，在功能上有死摆、走时时间不长、走时精确度不高等缺点。如今无论是外观，还是在功能上，电子钟都有了很大的改进。虽然世界绝大多数钟表都是中国制造，但钟表对于国内市场来说只是个小行业，2003年总盘子不过才100多亿，但不是没有前景。近年来，市场在急剧膨胀。根据国外的统计数据显示，发达国家人均一生拥有手表23块，发展中国家12块，而目前中国的城镇人口人均拥有量不多于6块，空间很大。比如彩电一般是一个家庭一台，手表则是每人一块，但从销售量来看，光TCL一家公司两个月的彩电销量可以接近300万台，而我们手表每年总共才卖200多万只。所以绝对不是市场潜力不够的问题，而是我们应该如何去做的问题。1.2设计的目的与意义人类的生活包括：工作、学习、休息以及参与社会的多种实践活动，环环有条理，更加丰富多彩。应该说时钟的计时功能与人类的各种行为和活动有着密切的联系，于是时钟的作用便体现出来，生活中有许多人，因为只顾工作而忘记时间，从而耽误了重要的安排或者计划，造成不可挽回的损失，使之后悔莫及。我们要养成良好的时间观念，就需要电子钟时刻提醒我们。因此，电子钟已成为人们日常生活中必不可少，它的应用非常广泛，应用于家庭以及车站、码头、剧场、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。现在投入生产的大多是智能时钟，它的功能很全面，但价格有点昂贵，大多数学生或者经济条件较差的人，想要拥有它，都有点困难。因此，在这里设计一个较简单的电子钟，它能完成计时和校时的功能。这个时钟系统很简单，投入生2产的成本很低，因此，它的价格比较便宜，对于学生很实用。1.3设计的基本思路与主要内容设计一个电子产品，首先了解它能实现的功能，时钟系统最基本的功能就是实现计时，在这里设计的数字电子时钟，它能实现计时和校时的功能，给电子钟加上电自动计时，设计一个按键对时钟进行复位和三个按键对时间进行调整。硬件设计很简单，主要包括：单片机、按键电路、驱动显示电路，以及LED显示器四个部分。单片机选用AT89C51芯片，它无须外扩程序存储器，设计电路很简单。由于只用了四个按键，所以采用独立式按键使设计更简单。显示时、分、秒加两个分隔符，采用8位的数码管，用常用的74LS244来驱动LED数码管显示字符。简易数字时钟可实现校时和整点报时功能，该软件采用C语言来实现，主要包括主程序、键输入程序、显示程序、定时程序和中断程序等软件模块。把原程序加入原理图，做出电子钟的仿真，以秒计数并显示时、分、秒。其中秒和分为60进制，小时为24进制计数。可通过按键实现时钟复位和分、秒、时的校正。32简易数字时钟系统的整体设计2.1系统功能要求以单片机技术为核心，充分应用各种外围电路元器件，设计一个通过显示器显示时间（时、分、秒）的电子钟。要求：1、上电时，时、分、秒显示为00时、00分、00秒,并以秒为单位开始计时；2、运行状态下，按动控制按扭S-SET，对秒进行调整；3、运行状态下，按动控制按扭M-SET，对分进行调整；4、运行状态下，按动控制按扭H-SET，对小时进行调整。5、当数字时钟运行到正点时，实现自动报时功能。6、当按下T-SET键是实现小时由24进制和12进制的相互转换。2.2整体方案电子钟的电路图主要由单片机（AT89C51）、键盘电路、驱动显示电路和LED显示器四部分组成，它主要实现时钟的显示，以及对时、分、秒进行调整，即实现调时的功能。其数字钟系统整体结构如图2-1所示。图2-1电子钟系统整体结构（1）显示方案七段数码管AT89C51驱动LED显示器位选按键4方案一:静态显示就是当CPU将要显示的字或字段码送到输出口，显示器就可以显示出所要显示的字符，如果CPU不去改写它，它将一直保持下去；静态显示硬件开销大，电路复杂，信息刷新速度慢。方案二:动态显示则是一位一位地轮流点亮显示器地各个位（扫描）。对于显示器的每一位而言，每隔一段时间点亮一次；动态显示耗能较小，但编写程序较复杂。动态显示硬件连接简单，信息刷新速度快。由于本次设计是对时间进行显示，如采用静态显示，则所占用的I/O口较多，电路较复杂,所以在此选择的是方案二，采用动态显示。（2）键盘方案方案一:独立式键盘。独立式键盘的各个按键相互独立，每个按键独立地与一根数据输入线（单片机并行接口或其他芯片的并行接口）连接。独立式键盘配置灵活，软件结构简单，但每个按键必须占用一根接口线，在按键数量不多时，接口线占用多。所以，独立式按键常用于按键数量不多的场合。方案二:矩阵式键盘。矩阵式键盘采用的是行列式结构,按键设置在行列的交点上.(当接口线数量为8时,可以将4根接口线定义为行线,另4根接口线定义为列线,形成4*4键盘,可以配置16个按键。)由于本设计只用了四个按键，不需要采用矩阵式键盘，所以选用第一种方案,采用独立式键盘。（3）计时方案采用软件控制:利用单片机内部的定时/计数器进行定时，配合软件定时实现时、分、秒的计时。该方案能够使设计者，在设计的过程中容易实现，且节省硬件成本，因此本系统将采用软件方法实现计时。53硬件设计与分析3.1硬件设计原理时钟电路的核心是AT89C51单片机，其内部带有2KB的可反复擦写的只读Flash程序存储器和128bytes的随机存取数据存储器（RAM），无须外扩程序存储器。电脑时钟没有大量的运算和暂存数据，现有的128B片内RAM已能满足要求，也不必外扩片RAM。系统配备8位LED数码管显示和3个独立式按键，用P0口作为键盘接口电路，P1口和P3口作为段码和位码输出口，并在字段码输出口接74LS245芯片，用该芯片来驱动LED数码管显示。利用P0.0、P0.1和P0.2作为功能按键输入口。3.2各单元电路介绍3.2.1AT89C51单片机介绍AT89C51是一个低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含2kbytes的可反复擦写的只读Flash程序存储器和128bytes的随机存取数据存储器（RAM），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MCS－51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，所以说AT89C51是一个功能强大的单片机。AT89C51是一个低功耗高性能单片机，它有40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中断口，2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，AT89C51可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程。其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本。同时AT89C51的时钟频率可以为零，即具备可用软件设置的睡眠省电功能，系统的唤醒方式有RAM、定时/计数器、串行口和外中断口，系统唤醒后即进入继续工作状态。省电模式中，片内RAM将被冻结，时钟停止振荡，所有功能停止6工作，直至系统被硬件复位方可继续运行。3.2.2单片机最小应用系统时钟电路和复位电路是单片机最小应用系统中必不可少的。单片机时钟电路图，如图3-1