基于51单片机-的-简易电子钟设计

基于单片机的简易电子钟设计1.背景：AT89S51具有完整的输入输出、控制端口、以及内部程序存储空间。与我们通常意义上的微机原理类似，可以通过外接A/D，D/A转换电路及运放芯片实现对传感器传送信息的采集，且能够提供以点阵或LCD液晶及外接按键实现人机交互，能对内部众多I/O端口连接步进电机对外围设备进行精确操控，具有强大的工控能力。2.简介：本设计以AT89S51单片机为核心，辅以必要的电路，设计了一个简易的电子时钟，它由5V直流电源供电，通过数码管能够准确显示时间，调整时间，数字钟是采用数字电路实现对“时”、“分”、“秒”数字显示的计时装置。在这次设计中，我采用LED数码管显示时、分、秒，以24小时计时方式，根据数码管动态显示原理来进行显示，用12MHz的晶振产生振荡脉冲，定时器计数。此次设计中，电路具有显示时间的其本功能，同时还可以实现对时间的调整。特点是：小巧，价格低廉，走时精度高，使用方便，功能多，便于集成化。1.设计思路本设计通过单片机和数码管、led灯等组成，74hc573驱动6位数码管组成其显示是：小时.分钟.秒。按键功能是：小时加，分钟加，秒清零，12/24h切换。0~12h(也就是上午)时黄灯亮，12~24h（下午）时黄灯灭，12小时制时红灯亮，24小时制时红灯灭。单片机型号AT89S51系统工作过程：时间的主要处理过程是在CPU中完成的。CPU会随时对时间进行读取数据的操作。在读取了相应的寄存器的值后，CPU将读取的值进行处理，再通过I/O口把数据显示在数码管上。2.单元电路1控制器模块采用51系列作为系统控制器，单片机算术运算功能强，软件编程灵活、自由度大，可用软件编程实现各种算法和逻辑控制。由于其功耗低、体积较小、技术成熟和成本低等优点，在各个领域应用广泛。而且抗干扰性能好。2计时模块数字时钟是本设计的最主要的部分。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。3显示模块采用LED数码管，显示用LED数码管。虽然显示的内容有限，但是也可以显示数字和几个英文字母，在此设计中已经足够了，并且价格比液晶字符式要低的多，为了降低设计制作的成本，在此设计中我们选用LED数码管显示。3.系统硬件介绍本设计采用AT89S51单片机作为主控制器，外部加上74HC573驱动数码管。系统总体框图如下：图1系统总体框图所用器件：1.7*9万用板2.0.36四位一体共阴数码管3.0.36两位一体共阴数码管4.2.2k电阻*25.74HC5736.20脚座7.40脚座8.AT87S51单片机9.红色5mmLED10.黄色5mmLED单片机电源模块晶振电路数码管驱动模块按键模块复位电路指示灯模块11.103排阻12.10k电阻13.10uf电容14.30pf电容*215.12M晶振16.按键*417.自锁开关18.DC电源接口19.导线若干20.焊锡若干21.usb电源线或电池盒+DC电源插头总花费15元3.1AT89S51单片机（1）简介AT89S51是一个低功耗，高性能CMOS8位单片机，片内含4kBytesISP(In-systemprogrammable)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISPFlash存储单元，AT89S51在众多嵌入式控制应用系统中得到广泛应用。（2）主要要性能参数1、4kBytesFlash片内程序存储器；2、128bytes的随机存取数据存储器（RAM）；3、32个外部双向输入/输出（I/O）口；4、2个中断优先级、2层中断嵌套中断；5、5个中断源；6、2个16位可编程定时器/计数器；7、1个全双工串行通信口；8、看门狗（WDT）电路；9、片内振荡器和时钟电路；10、与MCS-51兼容；11、全静态工作：0Hz-33MHz；12、三级程序存储器保密锁定；13、可编程串行通道；14、低功耗的闲置和掉电模式（3）管脚说明VCC：电源电压输入端。GND：电源地。P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的低八位。在FIASH编程时，P0口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为低八位地址接收。P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。P3口除了作为普通I/O口，还有第二功能：P3.0RXD（串行输入口）P3.1TXD（串行输出口）P3.2/INT0（外部中断0）P3.3/INT1（外部中断1）P3.4T0（T0定时器的外部计数输入）P3.5T1（T1定时器的外部计数输入）P3.6/WR（外部数据存储器的写选通）P3.7/RD（外部数据存储器的读选通）P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。I/O口作为输入口时有两种工作方式，即所谓的读端口与读引脚。读端口时实际上并不从外部读入数据，而是把端口锁存器的内容读入到内部总线，经过某种运算或变换后再写回到端口锁存器。只有读端口时才真正地把外部的数据读入到内部总线。89C51的P0、P1、P2、P3口作为输入时都是准双向口。除了P1口外P0、P2、P3口都还有其他的功能。RST：复位输入端，高电平有效。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。ALE/PROG：地址锁存允许/编程脉冲信号端。当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的低位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时，ALE只有在执行MOVX，MOVC指令时ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。PSEN：外部程序存储器的选通信号，低电平有效。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。EA/VPP：外部程序存储器访问允许。当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。XTAL1：片内振荡器反相放大器和时钟发生器的输入端。XTAL2：片内振荡器反相放大器的输出端。图2AT89S51单片机引脚图图3P3口第二功能（4）89S51单片机的中断系统以下内容是对89S51单片机的中断系统的介绍。1中断：程序执行过程中，允许外部或内部事件通过硬件打断程序的执行，使其转向为处理内部事件的中断服务程序中去；完成中断服务的程序后，CPU继续原来被打断的程序，这样的过程称为中断过程。2中断源：能产生中断的外部和内部事件。端口引脚功能特征P3.0串行输入口（RXD）P3.1串行输出口(TXD)P3.2外中断0(INT0)P3.3外中断1(INT1)P3.4定时/计数器0的外部输入口(T0)P3.5定时/计数器1的外部输入口(T1)P3.6外部数据存储器写选通(WR)P3.7外部数据存储器读选通(RD)89S51有5个中断源：(1)INT0：外部中断0请求，低电平有效。通过P3.2引脚输入。(2)INT1：外部中断1请求，低电平有效。通过P3.3引脚输入。(3)T0：定时器/计数器0溢出中断请求。(4)TI：定时器/计数器1溢出中断请求。(5)TXD/RXD：串行口中断请求。当串行口完成一帧数据的发送或接收时，便请求中断。每一个中断源都对应一个中断请求标志位，它们设置在特殊功能寄存器TCON和SCON中。当这些中断源请求中断时，相应的标志分别有TCON和SCON中的相应位来锁存。389S51中断系统有以下4个特殊功能寄存器：（1）定时器控制寄存器TCON（用6位）；（2）串行口控制寄存器SCON（用2位）；（3）中断允许寄存器IE；（4）中断优先级寄存器IP。其中，TCON和SCON只有一部分用于中断控制。通过对以上各特殊功能寄存器的各位进行置位或复位等操作，可实现各种中断控制功能。4中断的响应过程及中断矢量地址中断处理过程可分为3个阶段：中断响应、中断处理和中断返回。89C51的CPU在每个机器周期的S5P2期间顺序采样每个中断源，CPU在下一个机器周期S6期间按优先级顺序查询中断标志。如查询到某个中断标志为1，则将在接下来的机器周期S1期间按优先级进行中断处理。中断系统通过硬件自动将相应的中断矢量地址装入PC，以便进入相应的中断服务程序。表2既是各个中断源对应的中断矢量地址。由于89S51系列单片机的两个相邻的中断源中断服务程序入口地址相距只有八个单元，一般的中断服务程序是容纳不下的，通常是在相应的中断服务程序入口地址中放一条常跳转指令LJMP，这样就可以转到64KB任何可用区域了。中断服务程序从矢量地址开始执行，一直到返回指令RETI为止。RETI指令的操作一方面告诉中断系统该中断服务程序已执行完毕，另一方面把原来压入堆栈保护断点地址从栈顶弹出，装入程序寄存器PC，使程序返回到被中断的程序断点处继续执行。中断源中断矢量地址外部中断0（）0003H定时器/计数器0（T0）000BH外部中断1（）0013H定时器/计数器1（T1）001BH串行口中断（RI、TI）0023H图4中断源及其对应的矢量地址图6中断响应和处理图5中断响应和处理过程3.2数码管驱动模块数码管是一种把多个LED显示段集成在一起的显示设备。有两种类型，一种是共阳型，一种是共阴型。本设计采用共阴数码管，显示方式为动态显示，利用数码管的dp点将小时、分钟和秒分隔。共阴极数码管是一类数字形式的显示屏，通过对其不同的管脚输入相对的电流，会使其发亮，从而显示出数字能够显示时间、日期、温度等所有可用数字表示的参数。由于它的价格便宜、使用简单、在电器，特别是家电领域应用极为广泛。对于共阴极数码管来说，当某个发光二极管的阳极为高电平时，发光二极管点亮，相应的段被显示。同样，共阳极数码管的阳极连接在一起，公共阳极接+5V，当某个发光二极管的阴极接低电平时，该