基于51單片機(jī)的電子時鐘設(shè)計

1、基于51單片機(jī)的電子時鐘設(shè)計摘 要：本文介紹了基于51單片機(jī)的電子時鐘的設(shè)計，從硬件和軟件兩個方面給出了具體實現(xiàn)過程。該時鐘的設(shè)計采用功能分塊的思想方法，將硬件電路劃分為開關(guān)電路，顯示驅(qū)動電路和數(shù)碼管電路等若干獨(dú)立模塊，而軟件的實現(xiàn)則由鬧鐘的聲音程序、時間顯示程序、日期顯示程序，秒表顯示程序，時間調(diào)整程序、鬧鐘調(diào)整程序、定時調(diào)整程序，延時程序等組成。文中給出了各個模塊的電路圖，并用Proteus的ISIS軟件對電子時鐘系統(tǒng)的各個功能進(jìn)行了仿真，并給出了相應(yīng)的仿真結(jié)果圖像。關(guān)鍵詞：單片機(jī)；電子時鐘；鍵盤控制一， 引言1957年,Ventura發(fā)明了世界上第一個電子表，從而奠定了電子時鐘的基礎(chǔ)，電

2、子時鐘開始迅速發(fā)展起來?，F(xiàn)代的電子時鐘是基于單片機(jī)的一種計時工具，采用延時程序產(chǎn)生一定的時間中斷，用于一秒的定義，通過計數(shù)方式進(jìn)行滿六十秒分鐘進(jìn)一，滿六十分小時進(jìn)一，滿二十四小時小時清零。從而達(dá)到計時的功能，是人民日常生活補(bǔ)課缺少的工具。現(xiàn)在高精度的計時工具大多數(shù)都使用了石英晶體振蕩器，由于電子鐘、石英鐘、石英表都采用了石英技術(shù)，因此走時精度高，穩(wěn)定性好，使用方便，不需要經(jīng)常調(diào)試，數(shù)字式電子鐘用集成電路計時時，譯碼代替機(jī)械式傳動，用LED顯示器代替指針顯示進(jìn)而顯示時間，減小了計時誤差，這種表具有時、分、秒顯示時間的功能，還可以進(jìn)行時和分的校對，片選的靈活性好。二，時鐘的基本原理分析利用單片機(jī)定

3、時器完成計時功能，定時器0計時中斷程序每隔0.01s中斷一次并當(dāng)作一個計數(shù)，設(shè)定定時1秒的中斷計數(shù)初值為100，每中斷一次中斷計數(shù)初值減1，當(dāng)減到0時，則表示1s到了，秒變量加1，同理再判斷是否1min鐘到了，再判斷是否1h到了。為了將時間在LED數(shù)碼管上顯示，可采用靜態(tài)顯示法和動態(tài)顯示法，由于靜態(tài)顯示法需要譯碼器，數(shù)據(jù)鎖存器等較多硬件，可采用動態(tài)顯示法實現(xiàn)LED顯示，通過對每位數(shù)碼管的依次掃描，使對應(yīng)數(shù)碼管亮，同時向該數(shù)碼管送對應(yīng)的字碼，使其顯示數(shù)字。由于數(shù)碼管掃描周期很短，由于人眼的視覺暫留效應(yīng)，使數(shù)碼管看起來總是亮的，從而實現(xiàn)了各種顯示。三，時鐘設(shè)計分析針對要實現(xiàn)的功能，采用AT89S5

4、1單片機(jī)進(jìn)行設(shè)計，AT89S51 單片機(jī)是一款低功耗，高性能CMOS8位單片機(jī)，片內(nèi)含4KB在線可編程（ISP）的可反復(fù)擦寫1000次的Flash只讀程序存儲器，器件采用高密度、非易失性存儲技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS- 51指令系統(tǒng)及80C51引腳結(jié)構(gòu)。這樣，既能做到經(jīng)濟(jì)合理又能實現(xiàn)預(yù)期的功能。在程序方面，采用分塊設(shè)計的方法，這樣既減小了編程難度、使程序易于理解，又能便于添加各項功能。程序可分為鬧鐘的聲音程序、時間顯示程序、日期顯示程序，秒表顯示程序，時間調(diào)整程序、鬧鐘調(diào)整程序、定時調(diào)整程序，延時程序等。運(yùn)用這種方法，關(guān)鍵在于各模塊的兼容和配合，若各模塊不匹配會出現(xiàn)意想不到的錯誤。首先，在編程之

5、前必須了解硬件結(jié)構(gòu)尤其是各引腳的用法，以及內(nèi)部寄存器、存儲單元的用法，否則，編程無從下手，電路也無法設(shè)計。這是前期準(zhǔn)備工作。第二部分是硬件部分：依據(jù)想要的功能分塊設(shè)計設(shè)計，比如輸入需要開關(guān)電路，輸出需要顯示驅(qū)動電路和數(shù)碼管電路等。第三部分是軟件部分：先學(xué)習(xí)理解匯編語言的編程方法再根據(jù)設(shè)計的硬件電路進(jìn)行分塊的編程調(diào)試，最終完成程序設(shè)計。第四部分是軟件畫圖部分：設(shè)計好電路后進(jìn)行畫圖，包括電路圖和仿真圖的繪制。第五部分是軟件仿真部分：軟硬件設(shè)計好后將軟件載入芯片中進(jìn)行仿真，仿真無法完成時檢查軟件程序和硬件電路并進(jìn)行修改直到仿真成功。第六部分是硬件實現(xiàn)部分：連接電路并導(dǎo)入程序檢查電路，若與設(shè)計的完全一

6、樣一般能實現(xiàn)想要的功能。最后進(jìn)行功能擴(kuò)展，在已經(jīng)正確的設(shè)計基礎(chǔ)上，添加額外的功能！四，時鐘的實現(xiàn)A.電路設(shè)計1. 整體設(shè)計此次設(shè)計主要是應(yīng)用單片機(jī)來設(shè)計電子時鐘，硬件部分主要分以下電路模塊：顯示電路用8個共陰數(shù)碼管分別顯示，星期（年份），小時、分鐘（月份）和秒（日），通過動態(tài)掃描進(jìn)行顯示，從而避免了譯碼器的使用，同時節(jié)約了I/0端口，使電路更加簡單。單片機(jī)采用AT89S51系列，這種單片機(jī)應(yīng)用簡單，適合電子鐘設(shè)計。電路的總體設(shè)計框架如下：單片機(jī)輸入部分晶振和復(fù)位輸出部分2. 分塊設(shè)計模塊電路主要分為：輸入部分、輸出部分、復(fù)位和晶振電路。2.1 輸入部分輸入信號主要是各種模式選擇和調(diào)整信號，由按

7、鍵開關(guān)提供。以下為輸入部分樣例：在本實驗中主要用用P3口輸入按鍵信號，還用到了特殊的P0口。對于P0口，由于其存在高阻狀態(tài)，為了實現(xiàn)開關(guān)功能，給其添加上拉電阻，具體如下圖所示：2.2 輸出部分本電路的輸出信號為7段數(shù)碼管的位選和段選信號，鬧鈴脈沖信號，提示燈信號。本實驗的數(shù)碼管是共陰的，為了防止段選信號不能驅(qū)動數(shù)碼管，故在P1口連接上拉電阻后，再送段選信號，以提高驅(qū)動，位選信號直接從P2口接入，如下圖：鬧鈴由P2.6端輸出，模塊如下：2.3 晶振與復(fù)位電路本實驗單片機(jī)時鐘用內(nèi)部時鐘，模塊如下：復(fù)位電路為手動復(fù)位構(gòu)成，模塊如下：各模塊拼接組合，電路總體設(shè)計圖如下：B.程序設(shè)計B.1 程序總體設(shè)計

8、本實驗用匯編程序完成.程序總的流程圖如下：主程序開始顯示星期，時，分，秒是否有調(diào) 轉(zhuǎn)？T0中斷秒，分，時等進(jìn)位閃爍提示顯示日期并調(diào)整響鈴提示時間調(diào)整鬧鈴設(shè)置定時設(shè)置鈴聲測試秒表模式回主程序定時到按0鍵按0鍵鬧鈴到按1鍵按2鍵按3鍵按4鍵按5鍵按7鍵7鍵恢復(fù)按4鍵按8鍵按0鍵按0鍵倒計時啟動并顯示回主程序秒表暫停秒表清零回主程序按7鍵3.B.2 程序主要模塊B.2.1 延時模塊數(shù)碼管顯示動態(tài)掃描時，用到延時程序，這里使用延遲1ms的程序，此程序需反復(fù)調(diào),除數(shù)碼管動態(tài)掃描外，數(shù)碼管的閃爍提示，以及音樂模塊也用到了延時，只是延時的長短不同罷了，在此不再贅述。B.2.2中斷服務(wù)程序本實驗中，計數(shù)器T0

9、,T1中斷都有運(yùn)用，其中T0中斷為時鐘定時所用，T1中斷用于音樂播放。T0的定時長度為0.01s,工作于方式1，計數(shù)1次，時長1us，故計數(shù)器計數(shù)10000次，進(jìn)入中斷，計數(shù)初值為65536-10000=55536=#0D8F0，裝滿定時器需要0.01s的時間，從而100次中斷為一秒，一秒之后，判斷是否到60秒，若不到則秒加一，然后返回，若到，則秒賦值為0，分加一，依次類推。包括日期顯示的功能也是如此。另外，由于要實現(xiàn)倒計時功能，因此在中斷程序中還要加入減一的寄存器，需要時將其進(jìn)行顯示。基于以上考慮，以R3為倒計時中的秒，R4為倒計時的分，當(dāng)秒加1時R3減一，減到0之后，秒賦值為59，分減一，

10、直到分為0。計數(shù)器T1工作于方式1， 當(dāng)調(diào)用響鈴程序時，其計數(shù)功能開啟，為音樂音調(diào)不同頻率的方波的形成，提供延時。其中斷服務(wù)程序就是根據(jù)音調(diào)改變音樂方波輸出口電平的高低，用語句 CPL實現(xiàn)。 中斷服務(wù)程序中日歷的實現(xiàn)較為復(fù)雜，要考慮平年，閏年，特殊的2月，每月的天數(shù)的不盡相同。具體的邏輯判斷方法為：首先，要考慮年份是不是閏年，閏年的判斷方法是：將年份除以100，若能整除，則將年份除以400，若還能整除，則為閏年，若不能，則為平年；若不能被100整除，則判斷是否能被4整除，若能，則為閏年，若不能則為平年。只有2月與平、閏年相關(guān)，因此在閏年和平年的子程序中，要判斷是不是2月，若是則在相應(yīng)的年中進(jìn)行

11、日期的增加，若不是則轉(zhuǎn)入平時的月份。其中1、3、5、7、8、10、12月是每月31天，4、6、9、11月為每月30天。日歷進(jìn)位判斷流程圖如下：年份能否被100整除NY年份是否能被4整除年份是否能被400整除NN平年閏年YY是不是2月是不是2月Y日=28之后返回為1NNY日=29之后返回為1若月份為1、3、5、7、8、10、12月則調(diào)用31天的程序若月份為4、6、9、11則調(diào)用30天的程序本實驗用8個數(shù)碼管，剛好能顯示年，月，日，掃描顯示與時間的掃描顯示類似。年比較特殊，由兩個寄存器存儲，個位，十位為0時，表明年數(shù)能被100整除，若此時千位，百位組成兩位數(shù)能被4整除，則年數(shù)被400整除，為閏年。

12、若十位，個位組成兩位數(shù)能被4整除，則年數(shù)能被4整除，為閏年。B.2.3主程序主程序主要對按鍵進(jìn)行掃描，以及判斷定時和鬧鈴時間是否已到，若到則調(diào)用相關(guān)程序。B.2.4 顯示子程序8個數(shù)碼管輪流進(jìn)行顯示，分別顯示1ms，依賴人的視覺 暫留效應(yīng)，給人以數(shù)碼管持續(xù)高亮的錯覺。日期的顯示，秒表的顯示，倒計時的顯示，調(diào)鬧鈴，調(diào)定時的顯示，閃爍的顯示程序與以上的的掃描相似，有的以子程序的方式出現(xiàn)，通過子程序調(diào)用語句ACALL調(diào)用；有點(diǎn)直接嵌套在相應(yīng)的程序里面，順序執(zhí)行，或者用調(diào)轉(zhuǎn)語句AJMP調(diào)用。C 程序調(diào)試及仿真本程序通過Keil單片機(jī)開發(fā)平臺實現(xiàn)程序的編譯，鏈接，生成HEX文件。通過Keil和硬件仿真平

13、臺Proteus的聯(lián)合，可以將設(shè)計效果仿真出來，根據(jù)效果，有目的的改變設(shè)計，優(yōu)化程序。利用Proteus仿真實驗過程截圖：普通時間顯示模式仿真圖，表示：星期一 9點(diǎn)10分38秒 五，總結(jié) 本文先從整體論述了設(shè)計電子鐘的大致思路，然后再采用劃分模塊的方法，將硬件電路劃分為開關(guān)電路，顯示驅(qū)動電路，以及數(shù)碼管電路等，而軟件部分，則依據(jù)要實現(xiàn)的功能，劃分為：鬧鐘的聲音程序，時間顯示程序，日期顯示程序，秒表顯示程序，時間調(diào)整程序、鬧鐘調(diào)整程序、定時調(diào)整程序，延時程序等。最后將各模塊集成為一個整體,合成一個多功能的電子鐘。參考文獻(xiàn)1 何立民單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計M北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1993.2 張

14、彥斌。微型計算機(jī)原理及應(yīng)用M西安：西安交大出版社，20103 劉湘濤江世明單片機(jī)原理與應(yīng)用M. 北京:電子工業(yè)出版社,2006.附錄：延時程序：D_1MS:MOV R7,#2D_5:MOV R2,#250DJNZ R2,$DJNZ R7,D_5RET主程序：MAIN:JNB P3.0,DATETZ ;按下0鍵，顯示日期并可對日期進(jìn)行調(diào)整JNB P3.1,ZSTZ1 ;按下1鍵，顯示時間，并可調(diào)時JNB P3.2,NLTZZ ;按下2鍵，進(jìn)行鬧鈴設(shè)置JNB P3.3,DSTZ ;按下3鍵，進(jìn)行定時設(shè)置JNB P3.4,CESHI ;鬧鈴測試JNB P3.6,STOPWATCHTZ ;按下6鍵，進(jìn)

15、入秒表方式ACALL DISP ;調(diào)用時鐘顯示子程序JNB P0.6,RERING ;判斷是否開啟鬧鈴重響功能RE: JNB P2.7,DSPDKQ ;判斷是否開啟鬧鈴功能，沒開則去判斷定時FMQPD: ;判斷定時值R4,R3是否到零、鬧鈴時刻是否已到MOV A,HOUR;SUBB A,38H;JZ FEN ;判斷小時數(shù)是否到鬧鈴所定時間，若到，則對分進(jìn)行判斷；若不到，則對定時進(jìn)行判斷AJMP DSPDKQFEN:MOV A,MINUTE;SUBB A,37H;JZ MIAO ;判斷分是否到鬧鈴所定時間，若到，則對秒進(jìn)行判斷；若不到，則對定時進(jìn)行判斷AJMP DSPDKQMIAO:MOV A,

16、SECONDSUBB A,#0JZ SHENGYIN1 ;判斷秒是否到鬧鈴所定時間，若到，則時，分，秒都到達(dá)鬧鈴時刻，進(jìn)入響鈴子程序；若不到則判斷定時AJMP DSPDKQRERING: ;鬧鈴重響判斷程序JNB F0, RE ;標(biāo)志位F0為0，不進(jìn)行鬧鈴重響設(shè)定CPL F0MOV 3CH,#1 ;定時判斷標(biāo)志位賦1， 定時判斷功能開啟JNB P0.7,M1 ;鬧鈴重響間隔時間選取MOV R4,#0 ;鬧鈴重響間隔30秒MOV R3,#30AJMP MAINM1: ;鬧鈴重響間隔60秒MOV R4,#1MOV R3,#0AJMP MAINDSPDKQ: ;判斷是否應(yīng)該進(jìn)行定時判斷MOV A,3

17、CH ;3CH是引入的判斷因子，當(dāng)其為0時，不對定時時間是否到0進(jìn)行判斷JNZ DSPD2 ;當(dāng)3CH不是0時，跳轉(zhuǎn)到定時判斷程序AJMP MAINDSPD2:MOV A,R4;JZ S_PD ;R4所存定時分?jǐn)?shù)為0,則轉(zhuǎn)而判斷R3所存定時秒數(shù)AJMP MAIN;S_PD:MOV A,R3;JNZ MAIN ;R4,R3所存參數(shù)減為0， 定時長度已到JNB P0.6,SHENGYIN2 ;鬧鈴重響功能開啟時，跳入響鈴程序AJMP TISHI ;不是鬧鈴重響定時，則定時時間到時，跳入提示程序AJMP MAINCESHI:ACALL RINGAJMP MAINSHENGYIN1: ;調(diào)用響鈴子程序

18、 LCALL RINGAJMP MAINSHENGYIN2:SETB F0 ;鬧鈴重響標(biāo)志位設(shè)定LCALL RING ;響鈴CLR F0 ;標(biāo)志位復(fù)位AJMP MAINNLTZZ: AJMP NLTZ1 ;跳入鬧鈴調(diào)整程序DSTZ:AJMP DSTZ1 ;跳入定時調(diào)整程序DATETZ:AJMP DATETZ1 ;跳入日期調(diào)整程序STOPWATCHTZ: AJMP STOPWATCHTZ1 ;跳入秒表程序顯示子程序：DISP: ;時間顯示子程序JNB P3.7,OUT1 ;判斷節(jié)能開關(guān)7是否按下，按下則數(shù)碼管不顯示，延長其壽命MOV DPTR,#LEDTABMOV A,SECOND ;顯示當(dāng)前時間秒位MOV B,#10DIV AB ;A存十位，B存?zhèn)€位MOVC A,A+DPTRMOV P1,ACLR SEC_SACALL D_1MS ;顯示當(dāng)前時間秒十位SETB SEC_SMOV A,BMOVC A,A+DPTRMOV P1,ACLR SEC_GACALL D_1MS ;顯示當(dāng)前時間秒個位SETB SEC_GMOV A,MINUTE ;顯示當(dāng)前時間分位MOV B,#10DIV ABMOVC A,A+DPTRMOV P1,ACLR MIN_SACALL D_1MSSETB