基于单片机的时钟控制器设计

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1、时钟控制器设计任务书1.设计目的与要求设计出一个用于数字时钟的控制器准确地理解有关要求， 独立完成系统设计， 要求所设计的 ， 电路具有以下功能：（ 1 ） 显示： 可以显示时、分和秒（ 2 ） 调时功能：时（ 0-24 ） 、分和秒（ 0-60 ）可以连续可调（ 3 ） 时间日误差 2 秒（ 4 ） 增加整点报时功能（ 5 ） 增加闹钟任意设定功能2 设计内容（ 1 ） 画出电路原理图，正确使用逻辑关系 ；（ 2 ） 确定元器件及元件参数；（ 3 ） 进行电路模拟仿真 ；（4） SCH文件生成与打印输出；（5） PCB文件生成与打印输出；3编写设计报告写出设计的全过程，附上有关资料和图纸，有

2、心得体会 。4答辩在规定时间内，完成叙述并回答问题。目录1 .引言-1=2 总体设计方案-1- 2.1 设计思路-1- 2.2 方案确立-1- 2.3 设计方框图-2-3设计原理分析-2-3.1 系统硬件电路设计 -2- 3.2 主控器件 AT89S51 -2-3.3 译码器 74HC245 -3-3.4 显示电路3-3.5 按键电路-4- 3.6 复位电路-4-3.7 蜂鸣电路-5- 3.8 时钟电路-5- 3.9 总体原理图-5-一3.10 程序框图-5- -7-4结束语参考文献-8- 附录1电路总原理图 -9-附录2总程序-10-2基于单片机控制的时钟控制器摘要：本设计以Atmel公司的

3、AT89S51单片机为控制系统的核心，模型采用单片机作为主控制器，以汇编语言为程序设计的基础，设计的一个用两个四位一体数码管串口显示的时钟控制电路，包含了时钟控制电路的基本功能：数码显示，时间调整，闹钟设定，秒表显示等，按照二十四小时循环，具有调节方便，简单实用，可靠性强的优点，有很高的利用价值。关键词：单片机 AT89C5174LS245 数码管1引言数字钟是采用数字电路实现对时、分、秒及数字显示的计时装置，广泛用于个人 家庭、车站、码头、办公室等公共场所，成为人们日常生活中不可少的必需品， 由于数字集成电路的发展和石英晶体振荡器的广泛应用，使得数字钟的精度，远远超过老式钟表，钟表的数字化给

4、人们生产生活带来了极大的方便，而且大大地扩展了钟表原先的报时功能。诸如定时自动报警、按时自动打铃、时间程序自动控制、定时广播、自动起闭路灯、定时开关烘箱、通断动力设备、甚至各种定时 电气的自动启用等，所有这些，都是以钟表数字化为基础的。因此，研究数字钟及扩大其应用，有着非常现实的意义。为了适应时代的潮流，本设计采用AT89S51 单片机为核心，使得计时的精度有了很大的提高，而且调节也变的简单实用，采用数字显示也跟加的直观方便。2 总体设计方案设计思路 2.1本设计采用 AT89S51 单片机为控制核心，产生精确的时钟震荡，来控制数码管显示电路来进行数码显示，外围电路主要有复位电路，震荡电路，按

5、键电路，显示电路， 蜂鸣电路组成； 复位电路可及时的对单片机进行复位， 恢复到初始的状态，震荡电路主要用于计数，定时，产生合适的波特率，按键电路主要是给人们提供一个合适的人机对话的界面， 方便人们进行实时的调节， 显示电路主要用于数码的显示，蜂鸣电路用于闹铃设定等辅助功能。2.2 方案确立本设计主要有包含了时钟电路， 按键扫描， 显示电路等几个部分。 由单片机实现时钟功能单片机内部具有定时器，可方便实现定时功能。 按键电路：键盘分为矩阵式键盘扫描电路和独立式按键电路。 。 。 。矩阵式键盘电路，此类键盘是采用行列扫描方式， 优点是当按键较多时可以降低占用单片机的 I/O 口数目， 缺点是电路复

6、杂且会加大编程难度。独立按键电路，每个键单独占有一根I/O 接口线，每个 I/O 口的工作状态互不影 3响， 此类键盘采用端口直接扫描方式。 缺点是当按键较多时占用单片机的 I/O 数目较多， 优点是电路设计简单， 且编程极其容易。 由于该系统采用了常规钟表式的校对方式，用键较少，系统资源足够用，故采用了独立按键电路。显示电路分为：静态显示法与动态显示法，由于静态显示法需要数据锁存器等硬件， 接口复 杂一些，又考虑到时钟显示只有6位，且系统没有其它复杂的处理任务， 所以决 定采用动态显示法。2.3 硬件设计方框图电路的设计以AT89S51单片机为核心，包含了按键电路，复位电路，震荡电路， 数码

7、显示电路，整点报时电路等一系列独立环节， 下面介绍一下电路设计过程中 的总体框图，如图1所示。.图1时钟电路总体框图3设计原理分析用AT89S51单片机控制的数字时钟电路，外接震荡电路，按键电路，显示电路， 蜂鸣电路等：用单片机电路P0 口来输出7段码数据，P2.0P2.5 口作列扫描输 出；按键用P1 口控制，分别用于调节时，分，以及秒表和闹钟的设定；P1.7 口接 5V的小蜂鸣器，用于按键发音以及定时提醒，整点报时提醒等；采用74HC245 作为数码管的段码驱动，为了提供共阳 LED数码管的列扫描驱动电压，用三极 管8550做电源的驱动输出；采用12MHz晶振，可提高秒计时的精确性；在软

8、件设计方面，应完成时钟控制电路的各项要求。3.1 系统硬件电路设计 系统硬件电路主要组成：主控制器 AT89S52、译码器74HC245、显示电路、蜂鸣器电路，复位电路时钟电路#3.2 主控器件AT89C51AT89S51是一款低功耗，高性能 CMOS 8位单片机，片内含4k Bytes ISP（In-system programmable）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ISP Flash 存储单元，AT89S51在众多嵌入式控制应用系统

9、中得到广泛应用。管脚如图2所示。.图2 DIP-40封装89C51引脚图3.3 译码器 74LS24574LS245是我们常用的芯片，用来驱动led或者其他的设备，它是8路同相三 态双向总线收发器，可双向传输数据。 74LS245还具有双向三态功能，既可以 输出，也可以输入数据。 当89S51单片机的P0 口总线负载达到或超过P0最大负载能力时，必须接入74LS245等总线驱动器。当片选端/CE低电平有效时， DIR= 0，信号由B向A传输；（接收）DIR= 1，信号由A向B传输；（发送）当CE为高电 平时，A、B均为高阻态。P0 与74LS245输入端相连上端接地，保证数据线 畅通。管脚如图

10、3所示。5 .3 74LS245管脚图图显示电路3.4这种显示块有共阴与共阳两种结 LED显示块是由发光二极管显示字段的显示器件。显示块的发光二极管阴极共地，当某个发光二极管的阳极为高电平时，构共阴极LED显示块的放光二极管阳极并接。显示块与单片机接口非发光二极管 点亮。共阳极LEDAT89S51位并行输出口语显示块的发光二极管引脚相连即可（常容易，只要将一个8 口输出段码，列扫P0LED数码管，从个需要加上拉电 阻）。此次电路采用24位共阳4所示。P2.0描用P2.7来实现。如图.驱动段码显示电路图图 4 74LS2453.5 按键电路端口，控制着电路的调P1.3 口的P1P1.0按键调节电

11、路有四个独立的按键接到5时，调分以及秒表功能和闹钟的设定。具体电路如下图所示。6 .按键电路图图5复位电路3.6输入端出现高RESET5所示中左边电路。在 AT89S51单片机的复位电路,如 图引RST电平时实现复位和初始化。在震荡器运行的情况下，要实现复位操作， 必须使在第二个机器周期内执行内部复位操作，脚至少保持两个机器周期的高电平。在CPURST信号。当直至RST端电平变低复位期间不产生 ALE以后每一个 机器周期重复一次，地址开始执行程序。CPU从0引脚返回低电平以后， 3.7 蜂鸣电路蜂鸣器是广泛应用于各种电子产品的一种元器件，它用于提示、报警、 音乐等许多作蜂鸣器的驱动，增加了蜂鸣

12、器的驱动电流。蜂鸣器的正极性 8550应用场合。三极管管脚控P1.7的一端接到三极管的集电极，另一端连接到地，三极管的基 极由单片机的制，底电平时蜂鸣器响，高电平时不响。另外，蜂鸣器的声音大小 及音调可以通过调整 所示。P1.7管脚的置低时间及输出的波形进行控制。蜂鸣器的连接电路的原理图如图5 3.8时钟电路分别为XTAL2内部片内有一个由反相放大器构成的振荡电路，XTAL1和AT89S51和XTAL1震荡电路的输入端 和输出端。时钟可以由内部方式产生或外部方式产生。在定时元件通常采用石英 品引脚上外接定时元件，内部震荡电路就产生自己震荡。XTAL2接外部振接地，XTAL1XTAL2体和电容组

13、成的并联谐振回路。外部方式的时钟电路，。本文设计 的系统采用的是内部方式33Mhz荡器。一般要求输入方波信号的频率低于 7所示。的时钟电路如图ftWL 4PL 5PL6PI. 7ElSTi1R 仙” JMP王1TEC，；嗯ATB9G5140五五 n H 五 豆thIVCCPd,。门AM)PD. 1/UDI) PO. 2/AMl pq (a on F(L 4/D4) P0. 5/r.U)5) PO. 6/(AW) PC. 7血Ia/VPpALE/PKOt PSENP2. 7/U15) p，3门iji图6时钟电路原理图3.9 总体原理图见附录13.10 程序框图主程序如图7所示首先是初始化部分，主

14、要是计时单元清零，中断初始化，启动定时器工作，然后是调用显示子程序，接着是判断有无按键。无按键则回到调用 显示子程序处；有按键，则执行按键处理子程序，执行完后回到调用显示子程序 处，重复循环。定时器T0中断如图8所示#主程序流程图图79 .中断程序流程图 图8结束语4三周实习很快就过去了，通过自行设计、焊接和调试一个单片机系统，我熟悉了 单片机基本的开发流程和单片机的深入学习。 在完成这个设计的同时，我复习了 书本上的许多相关内容，受益匪浅。因此我在获得理论知识的同时，实践中也获 得了许多书本上没有的东西。提高了调试以及查找并解决问题的能力， 我深入了 解了焊普通元件与电路元件的技巧、数字时钟

15、的工作原理及其它各电路元件的作用等。这些知识不仅在课堂上有效，对以后的学习工作有很大的指导意义， 在日 常生活中更是有着现实意义；也对自己的动手能力是个很大的锻炼。实践出真知， 纵观古今，所有发明创造无一不是在实践 io中得到检验的。没有足够的动手能力，就奢谈在未来的科研尤其是实验研究中有 所成就。最后，感谢老师对我们这次实习的辛勤指导和帮助。参考文献1 李光飞,楼然苗,胡佳文编著.单片机课程设计实例指导.北京 :北京航空航天大学出版社 . 20042 黄仁欣主编.单片机原理及应用技术. 北京： 清华大学出版社. 2005.3 高吉祥主编.电子技术基础实验与课程设计.北京 :电子工业出版社.

16、20024 肖玲妮.印刷电路板设计教程.M. 北京 :清华大学出版社,2003.5 康华光.电子技术基础.M. 北京 ;高等教育出版社,2006.6 余小平等 .电子系统设计.M. 北京 :北京航空航天大学出版社,2007.11附录1:电路总原理图12附录2 :总程序13ORG 0000H MOV 60H,#0MOV 61H,#0 LJMP STARTMOV 63H,#0 000BHORGMOV 64H,#0LJMP INIT0START: MOV 70H,#0 CLR P1.7MOVTMOD,#01H ;MOV 71H,#072H,#0选择定时器/计数器T0的方式1 MOVMOV 73H,#

17、0MOV TL0,#0B0H;对低位赋初值 MOV 74H,#0MOV 75H,#0MOV TH0,#03CH;高位赋初值MOV 76H,#0SETB EA MOV 77H,#0SETB ET0 MOV 78H,#0SETB TR0 MOV 79H,#0START1: LCALL MOV 7AH,#0SCANMOV 7BH,#0LCALL KEYSCANMOV 7CH,#0 SJMP START1DL1MS: MOV R6,#14H MOV 7DH,#0;延时1 子程序 MOV 7EH,#0; 对连字符进DL1:MOV R7,#19H 72H,#0AH MOVR7,DL2 DJNZDL2:行装

18、值 R6,DL1 DJNZ MOV 75H,#0AH14RETNEXT1:MOV A,79H DELAY:MOV R6,#10MOV R7,#30 CJNE A,#0,NEXT2 D1:DJNZ R7,$ MOV A,78HDJNZ R6,D1CJNE A,#0,NEXT2RETSETB P1.7LJMP NEXT3 DL20MS: ACALL SCAN ; 延时 20ms 子程序 NEXT2:CLR P1.7;数码管总显示程序开始分两部分ACALL SCAN; 校正时间和数码管正常工作的显示程序 ACALL SCANRET NEXT3: MOV A,78HMOV B,#0AH时间秒的十位送给

19、AB ;A ， DIV;整点报时将秒和分的单元与零比较B 时间秒的个位送SCAN: MOV A,7EH 时间秒要显示的 MOV 71H,A ;7F 单元的内容为十位13CJNE A,79H,NEXT 时间秒要显示的 MOV 70H,B ;MOV A,7DH 个位MOV A,79HCJNE A,7AH,NEXTB,#0AH MOVSETB P1.7时间分的十位送给; AB DIV， AAJMP NEXT1NEXT: CLR P1.7时间分的个位送B15MOV74H,A;时间分要显示的MOV P0,AMOVA,R5十位送地址LCALL DL1MSMOV 73H,B;时间分要显示的INC R1 个位

20、送地址MOVMOV A,7AHA,R5B,#0AHMOV RL AMOV R5,A ADIV AB ;时间时的十位送给，DJNZ 时间时的个位送 B R3,SCAN1;77H,A MOV 时间时显示的十MOV P2,#00HMOV 位送地址 P0,#00H;76H,B 时间时要显示的JB P1.3,QQ MOV个位送地址 LCALL DL1MSR1,#70H MOVJB P1.3,QQHERE: JNB P1.3,HEREMOV R5,#0FEHSJMP LOOP1R3,#09H MOV数码管正常工作SCAN1: MOV A,R5 ;QQ:的显示程序LJMP LASTLOOP1:JB P1.1

21、,LOOP2MOV P2,AA,R1 MOVLCALL DL1MSMOVDPTR,#TABJB P1.1,LOOP2HERE1:JNB P1.1,HERE1; 对字段 A,A+DPTRMOVC表取值显示INC 7DH16MOV A,7DHMOV 60H,BCJNE A,#18H,LOOP2MOV P2,#0F7HMOV 7DH,#00HMOV A,60HLOOP2:JB P1.2,LOOP3MOVC A,A+DPTRLCALL DL1MSMOV P0,AJB P1.2,LAST LCALL DELAYHERE3:JNB P1.2,HERE3 MOV P2,#0EFHINC 7EH MOV A,

22、61HMOV A,7EHMOVC A,A+DPTRCJNE A,#3CH,LOOP3MOV P0,AMOV 7EH,#00HLCALL DELAYMOV P2,#0DFH; 调制闹铃的时间显示LOOP3: MOV DPTR,#TABMOVP0,#40HMOV A,7DHLCALL DELAYMOV B,#10 MOV P2,#0BFHDIV ABMOV A,63HMOVC A,A+DPTR MOV 64H,AMOV P0,A MOV 63H,BLCALL DELAYMOV A,7EHMOV B,#10MOV P2,#07FHDIV ABMOV A,64H17MOV 61H,AMOVC A,A+

23、DPTRMOV P0,AINC 7BHMOVA,7BHLCALL DELAYCJNEA,#14H,OUTT0JB P1.3,LOOP4;50ms是否到LCALL DL1MS 20 次，没有到就继续执行50ms的延时JB P1.3,LOOP478HMOV 7BH,#00INCMOVLAST: RET秒的延时是否计到HERE4:JNB P1.3,HERE4LJMP LASTA,78H LOOP4:LJMP LOOP1尻余徙尹？的字段表CJNE A,#3CH,OUTT060 次，没有就继续执DB TAB:行 3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H,7FH,6FH,40HMOV

24、78H,#00INC 79HMOV A,79H;定时/ 计数器T0 中断程序CJNE A,#3CH,OUTT0INIT0: PUSHMOV 79H,#00 ACC次，没有就继续执行程序延时是否计到PUSHCLRCLRPSW INC7AHET0MOV A,7AHTR0 ;60CJNEA,#18H,OUTT0 分钟的MOV TL0,#0B0H247AH,#00 MOVMOV TH0,#03CHT0 启动定时器;OUTT0: SETB ET0SETB TR018POPPSWCLR ET0一次和第二次对时、分选定;按键处理程序CLRTR0POP ACCCJNERETI分选定有按 JNBA,#04H,K

25、EYOUT ; 按下第MOV 7CH,#00P1.0,KEYSCAN0 ;P1.0SETB TR0 键按下则跳转到子程序;P1.1 有按 LJMP KEYOUTKEYSCAN1:LCALL 键按下则跳转到子程序P1.2,KEYSCAN2 JNB ;P1.2 有按; 按下第三次时就启动计时SETB ET0JNB P1.1,KEYSCAN1DL20MS ;按键加一的程序KEYSCAN:CLR EAINC7AHMOV A,79H键按下则跳转到子程序JB P1.1,KEYOUTWAIT1: JNB P1.1,WAIT1EA KEYOUT: SETBMOV A,7CHRETCJNEA,#03H,KSCA

26、N11 ; 如果功能键按下则对时加一调整KEYSCAN0:LCALL DL20MS的 ;20ms延时消抖INC 78HP1.0,KEYOUTMOV A,78HJBCJNE A,#60,KEYOUTWAIT0: JNB P1.0,WAIT0MOV 松手就往下执行程序判断按键是否松手， ; 78H,#007CH INCLJMPKEYOUTKSCAN11: CJNEMOVA,7CH A,#02H,KSCAN1219INC 79HDEC78HMOV A,78HMOV A,79HCJNE CJNEA,#60,KEYOUT;如果加A,#00H,KEYOUT则清零到 60MOV 78H,#3BHMOV 79

27、H,#00LJMP KEYOUTKSCAN22:CJNELJMP KEYOUT A,#02H,KSCAN23KSCAN12:CJNEA,#01H,KEYOUT DEC 79H如果功能键是按下第二次则对分进行加一;CJNE A,#00H,KEYOUT1调整MOV 79H,#3BHA,7AH MOV LJMP KEYOUTKSCAN23:CJNE CJNEA,#18H,KEYOUT A,#01H,KEYOUT1DEC 7AH,#00 MOV7AHKEYOUT LJMPMOV A,7AH;如果功能键是按下第二次则对分进行减一;DL20MS KEYSCAN2:LCALL 延时消抖程序CJNEA,#00H,KEYOUT1JBP1.2,KEYOUTMOV7AH,#17HP1.2,WAIT2WAIT2:JNB判断是否;LJMP KEYOUT1KEYOUT1: SETB 放开按键 EARETA,7CHMOVEND 如果功能键是按下第一次对时进行减一; CJNEA,#03H,KSCAN2220