基于单片机的秒表时钟计时器设计

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1、XX大学毕业设计（论文）基于单片机的秒表/时钟计时器设计摘 要近年来，随着科学技术的进步和时代的发展，人们对时钟的功能和精度提出了越来越高的要求，各种时钟的设计也越来越重要。秒表/时钟计时器是在一种计时器上实现两种基本功能的一种器件。它广泛应用于各种场所，同时，它以其小巧，价格低廉，走时精度高，使用方便，功能多，便于集成化，而受到广大消费者的喜爱。本文介绍了一种以AT89S51单片机为核心的秒表/时钟计时器的设计，实时时钟芯片DS1302提供实时时间，6位LED动态显示时、分、秒，并在计时过程中具有报时功能, 定时时间到时，音乐电路播放悦耳的乐曲。该数字钟设有五个按键: K1, K2，K3，K

2、4和K5键,使之具备了校时、定时功能，在设计中分别介绍了它们的工作特点、原理和使用方法，并给出了它们与单片机AT89S51的接口电路。单片机和集成芯片的应用使得本设计硬件电路简化、编程方便，同时功能也更稳定。由于单片机可以重新写入不同程序这就便于时钟功能的扩充和改变，同时时钟芯片时间精确度高可以保证系统的精度。关键词：单片机；秒表；时钟；实时时钟芯片；动态LED显示；The Design Of Stopwatch/Electronic-Clock System Based On Single-Chip-MicrocomputerAbstractIn recent years, with the

3、 scientific progress and the development of the times, people requirements of the clock function and accuracy are more and more high. The various design of the clock also becomes increasingly important. As long as the existence of timing、counting ,the clock will be used. Meanwhile ,in daily lives, w

4、ith its feature of compact, low price ,high accuracy, ease to use, multi-functional, ease of integration, the digital clock are fond of majority of consumers.This paper introduces the design of digital alarming clock ,which was based on the core of single-chip microcomputer AT89S51.Real-time clock c

5、hip DS1302 provides real-time, six bit LED display hours, minutes and seconds dynamically, the clock also having the function of timekeeping in the process of timing .When timing time, the music circuit broadcast delightful music. The digital clock with five keys: the button of K1, K2, K3, K4, with

6、these keys, the digital clock has the function of regulating & timing. This design introduces their characteristics,principles,using methods, and gives them the interface circuit with SCM AT89S51.The circuit of hardware for this design become easy and the system function become powerful along with M

7、CU and integrated chip used. Because the monolithic integrated circuit may reread in different procedure this at your convenience to the clock function expansion and the change, simultaneously the Real-time clock chip precision is high may guarantee the system the precision. Keywords:SCM;Stopwatch;C

8、lock;Real-time clock chip;Dynamic LED display;目 录引 言 1第1章 绪论 21.1 概述 21.2 课题的总体设计及思路 2第2章 硬件电路设计 42.1 单片机最小系统 42.1.1单片机的介绍及选择 42.1.2 AT89S51单片机性能与应用 42.1.3 单片机的时钟电路 62.1.4 单片机的复位电路 72.2 实时时钟电路 72.3 显示电路 82.3.1 LED显示的基本原理 92.3.2 显示电路原理图 92.4 键盘电路 102.5 闹铃电路 11第3章 系统软件设计 133.1 主程序流程图 133.2读DS1302程序流程图

9、 143.3 显示程序流程图 143.4 秒表计时子程序流程图 143.5 时钟计时子程序流程图 153.6 设定时间子程序流程图 153.7 闹钟子程序流程图 17第4章 调试 18结论与展望 19致 谢 20参考文献 21附录A：系统原理图 22附录B：外文文献及其译文 23附录C：主要参考文献题录及摘要29附录D：程序清单31插图清单图1-1 系统原理框图 3图2-1 AT89S51的引脚结构图5图2-2 时钟电路6图2-3 复位电路7图2-4 DS1302引脚图8图2-5 DS1302与单片机AT89S51的接口电路 8图2-6 数码管引脚图9图2-7 数码管的共阴和共阳接法9图2-8

10、 显示电路10图2-9 键盘电路11图2-10 LM386的引脚图12图2-11 闹铃电路12图3-1 主程序流程图13图3-2 读DS1302时间子程序流程图14图3-3 显示程序流程图14图3-4 秒表计时子程序流程图15图3-5 时钟计时子程序流程图15图3-6 设定时间子程序流程图16图3-7 调时/定时子程序流程图16图3-8 时钟闹铃子程序流程图17插表清单表2-1 P3口的第二功能表6- 41 - 引 言近年来随着计算机技术的飞速发展，计算机也正式形成了通用计算机系统和嵌入式计算机系统二个分支。单片机作为最典型的嵌入式系统，由于其微小的体积和极低的成本，广泛应用于家用电器、仪器仪

11、表、工业控制单元以及通信产品中，成为现代电子系统中最重要的智能化工具。同时数模电技术、微电子技术也快速发展使得大量集成芯片出现，从而实现很多简单功能代替了原来的模拟电路。这样利用单片机、集成芯片和电子电路就可以很方便的进行设计，其中最典型、现在应用也很多的就是电子产品的设计。本设计就是利用单片机技术将秒表和时钟两种计时器的功能集中到一种计时装置上，从而实现计时器功能的集成化，使其使用起来更加方便。本设计的一大特点就是在硬件设计中采用实时时钟芯片来实现计时，大大简化了硬件电路，从而使设计更加简便易行。本设计共分四章来进行介绍。第一章为概述，主要介绍了设计的主要内容、总体思路及方案的确定，使大家对

12、本系统有一个大致的了解。第二章为硬件设计，将方案中的各模块分节进行介绍，并对其中的器件和芯片等的特点和应用给以分析。第三章为软件的设计，根据硬件电路和设计要求设计软件，包括系统主程序和各子程序框图并对各程序简单介绍，在设计的最后将附上软件源程序.第1章 绪论1.1 概述单片微型计算机作为微型计算机的一个重要分支，它成为今天工业控制领域、通信设备、信息处理以及日常生活中最广泛使用的计算机。如数控电梯机床、交通管理系统、电脑、手机、电子词典和各种智能医疗器械等，其中单片机用于电子产品的设计是非常方便的。秒表和时钟是我们日常生活中最常见、应用也最广泛的电子产品。现在的体育及其他各种比赛非常的多，其中

13、时间的控制是非常重要的，而秒表在时间控制中起着举足轻重的作用；而时钟的应用更广泛，它不但可以告诉人们时间，还可以应用于其它一些产品中实现时间的控制，比如应用于工业控制中实现定时报警、家用电器定时工作等等。因此研究这两种计时器有着非常现实的意义，本设计是将这两种计时器的功能集中于一个计时器上，使其使用更加方便。随着计时器广泛的应用，其无论在各种体育比赛还是人们的日常生活中抑或是在其它生产制造领域都起到非常重要的作用，随着各领域的发展人们应用计时器并对计时器的功能提出了更高的要求。怎样让计时器实现更多的功能很好的为人们服务，这就要求人们在原有计时器的基础上不断改进设计制造出更多新型多功能计时器件。

14、本设计基于单片机的秒表/时钟计时器的设计电路中,除了基本的单片机系统和外围电路外,还需要外部的控制和显示装置。在单片机技术日趋成熟的今天，其灵活的硬件电路的设计和软件的设计，让单片机得到了广泛的应用，几乎是从小的电子产品，到大的工业控制，单片机都起到了举足轻重的作用。单片机小的系统结构几乎是所有具有可编程硬件的一个缩影，单片机的学习和研究是对微机系统学习和研究的简捷途径。用单片机技术实现不仅具有秒表和时钟的基本功能，还能在各种恶劣环境下工作。充分挖掘了单片机的资源和运算控制能力，具有功能多、显示全、成本低的特点。1.2 课题的总体设计及思路本设计秒表/时钟计时器的设计以单片机为控制核心，从各个

15、控制模块，如显示模块、键盘模块、实时控制模块等来实现硬件电路的设计。通过定时芯片来实现实时控制,再经过单片机将时间数据由LED数码管显示,系统中通过按键完成秒表和时钟计时功能的切换以及时间的调整。此外，系统中时钟计时器的定时也采用按键来设定，当定时时间到时，系统中的音乐电路播放动听的乐曲。计时器的设计方法有多种，如可用中小规模集成电路组成，也可以用专用的时钟芯片配以显示电路及其所需要的外围电路来组成，还可以利用单片机配以专用时钟芯片来实现。这些方法都各有特点，其中利用单片机进行设计的时钟编程灵活，便于时钟功能的扩充，精确度也很高。本设计采用的就是最后一种方法。即以单片机为核心，时钟芯片计时，键

16、盘设定、校正时间，数码管显示相应时间来进行设计的。因此时钟系统中我们需设计较好的单片机的最小系统、显示电路、键盘电路和时钟芯片与单片机的接口电路。经过以上简单的分析可以得到本系统设计的原理方框图如图1-1所示图1-1 系统原理框图本系统的设计采用的是常用的模块分析法，即将系统分为几个子模块分别设计。主要分为五个大模块设计，即单片机最小系统模块、时钟电路模块、显示模块、键盘模块和闹铃模块，在以后的硬件电路设计中就按照以上的各模块分别进行设计。第2章 硬件电路设计设计思路和方案确定后就可进行系统的硬件电路设计。硬件电路是一个系统非常重要的部分，它设计的结果直接影响系统软件设计的复杂程度和系统的性能

17、指标。第1章中已经指出本系统的设计采用模块法，将系统分为单片机最小系统、时钟电路、显示电路和键盘电路四个子模块，本章将对各模块分别进行设计介绍。系统的总原理图将在附录里给出2.1 单片机最小系统单片机的最小系统是指单片机能正常工作所必需的最小组成部分，主要包括单片机及其时钟电路和对其进行复位的复位电路及电源电路。因此需选择合适单片机、设计时钟电路和复位电路以保证单片机的工作。2.1.1 单片机的选择及介绍单片机虽然种类繁多但不论哪种其内部结构都大同小异，都是把中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、中断系统、定时器/计数器以及I/O口电路等主要微型机部件集成在一个芯片上，使单片机

18、向着稳定可靠、体积小、功能强、速度快和价格廉的方向发展。单片机的典型代表是MCS-51系列单片机，后来又以其的技术核心为主导生产出很多功能更好的单片机，例如ATMEL公司推出的AT89系列单片机1。ATMEL公司将Flash存储器技术与MCS-51核相结合，形成了Flash单片机AT89系列。AT89系列单片机和MCS-51单片机在内部功能、引脚以及指令系统方面完全兼容。由于AT89系列单片机继承了MCS-51的原有功能，内部含有大量的Flash存储器，又增加了新的功能，如看门狗定时器WDT、ISP及SPI串行接口技术等，因此在电子产品开发及智能化仪器仪表中有着广泛的应用，是目前取代MCS-5

19、1系列单片机的主流芯片之一。AT89S系列是在AT89C系列的基础上增加一些特别的功能部件组成的。AT89S51、52是2003年ATMEL推出的新型品种，除了完全兼容8051外，还多了ISP编程和看门狗功能。根据本课题的特点，我们选用AT89S51。2.1.2 AT89S51单片机性能与应用AT89S51是一个低功耗，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

20、位中央处理器和ISP Flash存储单元，功能强大的微型计算机的AT89S51可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。AT89S51具有如下特点：l 40个引脚；l 4k Bytes Flash片内程序存储器；l 128 bytes的随机存取数据存储器（RAM）；l 32个外部双向输入/输出（I/O）口；l 5个中断优先级2层中断嵌套中断；l 2个16位可编程定时计数器；l 2个全双工串行通信口；l 看门狗（WDT）电路；l 片内时钟振荡器 此外，AT89S51设计和配置了振荡频率可为11.0592MHz并可通过软件设置省电模式。空闲模式下，CPU暂停工作，而RAM定时计数器，串行口

21、，外中断系统可继续工作，掉电模式冻结振荡器而保存RAM的数据，停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。同时该芯片还具有PDIP、TQFP和PLCC等三种封装形式，以适应不同产品的需求。看门狗（WDT）电路主要是实现复位功能.当单片机运行出现死循环时,看门狗（WDT）电路可以起保护功能,实现复位作用.AT89S51单片机作为控制部件. 该型号单片机一共有40个引脚,有双脚直插式和方形封装方式，可用于不同的场合。本次采用的是双列直插式，其引脚结构图如图功能2-1所示。下面对这些引脚的功能加以说明2。图2-1 AT89S51的引脚结构图1、I/O口线P0口8位、漏极开路的双向I/O口。P1口8位、

22、准双向I/O口，具有内部上拉电阻。P2口8位、准双向I/O口，具有内部上拉电阻。P3口8位、准双向I/O口，具有内部上拉电阻。P3口还具有第二功能，第二功能见表2-1。2、控制信号线RST复位输入信号，高电平有效。EA/Vpp外部程序存储器访问允许信号/编程电压输入端。PSEN片外程序存储器读选通信号，低电平有效。ALE/PROG低字节地址锁存信号/编程脉冲输入端。 3、电源和外部晶振引脚 Vcc电源电压输入引脚。GND电源地。XTAL1、XTAL2外部晶振引脚。以上就是关于本设计中用的单片机AT89S51的特性、引脚功能的简单介绍。表2-1 P3口的第二功能表 引脚 替代功能说明 P3.0

23、RXD 串行数据接受 P3.1 TXD 串行数据发送 P3.2 外部中断0申请 P3.3 外部中断1申请 P3.4 T0 定时器0外部事件计数输入 P3.5 T1 定时器1外部事件计数输入 P3.6 WR 外部RAM写选通 P3.7 RD 外部RAM读选通2.1.3 单片机的时钟电路 时钟电路用于产生单片机工作所需的时钟信号，单片机本身就如同一个复杂的同步时序电路，为了保证同步工作，电路应在唯一的时钟信号控制下，严格的按规定时序工作。单片机内含振荡器电路，但晶体振荡器和电容在片外，由引脚XTAL1和XTAL2接入片内。XTAL1为振荡器反相放大器和时钟发生电路的输入，XTAL2为反相放大器的输

24、出。时钟电路的接法有二种：当使用片内振荡器时，片外振荡源和电容与XTAL1和XTAL2的接法如图2-2的a）所示。当使用晶体谐振器时，C1、C2=（3010）pF当使用陶瓷谐振器时C1、C2=（4010）pF。C1和C2虽然没有严格的要求，但电容的大小影响振荡器电路的稳定性和快速性，通常选在20pF到30pF。在设计电路板时，晶振和电容等应尽可能的靠近芯片，以减小分布电容，保证振荡器振荡的稳定性。当使用外部振荡器信号时，外部始终信号接入XTAL1引脚，XTAL2引脚悬空，如图3-2的b）所示。对外部时钟信号的占空比没有要求，但高低电平持续时间应不短于20ms。本次设计采用图3-2的a）中的时钟

25、电路的接法，晶振取11.0592MHz3。 图2-2 时钟电路2.1.4 单片机的复位电路 复位是单片机的初始化操作，其主要功能是把PC初始化为0000 H，使单片机从0000 H单元开始执行程序，除了进入系统的正常初始化之外，当由于程序进行出错或操作出错使系统处于死锁状态时，为摆脱困境，也需按复位键以重新启动。因此熟悉单片机的复位状态非常必要。通过MGS-51单片机的复位引脚RST引脚(9)加上持续两个机器周期(即24个振荡周期)的高电平,即可使器件复位，只要RST一直保持高电平，那么CPU就一直处于复位状态。当RST由高变低后复位结束，CPU从初始状态开始工作。单片机的复位都是靠外部电路实

26、现的，分为上电自动复位和手动按键复位。如图2-3所示。 上电自动复位是通过外部复位电路的电容充电来实现的，其电路如图2-3(a)所示。这样，只要电源VCC的上升时间不超过1ms，就可以实现自动上电复位，即接通电源就完成了系统的复位初始化。上电复位电路的特点是很方便，当有电源接通给单片机时，此电路就可以自动产生复位信号。 除上电自动复位以外，在系统运行时有时还需要在不关闭电源的情况下对单片机进行复位操作，此时，一般是通过一个手动复位按钮4，如图2-3(b)所示。在需要复位时只要按一下复位按钮即可使单片机复位。按键复位电路的特点就是上电以后，可以随时通过按键来发出复位信号。该电路除具有上电复位功能

27、外。这对系统的可控性是很有帮助的。在本次设计中采用手动复位。 （a）上电复位电路 （b）手动复位电路图2-3 复位电路2.2 实时时钟电路本次设计的基于单片机的秒表/时钟计时器所使用的时钟芯片是DS1302，下面将主要介绍该芯片的用法。 DS1302内含有一个实时时钟/日历和31B态RAM，通过简单的SPI串行接口与单片机进行通信。可提供秒、分、时、日期、月、年的信息，每月和闰年的天数可自动调整，可采用24或12小时格式5。DS1302与单片机之间能采用SPI同步串行的方式进行通信，仅需用复位、数据和时钟三根I/O口线。主要指标如下： l 内含31B数据存储器。l 工作电压：2.05.5V。l

28、 工作电流：在低压2.0V时，小于300nA。l 串行SPI三线接口方式。l 8引脚DIP或SOIC表贴封装。 DS1302引脚顺序如图2-4所示：l X1、X2：32.768KHz晶振引脚。l GND：地。l RST：复位引脚。l I/O：数据输入/输出引脚。l SCLK：串行时钟。l VCC1,VCC2:电源，VCC1可接后备电池。实时芯片DS1302与单片机AT89S51的连接电路如图2-5所示：图2-4 DS1302引脚图图2-5 DS1302与单片机AT89S51的连接电路2.3 显示电路显示电路是整个电路的输出部分，显示电路有LED数码管显示和LCD液晶显示。本次设计采用的是LED

29、数码管显示。在单片机系统中，LED数码管显示是反映系统输出和操作输入的有效器件。数码管具备数字接口，可以很方便地和单片机系统连接，数码管的体积小、重量清，并且功耗低，是一种理想的显示单片机数据输出的器件。2.3.1 LED显示的基本原理LED（Light Emitting Diode）是发光二极管的缩写，LED显示器是由发光二极管构成的，所以在显示器前面冠以“LED”。LED显示器在单片机技术中的使用非常普遍。LED显示原理：通常所说的LED显示器由7个发光二极管组成，因此也称为七段LED显示器，其排列形状如图2-6所示。此外，显示器中还有一个圆点型发光二极管（在图中以dp表示），用以表示小数

30、点。通过七段发光二极管亮暗的不同组合，可以显示多种数字、字母以及其它符号6。LED显示器中的发光二极管共有两种连接方法见图2-7： 共阳极接法：把发光二极管的阳极连在一起构成公共阳极。使用时公共阳极接+5v。这样阴极端输入低电平的段发光二极管就导通点亮，而输入高点平的则不亮。 共阴极接法：把发光二极管的阴极连在一起构成公共阴极。使用时公共阴极接地，这样输入高电平的段发光二极管就导通点亮，而输入低点平的则不亮。图2-6 数码管引脚图 图 2-7 数码管的共阴和共阳接法2.3.2 显示电路原理图在单片机应用系统中，显示器显示常用两种方法：静态显示和动态扫描显示。所谓静态显示，就是每一个显示器都要占

31、用单独的具有锁存功能的I/O接口用于笔划段字形代码。这样单片机只要把要显示的字形代码发送到接口电路，就不用管它了，直到要显示新的数据时，再发送新的字形码，因此，使用这种方法单片机中CPU的开销小。可以提供单独锁存的I/O接口电路很多，这里采用串并转换电路74LS164，单片机串行口方式0为移位寄存器方式，外接6片74LS164作为6位LED显示器的静态显示接口。74LS164为TTL单向8位移位寄存器，可实现串行输入，并行输出。其中A、B（第1、2脚）为串行数据输入端，2个引脚按逻辑与运算规律输入信号，共一个输入信号时可并接。T（第8脚）为时钟输入端，可连接到串行口的TXD端。每一个时钟信号的

32、上升沿加到T端时，移位寄存器移一位，8个时钟脉冲过后，8位二进制数全部移入74LS164中。R（第9脚）为复位端，当R=0时，移位寄存器各位复0，只有当R=1时，时钟脉冲才起作用。Q1Q8（第3-6和10-13引脚）并行输出端分别接LED显示器的hga各段对应的引脚上。在给出了8个脉冲后，最先进入74LS164的第一个数据到达了最高位，再来一个脉冲，第一个脉冲就会从最高位移出7。 显示电路原理图如图2-8所示。图 2-8 显示电路2.4 键盘电路计时器需要用到按键对其控制，如调整时间、设置闹钟时间等。本次设计的秒表/时钟计时器是一个既可以进行正常执行时钟功能又能作为秒表进行倒计时操作的计时装置

33、，键盘的功能主要是秒表和时钟功能的切换、调整时间、设定时间。用四个按键就可以满足要求。单片机使用的键盘可分为独立式和矩阵式两种，独立式实际上就是一组相互独立的按键，这些按键可直接与单片机的I/O口连接，即每个按键独占一条口线，接口简单，对键盘数目不多的设计可用这种键盘。矩阵式键盘也称行列式键盘，键盘上的键按行列组成矩阵，在行列的交点上都对应有一个键，故键的数目较多8。矩阵式键盘还有专用的键盘接口芯片，其可以完成键盘的扫描、键的识别、产生闭合键的键码以及排除多键、串键和去抖动等功能，键盘接口芯片可以与单片机结合设计出很好的键盘，在需要很多键盘的设计中应用该种键盘比较好。本设计中用到的四个按键，可

34、采用独立键盘实现。四个按键分别独立与单片机的I/O口相接，由于对单片机正常工作时其口线输入一般为高电平较好，则可以设计按键电路使按键不按下时输入单片机I/O口的数据是高电平，按键按下时输入的是低电平，即在键盘电路中低电平有效。当有键按下时输入单片机一个低电平单片机处理，没有键按下时单片机正常工作。图2-9是本设计的键盘电路。P3.2到.P3.5是单片机的I/O口，S1到S4是四个独立按键。（1）S1：秒表和时钟功能切换键。（2）S2：校准时间键，校准后的确认键，在复位后的待机状态下，用于启 动设定时间参数。（3）S3：校准时间时，用于对时位、分位、秒位进行+1操作。（4）S4：定时确认键，用来

35、确定闹钟设定的时间。或是作为秒表使用时的启动、暂停和复位键。图2-9 键盘电路2.5 闹铃电路闹铃是时钟的一个重要功能，其响铃时可用蜂鸣器和扬声器来实现，为了使其响铃效果更好这里采用扬声器播放音乐来实现其闹铃功能。要使扬声器能在整点报时必须要有音频放大器来驱动扬声器才能工作。在这里采用LM386音频放大器9。LM386是美国国家半导体公司生产的音频功率放大器，为使外围元件最少，电压增益内置为20。但在1脚和8脚之间增加一只外接电阻和电容，便可将电压增益调为任意值，直至200。输入端以地为参考，同时输出端电压为电源电压的一半，在5V电源电压下，它的静态功耗仅为24mW,使得LM386特别适用于电

36、池供电的场合。LM386的封装形式有塑封8引线双列直插式和贴片式。引脚图如图2-10所示。引脚2为反相输入端，3为同相输入端；引脚5为输出端；引脚6和4分别为电源和地；引脚1和8为电压增益设定端；对增益要求不高时可以去掉不接，此时的增益内置为20。使用时在引脚7和地之间接旁路电容，通常取547F。工作稳定后，该管脚电压值约等于电源电压的一半，在器件上电、掉电时的噪声就是由该偏置电压的瞬间跳变所致，工作稳定后，该管脚电压值约等于电源电压的一半。增大这个电容的容量，能减缓直流基准电压的上升、下降速度，可有效抑制噪声10。它的电子特性如下：1.静态功耗低，约为4mA，可用于电池供电； 2.工作电压范

37、围宽：412V或518V。LM386-1和LM386-3的电源电压为412V，LM386-4的电源电压为518V； 3.外围元件少； 4.电压增益可调范围为：20200； 5.低失真度；在这里的采用增益为20的电路，其输入端与单片机的P3.7口相连，输出端接内阻为8欧姆的扬声器，则报时器的连接图如图2-11所示。图2-10 LM386的引脚图图2-11 闹铃电路第3章 系统软件设计 基于单片机系统的设计一般包括系统硬件设计和系统软件设计二部分，上一章已经对系统硬件进行了设计，本章将根据系统硬件电路和设计要求设计系统的软件。软件也可模块化设计，将软件系统分为主程序和几个子程序设计即主程序、中断子

38、程序、X5045初始化子程序、DS1302初始化子程序、键盘设定时间子程序、显示子程序，本章主要对各程序设计流程图并简单介绍各程序的原理。语言编程采用汇编语言，系统的汇编语言程序将在附录中给出。3.1 主程序流程图 程序的执行是从主程序开始的，主程序是软件设计的总体框架，因此主程序流程图的设计决定了程序编写的好坏。主程序的功能主要是读DS1302的时间将时间数据送到LED显示，当有按键按下时，将引发外部中断，程序会调用相应的中断子程序。如当S1按下时，计时器由时钟模式转换到秒表计时模式，此时会调用秒表计时中断子程序执行秒表计时功能，在LED上将显示秒表时间；当按键S1未被按下或被再次按下时为时

39、钟工作模式，将调用时钟计时程序并执行与其相关的子程序，在LED上将显示时钟时间并进行校时、定时功能。其流程图如图3-1所示。图3-1 主程序流程图3.2 读DS1302子程序流程图本节的主要功能是读取DS1302的数据11，其流程图如图3-2所示。3.3 显示程序流程图在从DS1302读出时间后要在LED上显示，本设计中时钟初值设计为12点00分00秒，秒表初值定为00分00秒00，采用LED动态显示，其流程图如3-3所示：图3-2 读DS1302时间子程序流程图 图3-3 显示程序流程图3.4 秒表计时子程序流程图 当按键S1按下时P1.0引脚处有低电平脉冲，计时器进入秒表计时功能，调用秒表

40、计时子程序，其程序流程图如3-4所示12： 3.5 时钟计时子程序流程图当按键S1未被按下或被再次按下时，该计时器将执行时钟计时功能，其流程图如下图3-5所示：图3-4 秒表计时子程序流程图 图3-5 时钟计时子程序流程图3.6 设定时间子程序流程图定时间子程序的主要功能是通过键盘扫描判断是否有校时或定时键按下，从而进行校时或定时。其流程图如图3-6所示。调时子程序流程图如图3-7所示 ： 图3-6 设定时间子程序流程图图3-7 调时/定时子程序流程图3.7 时钟闹铃子程序流程图 时钟的闹铃功能是通过此程序来实现的。定时后将定时时间送缓冲单元暂存，然后将它的时、分、秒分别与时钟时间的时、分、秒

41、进行比较，若比较结果都相等，则闹铃响，否则返回继续比较，直至完全相等闹铃响。图3-8 时钟闹铃子程序流程图第4章 调试单片机应用系统的调试，包括硬件调试和软件调试，是一个很重要的步骤。在调试过程中要不断地找出其中的错误，并进行现场解决，然后再重复，直至系统可以正常运行为止。系统的硬件调试与软件调试是分不开的，许多硬件故障是在调试软件时才被发现和纠正的。通常是先排除系统中明显的硬件故障后再和软件结合起来调试。一、硬件调试第一步：在没通电之前，先用万用表检查线路的正确性，并核对元器件的型号、规格是否符合要求。特别注意电源的正负极以及电源之间是否有短路，并重点检查地址总线、数据总线、控制总线是否存在

42、相互间的短路或其他信号线的短路。晶体振荡器和电容应尽可能靠近单片机芯片安装，以减少寄生电容，更好是保证振荡器稳定和可靠地工作。在本系统中我们都进行了仔细的检查，所以此步骤不会发生故障，这一步如果检查不细通电后可能会造成不可想象的后果，所以这一步也至关重要。第二步：通电后检查各器件引脚的电位，仔细测量各点电位是否正常，尤其应注意单片机的插座上的各点电位，若有高压，将有可能损坏单片机仿真器。同样，如果电压过低就没有能力驱动其负载。第三步：在断电的情况下，除单片机以外，用仿真插头将所连接电路与单片机仿真器的仿真接口相连，为软件调试做好准备。二、软件调试该系统的软件调试，是把程序输入单片机，然后连接单

43、片机仿真器进行模拟调试，在调试时程序应该以模块的形式进行调试，这样可以方便解决软件的问题，进行及时修改，最后再将调试好的小段程序连接在一起进行整体调试，当整个程序都没错误时，软件调试已经成功。程序调试中出现的问题及解决的办法：1程序调试时若发现无法运行出结果，应首先检查各个子程序是否有错误，如有错要改正，如果没有错误应检查单片机与仿真器的连接是否有问题。2程序中的跳转指令的运用很重要，为保险起见，都用LJMP,我们就遇到过跳转指令用错程序无法正常运行的现象。当用JNZ指令时，跳转范围比较少，这时要用一个标号中转。3编程时要注意，在程序开始时，要写入各定时器中断的入口地址。4编程过程中要注意加注

44、释或分割线，否则，在程序过长时容易变得很乱，不便于查找或更改。结论与展望经过一个学期的时间完成了基于单片机的秒表、时钟计时器的设计，本系统是基于单片机及其接口技术、计算机技术、微电子技术综合应用的设计。系统的设计主要包括单片机最小、实时时钟芯片的选取，键盘电路和显示电路的设计，各芯片与单片机接口电路的设计等。在系统设计中查阅了大量相关的中文和外文资料以及各芯片的厂家技术资料手册，借鉴了很多前人成熟的经验。通过本次设计可以总结出：首先单片机的广泛应用使现在的电子产品设计越来越方便，功能越来越好，集成度也越来越高。通过对单片机的重新编程可以很方便改变时钟的功能。其次单片机和微电子等技术是密切相关的

45、，它们如何应用将直接对设计结果产生影响，应用不同的元器件和设计方法可以使时钟的设计结果截然不同，时钟的性能也将有差别。同时在本设计中应用的元器件都是集成的，特别是单片机和实时时钟芯片DS1302的应用，使该设计只要稍加修改就可以很方便的开发出其它基于单片机的时钟。从本次设计也可以初步预测到以后计时器的发展状况：首先，随着很多性能更好新材料的应用、设计方法的不断完善、大规模集成电路的发展以及驱动技术的进步，计时器的发展会很快，系统性能更稳定、精度更高而且功能也更多，性价比更高。其次，随着显示器件，如液晶显示器件性能的拓宽，传统的机械时钟显示形式也将演变成高清晰度的显示方式。最后，未来计时器的功能

46、将会大大的拓展。使用单片机以软件方式驱动芯片，不但可以通过改变编程方法实现不同的功能，而且还可以方便灵活地控制时间的运行状态以满足不同用户的要求。计时器的功能使用软件方法进行设计，这样既简化了电路也降低了成本。致 谢本设计是在彭超老师的悉心指导下完成的。四年来，老师创造了多次学习和交流的机会，提供了良好的实验环境和学习环境，并且在学习、生活等各方面，老师都给了无微不至的关怀。彭老师严谨的治学态度、渊博的学识，使我在完成论文期间少走了许多弯路。在此向尊敬的彭老师表示最衷心的感谢。本设计能够及时完成还得到了众多老师和同学的帮助，系统的硬件设计得到同学指点，软件设计得到了同学的帮助。其他师兄弟妹们对

47、论文的撰写也都提出了不少宝贵的意见和建议。技术细节问题的解决更离不开网上那些不知名的热情网友的大力支持与帮助。在生活上特别离不开室友提供的帮助。在此，对他们并表示最衷心的感谢。最后，感谢父母给予精神上的鼓励和生活上的关怀，我唯有以更出色的成绩来回报他们。感谢其他关心和帮助过我所有人。作者：杨 静 2008 年 6月5日参考文献1 付家才.单片机控制工程实践技术M. 北京：化学工业出版社，2004.32 向继文，廖立新.基于AT89S51的电子钟系统设计J.机电产品开发与创新，2007，20（2）：62-633 赵淑范.数字电子钟设计J.长春大学学报，2004，14（4）：36-394 张景元，陈平.一种基于单片机的多功能数字钟J.中文核心期刊微计算机信息，2005，21（9-2）：136-1375 求是科技，靳达.单片机应用系统开发实例导航M.北京：人民邮电出版社，2003.106 沈红卫.单片机应用系统设计实例与分析M.北京：北