基于AT89S51单片机的简易数字时钟

数字时钟设计

摘要：

随着科技的快速发展，时间的流逝,从观太阳、摆钟到现在电子钟，人类不断研究，不断创新纪录。本次设计的数字时钟电路采用AT89S51单片机作为核心，对于数字电子时钟采用直观的数字显示（LED），可以同时显示时、分、秒等信息，还具有时间校准等功能，功耗小，使用寿命长，误差小，能在3V的低压工作，电压可选用3~5V电压供电。

~~~~~~目录~~~~~~

一、设计要求与方案论证 (3)

1.1 设计要求 (3)

1.2 系统基本方案选择和论证 (3)

1.2.1单片机芯片的选择方案和论证 (3)

1.2.2 显示模块选择方案和论证 (4)

1.2.3 时钟芯片的选择方案和论证 (5)

1.2.4 电源的选择方案与论证 (5)

二.系统的硬件设计与实现 (6)

2.1 电路设计框图 (6)

2.2 系统硬件概述 (6)

2.3 主要单元电路的设计 (8)

2.3.1单片机主控制模块的设计 (8)

2.3.2电源电路模块的设计 (8)

2.3.3校时校分电路设计 (9)

2.3.4显示模块的设计 (9)

三、系统的软件设计 (10)

3.1主程序部分 (11)

3.2计时显示中断子程序部分 (12)

3.3校分显示子程序部分 (15)

3.4校时显示子程序部分 (16)

四. 指标测试 (17)

4.1 测试仪器 (17)

4.2硬件测试 (17)

4.3软件测试 (18)

4.４测试结果分析与结论 (18)

4.4.1 测试结果分析 (18)

4.4.2 测试结论 (18)

五、作品总结与设计感想 (18)

参考文献 (19)

附录一：汇编语言源程序 (20)

附录二：PCB印刷版图 (23)

一、设计要求与方案论证

1.1 设计要求：

（１）基本要求

（a）具备显示时、分等功能；

（b）具备时、分校准功能；

1.2 系统基本方案选择和论证

1.2.1单片机芯片的选择方案和论证：

方案一：

采用89C51芯片作为硬件核心，其内部采用Flash ROM，具有4KB ROM 存储空间,能于3V 的超低压工作，但

运用于电路设计中时由于不具备ISP在线编程技术,烧入程序时需要专门的C编程器（当前可用的实验烧写开发板只支持具有ISP在线编程功能的AT89S＊＊系列的芯片），当在对电路进行调试时，更显麻烦，并且增加了造价，

方案二：

采用89S51芯片作为主控模块，AT89S51是MCS-51系列单片机目前运用较多的一种芯片，采用Flash ROM，内部具有4KB ROM 存储空间,能于3V的超低压工作，而且具备ISP在线编程技术，方便对电路进行调试.但由于程序的错误修改或对程序的新增功能需要烧入程序时，对芯片的多次拔插会对芯片造成一定的损坏。针对该问题，可采用易于插拔的芯片插槽，芯片的程序烧写用专门的实验板进行烧写（当前可用的实验烧写开发板支持AT89S＊＊系列）.AT89S51单片机的功能引脚图如下图所示:

AT89S51单片机的功能引脚图

所以选择采用AT89S51作为主控制系统.

1.2.2 显示模块选择方案和论证：

方案一：

采用LED液晶显示屏,液晶显示屏的显示功能强大,可显示大量文字,图形,显示多样,清晰可见,但是价格昂贵,需要的接口线多,所以在此设计中不采用LED液晶显示屏.

方案二：

采用点阵式数码管显示，点阵式数码管是由八行八列的发光二极管组成，对于显示文字比较适合,如采用在显示数字显得太浪费,且价格也相对较高,所以也不用此种作为显示.

方案三：

采用四位共阴LED数码管进行静态显示,LED数码管价格适中,对于显示数字最合适,而且采用静态显示法与单片机连接时,占用的单片机口线少（采用二十四小时制显示，以P0、P1、P2口分别作为分、十分、小时位显示段码输出，而十小时位只需要显示1或者不显示，故只要用到P3口的两个引脚P3.1和P3.2作为显示段码输出即可）。

共阳极8段数码管引脚图

所以采用了LED数码管作为显示。

1.2.3时钟芯片的选择方案和论证：

方案一：

采用DS1302时钟芯片实现时钟，DS1302芯片是一种高性能的时钟芯片，可自动对秒、分、时、日、周、月、年以及闰年补偿的年进行计数，精度也较高,工作电压2.5V～5.5V范围内，功耗也较低，但价格比较贵，且目前市场上采购不到

方案二：

直接采用单片机定时计数器提供秒信号，使用程序实现时、分、秒计数。采用此种方案实现虽然有一定的时间误差，但可减少少芯片的使用，节约成本，易于实现，符合初学者实验选用。

所以采用方案二。

1.2.4 电源的选择方案和论证：

本设计中，电源模块采用的是通过变压.整流再稳压，将220V的交流市电变成5V的直流电源供电，采用此方案的主要好处就是该电源电路的各个模块电路技术都已很成熟，容易制作，并且能够直接使用220V的交流市电

1.3 电路设计最终方案决定

综上各方案所述,对此次作品的方案选定: 采用AT89S51作为主控制系统; 通过软件编程采用定时器定时实现秒.分.时计时;LED数码管静态显示时间。

二.系统的硬件设计与实现

2.1 电路设计框图

2.2 系统硬件概述

本实验设计的单片机控制数字钟硬件结构简单，所需元器件少，价格低廉，制作容易.单片机选用带flash ROM的AT89S51作为控制核心，具有在线编程功能，低功耗，能在3V超低压工作；时钟电路是通过软件定时计数的方式实现，它是一种性能较高、低成本、并且可进行实时编程校准时间的时钟电路，从而实现对时、分、秒进行计时；AT89S51的P0口＼P1口＼P2口＼P3口各接一个共阳极数码管，直接驱动显示时间构成显示部份，显示方法采用静态显示方式，P0口和P1口所接的数码管分别显示分与十分，P2口所接的数码管显示小时，为了和分钟数字区别开，该数码管的小数点常亮，P3口的P3.0和P3.1分别接第四个数码管的b\c段显示1,即十小时，如果不到十小时，则不显示。小时为12进制，分为60进制.时钟为12MHZ的晶振，外部中断0（P3.2口INT0）和外部中断1（P3.3口INT1）各接一按钮分别进行校分与校时，复位按钮清零.总设计原理图如图-1所示.