基于51单片机可调数字钟的设计

安阳师范学院

单片机技术课程实践——基于89C51单片机可调数字钟的仿真设计

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1. 设计目的

1.1设计目的

（1）掌握51系列内部定时/计数器的原理和基本应用；

（2）掌握使用单片机处理复杂逻辑的方法；

（3）掌握多位数码管动态显示的方法；

（4）掌握独立式（和矩阵）键盘的编程方法；

（5）掌握利用汇编语言编写单片机系统的应用软件的方法；

（6) 巩固,加深和扩大单片机应用的知识面,提高综合及灵活运用所学知识解决工业控制的能力;

(7) 培养针对课题需要,选择和查阅有关手册,图表及文献资料的自学能力,提高组成系统,编程,调试的动手能力;

(8) 熟悉单片机用系统开发,研制的过程,软硬件设计方法,内容及步骤.

(9) 了解数字钟的组成及工作原理.

1.2设计性能

（1）用51单片机的定时/计数器TMR0产生一秒的定时时间，作为秒计数时间；

（2）当一秒产生时，秒计数加1；

（3）开机时，显示00.00.00，并开始连续计时；

（4）计时满23.29.59时，返回00.00.00重新开始计时；

（5）在以上设计基础上，在单片机的I/O口上分别接入四个按键：K0—控制“秒”的调整，每按一次加1秒；K1—控制“分”的调整，每按一次加1分；K2—控制“时”的调整，每按一次加1小时；K3—时间复位按键。

2.系统电路的方案

2.1实现时钟计时的基本方法

用AT89C51单片机的定时/计数器T0产生一秒的定时时间，作为秒计数时间，当一秒产生时，秒计数加1开机时。显示00-00-00的时间，开始计时；计时满23-59-59时，返回00-00-00重新计时

AT89C51单片机的内部16位定时/计数器是一个可编程定时/计数器，它既可以工作在13位定时方式，也可以工作在16位定时方式和8位定时方式。只要通过设置特殊功能寄存器TMOD，即可完成。定时/计数器何时工作也是通过TCON 特殊功能寄存器来设置的。

在此设计中，选择16位定时工作方式。对于T0来说，系统时钟为12MHz，最大定时也只有65536us，即65.536ms，无法达到我们所需要的1秒的定时，因此，必须通过软件来处理这个问题，假设取T0的最大定时为50ms，即要定时1秒需要经过20次的50ms的定时。对于这20次计数，就可以采用软件的方法来统计了。

设定TMOD＝01H，设置定时/计数器0工作在方式1。

给T0定时/计数器的TH0，TL0装入预置初值，通过下面的公式可以计算出：N=t/Ty=(50×10^-3)/(1×10^-6)=50000

X=65536-50000=15536=3CB0H

即TH0=3CH,TL0=0B0H.

这样，当定时/计数器0计满50ms时，产生一个中断，我们可以在中断服务程序中，对中断次数加以统计，以实现数字钟的逻辑功能。

2.2数字钟的时间显示

显示器的时间显示采用动态扫描电路驱动形式，以达到简化电路的目的。但要注意所需的驱动电流比静态驱动时要大，因此要增加驱动电路。可采用74LS244或者晶体管；其中74LS244是用来驱动段选码，晶体管是驱动位选码。

电子钟的时钟时间在六位数码管上进行显示，因此，在内部RAM中设置显示缓冲区共8个单元。

LED8 LED7 LED6 LED5 LED4 LED3 LED2 LED1 37H 36H 35H 34H 33H 32H 31H 30H 小时分隔符分钟分隔符秒

3.系统的硬件设计

3.1单片机的功能介绍

AT89C51是一种带4K字节FLASH存储器的低电压、高性能CMOS 8位微处理器，俗称单片机。AT89C2051是一种带2K字节闪存可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1000次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪速存储器组合在单个芯片中，ATMEL 的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C2051是它的一种精简版本。AT89C51单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。外形及引脚排列如图所示。

图3.1 单片机AT89C52引脚功能简化图

3.2时钟振荡电路

时钟振荡器即时钟脉冲发生器，产生整个芯片内部各功能电路正常操作所需的时钟脉冲和定时信号。最常用的一种电路连接方法是，在XTAL1和XTAL2这2只引脚之间外接一只晶体振荡器XTAL和2只电容C1和C2到地（如图5-3所示），与片内电路共同构成一个多谐振荡器电路。其振荡频率取决于外接石英晶体振荡器元件XTAL的固有频率，常选取12MHZ或6MHZ的晶振。

典型的晶振取11.0592MHz(因为可以准确地得到9600波特率和19200波特率，用于有串口通讯的场合)/12MHz(产生精确的uS级时歇,方便定时操作) 特别注意:对于31脚(EA/Vpp),当接高电平时,单片机在复位后从内部ROM的0000H 开始执行;当接低电平时,复位后直接从外部ROM的0000H开始执行。

图3.2时钟振荡电路图

3.3键盘控制电路

键盘分编码键盘和非编码键盘。键盘上闭合键的识别由专用的硬件编码器实现，并产生键编码号或键值的称为编码键盘，如计算机键盘.而靠软件编程来识别的称为非编码键盘；

在单片机组成的各种系统中，用的最多的是非编码键盘。也有用到编码键盘的。非编码键盘有分为：独立键盘和行列式（又称为矩阵式）键盘。下图5-6是非编码键盘式控制电路。

图3.3 键盘控制电路

按键在闭合和断开时，触点会存在抖动现象为使CPU能正确地读出端口的状态，对每一次按键只作一次响应，就必须考虑如何去除抖动，常用的去抖动的方法有两种：硬件方法和软件方法。单片机中常用软件法，软件法其实很简单，就是在单片机获得端口为低的信息后，不是立即认定按键已被按下，而是延时10毫秒或更长一些时间后再次检测端口，如果仍为低，说明按键的确按下了，这实际上是避开了按键按下时的抖动时间。而在检测到按键释放后（端口为高）再延时5-10个毫秒，消除后沿的抖动，然后再对键值处理。不过一般情况下，我们通常不对按键释放的后沿进行处理，实践证明，也能满足一定的要求。