基于单片机电子时钟的设计
单片机课程设计
姓名：刘韶辉
学号：32
班级：自动化11402
成绩：
指导老师：吴玉蓉
设计时间：2016年12月26日~2017年1月5日目录
STC89C51是公司生产的一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 4K 在系统可编程Flash存储器。STC89C51使用经典的MCS-51内核，但做了很多的改进使得芯片具有传统不具备的功能。在单芯片上，拥有灵巧的8 位和在系统可编程Flash，使得STC89C51为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的。支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被 (5)
图5 单片机系统冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。最高运作频率35MHz，6T/12T可选。 (5)
将所有数码管的8个显示段码"a,b,c,d,e,f,g,dp"的同名端连在一起，另外为每个数码管的公共极COM增加位选通控制电路，位选通由各自独立的I/O线控制，当单片机输出字形码时，所有数码管都接收到相同的字形码，但究竟是那个数码管会显示出字形，取决于单片机对位选通COM端电路的控制，所以我们只要将需要显示的数码管的选通控制打开，该位就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮。通过分时轮流控制各个数码管的COM端，就使各个数码管轮流受控显示，电路如下图：
(5)
图6 数码管显示电路 (6)
一、设计要求
利用51单片机开发电子时钟，实现时间显示、调整功能。具体要求如下：（1）按以上要求制定设计方案，并绘制出系统工作框图；
（2）按要求设计部分外围电路，并与单片机仿真器、单片机实验箱、电源等正确可靠的连接，给出电路原理图；
（3）用仿真器及单片机实验箱进行程序设计与调试；
（4）利用键盘输入调整秒、分和小时时刻，数码管显示时间；
二、系统总体方案
1.时钟计数：形成秒、分、小时，系统时间采用24小时制。利用单片机内部的定时器/计数器来实现，它的处理过程如下：首先设定单片机内部的一个定时器/计数器工作于定时方式，对机器周期计数形成基准时间（如10ms ），然后用另一个定时器/计数器或软件计数的方法对基准时间计数形成秒（对10ms 计数100次），秒计60次形成分，分计60次形成小时，小时计24次则计满一天。
2.显示：采用8个LED 显示系统当前时间，显示格式为“时-分-秒”（如12-25-09）。
3.设置功能：用户可以对系统的时间进行设置。没有按键时，则时钟正常走时。当按下K0键，进入调分状态，时钟停止走动，此时，按K1或K2键可进行加1或减1操作；继续按K0键可分别进行分和时的调整，此时，按K1或K2键可进行加1或减1操作；最后按K0键将退出调整状态，时钟开始计时运行。
4.系统框图
三、硬件电路设计
1.时钟电路（晶振电路）
单片机利用外部12MHZ 晶振构成振荡电路作为时钟源，单片机内部具有一个高增益反向放大器，用于构成振荡器。通常在引脚XTAL1和XTAL2跨接石英晶体和两个补偿电容构成自激振荡器，结构如图所示：
晶振电路
STC89C51
复位电路
显示电路
按键电路
电源电路
图2 时钟电路图
2.按键电路
按键处理设置为:当有没键按下时，时钟正常运行；当按一次K1，时钟停止走动，按K2对秒进行调整；当K1按2次时，按K2 对分进行调整；当K1按下3次时，按K2 对小时进行调整，当按下4次K1时，校时完毕，时钟按设定的时间进行正常走时。当按1次K3进入闹钟设置界面，时钟继续进行走时，按K2对秒进行设置；当按2次K3，按K2对分进行设置；当按3次K3，按K2对秒进行设置；当按下4次K3时，闹钟设置完毕进入时钟显示界面。电路如下图：
图3 独立按键电路
3.复位电路
单片机小系统常采用上电自动复位和手动按键复位两种方式实现系统的复位操作，上电复位要求接通电源后，自动实现复位操作，手动复位要求在电源接通的条件下，在单片机运行期间，用按钮开关操作使单片机复位，其结构图如下图，上电自动复位通过电容C充电来实现，手动按键复位是通过按键将电阻R 与Vcc接通来实现。
图4 复位电路
4.单片机系统
STC89C51是公司生产的一种低功耗、
高性能CMOS8位微控制器，具有 4K 在系
统可编程Flash存储器。STC89C51使用经
典的MCS-51内核，但做了很多的改进使得
芯片具有传统不具备的功能。在单芯片上，
拥有灵巧的8 位和在系统可编程Flash，
使得STC89C51为众多嵌入式控制应用系统
提供高灵活、超有效的。支持2种软件可
选择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工
作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中
断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被
保存，振荡器被
图5 单片机系统冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。最高运作频率35MHz，6T/12T可选。
5. 数码管显示电路
将所有数码管的8个显示段码"a,b,c,d,e,f,g,dp"的同名端连在一起，另外为每个数码管的公共极COM增加位选通控制电路，位选通由各自独立的I/O线控制，当单片机输出字形码时，所有数码管都接收到相同的字形码，但究竟是那个数码管会显示出字形，取决于单片机对位选通COM端电路的控制，所以我们只要
将需要显示的数码管的选通控制打开，该位就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮。通过分时轮流控制各个数码管的COM端，就使各个数码管轮流受控显示，电路如下图：
图6 数码管显示电路
四、软件设计
本系统的软件系统主要可分为主程序、定时计数中断程序、按键程序、延时程序四大模块。
设计思路：
本系统主要可分为主程序、定时计数中断程序、按键程序、延时程序和共阴极数码管显示程序。定时中断程序是利用单片机内部定时器0实现1秒的定时，然后利用软件延时实现分小时，时间调整程序是利用单片机的内部存贮器，把调整好的时间写到显示时间的存贮单元，然后启动定时器开始计时并显示，延时程序是利用软件实现延时达到去抖的目的和数码管动态显示的延时。主程序就是利用这些子程序中断程序实现显示、定时等功能。
1.软件流程图
（1）主程序
开始
初始化
键盘扫描
（2）键盘扫描程序
（3）显示程序
显示
开始
计时满1s
秒加1
满60s
秒清零，分加1
分满60
分清零，时加1
时满24
时清零
时间显示
开始
开始
时间数据个十位分离
2、程序清单
#include<>
#define uint unsigned int
#define uchar unsigned char
uchar code table[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x00}; sbit k0=P1^0;
sbit k1=P1^1;
sbit k2=P1^2;
int s0,s1,min0,min1,h0,h1,shi,fen,miao,count,slnum,a0,a1,b0,b1,c0,c1;
void delay(uint z) //延时函数1ms
{
uint x,y;
for(x=z;x>0;x--)
for(y=90;y>0;y--);
}
void init() //初始化函数
{
P0=table[0];
P2=0xff;
shi=23;
fen=59;//上电时间23-59-50
miao=50;
i=0
送位选码
送段选码
消隐
结束
i>8 ?
s1=miao/10;
s0=miao%10;
min1=fen/10;
min0=fen%10;
h1=shi/10;
h0=shi%10;//分离出个位十位
TMOD=0x01;
TH0=(65536-50000)/256;
TL0=(65536-50000)%256;//基准时间为20ms
EA=1;
ET0=1;
TR0=1;//打开中断定时器
}
void display0() //
{
P2=0x80;
P0=table[h1];
delay(1);
P0=0x00;//消隐
P2=0x40;
P0=table[h0];
delay(1);
P0=0x00;
P2=0x20;
P0=0x40;
delay(1);
P0=0x00;
P2=0x10;
P0=table[min1];
delay(1);
P0=0x00;
P2=0x08;
P0=table[min0];
delay(1);
P0=0x00;
P2=0x04;
P0=0x40;//让时分秒中间显示“—”
delay(1);
P0=0x00;
P2=0x02;
P0=table[s1];
delay(1);
P0=0x00;
P2=0x01;
P0=table[s0];
delay(1);
P0=0x00;
}
void display2()该显示函数是让闪烁显示函数的子函数{
P2=0x80;
P0=table[a1];
delay(1);
P0=0x00;
P2=0x40;
P0=table[a0];
delay(1);
P0=0x00;
P2=0x20;
P0=0x40;
delay(1);
P0=0x00;
P2=0x10;
P0=table[b1];
delay(1);
P0=0x00;
P2=0x08;
P0=table[b0];
delay(1);
P0=0x00;
P2=0x04;
P0=0x40;
delay(1);
P0=0x00;
P2=0x02;
P0=table[c1];
delay(1);
P0=0x00;
P2=0x01;
P0=table[c0];
delay(1);
P0=0x00;
}
void display3()闪烁显示函数，用于未松手闪烁
{
int n;
for(n=0;n<40;n++)
{
display0();
}
for(n=0;n<35;n++)
{
display2();
}
}
void kryscan() //键盘扫描函数
{
if(k0==0)
{
delay(3);//延时去抖
if(k0==0)//确认K0已按下
{
slnum++;
while(!k0)//判断是否松手
display0();//未松手闪烁显示
if(slnum==1)
{
TR0=0;//关闭定时器，时钟停止走动
c1=10;
c0=10;
a1=h1;
a0=h0;
b0=min0;
b1=min1;//让秒钟闪，时钟分钟显示}
if(slnum==2)
{
c1=s1;
c0=s0;
a1=h1;
a0=h0;
b0=10;
b1=10;//让分钟闪，秒钟时钟显示}
if(slnum==3)
{
c1=s1;
c0=s0;
a1=10;
a0=10;
b0=min0;
b1=min1;//让时钟闪，秒钟分钟显示
}
if(slnum==4)
{
c1=s1;
c0=s0;
a1=h1;
a0=h0;
b0=min0;
b1=min1;
slnum=0;//全部显示，不闪烁
TR0=1;//打开定时器，时钟继续}
}
}
if(slnum!=0)
{
if(k1==0)
{
delay(3);
if(k1==0)//K1是否按下
{
while(!k1)//判断是否松手
display3();//闪烁显示
if(slnum==1)
{
miao++;
if(miao==60)
miao=0;
s1=miao/10;
s0=miao%10;//秒钟加一}
if(slnum==2)
{
fen++;
if(fen==60)
fen=0;
min1=fen/10;
min0=fen%10;//分钟加一}
if(slnum==3)
{
shi++;
if(shi==24)
shi=0;
h1=shi/10;
h0=shi%10;//时钟加一
}
}
}
if(k2==0)
{
delay(3);
if(k2==0)
{
while(!k2)
display3();
if(slnum==1)
{
miao--;
if(miao==-1)
miao=59;
s1=miao/10;
s0=miao%10;//秒钟减一
}
if(slnum==2)
{
fen--;
if(fen==-1)
fen=59;
min1=fen/10;
min0=fen%10;//分钟减一
}
if(slnum==3)
{
shi--;
if(shi==-1)
shi=23;
h1=shi/10;
h0=shi%10;//时钟减一
}
}
}
}
}
void display1()//按键检查闪烁显示函数
{
int n;
for(n=0;n<40;n++)
{
display0();
kryscan();
}
for(n=0;n<35;n++)
{
display2();
kryscan();
}
}
void main() //主函数
{
init();
while(1)
{
display0();
kryscan();
if(!slnum==0)
display1();
}
}
void timer0() interrupt 1 //中断函数{
TH0=(65536-50000)/256;
TL0=(65536-50000)%256;
count++;
if(count==20)
{
count=0;
miao++;
if(miao==60)
{
miao=0;
fen++;
if(fen==60)
{
fen=0;
shi++;
if(shi==24)
shi=0;
h1=shi/10;
h0=shi%10;
}
min1=fen/10;
min0=fen%10;
}
s1=miao/10;
s0=miao%10;
}
}
五、设计心得体会
通过本次课程设计，加强了我对单片机这门课程的理解与熟悉，而且这次设计使我的动手能力更有显著的提高，让我获益良多，也使我更加扎实的掌握了有关电子线路单片机方面的知识，在设计过程中虽然遇到了一些问题，但经过一次又一次的思考，一遍又一遍的检查，我终于找出了问题的所在，也暴露出了我在这方面的知识欠缺和经验不足。实践才能出真知，实践才是检验真理的唯一标准，唯有通过亲手制作，才能令我们掌握知识。
在这次的课程设计中，我们遇到了很多困难，过程很艰难，但是我们都克服了，这是对我们自己的肯定。我们不断发现错误，不断改正，不断领悟，不断获取。不可否认，单片机是一门比较难的专业学科。但是经过这一学期的学习，我觉得单片机这门课很好，让我们在设计中掌握课程，具有很强的实用性。在社会上，单片机应用极其广泛。通过这次课程设计骂我掌握了常用元件的识别和测试，熟悉了常用仪器仪表；了解了电路的连接方法；以及如何提高电路的性能等。
六、参考文献及网站
1、《单片机原理及应用》罗维平李德骏编华中科技大学出版社。
2、《单片微型计算机原理与接口技术》高峰编电子工业出版社。
3、《单片机应用新技术教程》邹逢兴编高等教育出版社。
4、《16位微型计算机原理接口及其应用》朱宇光编电子工业出版社。
5、《微型计算机原理与接口技术》吴秀清编中国科学技术出版社。
6、《微型计算机接口技术》邓亚平编清华大学出版社。
7、网站七、实物图