《单片机原理及接**术》
课程设计。题目：单片机电子时钟的设计与实现。
设计人员。学号。
班级。指导老师。
日期。目录。
一、设计要求2
二、设计方案和论证2
一）总设计原理图2
二）设计方案的选择2
3）硬件部分4
4）软件部分8
三、设计总结26
四、参考文献26
一、设计要求。
1、准确计时，以数字形式显示时、分、秒的时间。
2、小时以24小时计时形式，分秒计时为60进位。
3、校正时间功能，即能随意设定走时时间。
4、闹钟功能，一旦走时到该时间，能以声或光的形式告警提示。
5、设计5v直流电源，系统时钟电路、复位电路。
二、设计方案和论证。
本次设计时钟电路，使用了atc89c51单片机芯片控制电路，单片机控制电路简单且省去了很多复杂的线路，使得电路简明易懂，使用键盘键上的按键来调整时钟的时、分、秒，用一扬声器来进行定时提醒，同时使用汇编语言程序来控制整个时钟显示，使得编程变得更容易，这样通过四个模块：键盘、芯片、扬声器、led显示即可满足设计要求。
一） 总设计原理框图如下图所示：
二）设计方案的选择。
1.计时方案。
方案1：采用实时时钟芯片。
现在市场上有很多实时时钟集成电路，如ds1287、ds12887、ds1302等。这些实时时钟芯片具备年、月、日、时、分、秒计时功能和多点定时功能，计时数据的更新每秒自动进行一次，不需要程序干预。因此，在工业实时测控系统中多采用这一类专用芯片来实现实时时钟功能。
方案2：使用单片机内部的可编程定时器。
利用单片机内部的定时计数器进行中端定时，配合软件延时实现时、分、秒的计时。该方案节省硬件成本，但程序设计较为复杂。
2.显示方案。
对于实时时钟而言，显示显然是另一个重要的环节。通常led显示有两种方式：动态显示和静态显示。
静态显示的优点是程序简单、显示亮度***、单片机cpu的开销小，节约cpu的工作时间。但占有i/o口线多，每一个led都要占有一个i/o口，硬件开销大，电路复杂。需要几个led就必须占有几个并行口，比较适用于led数量较少的场合。
当然当led数量较多的时候，可以使用单片机的串行口通过移位寄存器的方式加以解决，但程序编写比较麻烦。
led动态显示硬件连接简单，但动态扫描的显示方式需要占有cpu较多的时间，在单片机没有太多实时测控任务的情况下可以采用。
本系统需要采用6位led数码管来分别显示时、分、秒，因数码管个数较多，故本系统选择动态显示方式。
三）硬件部分。
1、stc89c51单片机介绍。
stc89c51单片机是由深圳宏晶公司**销售的一款mcu，是由美国设计生产的一种低电压、高性能cmos 8位单片机，片内含8kbytes的可反复写的flashrom和128bytes的ram，2个16位定时计数器[5]。
stc89c51单片机内部主要包括累加器acc(有时也简称为a)、程序状态字psw、地址指示器dptr、只读存储器rom、随机存取存储器ram、寄存器、并行i/o接口p0~p3、定时器/计数器、串行i/o接口以及定时控制逻辑电路等。这些部件通过内部总线联接起来，构成一个完整的微型计算机。其管脚图如图所示。
stc89c51单片机管脚结构图。
vcc：电源。
gnd：接地。
p0口：p0口为一个8位漏级开路双向i/o口，每脚可吸收8ttl门电流。当p1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。
p0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在fiash编程时，p0 口作为原码输入口，当fiash进行校验时，p0输出原码，此时p0外部必须被拉高。
p1口：p1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向i/o口，p1口缓冲器能接收输出4ttl门电流。p1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，p1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。
在flash编程和校验时，p1口作为第八位地址接收。
p2口：p2口为一个内部上拉电阻的8位双向i/o口，p2口缓冲器可接收，输出4个ttl门电流，当p2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，p2口的管脚被外部拉低，将输出电流。
这是由于内部上拉的缘故。p2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，p2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，p2口输出其特殊功能寄存器的内容。
p2口在flash编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。
p3口：p3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向i/o口，可接收输出4个ttl门电流。当p3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。
作为输入，由于外部下拉为低电平，p3口将输出电流（ill）这是由于上拉的缘故。
p3口也可作为at89c51的一些特殊功能口，如下表所示：
口管脚备选功能。
p3.0 rxd（串行输入口）
p3.1 txd（串行输出口）
p3.2 /int0（外部中断0）
p3.3 /int1（外部中断1）
p3.4 t0（记时器0外部输入）
p3.5 t1（记时器1外部输入）
p3.6 /wr（外部数据存储器写选通）
p3.7 /rd（外部数据存储器读选通）
p3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。
rst：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持rst脚两个机器周期的高电平时间。
ale/prog：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在flash编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。
在平时，ale 端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：
每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ale脉冲。如想禁止ale的输出可在sfr8eh地址上置0。此时， ale只有在执行movx，movc指令是ale才起作用。
另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ale禁止，置位无效。
psen：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/psen有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/psen信号将不出现。
ea/vpp：当/ea保持低电平时，则在此期间外部程序存储（0000h-ffffh），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时， /ea将内部锁定为reset；当/ea端保持高电平时，此间内部程序存储器。
在flash编程期间，此引脚也用于施加12v编程电源（vpp）。
2、上电按钮复位电路。
本设计采用上电按钮复位电路：首先经过上电复位，当按下按键时，rst直接与vcc相连，为高电平形成复位，同时电解电容被电路放电；按键松开时，vcc对电容充电，充电电流在电阻上，rst依然为高电平，仍然是复位，充电完成后，电容相当于开路，rst为低电平，单片机芯片正常工作。其中电阻r2决定了电容充电的时间，r2越大则充电时间长，复位信号从vcc回落到0v的时间也长。
3、晶振电路。
本设计晶振电路采用12m的晶振。晶振的作用是给单片机正常工作提供稳定的时钟信号。单片机的晶振并不是只能用12m，只要不超过20m就行，在准许的范围内，晶振越大，单片机运行越快，还有用12m的就是好算时间，因为一个机器周期为1/12时钟周期，所以这样用12m的话，一个时钟周期为12us，那么定时器计一次数就是1us了，电容范围在20-40pf之间，这里连接的是30pf的电容。
机器周期=10*晶振周期=12*系统时钟周期。
4.**端口。
设计用到的stc89c52单片机芯片的isp**线是通过单片机的txd，rxd引脚把程序烧进去的。管脚txd和rxd用于异步串行通信。其实stc89c52单片机的isp**线就是一个max232芯片连接stc和计算机的串行通信口。
计算机把程序从九针串口送到max232芯片，电平转换后送进单片机的串行口，也就是txd和rxd。然后单片机的串行模块把数据送到程序区。
5、显示电路
就时钟而言，通常可采用液晶显示或数码管显示。由于一般的段式液晶屏，需要专门的驱动电路，而且液晶显示作为一种被动显示，可视性相对较差；对于具有驱动电路和微处理器接口的液晶显示模块（字符或点阵），一般多采用并行接口，对微处理器的接口要求较高，占用资源多。另外，89c2051本身无专门的液晶驱动接口，因此，本时钟采用数码管显示方式。
数码管作为一种主动显示器件，具有亮度高、**便宜等优点，而且市场上也有专门的时钟显示组合数码管。
对于实时时钟而言，显示显然是另一个重要的环节。通常led显示有两种方式：动态显示和静态显示。
静态显示的优点是程序简单、显示亮度***、单片机cpu的开销小，节约cpu的工作时间。但占有i/o口线多，每一个led都要占有一个i/o口，硬件开销大，电路复杂。需要几个led就必须占有几个并行口，比较适用于led数量较少的场合。
当然当led数量较多的时候，可以使用单片机的串行口通过移位寄存器的方式加以解决，但程序编写比较麻烦。
led动态显示硬件连接简单，但动态扫描的显示方式需要占有cpu较多的时间，在单片机没有太多实时测控任务的情况下可以采用。
本系统需要采用6位led数码管来分别显示时、分、秒，因数码管个数较多，故本系统选择动态显示方式。
6、时钟显示校正电路。
本设计利用按键开关来校正时钟显示的数字。当按钮按下时，将在相应的端口输入一个低电平，通过相应的程序来改变时钟显示。其中s1按键开关用来选择要修改的数字；s2按键用来增加所选数字的数值；s3按键用来减少所选数字的数值。
7、总电路原理图。
五） 软件部分。
根据上述电子时钟的工作流程，软件设计可分为以下几个功能模块：
1）主程序模块。主程序主要用于系统初始化：设置计时缓冲区的位置及初值，设置8155的工作方式、定时器的工作方式和计数初值等参数。主程序流程如下图所示。
开始。定义堆栈区。
8155、t0、数据缓冲区、标志位初始化。
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