基于AT89C51单片机定时闹钟设计.doc

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塔里木大学信息工程学院
?单片机原理与外围电路?课程论文

题目：单片机定时闹钟设计

：海热古丽·依马木

学号： 5011110115

班级：计算机15-1班

摘要：本设计是单片机定时闹钟系统，不仅能实现系统要求的功能，而且还有附加功能，即还能设定和修改当前所显示的时间。 本次设计的定时闹钟在硬件方面就采用了AT89C51芯片，用6位LED数码管来进展显示。LED用P0口进展驱动，采用的是动态扫描显示，能够比拟准确显示时时—分分—秒秒。通过S1、S2、S3、和S4四个功能按键可以实现对时间的修改和定时，定时时间到喇叭可以发出报警声。在软件方面采用汇编语言编程。整个定时闹钟系统能完成时间的显示，调时和定时闹钟、复位等功能，并经过系统仿真后得到了正确的结果。

关键词：单片机、AT89C51、定时闹钟、仿真 

Abstract：This design is a single-chip timing alarm system, can not only realize the function of system requirements, and there are additional functions, which can set up and modify the display time. Timing alarm clock this design adopts the AT89C51 chip on the hardware side, with 6 LED digital tube to display. LED P0 export driven, by using dynamic scanning display, can accurately display always - sub - seconds seconds. Through the S1, S2, S3, and S4 four function keys can be achieved on the time changes and timing, timing to the horn can send out alarm sound. Using assembly language programming in the software. The timing clock system has functions of time display, timing and timing alarm clock, reset and other functions, and the system simulation to obtain correct results.
Keywords: single chip microputer, AT89C51, alarm clock, simulatio
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目录
1绪论2
1.1课题背景及研究意义2
1.2国外现状2
1.3课题的设计目的2
1.4课题的主要任务2
1.5课题的主要功能2
2系统概述2
2.1方案论证2
2.2系统设计原理2
3系统硬件设计2
3.1单片机AT89C51简介2
3.2数码管显示电路2
3.3时钟电路2
3.4喇叭:SPEAKER2
4系统软件设计2
4.1系统软件设计说明2
4.2 程序调试2
4.3 程序流程图2
4.3仿真步骤2
4.4仿真结果2
结论2
参考文献2
附录A 系统整体电路2
附录B 全部程序清单2
附录C:PCB图和3D图2

1绪论
1.1课题背景及研究意义
进入信息时代，计算机的影子无处不在，带有像单片机一类嵌入式处理器的小型智能化电子产品，已经成为家用电器的主流，市场需求前景广阔，因此，掌握小型单片机应用系统设计方法，已成为当今电子应用工程师所必备的技能，定时闹钟具备小型单片机应用系统的一切要素，其构造简单、本钱低廉、走时准确、设置方便，所以智能化方面有广泛的用途。
1.2国外现状
单片机是指一个集成在一块芯片上的完整计算机系统。同时集成诸如通讯接口、定时器，实时时钟等外围设备。而现在最强大的单片机系统甚至可以将声音、图像、网络、复杂的输入输出系统集成在一块芯片。
在单片机〔Microcontroller)出现后，计算机才真正地从科学的神圣殿堂走入寻常百姓家，成为广阔工程技术人员现代化技术革新，技术革命的有利武器。目前，单片机在民用和工业测控领域得到最广泛的应用。彩电，冰箱，空调，录像机，VCD，闹钟，遥控器，游戏机，电饭煲等无处不见单片机的影子，单片机早已深深地溶入我们每个人的生活之中。
单片机能大提高这些产品的智能性，易用性及节能性等主要性能指标，给我们的生活带来舒适和方便的同时，在工农业生产上也极提高了生产效率和产品质量。
1.3课题的设计目的
本设计是一个定时闹钟，它仅使用单片的20引脚单片机完成闹钟的全部功能。设计目的是为了学习和稳固单片机知识，使对已学过的根底知识能有更深入的理解，学会独立思考、独立思考、独立工作，以及提高对所学应用根本理论分析和解决实际问题的能力。
1.4课题的主要任务
本文设计的定时闹钟采用AT89C51芯片，用汇编语言进展编程，时、分、秒用6位LED数码管显示。在电路过四个按键S1、S2、S3和S4来进展定时时间和定时闹钟，定时时间到通过喇叭发出报警声。
1.5课题的主要功能
1〕能显示：时时—分分—秒秒。
2〕能够设定定时时间、修改定时时间。
3〕定时时间到能发出报警声。
设计的局部分为软件及硬件，软件局部写出闹钟的工作方式以及它是如何工作的，而硬件局部是软件的载体，画出正确的电路图然后在软件的控制下才能使设计的定时闹钟正常工作。
2系统概述
2.1方案论证
显示器的选择方案论证：
方案一：液晶显示器。如果选择此方案，将会降低系统的功耗，这样就可以用电池供电，便于携带。但液晶显示器的驱动电路复杂，使用起来有一定的难度。方案二：用数码管作为显示器。数码管的驱动电路简单，使用方便，如果选择了此方案，那么在夜间看时间的时候就不需要有光源，非常方便。其缺点是功耗较大。
由于数码管使用起来较为方便，在夜间看时间也很方便，因此我选择了方案二。
2.2系统设计原理
本设计使用的是单片机作为核心的控制元件，使得电路的可靠性比拟高，功能也比拟强大，而且可以随时的更新系统，进展不同状态的组合。
本系统采用单片机AT89C51作为本设计的核心元件，利用6位共阴数码管作为显示器件。接入共阴LED显示器，可显示时，分钟，秒，单片机外围接有定时报警系统，时间的定时用时钟电路，修改时间和定时用手动按键控制，报警声通过喇叭发出。提示预先设定时间电器的起停时间到，从而控制电器的起停。
电路由以下局部组成：时钟电路、复位电路、控制电路、LED显示，报警电路，芯片选用AT89C51单片机。
系统框图如图 2-1所示：晶振
及复位

单片机
AT89C51

RESPACK-8

7SEG-MPX6-CC-BLUE
数码管显示

键盘
〔按钮〕

SPEAKER喇叭

图2-1 系统框图
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3系统硬件设计
3.1单片机AT89C51简介
AT89C51是一个低电压，高性能CMOS型8位单片机，片含4KB的可反复擦写的Flash只读程序存储器〔ROM〕和128B的随机存取数据存储器〔RAM〕，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片置通用8位中央处理器和Flash存储单元，置功能强大的微型计算机的AT89C51为用户提供了许多高性价比应用场合，可灵活应用于各种控制领域。
AT89C51是一个低功耗高性能单片机，40个引脚，32个外部双向输入/输出〔I/O〕端口，同时含2个外中断口，2个16位可编程定时计数器，2个全双工串行通信口，AT89C51可以按照常规方法进展编程，也可以在线编程。其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发本钱。
主要特性：
·与MCS-51 兼容·4K字节可编程闪烁存储器·寿命：1000写/擦循环·数据保存时间：10年·全静态工作：0Hz-24Hz
·三级程序存储器锁定·128×8位部RAM
·32可编程I/O线·两个16位定时器/计数器·5个中断源·可编程串行通道·低功耗的闲置和掉电模式·片振荡器和时钟电路
引脚使用说明：
VCC：供电电压。
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进展校验时，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展存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1〞时，它利用部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进展读写时，P2口输出其特殊功能存放器的容。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，如下所示：
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。
ST：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。如想制止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制止，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，那么在此期间外部程序存储器〔0000H-FFFFH〕，不管是否有部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源〔VPP〕。
XTAL1：反向振荡放大器的输入及部时钟工作电路的输入。
XTAL2：来自反向振荡器的输出。
振荡器特性:
XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片振荡器。石晶振荡和瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。有余输入至部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的上下电平要求的宽度.

图2是单片机AT89C51的引脚图：

图3-1 单片机AT89C51引脚图
3.2数码管显示电路
单片机常使用7段LED，LED是发光二极管显示器的缩写。LED显示器由于构造简单，价格廉价，体积小，亮度高，电压低，可靠性高，寿命长，响应速度快，配置灵活，与单片机接口方便而得到广泛应用。LED显示器是由假设干个发光二极管组成显示字段的显示部件，当发光二极管导通时，相应的一个点或一个笔划发光，控制不同组合的二极管导通，就能显示出各种字符。LED显示器有多种形式，如：“米〞字型显示器，点阵显示器和七段数码显示器等，在单片机系统中使用最多的是七段数码显示器。
本系统利用7SEG-MPX6-CC-BLUE数字显示器，7SEG-MPX6-CC-BLUE数字显示器的1-6引脚连接AT89C51单片机 P2.0 –P2.5接口，其他8个引脚分别与AT89C51单片机的P0.0 - P0.7和共阳极管RESPACK-8排阻的 2 - 9 引脚分别连接。
因为共阴极的LED数码管它的驱动电流是分开的,在单片机进展动态扫描的时候不会影响彼此的电流,故该系统中的6位LED数码管均用共阴极的数码管。
6位数码管的引脚图如图3-2所示：

图3-2 6位数码管的引脚
3.3时钟电路
单片机的时钟产生方法有两种:部时钟方式和外部时钟方式。本系统中AT89C51单片机采用部时钟方式。最常用的部时钟方式是采用外接晶体和电容组成的并联谐振回路。振荡晶体可在1.2MHz～12MHz之间。电容值无严格要求，但电容取值对振荡频率输出的稳定性、大小和振荡电路起振速度有少许影响，一般可在20pF～100pF之间取值。AT98C51单片机的时钟电路。如图3-3所示：　

图3-3 时钟电路图
上拉电阻：RESPACK－8
控制按键：BUTTON ACTIVE SPST PushButton
本系统要进展时间的调整和定时，因此用4个手动按键对其进展控制。
3.4喇叭:SPEAKER
由P3.7口控制喇叭，使其定时时间到能发出报警声。如图3-4所示：

图3-4 喇叭引脚图
4系统软件设计
4.1系统软件设计说明
该系统软件程序主要有主程序模块，定时中断效劳程序，中断等待效劳程序，键盘效劳程序，显示子程序效劳程序等六大模块组成。
在AT89C51外围的一个17管脚即P3.7管口上加喇叭器，通过软件与硬件的结合可实现定时报警功能。
图中按键从上往下设定为S1,S2,S3,S4,S1与p1.4相连，S2与p1.3相连,S3与p1.2相连，S4与p1.1相连。当需要设定当前时间时，按一下S4键，进入时间设定状态，按一下S2，分钟加1；按一下S3，小时加1。如此反复来设定当前时间。调好时间后按S1退出当前时间设定状态；当要设定定时时间时，按下S3，进入定时时间设定状态，按一下S2,小时加1；按一下S4，分钟加1。如此反复来设定要设定的定时时间。设好后，按下S1退出定时时间设定状态。
4.2 程序调试
1〕将程序输入到伟福的环境下；
2〕用单步运行和断点运行方式调试程序；
3〕调试T0中断效劳程序，首先在记数单元39H、3AH、3BH、3CH单元中预置数，调试秒单元向分单元进位及分单元向时单元的进位，最后将T0中断效劳程序统调通过；
4〕在39H、3AH、3BH、3CH单元中预置数，调试显示程序；
5〕调试主程序，使闹钟走时系统工作正常。
4.3 程序流程图
本设计程序流程图如4-1所示：

判断闹钟时间到否程序
初始化
调用显示程序
开场
P1.1是否
按下？
调用时间设定程序
P1.2是否按下？
Y
调用闹钟时间设定程序
N
N
Y

图4-1 程序流程图
4.3仿真步骤
第一步：用伟褔软件对程序进展编译，编译通过后，会自动生成HEX文件。
第二步：在Proteus的元件库中找到AT89C51以及相应的元件，按照硬件设计中的说明把各部件连接起来组成一个定时闹钟的硬件系统。
第三步：把在伟福环境调试下生成的.HEX文件装入到AT89C51里，点击运行符号就可以使软硬件的配套设施在Proteus的环境下仿真实现。
第四步：验证系统能否实现所要求的功能,并检验错误。

4.4仿真结果
通过S1、S2、S3和S4四个按键，对时间进展修改和闹钟的设置。定时时间到能发出报警声，使用伟福软件编辑程序然后进展proteus进展仿真，其仿真图如下：
开场仿真时，显示如图4-2所示：

图4-2

〔1〕设定当前时间
当需要设定当前时间时，按一下S4键，进入时间设定状态，按一下S2，分钟加1；按一下S3，小时加1。如此反复来设定当前时间。调好时间后按S1退出当前时间设定状态。
先按S4，再按S2时，如图4-3所示：

图4-3

先按S4，再按S2，再按S3时，如图4-4所示：

图4-4

如图4-5：设定当前时间是01：02：15

图4-5

〔2〕设定定时时间
当要设定定时时间时，按下S3，进入定时时间设定状态，按一下S2,小时加1；按一下S4，分钟加1。如此反复来设定要设定的定时时间。设好后，按下S1退出定时时间设定状态。
如图4-6所示图：设定定时时间为01：06

图4-6

如图4-7所示当到达时间01：06时，喇叭发出报警声。

图4-7
结论
通过这次设计让我更深入了解在设计程序之前,务必要对所学单片机课程的容有一个系统的了解,知道单片机片片外的容及其功能。设计程序采用什么编程语言并不是非常重要,关键要有一个清晰的思路和一个完整的软件流程图。在设计程序时,不能妄想一次就将整个程序设计好,"反复修改,不断改良"是程序设计的必经之路。程序刚开场编好时，一般情况下会存在很多错误，要不断地修改，不断的改良才能到达预期的目的，编写程序的时间并不是很长，主要是修改程序会花很多时间。总之，通过这次设计让我更深入了解单片机根本电路、如何控制和定时器和中断编程的根本方法，从而锻炼了我学习、设计和开发软、硬件的能力。并且使我稳固了本课程所学的根本知识，还使我具有了撰写设计报告的初步训练能力，我相信这些能力在我以后的工作或者是再学习中一定会起到不小的作用，看到自己几周的小成果，感觉一切的辛苦和困难都是值得的。

参考文献
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[9]凌玉华，单片机原理及应用系统设计[M],：中南大学，2006
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[14]余发山编著.单片机原理及应用技术. 中国矿业大学，2003
[15]建泽编著。MCS-51 单片机应用设计.工业大学，2006

附录A 系统整体电路
系统电路图

附录B 全部程序清单
ORG 0000H
LJMP MAIN
ORG 000BH
LJMP TIME

;×××××主程序局部：×××××
ORG 0100H
MAIN:MOV SP,#50H
MOV 20H,#00H ;秒钟　BIN
MOV 21H,#00H ;分钟　BIN
MOV 22H,#00H ;小时　BIN
MOV 23H,#01H
MOV 24H,#01H
MOV 25H,#00H
MOV 30H,#00H
MOV 31H,#00H
MOV 32H,#00H
MOV 33H,#00H
MOV 34H,#00H
MOV 35H,#00H
MOV 36H,#01H
MOV 37H,#00H
MOV 38H,#01H
MOV 39H,#00H
MOV TMOD,#01H ;16位计数器
MOV TH0,#03CH ;赋计数初值
MOV TL0,#0B0H
MOV IE,#10000111B
SETB TR0 ;T0启动计数
MOV R2,#14H
MOV P2,#0FFH
LOOP: LCALL TIMEPRO
LCALL DISPLAY1
P1.1,M1
LCALL SETTIME ;调用设定时间程序
LJMP LOOP
M1: P1.2,M2
LCALL SETATIME ;调用设定时间程序
LJMP LOOP
M2: P1.4,M4
LCALL LOOKATIME ;调用设定闹钟时间程序
M4:LJMP LOOP
DELAY:MOV R4,#030H ;延时时间
DL00:MOV R5,#0FFH
DL11:MOV R6,#9H
DL12:DJNZ R6,DL12
DJNZ R5,DL11
DJNZ R4,DL00
RET
;×××××设定时间程序:×××××
SETTIME:

L0:LCALL DISPLAY1 ;调用时间允许程序
MM1: P1.2,L1
MOV C,P1.2
JC MM1
LCALL DELAY1 ;调用延时
JC MM1
MSTOP1: MOV C,P1.2
JNC MSTOP1 ;判断P1.2是否释放？释放那么继续
LCALL DELAY1 ;调用延时
MOV C,P1.2
JNC MSTOP1
INC 22H ;小时增加1
MOV A,22H
CJNE A,#18H,GO12 ;判断小时是否到24时？未到继续循环
MOV 22H,#00H ;小时复位
MOV 34H,#00H
MOV 35H,#00H
LJMP L0
L1: P1.3,L2
MOV C,P1.3
JC L1
LCALL DELAY1 ;延时
JC L1
MSTOP2: MOV C,P1.3
JNC MSTOP2 ;判断P1.3是否释放？释放那么继续
LCALL DELAY1 ;调用延时
MOV C,P1.3
JNC MSTOP2
INC 21H ;分钟增加一
MOV A,21H
CJNE A,#3CH,GO11
MOV 21H,#00H ;分钟复位
MOV 32H,#00H
MOV 33H,#00H
LJMP L0
GO11:MOV B,#0AH ;将A中的容分成上下两局部
DIV AB
MOV 32H,B
MOV 33H,A
LJMP L0

GO12: MOV B,#0AH
DIV AB
MOV 34H,B
MOV 35H,A
LJMP L0
L2: P1.4,L0
MOV C,P1.4
JC L2
LCALL DELAY1 ;调用延时
MOV C,P1.4
JC L2
STOP1: MOV C,P1.4 ;判断按键P1.4是否释放？
JNC STOP1
LCALL DELAY1 ;调用延时
MOV C,P1.4
JNC STOP1
LJMP LOOP

;×××××设置闹钟时间×××××

SETATIME:LCALL DISPLAY2 ;调用时间运行
N0:LCALL DISPLAY2
MM2: P1.3,N1 ;判断P1.3是否按下？

MOV C,P1.3
JC MM2
LCALL DELAY1
JC MM2
MSTOP3: MOV C,P1.3 ;判断P1.3是否释放？
JNC MSTOP3
LCALL DELAY1
MOV C,P1.3
JNC MSTOP3
INC 24H ;设定小时增加1
MOV A,24H
CJNE A,#24,GO22
MOV 24H,#00H ;时钟复位
MOV 38H,#00H
MOV 39H,#00H
LJMP N0
N1: P1.1,N2 ;判断P1.1是否按下？

MOV C,P1.1
JC N1
LCALL DELAY1
JC N1
MSTOP4: MOV C,P1.1 ;判断P1.1是否释放？
JNC MSTOP4
LCALL DELAY1
MOV C,P1.1
JNC MSTOP4
INC 23H ;设定闹钟分钟增加1
MOV A,23H
CJNE A,#60,GO21 ;判断A是否到60分?
MOV 23H,#00H ;分钟复位
MOV 36H,#00H
MOV 37H,#00H
LJMP N0
GO21:MOV B,#0AH ;将A中的容分成上下两局部
DIV AB
MOV 36H,B
MOV 37H,A
LJMP N0

GO22: MOV B,#0AH
DIV AB
MOV 38H,B
MOV 39H,A
LJMP N0
N2: P1.4 ,N0 ;判断P1.4是否按下？
MOV C,P1.4
JC N2
LCALL DELAY1
MOV C,P1.4
JC N2
STOP2: MOV C,P1.4 ;判断P1.4是否释放？
JNC STOP2
LCALL DELAY1
MOV C,P1.4
JNC STOP2
LJMP LOOP

TIMEPRO:MOV A,21H
MOV B,23H
CJNE A,B,BK ;判断分钟是否运行到设定的闹钟的分钟？
MOV A,22H
MOV B,24H
CJNE A,B,BK ;判断时钟是否运行到设定的闹钟的时钟？
SETB 25H.0
MOV C,25H.0
JC XX
XX: LCALL TIMEOUT ;调用时间闹钟响应程序
BK:RET
TIMEOUT:

X1:LCALL BZ ;调用喇叭响应程序
LCALL DISPLAY2
CLR 25H.0
P1.4, X1 ;判断P1.4是否按下？
LCALL DELAY
CLR 25H.0
LJMP DISPLAY1
BZ: CLR P3.7 ;喇叭响应程序
MOV R7,#250 ;响应延时时间
T2: MOV R6,#124
T3: DJNZ R6,T3

DJNZ R7,T2
SETB P3.7
RET
LOOKATIME:LCALL DISPLAY2 ;调用时间运行程序
MM: P1.4,LOOKATIME ;判断按键P1.4是否按下
MOV C,P1.4
JC M