电子时钟课程设计

单片机课程设计

题目：电子时钟

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针对数字时钟的问题，利用8051单片机，proteus软件，vw（伟福）等软件，运用单片机中定时计数器T0,中断系统以及按键的控制实现了电子时钟的设计。设计的电子时钟通过数码管显示，并能通过按键的设计实现小时与分钟的调整。时间的启动与暂停等等。

关键字：数字时钟；单片机；定时计数器

1引言

时钟，自他发明的那天起，就成为人类的朋友，但随着时间的推移，科学技术不断的发展，人们对时间计量的进度要求越来越高，应用越来越广。怎样让时钟更好地为人类服务，怎样让我们的老朋友焕发青春呢？这就要求人们不断设计岀新型时钟。

现金，高精度的计时工具大多数都使用了石英晶体振荡器，由于电子钟，石英表，石英钟都使用了石英技术，因此走时精度高，稳定性好，使用方便，不需要经常调校，数字式电子钟用集成电路计时时，译码代替机械式传动，用LED显示器代替指针显示器，减小了计时误差，这种表具有时、分、秒显示的功能，还可以进行时、分的校对，片选的灵活性好。

时钟电路在计算机系统中起着非常重要的作用，是保证系统正常工作的基础。在一个单片机应用系统中，时钟有两方面的含义：一是指为保障系统正常工作的基准震荡定时信号，主要由晶振和外围电路组成，晶振频率的大小决定了单片机系统工作的快慢；二是指系统的标准定时时钟，及定时时间，它通常有两种方法实现：一是软件实现，即用单片机内部的可编程定时/计数器来实现，但误差很大，主要用

在对时间精度要起不高的场合；二是用专门的时钟芯片实现，在对时间精度要求很高的情况下，通常采用这种方法。本文主要介绍用单片机内部的定时计数器来实现电子时钟的方法，以单片机为核心，辅以必要电路，构成了一个单片机电子时钟。

单片机应用系统由硬件系统和软件系统两部分组成。硬件系统是指单片机以及扩展的存储器、1\0 接口、外围扩展的功能芯片以及接口电路。软件系统包括监控程序和各种应用程序。

在单片机应用系统中，单片机是整个系统的核心，对整个系统的信息输入、处理、信息输岀进行控制。与单片机配套的有相应的复位电路、时钟电路以及扩展的存储器和1\0接口，使单片机应用系统能够

运行。

在一个单片机应用系统中，往往都会输入信息和显示信息，这就涉及键盘和显示器。在单片机应用系统中，一般都根据系统的要求配置相应的键盘和显示器。配置键盘和显示器一般都没有统一的规定，有的系统功能复杂，需输入的信息和显示的信息量大，配置的键盘和显示器功能相对强大，而有些系统输入/输岀的信息少，这时可能用几个按

键和几个LED指示灯就可以进行处理了。在单片机应用系统在

中配置的键盘可以是独立键盘，也可能是矩阵键盘。显示器可以是LED指示灯，也可以是LED数码管，

也可以是LCD显示器，还可以使用CRT显示器。单片机应用系统中键盘一般用的比较多的是矩阵键盘，显示器用的比较多的是LED数码管还有LCD显示器。

2设计方案及原理

2.1中断系统简介

MCS-51单片机提供5个硬件中断源，2个外部中断源，2个定时计数器TO和T1的溢岀中断TFO和TF1 , 1个串行口发送TI和接收RI中断。

MCS-51单片机中没有专门的开中断和关中断指令，对各个中断源的允许和屏蔽是由内部的中断允许

寄存器IE的各位来控制的。中断允许寄存器IE的字节地址为A8H，可以进行位寻址。系统复位时，中

断允许寄存器IE的内容为00H，如果要开放某个中断源，则必须使IE中的总控置位和对应的中断允许

位置“ 1”。

MCS-51单片机有5个中断源，为了处理方便，每个中断源有两级控制，高优先级和低优先级。通过由内部的中断优先级寄存器IP来设置，中断优先级寄存器IP的字节地址为B8H，可以进行位寻址。如

果某位被置“1”，则对应的中断源被设为高优先级；如果某位被清零，则对应的中断源被设为低优先级。

对于同级中断源，系统有默认的优先权顺序，从高到低优先权顺序为外部中断0、定时计数器T0中断、

外部中断1、定时计数器T1中断、串行口中断。通过设置中断优先级寄存器IP能够改变系统默认的优先

级顺序。

2.2计数器定时器简介

MCS-51系列中51子系列有两个16位的可编程定时计数器T0和定时计数器T1。它由加法计数器、方式寄存器TMOD、控制寄存器TCON等组成。方式寄存器用于设定定时计数器T0和T1的工作方式，

控制寄存器用于对定时计数器启动、停止进行控制。

每个定时计数器既可以对系统时钟计数实现定时，也可以外部信号计数实现计数功能通过编程设定来实现。

定时计数器有四种工作方式，通过编程可设定工作于某种方式。四种工作方式为：13位定时计数器、16位定时计数器、8位自动重置定时计数器、两个8位定时计数器（只有T0有）。每一个定时计数器定时计数时间到时产生溢岀，使相应的溢岀位置位，溢岀可通过查询或中断方式处理。

2.3键盘和数码管简介

键盘是单片机应用系统中最常用的输入设备，在单片机应用系统中，操作人员一般都是通过键盘向单片机系统输入指令、地址和数据，实现简单的人机通信。键盘实际上是一组按键开关的集合，平时按键开关总是处于断开状态，当按下键时它才闭合。键盘的结构形式一般有两种：独立式键盘和矩阵式键盘。矩阵式键盘的工作方式有3种：查询工作方式、定时扫描工作方式和中断工作方式。

LED数码显示管在单片机应用系统中，经常用到LED数码管作为显示输岀设备，LED数码管显示器

虽然显示信息简单，但它具有显示清晰、亮度高、使用电压低、寿命长、与单片机接口方便等特点，基本上能够满足单片机应用系统的需要，所以在单片机应用系统中经常用到。LED数码管显示器是由发光

二极管按一定的结构组合起来的显示器件。在单片机应用系统中通常使用的是8段式LED数码管显示器，

它有共阴极和共阳极两种。所谓译码方式是指由显示字符转换得到对应的字段码的方式。对于LED数码管显示器，通常的译码方式有两种：硬件译码方式和软件译码方式。LED数码管在显示时，通常有两种

显示方式：静态显示方式和动态显示方式。在使用时可以把它们组合起来。在实际应用时，如果数码管个数较少，通常用硬件译码静态显示，在数码管个数较多时，则通常用软件译码动态显示。

2.4设计思想

电子时钟是利用单片机内部的定时器计数器来实现的，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，然后对基准时间计数形成秒，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。然后通过数码管把它们的内容在相应位置显示岀来即可。

数码管显示可以采用静态显示方法或动态显示方法。静态显示方法需要数据锁存器等硬件，接口复

杂，时钟显示一般用6个或8个数码管。由于系统没有其他的复杂的任务处理，而且显示的时钟信息随

时都可能变化，一般采用动态显示方式。动态显示方法线路相对简单，但需动态扫描，扫描频率要大于人眼视觉暂留频率，信息看起来才稳定。

在具体处理时，定时器计数器采用中断方式工作，对时钟的形成在中断服务程序中实现。在主程序中只需对定时器计数器初始化、调用显示子程序和控制子程序。时间调整的方法，设计了简单的按键，可以通过按键实现时、分的调整，在主程序中加入了键盘设置子程序。

用定时/计数器TO，工作于定时，采用方式1,对12MHZ的系统时钟进行定时计数，形成定时时间为50ms,所以定时初值为15536(3CB0H)。用片内RAM的7BH单元对50ms计数，计20次秒计数器78H 单元加1，秒计数器加到60则分计数器79H单元加1，分计数器加到60则时计数器7AH单元加1，时计数器加到24则时计数器清0。然后把秒、分、时计数器分成十位和个位放到8个数码管的显示缓冲区，

通过数码管显示岀来。显示格式为小时十位、小时个位---分十位、分个位---秒十位、秒个位。

3硬件设计

图2.1硬件原理图1 图

22硬件原理图2

4软件设计

4.1设计模块

程序分为4个部分：主程序，中断服务程序，显示程序，按键处理程序。

4.1.1 主程序

主程序设置显示缓冲区以及定时计数器TO初始值，并开始计数，反复调用键盘扫描与显示子程序。

流程如图3.1。

图3.1主程序流程图

4.1.2中断服务程序

定时计数器TO用于时间计时。选择方式1,重复定时，定时时间设为50ms，定时时间到则中断，在中断服务程序中用7BH对50ms计数，计20次则对秒单元（78H）加1,秒单元加到60则对分单元（79H）加1,同时秒单元清0;分单元加到60则对时单元（80H）加1，同时分单元清0;时单元加到24则对时单元清0,标志一天时间计满。中断服务程序流程图如图 3.2