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1、武汉长江工商学院毕业论文(设计)学院：武汉长江工商学院 专业：通信工程 年级：08311 题目:时钟计时器的设计 学生：范盼 学号：20081491 指导教师：曾鹤琼 职称:导师 年 月 日武汉长江工商学院本科毕业论文（设计）原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名：范盼 年 月 日 注：本页放在学位论文封面后，目录前面。武汉长江工商学院目 录摘 要 关键词 Abstract Key words 一、 时钟计
2、时器设计 1. 方案设计 2. 原理分析 二、 实验器材 三、 利用protel99设计电路原理图 1 原理图 2 PCB图 四、 调试及性能分析 五、 时钟计时器使用说明书 1 产品概述 2 技术参数 3 工作原理 4 结构特征 5 使用和维护 六、 时钟计时器技术说明书 1. 产品概述 2. 技术参数 3. 工作原理 4. 结构特征 参考文献 附录 时钟计时器的设计摘 要：现今，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，石英钟都采用了石英技术，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显示器代替显示
3、器代替指针显示进而显示时间，减小了计时误差，这种表具有时，分，秒显示时间的功能，还可以进行时和分的校对，片选的灵活性好。本文利用单片机实现数字时钟计时功能的主要内容，其中AT89C52是核心元件同时采用数码管动态显示“时”，“分”，“秒”的现代计时装置。与传统机械表相比，它具有走时精确,显示直观等特点。它的计时周期为24小时，显满刻度为“23时59分59秒”，另外具有校时功能，断电后有记忆功能，恢复供电时可实现计时同步等特点。关键词：单片机、数码管、端口、时钟、动态显示。The design of clock timerAbstract：Nowadays, high precision tim
4、ing tool most using a quartz crystal oscillator, as the electronic clock, quartz table, quartz clock quartz technology are adopted, so as high precision, good stability, convenient use, does not require frequent adjustment, digital electronic clock with integrated circuit timing, decoding instead of
5、 mechanical transmission, using LED display display pointer display to display instead of replacing time, reduce the timing error, this table with the sometimes, minutes, seconds display the function of time, also can be carried out and the good flexibility of proofreading, chip select. This paper r
6、ealize the use of single-chip digital clock timing function of the main content, in which AT89C52is the core element of the dynamic digital tube display when, sub, the second modern timing device. Compared with the traditional mechanical watches, it has a precise path, intuitive display characterist
7、ics. Its time period is 24 hours, was in full scale as twenty-three fifty-nine59 seconds, and a school function, memory function after power, power supply recovery can be realized at the time synchronization characteristics.Key words：SCM, digital tube, port, clock, dynamic display.一、时钟计时器设计（一）方案设计：
8、我们采用了动态显示的方法来实现LED显示器的数字显示即时钟的6位显示。单片机采用了AT89C52系列，这种单片机具有足够的空余硬件资源，可以实现其他的扩充功能。AT89C52提供以下标准功能：8k字节Flash闪速存储器，256字节内部RAM，32个I/O口线，3个16位定时/计数器，一个6向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内震荡器及时钟电路。同时，AT89C52可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM中的内容，但震荡器停止工作并禁止其他所有部件工作直到下一个硬件
9、复位。AT89C52的功能与C51的功能基本上是相同的。1 中断源MCS51单片机是一个多中断源的单片机，有五个中断源：外部中断0、定时器0中断、外部中断1、定时器1中断和串行接收或发送中断。各中断源的中断处理程序入口地址如下表1所示：表1 中断向量表中断源入口地址外部中断00003H定时器0000BH外部中断10013H定时器1001BH串行口0023H 2中断控制 （1）中断的开放或禁止是由中断允许寄存器IE控制的。IE的格式如下：EAESET1EX1ET0EX0EA中断总允许位。EA1，开放总中断，而各个中断源的中断请求是允许还是禁止，分别由各自的中断允许位确定；EA=0，禁止一切中断。
10、ES串行口中断允许位。ET1和ET0分别是定时器T1和T0的中断允许位。EX1和EX0分别是外部中断1（INT1）和外部中断0（INT0）的中断允许位。以上五个中断允许位的意义是：0为禁止中断,1为允许中断。 （2）中断源优先级控制中断优先级寄存器IP。MCS51单片机有高、低两个中断优先级，5个中断源可由程序设置为高优先级中断或低优先级中断，实现二级中断嵌套。一个正在执行的低优先级中断源的中断服务程序，能被高优先级中断源所中断，但不能被同级别的另一个中断源所中断。MCS51单片机的5个中断源的优先级由中断优先级寄存器IP的相应位设定。IP格式如下：PSPT1PX1PT0PX0 （3）时钟计时
11、器电路系统的总体设计框图如图1所示。（二）原理分析：采用了AT89C52单片机最化应用设计；采用共阳7段LED显示器；P0口输出段码数据；P2.0-P2.5口作列扫描输出;P1.0、P1.1、P1.2、和P1.3口接4个按钮开关，用于调时及功能设置；为了提供共阳LED数码管的列扫描驱动电压，用三极管9012作电源驱动输出；采用12MHz晶振，来提高秒计时的精确性。计时采用了定时器T0中断来实现。秒表使用定时器T1中断来完成。主程序循环调用显示子程序和查键子程序，当端口有开关按下时，转入相应功能程序。程序的设计主程序执行流程如图3 图3； 1显示子程序时间显示子程序每次显示6个连续内存单元的十进
12、制BCD码数据，首地址在地址在调用显示程序先指定。内存中50H-55H为闹钟定时单元，60H-65H为秒表计时单元，70H-75H为时钟显示单元。由于采用7段共阳LED数码管动态扫描实现数据显示，所以显示用十进制BCD码数据的对应段码存放在在ROM表中。显示时，先取出内存地址中的数据，然后查得对应的显示用段码从P0口输出，P2口将对应的数码管选中供电，就能显示该地址单元的数据值。为了显示小数点及“-”、“A”等特殊字符，在显示班级和计时时应采用不同的显示子程序。 2定时器T0中断服务程序 定时器T0用于时间计时，定时溢出中断周期为50ms，中断进入先进行定时中断初值校正，当中断累计20次时，对
13、秒计数单元进行加1操作。时钟计数单元地址分别在70H71H（秒），76H-77H（分），78H-79（时）中，最大计时值为23时59分59秒。7AH单元内存放“熄灯符”数据（#0AH），用于时间调整时的闪烁功能。在计数单元中，采用十进制BCD码计数，满10进位。T0中断计时程序流程如图4； 3定时器T1中断服务程序T1中断程序用于批示时间调整单元的闪亮或秒表计数，在时间时间状态下，每过0。3S左右，将对应应单元的显示数据换成“熄灭符”数据（#AH）。这样，在调整时间时，对应调整单元的显示数据会间隔闪亮。在作秒表计时时，每10MS中断1次，计数单元加1，每100次为1S。秒表计计数单元地址在60
14、H61H（10毫秒）、62H63H（秒）、64H-65H（分）中，最大计数值为99分59.99秒。T1中断服务程序如图5； 图54. 调时功能程序（1） 按下P1.0口按键，若按下时间小于1S则进入省电状态；否则进入调分状态，等待操作，此时计时器停止走动。当再按下P1.0口按键时，若按下时间小于0.5S，则时间加1分钟；若按下时间大于0.5要，则进入小时调整状态。按下P1.1按键时，可进行减1调整。在小时调整状态下，当按键按下的时间大于0.5S时，退出时间调整状态，时钟从0S开始计时。（2） 秒表功能程序；在正常时钟状态下，若按下P1.1口按键，则进行时钟/秒表显示功能的转换，秒表中断计时程序
15、启动，显示首地址改为60H，LED将显示秒表计时单元60H-65H中的数据。按下P1.2口的按键开关，可实现秒表清0，秒表启动，秒表计时暂停功能；当再按下P1.1口按键时，关闭T1秒表中断计时，显示首地址又改为70H，恢复正常时间的显示功能。二、实验器材 器件名称规格型号数量电阻5108电阻4.7k6电阻10k5电解电容47uF25V1电解电容10u16V1电解电容2200uf|25v1电解电容33uf/25V1陶瓷电容1031陶瓷电容302芯片AT89C521芯片插座40脚3芯片插座20脚1三极管90126二极管IN40074数码管共阳型6晶振12MHz1单面覆铜板16cm*12cm1三、利
16、用protel99设计电路原理图 （一）原理图 （二）PCB图 四、调试及性能分析 （一）硬件调试硬件调试时可先检查印制板及焊接的质量情况，在检查无误后可通电检查LED显示器的点亮状况。若亮度不理想，可以调整P0口的电阻大小，一般情况下取200欧姆电阻即可获得满意的亮度效果。 （二）软件调试 （三）性能分析 按照设计程序分析，LED显示器动态扫描的频率约为167Hz,实际使用观察时完全没有闪烁。上电时具有一个滚动显示子程序，可以方便的显示制作日期等信息。五、时钟计时器使用说明书 （一）产品概述由芯片AT89C52构成的时钟计时器，具有体积小，成本低，抗干扰能力强，面向控制，可以实现分机各分布式
17、控制等优点。它广泛应用于各种继电器、电磁开关，控制器、廷时器、定时器等的时间测试。目前所使用的电秒表大多是指针式或集成电路型的，结构相对复杂、测试功能单一。本仪器还具有实时时钟、手动计时的功能。（正常工作电压5V） （二）技术参数 1 兼容MCS51指令系统 8k可反复擦写(1000次）Flash ROM 2 32个双向I/O口 256x8bit内部RAM 3 3个16位可编程定时/计数器中断 时钟频率0-12MHz 4 2个串行中断 可编程UART串行通道 5 2个外部中断源 共6个中断源 6 2个读写中断口线 3级加密位 7低功耗空闲和掉电模式 软件设置睡眠和唤醒功 （三）工作原理 时钟计
18、时器采用AT89C52单片机最小化应用设计；P1口输出段码数据；P2.0P2.5作列扫描输出；P1.1、P1.1，P1.2和P1.3接按钮开关，用于调时及功能设置；采用12MHZ的晶振AT89C52作为主控芯片，定期的读取时钟芯片DS1302中的时间并把小时和肥以示在6位LED中，显示时间。（四）结构特征它体积小，外形尺寸：16cm*12cm、无外观修饰，完全裸露内部元件、操作方便，便于安装、拆卸与维修。 （五）使用和维护 1使用（1）与输入信号端连接，接5V直流电。（2）调时功能按下P1.0口按键，若按下时间小于1s，则进入省电状态；否则进入调分状态，等待操作，此时计时器停止走动。当再按下P
19、1.0口按键时，若按下时间小于0.5s，则时间加1分 ；若按下时间大于0.5s，则进入时调整状态。按下P1.1时。在时调整状态下，当按键按下的时间大于0.5s时，退出时间调整状态，时钟从0s开始计时。 （3）在正常时钟状态下，若按下P1.1口按键，则进行时钟/秒表显示功能的转换，秒表中断计时程序启动，显示首址改为60H，LED将显示秒表计时单元60H-65H中的数据。按下P1.2口说我按键开关，可实现秒表清0、秒表启动、暂停功能；再按下P1.1口时，关闭T1秒表中断计时，显示首址又改为70H，恢复正常时间的显示功能。 2维护（1）断电情况下，用万用表检是否有元器件松动，有松动则进行烙牢；(2)
20、 用万用表检测元器件是否接触良好；(3) 检测输入电压是否是5V。 (4) 不使用时断开电源，确保电路安全；(5) 尽量保持元件清洁、牢固.六、时钟计时器技术说明书 （一）产品概述由芯片AT89C52构成的时钟计时器，这种单片机具有足够的空余硬件资源，可以实现其他的扩充功能。考虑使用电池供电，时钟显示有6位。采用动态扫描法实现数码管的显示。电源电压为5V。单片机具有体积小，成本低，抗干扰能力强，面向控制，可以实现分机各分布式控制等优点。它广泛应用于各种继电器、电磁开关，控制器、廷时器、定时器等的时间测试。目前所使用的电秒表大多是指针式或集成电路型的，结构相对复杂、测试功能单一。本仪器还具有实时
21、时钟、手动计时的功能。（二）技术参数 1芯片AT89C52图2兼容MCS51指令系统 8k可反复擦写(1000次）Flash ROM 3 32个双向I/O口 256x8bit内部RAM 4 3个16位可编程定时/计数器中断 时钟频率0-24MHz 5 2个串行中断 可编程UART串行通道 6 2个外部中断源 共6个中断源 7 2个读写中断口线 3级加密位 8低功耗空闲和掉电模式 软件设置睡眠和唤醒功（三）工作原理 时钟计时器采用AT89C52单片机最小化应用设计；P1口输出段码数据；P2.0P2.5作列扫描输出；P1.1、P1.1，P1.2和P1.3接按钮开关，用于调时及功能设置；采用12MH
22、Z的晶振AT89C52作为主控芯片，用于产生时钟信号。（四）结构特征它体积小，外形尺寸：16cm*12cm、无外观修饰，完全裸露内部元件、操作方便，便于安装、拆卸与维修。时钟正面图时钟反面参考文献1 单片机课程设计指导 楼然苗 、李光飞 ， 北京：北京航空航天大学出版社，2007.72 单片机原理及应用 何桥， 北京：中国铁道出版社，2007.121 单片机教程习题与解答 张俊谟，张迎新 北京：北京航空航天大学出版社1 单片机控制工程实践技术 付家才 北京 化学工业出版社 2004.3附录： AT89C52时钟程序 ;*;以下程序能用于24小时计时,能作为秒表使用,能定时闹铃1分钟(也可关).
23、;使用方法:开机后在00:00:00起开始计时,(1)长按P1.0进入调分状态:分单元闪烁;按P1.0加1,按P1.1减1.再长按P1.0进入时调整状态,时单元闪烁,加减调整同调分.;按长按退出调整状态. (2)按下P1.1进入秒表状态:按P1.2暂停,再按P1.2秒表清零,再按;P1.2秒表又启动,按P1.1退出秒表回到时钟状态. (3)按P1.3进入设定闹时状态: 00:00: -,可进;行分设定,按P1.2分加1,再按P1.3为时调整,00:00:- ,按P1.2时加1,按P1.1闹铃有效,显示为00:00:-0,再按;P1.1闹铃无效(显示00:00:- ,),按P1.3调闹钟结束.在
24、闹铃时可按P1.3停闹,不按闹铃1分钟.;定时器T0、T1溢出周期为50MS，T0为秒计数用， T1为调整时闪烁及秒表定时用，;P1.0、P1.1、P1.2、P1.3为调整按钮，P0口为字符输出口，P2为扫描口，P1.7为蜂呜器口，采用共阳显示管。;50H-55H为闹钟定时单元，60H-65H为秒表计时单元，70H-75H为显示时间单元，76H-79H为分时计时单元。;03H标志=0时钟闪烁，=1秒表， 05H=0，不闹铃，=1要闹铃. 07H每秒改变一次,用作间隔呜叫.;*; DISPFIRST EQU 30H ;显示首址存放单元 BELL EQU P1.7 ;小喇叭 CONBS EQU 2
25、FH ;存放报时次数;*; 中断入口程序 ;*; ORG 0000H ;程序执行开始地址 LJMP START ;跳到标号START执行 ORG 0003H ;外中断0中断程序入口 RETI ;外中断0中断返回 ORG 000BH ;定时器T0中断程序入口 LJMP INTT0 ;跳至INTTO执行 ORG 0013H ;外中断1中断程序入口 RETI ;外中断1中断返回 ORG 001BH ;定时器T1中断程序入口 LJMP INTT1 ;跳至INTT1执行 ORG 0023H ;串行中断程序入口地址 RETI ;串行中断程序返回;*; 以下程序开始 ;*;整点报时用QQQQ : MOV A
26、,#10H MOV B,79H MUL AB ADD A,78H MOV CONBS,A BSLOOP: LCALL DS20MS LCALL DL1S LCALL DL1S LCALL DL1S DJNZ CONBS,BSLOOP CLR 08H ;清整点报时标志 AJMP START1;*; 主程序开始 ;*; START: LCALL ST ;上电显示年月日及班级学号 MOV R0,#00H ;清00H-7FH内存单元 MOV R7,#80H ; CLEARDISP: MOV R0,#00H ; INC R0 ; DJNZ R7,CLEARDISP ; MOV 20H,#00H ;清20
27、H（标志用） MOV 7AH,#0AH ;放入熄灭符数据 MOV TMOD,#11H ;设T0、T1为16位定时器 MOV TL0,#0B0H ;50MS定时初值（T0计时用） MOV TH0,#3CH ;50MS定时初值 MOV TL1,#0B0H ;50MS定时初值（T1闪烁定时用） MOV TH1,#3CH ;50MS定时初值 SETB EA ;总中断开放 SETB ET0 ;允许T0中断 SETB TR0 ;开启T0定时器 MOV R4,#14H ;1秒定时用计数值（50MS20） MOV DISPFIRST,#70H ;显示单元为70-75H;以下主程序循环 START1: LCAL
28、L DISPLAY ;调用显示子程序 JNB P1.0,SETMM1 ;P1.0口为0时转时间调整程序 JNB P1.1,FUNSS ;秒表功能，P1.1按键调时时作减1加能 JNB P1.2,FUNPT ;秒表STOP,PUSE,CLR JNB P1.3,TSFUN ;定时闹铃设定 JB 08H, QQQQ AJMP START1 ;P1.0口为1时跳回START1; FUNPT: LJMP FUNPTT;以下闹铃时间设定程序,按P1.3进入设定 TSFUN: LCALL DS20MS JB P1.3,START1 ; WAIT113: JNB P1.3,WAIT113 ;等待键释放 JB
29、05H,CLOSESP ;闹铃已开的话，关闹铃 MOV DISPFIRST,#50H ;进入闹铃设定程序，显示50-55H闹钟定时单元 MOV 50H,#0CH ;- 闹铃设定时显示格式00:00: - MOV 51H,#0AH ;黑; DSWAIT: SETB EA LCALL DISPLAY JNB P1.2,DSFINC ;分加1 JNB P1.0,DSDEC ;分减1 JNB P1.3,DSSFU ;进入时调整 AJMP DSWAIT; CLOSESP: CLR 05H ;关闹铃标志 CLR BELL AJMP START1 DSSFU: LCALL DS20MS ;消抖 JB P1.
30、3, DSWAIT LJMP DSSFUNN ;进入时调整; SETMM1: LJMP SETMM ;转到时间调整程序SETMM; DSFINC : LCALL DS20MS ;消抖 JB P1.2, DSWAIT DSWAIT12: LCALL DISPLAY ;等键 释放 JNB P1.2, DSWAIT12 CLR EA MOV R0,#53H ; LCALL ADD1 ;闹铃设定分加1 MOV A,R3 ;分数据放入A CLR C ;清进位标志 CJNE A,#60H,ADDHH22 ; ADDHH22: JC DSWAIT ;小于60分时返回 ACALL CLR0 ;大于或等于60分
31、时分计时单元清0 AJMP DSWAIT DSDEC : LCALL DS20MS ;消抖 JB P1.0, DSWAIT DSWAITEE: LCALL DISPLAY ;等键 释放 JNB P1.0, DSWAITEE CLR EA MOV R0,#53H ; LCALL sub1 ;闹铃设定分减1 LJMP DSWAIT;以下秒表功能/时钟转换程序;按下P1.1 可进行功能转换 FUNSS: LCALL DS20MS JB P1.1,START11 WAIT11: JNB P1.1,WAIT11 CPL 03H JNB 03H,TIMFUN MOV DISPFIRST,#60H ;显示秒
32、表数据单元 MOV 60H,#00H MOV 61H,#00H MOV 62H,#00H MOV 63H,#00H MOV 64H,#00H MOV 65H,#00H MOV TL1,#0F0H ;10MS定时初值（） MOV TH1,#0D8H ;10MS定时初值 SETB TR1 SETB ET1 START11: LJMP START1 TIMFUN:MOV DISPFIRST,#70H ;显示时钟数据单元 CLR ET1 CLR TR1 START12: LJMP START1;以下秒表暂停清零功能程序;按下P1.2暂停或清0,按下P1.1退出秒表回到时钟计时 FUNPTT: LCALL DS20MS JB P1.2,START12 WAIT22: JNB P1.2,WAIT21
