上海羊羽卓进出口贸易有限公司基于51单片机的电子时钟！内附开题报告模板、论文模板
基于单片机的数字式电子时钟设计
设计要求
1）设计AT89S51的最小系统；
2）LED显示电路及与AT89S51接口，LED数码块显示时、分、秒；
3）时钟调整电路及与AT89S51接口；
4）电子时钟程序设计；
5）基于Proteus的电子时钟原理及仿真实现；
6）电子时钟实物制作；
2 总体方案设计
2.1 实现时钟计时的基本方法
利用MCS-51系列单片机的可编程定时/计数器、中断系统来实现时钟计数。
(1) 计数初值计算:
把定时器设为工作方式1，定时时间为50ms，则计数溢出20次即得时钟计时最小单位秒，而100次计数可用软件方法实现。
假设使用T/C0，方式1，50ms定时，fosc=12MHz。
则初值X满足（216-X）×1/12MHz×12μs =50000μs
X=15536→0011110010110000→3CB0H
(2) 采用中断方式进行溢出次数累计,计满20次为秒计时（1秒）；
(3) 从秒到分和从分到时的计时是通过累加和数值比较实现。
2.2 电子钟的时间显示
电子钟的时钟时间在六位数码管上进行显示，因此，在内部RAM中设置显示缓冲区共8个单元。
LED8 LED7 LED6 LED5 LED4 LED3 LED2 LED1
37H 36H 35H 34H 33H 32H 31H 30H
时十位 时个位 分隔 分十位 分个位 分隔 秒十位 秒个位
2.3 电子钟的时间调整
电子钟设置3个按键通过程序控制来完成电子钟的时间调整。
reset键复位
hour键调整时；
min键调整分；
2.4 总体方案介绍
2.4.1 计时方案
利用AT89S51单片机内部的定时/计数器进行中断时，配合软件延时实现时、分、秒的计时。
2.4.2 控制方案
AT89S51的P0口和P2口外接由八个LED数码管(LED8～LED1)构成的显示器，用P0口作LED的段码输出口，P2口作八个LED数码管的位控输出线，P1口外接四个按键reset、hour、min构成键盘电路。
3 系统硬件电路设计
根据以上的电子时钟的设计要求可以分为以下的几个硬件电路模块：单片机模块、数码显示模块与按键模块
3.1单片机模块设计
3．1．1 芯片分析
AT89C51单片机引脚图如下：
MCS-51单片机是标准的40引脚双列直插式集成电路芯片，其各引脚功能如下：
VCC：+5V电源。
VSS：接地。
RST：复位信号。当输入的复位信号延续两个机器周期以上的高电平时即为有效，用完成单片机的复位初始化操作。
XTAL1和XTAL2：外接晶体引线端。当使用芯片内部时钟时，此二引线端用于外接石英晶体和微调电容；当使用外部时钟时，用于接外部时钟脉冲信号。
P0口：P0口为一个8位漏极开路双向I/O口，当作输出口使用时，必须接上拉电阻才能有高电平输出；当作输入口使用时，必须先向电路中的锁存器写入“1”，使FET截止，以避免锁存器为“0”状态时对引脚读入的干扰。
P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，它不再需要多路转接电路MUX；因此它作为输出口使用时，无需再外接上拉电阻，当作为输入口使用时，同样也需先向其锁存器写“1”，使输出驱动电路的FET截止。
P2口：P2口电路比P1口电路多了一个多路转接电路MUX，这又正好与P0口一样。P2口可以作为通用的I/O口使用，这时多路转接电路开关倒向锁丰存器Q端。
P3口：P3口特点在于，为适应引脚信号第二功能的需要，增加了第二功能控制逻辑。当作为I/O口使用时，第二功能信号引线应保持高电平，与非门开通，以维持从锁存器到输出端数据输出通路的畅通。当输出第二功能信号时，该位应应置“1”，使与非门对第二功能信号的输出是畅通的，从而实现第二功能信号的输出，具体第二功能如表1所示。
3.1.2 晶振电路
右图所示为时钟电路原理图，在AT89S51芯片内部有一个高增益反相放大器，其输入端为芯片引脚XTAL1，输出端为引脚XTAL2。而在芯片内部，XTAL1和XTAL2之间跨接晶体振荡器和微调电容，从而构成一个稳定的自激振荡器。时钟电路产生的振荡脉冲经过触发器进行二分频之后，才成为单片机的时钟脉冲信号。
3.1.3 复位电路
单片机复位的条件是：必须使RST/VPD 或RST引（9）加上持续两个机器周期（即24个振荡周期）的高电平。例如，若时钟频率为12 MHz，每机器周期为1μs，则只需2μs以上时间的高电平，在RST引脚出现高电平后的第二个机器周期执行复位。单片机常见的复位如图所示。电路为上电复位电路，它是利用电容充电来实现的。在接电瞬间，RESET端的电位与VCC相同，随着充电电流的减少，RESET的电位逐渐下降。只要保证RESET为高电平的时间大于两个机器周期，便能正常复位。该电路除具有上电复位功能外，若要复位，只需按图中的RESET键，此时电源VCC经电阻R1、R2分压，在RESET端产生一个复位高电平。
3.2 数码显示模块设计
系统采用动态显示方式，用P0口来控制LED数码管的段控线，而用P2口来控制其位控线。动态显示通常都是采用动态扫描的方法进行显示，即循环点亮每一个数码管，这样虽然在任何时刻都只有一位数码管被点亮，但由于人眼存在视觉残留效应，只要每位数码管间隔时间足够短，就可以给人以同时显示的感觉。
3.3 按键模块
下图为按键模块电路原理图，reset为复位键，hour为时钟调控键，min为分钟调控键。
4、系统软件设计
4.1 软件设计分析
在编程上，首先进行了初始化，定义程序的的入口地址以及中断的入口地址，在主程序开始定义了一组固定单元用来储存计数的时.分.秒，在显示初值之后，进入主循环。在主程序中，对不同的按键进行扫描，实现秒表，时间调整，复位清零等功能，系统总流程图如下图7：
图 7 系统总体流程图
4.2 源程序清单
ORG 0000H
MOV 30H,#1 设置时钟的起始时间12.00.00，分配显示数据内存
MOV 31H,#2
MOV 32H,#0
MOV 33H,#0
MOV 34H,#0
MOV 35H,#0
MOV TMOD,#01 启动计数器
XS0: SETB TR0 使 TRO位置1
MOV TH0,#00H 计数器置零
MOV TL0,#00H
XS:
MOV 40H,#0FEH 扫描控制字初值
MOV DPTR,#TAB 取段码表地址
MOV P2,40H 从P2口输出
MOV A,30H 取显示数据到A
MOVC A,@A+DPTR 查显示数据对应段码
MOV P0,A 段码放入P0中
LCALL YS1MS 显示1MS
MOV P0,#0FFH PO端口清零
MOV A,40H 取扫描控制字放入A中
RL A A中数据循环左移
MOV 40H,A 放回40H地址段内
MOV P2,40H
MOV A,31H
ADD A,#10 进位显示
MOVC A,@A+DPTR
MOV P0,A
LCALL YS1MS
MOV P0,#0FFH
MOV A,40H
RL A
MOV 40H,A
MOV P2,40H
MOV A,32H
MOVC A,@A+DPTR
MOV P0,A
LCALL YS1MS
MOV P0,#0FFH
MOV A,40H
RL A
MOV 40H,A
MOV P2,40H
MOV A,33H
ADD A,#10
MOVC A,@A+DPTR
MOV P0,A
LCALL YS1MS
MOV P0,#0FFH
MOV A,40H
RL A
MOV 40H,A
MOV P2,40H
MOV A,34H
MOVC A,@A+DPTR
MOV P0,A
LCALL YS1MS
MOV P0,#0FFH
MOV A,40H
RL A
MOV 40H,A
MOV P2,40H
MOV A,35H
MOVC A,@A+DPTR
MOV P0,A
LCALL YS1MS
MOV P0,#0FFH
MOV A,40H
RL A
MOV 40H,A
JB TF0,JIA 如果TF0为1时，则执行JIA，否则顺序执行
JNB P1.0,P100 为0则 转移到P100
JNB P1.1,P1000 为0则 转移到P1000
JNB P1.2,P10000 为0则 转移到P10000
AJMP XS 跳转到 XS
P100: MOV 30H,#0 清零程序
MOV 31H,#0
MOV 32H,#0
MOV 33H,#0
MOV 34H,#0
MOV 35H,#0
JIA: CLR TF0 TF0清零
MOV A,35H 秒单位数据到A
CJNE A,#9,JIA1 与 9进行比较，大于9就转移到JIA1
MOV 35H,0 秒个位清零
MOV A,34H 秒十位数据到A
CJNE A,#5,JIA10 与5进行比较，大于5就转移到JIA10
MOV 34H,#0 秒十位清零
P10000: JNB P1.2,P10000 为0则 转移到P10000
MOV A,33H 取分的个位到A
CJNE A,#9,JIA100 与 9进行比较，大于9就转移到JIA100
MOV 33H,#0 分的个位清零
MOV A,32H 分十位数据到A
CJNE A,#5,JIA1000 与5进行比较，大于5就转移到JIA1000
MOV 32H,#0 分的十位清零
P1000: JNB P1.1,P1000 为0则 转移到P1000
MOV A,31H 时个位数据到A
CJNE A,#9,JIA10000 与 9进行比较，大于9就转移到JIA10000
MOV 31H,#0 时的个位清零
MOV A,30H 时十位数据到A
CJNE A,#2,JIA100000 与2进行比较，大于5就转移到JIA100000
MOV 30H,#0 时的十位清零
AJMP XS0 转移到 XSO
JIA100000:
INC 30H 加1
AJMP XS0 跳转到 XS0
JIA10000:
CJNE A,#3,JIAJIA 与3进行比较，大于则转移到JIAJIA
MOV A,30H 将时的十位放到 A
CJNE A,#02,JIAJIA 与2进行比较，大于则转移到JIAJIA
MOV 30H,#0 时段清零
MOV 31H,#0
AJMP XS0 跳转到XSO
JIAJIA:
INC 31H 加一
AJMP XS0
JIA1000:INC 32H
AJMP XS0
JIA100: INC 33H
AJMP XS0
JIA10: INC 34H
AJMP XS0
JIA1: INC 35H
AJMP XS0
RET 返回
YS1MS: MOV R6,#9H 延时程序
YL1: MOV R7,#19H
DJNZ R7,$
DJNZ R6,YL1
RET
TAB:
DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,099H,092H,082H,0F8H,080H,090H 共阳段码表
DB 040H,079H,024H,030H,019H,012H,002H,078H,000H,010H
END
5 系统仿真与实验测试
5.1 系统仿真
运用proteus软件进行仿真现在proteus软件中建立一个新的文件，再根据自己的要求选择所需的器件，把器件进行适当的排位后进行连接，连接后运行软件进行仿真。
5.2 实验测试
电子时钟主要的设计要求是能够实现时钟的一般功能，以及包括时间的调整功能，这个基于单片机的电子时钟基本上实现了上述功能，能够通过时间调整电路对时间进行调整以及复位。
6 心得体会
单片机作为我们主要的专业课程之一，我觉得单片机课程设计很有必要，而且很有意义。但当拿到题目时，确实不知道怎么着手，有些迷茫，上网查资料，问老师，在老师的帮助下，历时两个星期，解决一个又一个的困难，终于完成任务。
在这次课程设计中，运用到了很多以前的专业知识，虽然过去从未独立应用过它们，但在学习的过程中带着问题去学我发现效率很高，这是我做这次课程设计的一大收获。另外，要做好一个课程设计，就必须做到：在设计程序之前，对所用单片机的内部结构有一个系统的了解，知道该单片机内有哪些资源；要有一个清晰的思路和一个完整的的软件流程图；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、不断改进是程序设计的必经之路；要养成注释程序的好习惯，一个程序的完美与否不仅仅是实现功能，而应该让人一看就能明白你的思路，这样也为资料的保存和交流提供了方便；在设计课程过程中遇到问题是很正常德，但我们应该将每次遇到的问题记录下来，并分析清楚，以免下次再碰到同样的问题的课程设计结束了，但是从中学到的知识会让我受益终身。发现、提出、分析、解决问题和实践能力的提高都会受益于我在以后的学习、工作和生活中。设计过程，好比是我们人类成长的历程，常有一些不如意，但毕竟这是第一次做，难免会遇到各种各样的问题。在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固，不能灵活运用。
通过这次设计，我懂得了学习的重要性，了解到理论知识与实践相结合的重要意义，学会了坚持、耐心和努力，这将为自己今后的学习和工作做出了最好的榜样。另外，要非常感谢我的指导老师，是她指引我克服一个由一个的困难，让我学会对困难无所畏惧，以及对问题的一些很重要的思考方法。
我学会对困难无所畏惧，以及对问题的一些很重要的思考方法。
附录
附录1 硬件电路总图
单片机中各种周期的关系与定时器原理
时钟周期：
时钟周期也叫振荡周期或晶振周期，即晶振的单位时间发出的脉冲数，一般有外部的振晶产生，比如12MHZ=12×10的6次方，即每秒发出12000000个脉冲信号，那么发出一个脉冲的时间就是时钟周期，也就是1/12微秒。通常也叫做系统时钟周期。是计算机中最基本的、最小的时间单位。
在8051单片机中把一个时钟周期定义为一个节拍(用P表示)，二个节拍定义为一个状态周期(用S表示)。
机器周期：
在计算机中，为了便于管理，常把一条指令的执行过程划分为若干个阶段，每一阶段完成一项工作。例如，取指令、存储器读、存储器写等，这每一项工作称为一个基本操作。完成一个基本操作所需要的时间称为机器周期。一般情况下，一个机器周期由若干个S周期(状态周期)组成。8051系列单片机的一个机器周期同6个S周期(状态周期)组成。前面已说过一个时钟周期定义为一个节拍(用P表示)，二个节拍定义为一个状态周期(用S表示)，8051单片机的机器周期由6个状态周期组成，也就是说一个机器周期=6个状态周期=12个时钟周期。
在标准的51单片机中，一般情况下，一个机器周期等于12个时钟周期，也就是机器周期=12*时钟周期，(上面讲到的原因)如果是12MHZ，那么机器周期=1微秒。单片机工作时，是一条一条地从RoM中取指令，然后一步一步地执行。单片机访问一次存储器的时间，称之为一个机器周期，这是一个时间基准。
机器周期不仅对于指令执行有着重要的意义，而且机器周期也是单片机定时器和计数器的时间基准。例如一个单片机选择了12MHZ晶振，那么当定时器的数值加1时，实际经过的时间就是1us，这就是单片机的定时原理。
但是在8051F310中，CIP-51 微控制器内核采用流水线结构，与标准的 8051 结构相比指令执行速度有很大的提高。在一个标准的 8051 中，除 MUL和 DIV以外所有指令都需要 12 或 24 个系统时钟周期，最大系统时钟频率为 12-24MHz。而对于 CIP-51 内核，70%的指令的执行时间为 1或2个系统时钟周期，只有 4 条指令的执行时间大于 4 个系统时钟周期。 所以在计算定时器的值时要注意这里的变化。
指令周期：
指令周期是执行一条指令所需要的时间，一般由若干个机器周期组成。指令不同，所需的机器周期数也不同。对于一些简单的的单字节指令，在取指令周期中，指令取出到指令寄存器后，立即译码执行，不再需要其它的机器周期。对于一些比较复杂的指令，例如转移指令、乘法指令，则需要两个或者两个以上的机器周期。
系统时钟：
系统时钟：系统时钟就是CPU指令运行的频率，这个才是CPU真正的频率。
单片机内部所有工作，都是基于由晶振产生的同一个触发信号源，由这个信号来同步协调工作步骤，我们把这个信号称为系统时钟，系统时钟一般由晶振产生，但在单片机内部系统时钟不一定等于晶振频率，有可能小于晶振频率，也有可能大于晶振频率，具体是多少由单片机内部结构决定，正常情况和晶振频率会存在一个整数倍关系。系统时种是整个单片机工作节奏的基准，它每振荡一次，单片机就被触发执行一次操作。
一般来说,单片机只有一个时钟源.用了外部晶振,就不用内部RC,用了内部RC,就不用外部晶振.振荡器振荡,产生周期波.单片机在这样的周期波的作用一下有规律的一拍一拍的工作,波的频率越高,单片工作得就越快,波的频率越低,单片机工作得就越慢。
有了以上的概念以后，就可以正确的理解定时器的工作原理了，在8051F310单片机中，有3个定时器，如果定时器1工作在模式1下，如工作模式1下，是16位的计时器，最大数值是65535,当再加1时(=65536)，就会发生溢出，产生中断，所以如果我们要它计1000个数， 那么定时初值就是65536-1000，结果就是64536，这个值送给TH、TL，因为是16进制的，所以高位是64536/256取商，低位是64536%6取余。
再者，就是每一计数的时间是多久?一般我们取12M晶振时，一个周期刚好是1us，计数1000个就是1ms，这是因为标准的51单片机是12时钟周期的(STC有6时钟和1时钟方式)。那么，如果我们晶振是12M，就比较好算，如果是其它的，就用12去除好了。比如是6M的，那么就是12/6=2，每个计数是2us，那么你要定时1ms就只要计数500个即可以。
定时器的初值跟定时器的工作方式，跟晶振频率都有关系。一个机器周期Tcy=晶振频率X12，计数次数N=定时时间t/机器周期Tcy，那么初值就X=65536-N，得出的数化成十六进制就行了。这里是用定时器O工作方式1做例子，如果是其它工作方式，就不能是65535了。工作方式0是8192，方式2，3是256。这里有一个公式：
TH=(65536-time/(12/ft))/256
其中，time就是要延时的100ms(要取100000us)，ft是晶振频率。这个式子又可以简化成TH=(65536-time*ft/12)/256
TL=(65536-time*ft/12)%6
在一本书上还看到了这样计算定时初值的：
TH0=-(50235/256); //重装100ms定时初值
TL0=-(50235%6); ///这里使用的6M晶体，
这里是6M晶体，延时100ms，那么按上面讲的原理，6M是每个计数为2us，100ms定时就是计数50000个。
那么，定时器初值要 65536-50000=15536，转成16进是3CB0。这就是要送给TH(=3C) 和TL(=B0)的值。
程序中写 TH0=-(50235/256);其实它是这样的TH0=0x100-(50235/256); 在51中，取负数，其结果就是它的值取反+1，也可以用0x100(十进制的256)去减，结果是多少呢?结果就是3C
相关问答
51 单片机 T0 定时器 4种方式的定时时长分别是多少 - 懂得51单片机最大硬件定时时间,就是定时器能定时的时间,最长时间=65536*TcTc=fosc/12,fosc是单片机的晶振频率。以频率=12M为例吧,Tc=1us最大定时时间=6...
单片机定时器 初值计算方法几种表示方法都列出来,还有一种是...[最佳回答]初值计算就是要算出一个数字,让加上这个数字后,和为65536的时候,触发定时中断.所以一般的计算方法是【65536-定时时长/时钟周期(12M主频时候,频率是...
如何用 单片机 的 定时器 精确定时?用单片机本身的定时来做电子表,我个人认为,这种方法不可取,现在有很多时钟芯片,与单片机接口也很简单,它有专门的外部晶振,而且在时间精确是,是绝对准确的...
单片机 24小时 时钟 ，怎么利用按键实现控制 时钟 时间暂停和回复时间走动呢?时间一般采用定时器T0或T1,清零TR0、TR1可实现暂停,置位TR0、TR1可恢复时间一般采用定时器T0或T1,清零TR0、TR1可实现暂停,置位TR0、TR1可恢复
单片机 中数字钟需要哪些指令?555定时器,时钟发生器,晶振。..555定时器,时钟发生器,晶振。..
51 单片机 设置 时钟 带日期a.用AT89S51 单片机 的定时/计数器T0产...[最佳回答]要实物还是仿真呢我做单片机的
单片机定时器 定时的时间怎么算?51单片机,根据晶振频率,计算指令周期,设置定时器的分频,然后设置定时器的工作方式TMOD,最后设置初值TH0TL0比如用的XHZ的晶振,stc的单片机有3种模式(X/12...5...
单片机 用中断和定时怎么延时?以上函数被调用一次,就延时10ms,多次调用可以达到任意更大的时间要求。!但是,在延时时,就其它什么事也做不了了,就是干等啊!2.硬件延时利用定时器/...3.操...
51 单片机 定时闹铃(c语言) - ivguNtz1qo 的回答 - 懂得我来2113发一个C语言51单片机时钟程序,希望能帮到你5261/*程序功能:带定时4102闹铃时钟*//*----------------------------------------------...
单片机定时器 在12M晶振下,方式二最长可定时多久?怎么算?12M晶振,每个指令周期是1us,采用方式1定时,那么定时公式为:定时时间=(2^16-定时初值)×1us,当初值=0时,最大可以是2^16us=65536us即一次循环最多可以定时...1...
