毕业设计基于单片机的自动报时系统

毕业 设 计

题	另I」	目 基于单片机的自动报时系统
系
专	业
班	级
姓	名
学	号

指导教师

日	期

设计任务书

设计题目：

基于单片机的自动报时系统

设计要求：

1.自动报时系统应具有自动计时功能，由6位LED显示器显示时、分、秒；

2.设计一个自动报时系统，它应具有准确走时、定时、闹钟定时、到时铃响、

23：59：59,再加一秒则全部清零，重新计

随着电子技术的迅速发展，特别是随大规模集成电路出现，给人类生活带来了根本性的改变。由其是单片机技术的使用产品已经走进了千家万户。电子万年历的出现 给人们的生活带来的诸多方便。

我所设计的是一个自动报时系统，自动报时系统用到的单片机芯片是 AT89C51芯片，除此之外还包括：DS1302芯片、晶振电路和复位电路构成单片机最小使用系统，还有独立式按键电路，动态显示电路等等。它不仅能实现数字电子时钟的各种功能，如具有较时、调时、定时、闹钟等功能，而且还能实现定点报时的功能。

实时时钟可提供秒、分、时、日、星期、月和年，一个月小和31天时可以自动调整，且具有闰年补偿功能。本设计还附加了定点报时的功能，从而进一步完成了自 动报时系统的设计。

关键词：单片机，闹铃时钟，位码，段码，显示

设计任务书.......................................................................I

摘 要.....................................11
1总体方案设计....................................................................2 1.1系统框图....................................................................2 1.2设计方案介绍................................................................22硬件设计........................................................................4 2.1单片机的选型................................................................4 2.2AT89C51的特点...........................................................4 2.3AT89C51单片机复位方式....................................................5 2.4DS1302的简介.............................................................6 2.5键盘方案....................................................................9 2.6七段LED显示工作原理.......................................................11 2.7自动报时系统的工作原理及原理图............................................143软件设计.......................................................................15

3.2系统工作流程...............................................................15
3.1设计思路...................................................................15

3.3主程序流程.................................................................163.4按键程序模块...............................................................173.5显示程序模块...............................................................203.6中断服务程序模块...........................................................224系统调试.......................................................................24

结论.......................................................................27

致谢.......................................................................28参考文献........................................................................29附录A.......................................................................................................................................30

1总体方案设计

1.1系统框图

我所设计的是一个自动报时系统，它不仅具有数字电子时钟的各种功能， 如具有

较时、调时、定时、闹钟等功能，而且还具有驱动电铃，定点报时等功能。总体设计

框图如图1.1所示：

图1.1系统框图

1.2设计方案介绍

1.2.1硬件的选择方案

由于我设计的是一个自动报时系统，它需要准确的走时、较时、调时、定时、定点报时等，因此我选用的是 AT89C51单片机芯片，再配以DS1302按键电路、晶振电路、复位电路以及LED动态显示器，就可以实现。采用AT89C51的P0接口外接8路反相三态缓冲器74LS240作LED动态扫描的段码控制驱动信号，用P2接口的P2.0-P2.5外接一片集电极开路反相门电路7406做为6位LED的位选信号驱动口，6个数码管的8根段选线分别接74LS240的输出，LED共阴极端和74LS07的输出端相连；按键接口，由P1.7、P1.6、P1.5、P1.4来完成，四个按键的作用分别是：一个为功能键K1;一个为数字调整键K2;—个为取消设置键K3,用来设置时间；一个为K4键，用来设置定时时间。DS1302实时时钟由P1.0、P1.1、P1.2来控制。DAS1302的XI、X2接口用来接蜂鸣器。

1.2.2软件的设计方案

由于我考虑到用单片机的汇编语言来做《自动报时系统》的设计比较简单。对于程序我的

设计思路是：
1.要有主程序，主程序一般是显示和中断的初始化。

2.要有显示子程序，当键入一个时间值时显示程序要把这个键入的时间值给显示出来。2.要有中断服务程序，功能，走时，判断是否到定时时间等等。

3.要有按键程序，进入按键程序，判断是否有键按下，没有，则调用延时重新判断，如果

到了，调用延时去抖程序，再次判断有键按下否，没有则返回延时程序，如果有按键，则判断

键号，堆栈，判断键是否释放，没有，继续判断，释放了，则输入键号送往累加器。

2硬件设计

2.1单片机的选型

我的设计里用到的单片机芯片是AT89C51芯片，除此之外还包括：DS1302芯片、晶振电

路和复位电路构成单片机最小使用系统。

2.2AT89C51 的特点

AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器( FPERO—Falsh

Programmableand Erasable Read Only Memory )的低电压，高性能、CMOS8位单片机。

该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，和工业标准的 MCS-51

指令集和输出管脚相兼容。AT89C51的管脚图如图2.1所示：

IVCC

IFO 0 (ADO)

IPO 1 CAM)

IPO .2 (AD2)

―PQ5〔ADR

IPO.e阿旬

|P0.7CM>7)

	序	匸	ALETPROG
			PSEH
		匸
			Pl? CAli)
		匚
			M 6 (A14^
		匚
			P2.i⑷为
		匚
		匚	P2 4 3⑵
		匸	P2.3〔冲
		匸
XTAL2			P2.2 (AIO^
XT All		匸
			P2.1 啊
		匸
			P2.C 何

图2.1AT89C51管脚图

主要特性：

1、和MCS-51兼容

2、4K字节可编程闪烁存储器
3、寿命：1000写/擦循环
4、数据保留时间：10年
5、全静态工作：0Hz-24Hz
6三级程序存储器锁定
7、128*8位内部RAM
8、32可编程I/O线
9、两个16位定时器/计数器
10、 5个中断源
11、 可编程串行通道
12、 片内振荡器和时钟电路

2.3AT89C51单片机复位方式

单片机在开机时或在工作中因干扰而使程序失控，或工作中程序处于某种死循环状态，在

这种情况下都需要复位。复位的作用是使中央处理器CPU以及其他功能部件都恢复到一个确定的初始状态，并从这个状态重新开始工作。

AT89C51单片机的复位靠外部电路实现,信号由RESET(RST引脚输入,高电平有效,在振荡器工作时，只要保持RST引脚高电平两个机器周期，单片机即复位。 复位后,PC程序计数器的内容为0000H,片内RAM中内容不变。复位电路一般有上电复位、手动开关复位和自动复位电路 3种，如图2.2所示。而本设计采用的是手动复位方式，如B图所示：

VCC		-SV
R5T

GND

a上电复位电路 手动复位电路c自动复位电路 图22单片机复位电路

2.4DS1302的简介

2.4.1简介

DS1302是美国DALLAS^司推出的一种高性能、低功耗的实时时钟芯片，附加31字节

静态RAM采用SPI三线接口和CPUS行同步通信，并可采用突发方式一次传送多个字节的
时钟信号和RAh数据。实时时钟可提供秒、分、时、日、星期、月和年，一个月小和31天时可以自动调整，且具有闰年补偿功能。工作电压宽达 2.5〜5.5V。采用双电源供电（主电源和备用电源），可设置备用电源充电方式，提供了对后背电源进行涓细电流充电的能力。DS1302用于数据记录，特别是对某些具有特殊意义的数据点的

因此广泛使用于测量系

图2.3DS1302的内部结构

在本设计中，它的I/O引脚、串行时钟SCLK引脚、CE引脚分别和AT89C51的I/O接口

的P1.1口、P1.2口、P1.0口相接，XI、X2接口接蜂鸣器。

2.4.2DS1302 的特点 DS1302时钟芯片包括：

（1）实时时钟/日历：实时时钟/日历提供秒、分、时、日、星期、月、年等信

24h或AM/PM勺12h格式。

I/O数据输入/输出引脚

SCLK串行时钟
Vcc1,Vcc2电源供电管脚

订单信息
部分#描述
DS1302串行时钟芯片8脚DIP
DS1302S串行时钟芯片8脚SOIC200mil
DS1302Z串行时钟芯片8脚SOIC150mil
2.DS1302内部寄存器
CH:时钟停止位寄存器2的第7位12/24小时标志
CH=0振荡器工作允许bit7=1,12小时模式
CH=1振荡器停止bit7=0,24小时模式
WP:写保护位寄存器2的第5位:AM/PM定义
WP=0寄存器数据能够写入AP=1下午模式

WP=1寄存器数据不能写入AP=0上午模式TCS:涓流充电选择DS:二极管选择位
TCS=1010使能涓流充电DS=01选择一个二极管
TCS其它禁止涓流充电DS=10选择两个二极管
DS=00或11,即使TCS=1010,充电功能也被禁止
RS位电阻典型位
00没有没有
01R1 2K
10R2 4K
11R3 8K

2.4.4DS1302读写时序说明
DS1302是SPI总线驱动方式。它不仅要向寄存器写入控制字，还需要读取相应

寄存器的数据。

要想和DS1302通信，首先要先了解DS1302的控制字。DS1302的控制字如表2.1所示:

表2.1控制字（即地址及命令字节）

7

6

5

4

3

2

1

0

1	RAM		A3	A2	A1	A0	RD
	CK						WR

控制字的最高有效位（位7）必须是逻辑1,如果它为0,则不能把数据写入到

DS1302中。

位6:如果为0，则表示存取日历时钟数据，为1表示存取RAM数据；位5至位1（A4〜A0）:指示操作单元的地址；
位0（最低有效位）：如为0,表示要进行写操作，为1表示进行读操作。

单字节读

i/0

R/,'/

AO

A2

A3

A4

F'C

H DO

D1

D2

D3

D4

D5

D6

1

图2.4数据读写时序
控制字总是从最低位开始输出。在控制字指令输入后的下一个SCLK时钟的上升沿时，数据被写入DS1302数据输入从最低位（0位）开始。同样，在紧跟8位的控制字指令后的下一个SCLK脉冲的下降沿，读出DS1302的数据，读出的数据也是从最低位到最高位。数据读写时序如图 2.4。

2.5键盘方案

本设计的自动报时系统是一个具有电子时钟、闹钟、定点报时功能的系统，系统工作时应具备随时对当前时间进行调整，因此它只需要独立式键盘的四个按键即可完

成操作

独立式键盘的接口电路：在单片机使用系统中，有时只需要几个简单的按键向系统输入信息。这时，可将每个按键直接接在一根I/O接口线上，这种连接方式的键盘称为独立式键盘。如图2.5所示，每个独立按键单独占有一根I/O接口线，每根I/O接口线的工作状态不会影响到其他I/O接口线。这种按键接口电路配置灵活，硬件结构简单，但每个按键必须占用一根I/O线，I/O接口线浪费较大。故只在按键数量不多时采用这种按键电路。

在此电路中，按键输入都采用低电平有效。上拉电阻保证了按键断开时， I/O接口线有确定的高电平。当I/O接口内部有上拉电阻时，外电路可以不配置上拉电阻。本设计中个按键的功能为：一个为功能键 K1;一个为数字调整键K2;—个为取消设置键K3,用来设置时间；一个为K4键，用来设置定时时间。

图2.5独立式键盘电路2.5.1键盘接口工作原理

在单片机使用系统中，常用键盘作为输入设备，通过它将数据、内存地址、命令及指

令等输入到系统中，来实现简单的人机通信。

2.5.2按键开关的去除抖动功能

目前,AT89C51单片机使用系统上的按键常采用机械触点式按键,它在断开、闭合时输入电 压波形如图2.6所示.可以看出机械触点在闭合及断开瞬间均有抖动过程 ，时间长短和开关的机械特性有关，一般为5〜10ms由于抖动，会造成被查询的开关状态无

法准确读出。例如，一次按键产生的正确开关状态，由于键的抖动， CPL多次

采集到底电平信号，会被误认为按键被多次按下，就会多次进行键输入操作，这是不允许

的。为了保证CPU寸键的一次闭合仅在按键稳定时作一次键输入处理，必须消除 产生的前沿（后沿）抖动影响。在本次设计中采用的是软件去抖。

按键过程 1 I J q \ 1 1 J 1 fl A V \ \ J A/ 肿 j Qj、 v v y w VI 前沿 识别区 图2.6按键过程 后沿—1

'
2.6七段LED显示工作原理

2.6.1显示的种类

1静态显示概念
静态显示是指数码管显示某一字符时，相应的发光二极管恒定导通或恒定截止。
这种显示方式的各位数码管相互独立，公共端恒定接地（共阴极）或接正电源（共阳极）。每个数码管的8个字段分别和一个8位I/O口地址相连，I/O口只要有段码输出，相应字符即显示出来，并保持不变，直到I/O口输出新的段码。采用静态显示方式的优点：较

CPU寸间少，编程简单，显示便

8位的I/O口控制；各位

在视觉暂留效应，只要每位显示间隔足够短就可以给人以同时显示的感觉。
采用动态显示方式比较节省I/O口，硬件电路也较静态显示方式简单，但其亮度不如

CP要依次扫描，占用CP较多的时间。

数码管由8个发光二极管（以下简称字段）构成，通过不同的组合可用来显示数字0~9、字符A~ F及小数点“•”。数码管的外形结构如图 2.8（a）所示。数码

2.8（b）和图2.8（c）所示：

5	6DH	92H	E	79H	86H
6	7DH	82H	F	71H	8EH
7	07H	F8H
8	7FH	80H

2.7自动报时系统的工作原理及原理图

自动报时系统电路的核心是AT89C51单片机，其内部带有4KB的FlashROM无须扩展程序存储器；电子时钟没有大量的运算和暂存数据，现有的128B片内RAM已能满足要求，也不必扩展片外RAM系统配备6位LED显示和4个单接口键盘，采用P0接口外接8路反相三态缓冲器74LS240作LED动态扫描的段码控制驱动信号,用P2接口的P2.0-P2.5外接一片集电极开路反相门电路7406做为6位LED的位选信号驱动口，6个数码管的8根段选线分别接74LS240的输出，LED共阴极端和74LS07的输出端相连；按键接口，由P1.7、P1.6、P1.5、P1.4来完成；DS1302实时时钟由P1.0、P1.1、P1.2来控制。DS1302的X1、X2接

口外接蜂鸣器。
电路原理图见附录A

3软件设计

3.1设计思路

由于我做的是自动报时系统，它需要具有较时、调时、定时、闹钟等功能，而且还

24点时则自动清零。所以我们

00:00：00开始计时，此时

定后的时间开始计时显示
5. 闹钟设置/启闹：按下K4键，系统继续计时，但显示为00:00:00,此时再按动