简易电子时钟设计单片机

基于单片机的简易电子时钟设计
一 功能分析
1）．时制式为24小时制。
2）．采用LED数码管显示时、分，秒采用数字显示。
3）．具有方便的时间调校功能。
4）．计时稳定度高，可精确校正计时精度。
二 总体方案设计论证比较
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< br>小单位秒，而100次计数可用软件方法实现。
假设使用TC0，方式1，50ms定时，fosc=12MHz。
则初值X满足（216-X）×112MHz×12μs =50000μs
X=15536→10000→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。
A键调整时；
B键调整分；
C键复位
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 。该方案节省硬件成本，且能使读者在定时计数器的使用、中断及程序设
计方面得到锻炼与提高，对单片 机的指令系统能有更深入的了解，从而对学好单片机
技术这门课程起到一定的作用。
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A、B、C构成键盘电路。
AT89S51 是一种低功耗，高性能的CMOS 8位微型计算机。它带有8K Flash 可
编程和擦除的只读存 储器（EPROM），该器件采用ATMEL的高密度非易失性存储
器技术制造，与工业上标准的80C 51和80C52的指令系统及引脚兼容，片内Flash 集
成在一个芯片上，可用与解决复杂的问题 ，且成本较低。简易电子钟的功能不复杂，
采用其现有的IO便可完成，所以本设计中采用此的设计方案 。
三 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，模块之间的关系图如下面得方框电路图1所示。

图1 硬件电路方框图
四 各模块电路设计
4.1.1 芯片分析
AT89C51单片机引脚图如下：

图2 AT89C51引脚图
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。

X TAL1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IO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IO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F ET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IO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IO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。

4.1.2 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。

图3晶振电路

4. 1.3复位电路
单片机复位的条件是：必须使RSTVPD 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 M Hz，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。

图4 单片机复位电路
4.2 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 。

图5 数码显示电路
4.3 按键模块
下图为按键模块电路原理图，A为复位键，B为时钟调控键，C为分钟调控键。

图 6 按键模块电路原理图
五 软件设计流程图
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 软件设计流程图
六 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
JIA100000:
INC 30H
AJMP XS0
JIA10000:
CJNE A,#3,JIAJIA
MOV A,30H
CJNE A,#02,JIAJIA
MOV 30H,#0
MOV 31H,#0
AJMP XS0
JIAJIA:
INC 31H
AJMP XS0
JIA1000:INC 32H
AJMP XS0
JIA100: INC 33H
AJMP XS0
转移到 XSO

加1
跳转到 XS0
与3进行比较，大于则转移到JIAJIA
将时的十位放到 A
与2进行比较，大于则转移到JIAJIA
时段清零
跳转到XSO
加一

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
七 运行结果说明
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。下述为18：30：30的仿真图：

图8
18：30：30时刻的仿真效果图

附录
附录1 硬件电路总图








附录2 元器件清单
表2 电子钟元器件清单

序号 元件名称
单片机
显示驱动三极
管
晶振
电容
电容
按键
排阻
规格型号参数 数量（个） 备注
1
2
AT89S52
A1013
1
8


3
4
5
6
7



11.0592MHz
30pF
22μF
BUTTON
RESPACK-810K
1
2
1
3
1