湖北文理学院
单片机课程设计
题目：用51单片机实现电子时钟
院 部 物理与电子信息工程学院 专 业 名 称 电子信息科学与技术 班 级 1111 姓 名 杨庆月 学 号 2011111136 指 导 教 师 李刚
2013年12月09日
目录
摘要------------------------------1 1 单片机的相关知识 ------------1 1.1 单片机的简介--------------------1 1.2 单片机的特点--------------------1 1.3 89C52单片机的基本特点------------2 2 电子时钟--------------------3 2.1电子时钟的基本特点----------------3 2.2电子时钟的原理-------------------4
3 控制系统的硬件设计 ---------4 3.1单片机型号的选择-----------------4 3.2 lcd1602工作的原理---------------4 3.3 键盘电路的设计------------------6 3.4 复位电路设计-------------------------6
3.5 时钟电路设计-------------------7 3.6 整体电路原理图-----------------7
4 控制系统的软件的设计 ------8 4.1程序的设计----------------------8 4.2程序源代码----------------------8 5 仿真结果和实物图---------------19 5.1仿真结果------------------------------19 5.2实物图-19 6 总结--20
参考文献 ------------------------21
摘要：单片计算机即单片微型计算机。由 RAM ,ROM,CPU构成，定时，计数和多种接口于一体的微控制器。它体积小，成本低，功能强，广泛应用于智能产业和工业自动化上。而 51系列单片机是各单片机中最为典型和最有代表性的一种。这次课程设计通过对它的学习，应用，从而达到学习、设计、开发软、硬的能力。
本设计主要设计了一个基于 AT89C52单片机的电子时钟。并在 1602上显示相应的时间。并通过一个控制键用来实现时间的调节和是否进入省电模式的转换。
具有时钟和日历的功能，年限显示范围是2013-2099（可修改），且具有闰年自动修正功能
关键字：单片机；子时钟；键盘控制；LCD1602。
1 单片机识的相关知识 1.1 单片机简介
MCS-51是 INTEL公司在成功推广的 MCS-48单片机基础上加以改进而成的 8位单片机。
这种单片机大约是上世纪 70年代末推出的，内部程序可重写的为 8751，外扩程序的是 8031，一次性生产，不可改变程序的是 8051。外形一般为 DIP40封装。不久又推出了增强型的 8052，其资源更加丰富。以后又采用 CHMOS技术推出了 80c51,耗电大大降低。到了 90年代，INTEL公司把精力放到更赚钱的计算机上，将 51单片机技术转让给了一此其它公司，如 ATMEL Philips等半导体制造公司，使 51系列单片机的市场份额不断扩大。
尽管十多年前就有人认为 51单片机会很快淘汰，但事实证明 51单片机经过不断的改进后，由于技术成熟，使用方便，至今在 8位单片机市场仍然拥有庞大的用户。特别是 MCS-51技术的 20年专利期限到期后，大量的兼容型号不断推出。从上世纪 90年代后期开始，美国 ATMEL公司在掌握快速擦写的存储器后，推出了 AT89C系列，此系列在中国获得了广泛的应用。
在此之前，由于可擦写的 8751价格昂贵，国内长时间采用 8031+27C64这样的外扩存程序储器方式。
51单片机最初只有 DIP40这种很古老的封装，后来推出了 CHMOS工艺的80C51后开始有了 PLCC44这种相对较小的方形封装。AT89C系列中开始有 20脚的 DIP20的精简型封装，这极大方便了在一些相对简单的单片机应用，缩小了 PCB的体积。20脚的有 AT89C10
51、AT89C10
51、AT89C1051，对应程序存储器分别为 1K、2K、4K。
标准的 51为 4K程序空间，128字节的 RAM，32条端口，5个中断，2个定时/计数器，12个时钟周期执行一条基本指令，最长的除法为 48个周期。52为 8K程序空间，256字节的 RAM，32条端口，6个中断，3个定时/计数器。AT89S51是可在板上直接下载程序的改进型号，并增加了看门狗功能，AT89C51只能在编程器下写入程序，所以经常会有人在 PCB上安装 IC插座，以便取下来编程更新程序。
AT的 51系列后来也推出了单周期的 51，但价格没什么优势，国内很少使用。最近几年宏晶在国内大量推广 STC51系列单片机，最近又推出不少所谓 1T的单
1
片机，价格较低
STC采用串口直接下载程序，写入程序很方便。
1.2 单片机的特点
1 .单片机的存储器ROM 和RAM 时严格区分的。ROM 称为程序存储器，只存放 程序，固定常数，及数据表格。RAM 则为数据存储器，用作工作区及存放用户数 据。 2 .采用面向控制的指令系统。为满足控制需要，单片机有更强的逻辑控制能力， 特别是单片机具有很强的位处理能力。
3 .单片机的I/O 口通常时多功能的。由于单片机芯片上引脚数目有限，为了 解决实际引脚数和需要的信号线的矛盾，采用了引脚功能复用的方法，引脚处于 何种功能， 可由指令来设置或由机器状态来区分。
4 .单片机的外部扩展能力很强。在内部的各种功能部件不能满足应用的需求 时，均可在外部进行扩展，与许多通用的微机接口芯片兼容，给应用系统设计带 来了很大的方便。
1.3 89C52单片机介绍
P0 口：P0 口为一个8 位漏级开路双向I/O 口，每脚可吸收8TTL 门电流。当 P1 口的管脚第一次写1 时，被定义为高阻输入。P0 能够用于外部程序数据存储 器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH 编程时，P0 口作为原码输入 口，当FIASH 进行校验时，P0 输出原码，此时P0 外部必须被拉高。
P1 口：P1 口是一个内部提供上拉电阻的8 位双向I/O 口，P1 口缓冲器能接 收输出4TTL 门电流。P1 口管脚写入1 后，被内部上拉为高，可用作输入，P1 口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH 编程和校验时，P1 口作为第八位地址接收。
P2 口：P2 口为一个内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，P2 口缓冲器可接收， 输出4 个TTL 门电流，当P2 口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且 作为输入。并因此作为输入时，P2 口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由 于内部上拉的缘故。P2 口当用于外部程序存储器或16 位地址外部数据存储器 进行存取时，P2 口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优 势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2 口输出其特殊功能寄存器的 内容。P2 口在FLASH 编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。
P3 口：P3 口管脚是8 个带内部上拉电阻的双向I/O 口，可接收输出4 个TTL 门电流。当P3 口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输 入，由于外部下拉为低电平，P3 口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。 P3 口也可作为AT89C52 的一些特殊功能口，如下表所示： 口管脚备选功能
P3.0 RXD（串行输入口）P3.1 TXD（串行输出口）P3.2 /INT0（外部中断0） P3.3 /INT1（外部中断1）P3.4 T0（记时器0 外部输入）P3.5 T1（记时器1 外 部输入）P3.6 /WR（外部数据存储器写选通）P3.7 /RD（外部数据存储器读选通） P3 口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。
RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST 脚两个机器周期的高电平时 间。
2
ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的 地位字节。在FLASH 编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE 端以不
变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外
部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，
将跳过一个ALE 脉冲。如想禁止ALE 的输出可在SFR8EH 地址上置0。此时， ALE 只有在执行MOVX，MOVC 指令是ALE 才起作用。另外，该引脚被略微拉高。
如果微处理器在外部执行状态ALE 禁止，置位无效。 PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机 器周期两次/PSEN 有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN 信号
将不出现。
EA/VPP：当/EA 保持低电平时，则在此期间外部程序存储（0000H-FFFFH），不
管是否有内部程序存储器。注意加密方式1 时， /EA 将内部锁定为RESET；当/EA 端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH 编程期间，此引脚也用于施加 12V 编程电源（VPP）。
2 电子时钟
2.1 电子时钟的基本特点
现在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 钟、石英表都采用了石英技术，因此走时精度高，稳定性好，使用方便，不需要 经常调试，数字式电子钟用集成电路计时时，译码代替机械式传动，用用液晶显 示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。
3
2.2 电子时钟的原理
该电子时钟由89C52，1602 液晶等构成，采用晶振电路作为驱动电路，由延时程序和循环程序达到时分秒的计时，六十秒为一分钟，六十分钟为一小时，满二十四小时为一天。而电路中有四个控制按键，一个是选择，一个进行加数，一个进行减数，还有一个保存。例如按下选择键，然后1602显示光标，此时可以用加或减来进行调节，在按下选择键，光标移到不同的单位上，同理进行调节，最后待日期时间调节好后，按下保存键，时钟开始计时。
3 控制系统的硬件设计 3.1 单片机型号的选择
通过对51单片机的学习，认为STC89C52 是最理想的电子时钟开发芯片。STC89C52，最终认为89C52是一种带8K 字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压，高性能CMOS8位微处理器，器件采用高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-52指令集和输出引脚相兼容。还有一点重要原因，就是采用AT89C52时不能用开发板进行程序的下载，所以最终选用STC89C52进行设计。
3.2 1602 工作原理及显示电路
字符型LCD 通常有14 条引脚线或16 条引脚线的LCD，多出来的2 条线是背 光电源线VCC(15 脚)和地线GND(16 脚)，其控制原理与14 脚的LCD 完全一样 1602液晶的基本的操作分为以下四种：
状态字读操作：输入RS=低、RW=高、EP=高； 输出：DB0~7 读出为状态字； 数据读出操作：输入RS=高、RW=高、EP=高； 输出：DB0~7 读出为数据； 指令写入操作：输入RS=低、RW=低、EP=上升沿； 输出：无； 数据写入操作：输入RS=高、RW=低、EP=上升沿； 输出：无。
如图 1602模块的引脚
4
LCD1602正面
LCD1602背面
5
1602与单片机连接图 3.3 键盘电路设计
本时钟采用四个按键控制，一个(实物图蓝色线24号引脚)是选择，一个进行加数（实物图紫色线25号引脚），一个进行减数（实物图灰色线26号引脚），还有一个保存（实物图白色线27号引脚）。例如按下选择键，然后1602显示光标，此时可以用加或减来进行调节，在按下选择键，光标移到不同的单位上，同理进行调节，最后待日期时间调节好后，按下保存键，时钟开始计时。
3.4 复位电路设计
单片机复位有上电复位和手动复位两种方式，上电复位是接通电源后利用RC充电来实现复位。手动复位是通过人为干预，强制系统复位。
6
连接至9号复位引脚
复位电路如图所示，可以实现上电复位和手动复位功能。
3.5 时钟电路设计
系统时钟源由内部时钟方式产生，时钟电路由12MH晶振和两个30PF瓷片电容组成，构成自激振荡，形成振荡源提供给单片机。电容可在5PF到30PF之间选择，电容的大小对振荡频率有微小影响，可起频率微调作用。
3.6整体电路原理图
7
4 控制系统的软件设计 4.1 程序设计
由于C 语言程序设计较汇编可读性强，可移植性，且可以大大降低编程的难 度和缩短开发周期，本系统程序采用c 语言设计。
4.2 程序源代码
#include
//包含单片机寄存器的头文件 #include //包含_nop_()函数定义的头文件
#define uchar unsigned char #define uint unsigned int
sbit RS=P2^0;
//寄存器选择位，将RS位定义为P2.0引脚 sbit RW=P2^1;
//读写选择位，将RW位定义为P2.1引脚 sbit E=P2^2;
//使能信号位，将E位定义为P2.2引脚 sbit BF=P0^7;
//忙碌标志位，将BF位定义为P0.7引脚
uchar code table[]=\"2013-12-07 WEEK6\";
//初始化液晶显示 16 uchar code table1[]=\"TIME: 19-27-50\";
//14
uchar count,s1num; char second,minute,hour,day,month,year,week;
sbit s1=P2^3;
//功能键
8
sbit s2=P2^4;
//加键 sbit s3=P2^5;
//减键
sbit s4=P2^6;
//保存并退出
/*
延时若干毫秒
*/ void delay(uchar n) { uchar i,a,b; for(i=0;i
for(b=199;b>0;b--)
for(a=1;a>0;a--); }
/*********************************************** 函数功能：判断液晶模块的忙碌状态
返回值：result。result=1，忙碌;result=0，不忙
************************************************/ uchar BusyTest(void) { bit result; RS=0; //根据规定，RS为低电平，RW为高电平时，可以读状态
RW=1; E=1;
//E=1，才允许读写
_nop_();
//空操作
_nop_(); _nop_(); _nop_();
//空操作四个机器周期，给硬件反应时间
result=BF; //将忙碌标志电平赋给result E=0;
//将E恢复低电平
return result; }
/******************************************** 函数功能：写指令 入口参数：dictate *********************************************/ void WriteInstruction(uchar dictate) { while(BusyTest()==1);
//如果忙就等待
RS=0; //根据规定，RS和R/W同时为低电平时，可以写入指令
RW=0; E=0;
//E置低电平(根据表8-6，写指令时，E为高脉冲，
//就是让E从0到1发生正跳变，所以应先置\"0\" _nop_();
9
_nop_();
//空操作两个机器周期，给硬件反应时间
P0=dictate;
//将数据送入P0口，即写入指令或地址
_nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_();
//空操作四个机器周期，给硬件反应时间
E=1;
//E置高电平
_nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_();
//空操作四个机器周期，给硬件反应时间
E=0;
//当E由高电平跳变成低电平时，液晶模块开始执行命令 }
/********************************************* 函数功能：写数据
入口参数：y(为字符常量) **********************************************/ void WriteData(uchar y) { while(BusyTest()==1); RS=1;
//RS为高电平，RW为低电平时，可以写入数据
RW=0; E=0;
//E置低电平(根据表8-6，写指令时，E为高脉冲，
//就是让E从0到1发生正跳变，所以应先置\"0\" P0=y; //将数据送入P0口，即将数据写入液晶模块
_nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_();
//空操作四个机器周期，给硬件反应时间
E=1;
//E置高电平
_nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_();
//空操作四个机器周期，给硬件反应时间
E=0;
//当E由高电平跳变成低电平时，液晶模块开始执行命令 }
/****************************************** 函数功能：对LCD的显示模式进行初始化设置 *******************************************/ void LcdInitiate(void) { uchar num;
10
second=50; minute=27; hour=19; week=6; day=7; month=12; year=13; count=0; s1num=0; E=0; delay(15); //延时15ms，首次写指令时应给LCD一段较长的反应时间 WriteInstruction(0x38); //显示模式设置：16×2显示，
//5×7点阵，8位数据接口 delay(5); //延时5ms?，给硬件一点反应时间 WriteInstruction(0x38); delay(5); WriteInstruction(0x38); //连续三次，确保初始化成功 delay(5); WriteInstruction(0x0c); //显示模式设置：显示开，无光标，
//光标不闪烁 delay(5); WriteInstruction(0x06); //显示模式设置：光标右移，字符不移 delay(5); WriteInstruction(0x01); //清屏幕指令，将以前的显示内容清除 delay(5); WriteInstruction(0x80); for(num=0;num
//定时器中断初始化 TH0=(65536-50000)/256; TL0=(65536-50000)%256; EA=1;
11
ET0=1; TR0=1; }
//-------写年月日--------------- void write_nyr(uchar add,uchar date) { uchar i,j; i=date/10; j=date%10; WriteInstruction(0x80+add); WriteData(0x30+i); WriteData(0x30+j); }
//--------写时分秒--------------- void write_sfm(uchar add,uchar date) { uchar i,j; i=date/10; j=date%10; WriteInstruction(0x80+0x40+add); WriteData(0x30+i); WriteData(0x30+j); }
//-------------写星期------------- void write_week(uchar add,uchar date) { WriteInstruction(0x80+add); WriteData(0x30+date); }
//---------该年是否是闰年------------- bit leap_year() { int leap; if((year%4==0&&year%100!=0)||year%400==0)
leap=1;
//是闰年
else
leap=0;
//非闰年
return leap; }
12
//----------键盘扫描-------------------- void keyscan() { if(s1==0)
//第一个键是否按下
{
delay(5);
if(s1==0)
{
while(!s1);
s1num++;
if(s1num>7)
s1num=1;
if(s1num==1)
//第一个键被按一次
{
TR0=0;
WriteInstruction(0x80+0x40+13);
WriteInstruction(0x0f);
}
if(s1num==2)
{
WriteInstruction(0x80+0x40+10);
}
if(s1num==3)
{
WriteInstruction(0x80+0x40+7);
}
if(s1num==4)
{
WriteInstruction(0x80+9);
}
if(s1num==5)
{
WriteInstruction(0x80+6);
}
if(s1num==6)
{
WriteInstruction(0x80+3);
}
if(s1num==7)
{
WriteInstruction(0x80+15);
}
} }
13
if(s1num!=0)
//如果功能键被按下 { if(s2==0) //第二个按下
{
delay(5);
if(s2==0)
{
while(!s2);
if(s1num==1)
//第一个键被按一次，秒钟加一
{
second++;
if(second==60)
second=0;
write_sfm(12,second);
WriteInstruction(0x80+0x40+13);
}
if(s1num==2)
//第一个键被按二次，分钟加一
{
minute++;
if(minute==60)
minute=0;
write_sfm(9,minute);
WriteInstruction(0x80+0x40+10);
}
if(s1num==3)
//第一个键被按三次，时钟加一
{
hour++;
if(hour==24)
hour=0;
write_sfm(6,hour);
WriteInstruction(0x80+0x40+7);
}
if(s1num==4)
//日期加一
{
day++;
if(day==32)
day=1;
write_nyr(8,day);
WriteInstruction(0x80+9);
}
if(s1num==5)
//月加一
{
month++;
if(month==13)
14
month=1;
write_nyr(5,month);
WriteInstruction(0x80+6);
}
if(s1num==6)
//年加一
{
year++;
if(year==99)
year=0;
write_nyr(2,year);
WriteInstruction(0x80+3);
}
if(s1num==7)
//星期加一
{
week++;
if(week==8)
week=1;
write_week(15,week);
WriteInstruction(0x80+15);
} } } if(s3==0)
//第三个键被按下 { delay(5); if(s3==0) {
while(!s3);
if(s1num==1)
//秒减一
{
second--;
if(second==-1)
second=59;
write_sfm(12,second);
WriteInstruction(0x80+0x40+13);
}
if(s1num==2)
//分减一
{
minute--;
if(minute==-1)
minute=59;
write_sfm(9,minute);
WriteInstruction(0x80+0x40+10);
}
15
if(s1num==3)
//时减一
{
hour--;
if(hour==-1)
hour=23;
write_sfm(6,hour);
WriteInstruction(0x80+0x40+7); } if(s1num==4)
//日减一
{
day--;
if(day==0)
day=31;
write_nyr(8,day);
WriteInstruction(0x80+9); } if(s1num==5)
//月减一
{
month--;
if(month==0)
month=12;
write_nyr(5,month);
WriteInstruction(0x80+6); } if(s1num==6)
//年减一
{
year--;
if(year==-1)
year=99;
write_nyr(2,year);
WriteInstruction(0x80+3); } if(s1num==7)
//日期减一
{
week--;
if(week==0)
week=7;
write_week(15,week);
WriteInstruction(0x80+15);
} } } if(s4==0)
//保存并退出 {
16
s1num=0;
WriteInstruction(0x0c);
TR0=1;
} } }
/******************************************
main function *******************************************/ void main(void) { uchar k=0; LcdInitiate();
//调用LCD初始化函数
while(1) {
keyscan();
k=1; } }
/***************************************** 函数功能：定时器T0的中断服务函数
******************************************/ void timer0() interrupt 1 { count++; if(count==13) {
count=0;
second++;
if(second==60)
//秒计满60，秒归0，分+1
{
second=0;
minute++;
if(minute==60) //分计满60，分归0，时+1
{
minute=0;
hour++;
if(hour==24) //时计满24，时归0，星期+1，日+1
{
hour=0;
week++;
day++;
17
if(week==8)
week=1; //星期计满7，星期归1
if(month==1||month==3||month==5||month==7||month==8||month==10||month==12) //大月三十一天
{
if(day==32)
//大月天数计满31，日归1，月+1
{
day=1;
month++;
}
}
if(month==4||month==6||month==9||month==11) //小月三十天
{
if(day==31)
{ //小月天数计满30，日归1，月+1
day=1;
month++;
}
}
if(month==2)
{
if(leap_year())
{
if(day==30) //闰年二月29天??计满，日归1，月+1
{
day=1;
month++;
}
}
else
{
if(day==29) //非闰年二月28天 计满，日归1，月+1
{
day=1;
month++;
}
}
}
if(month==13) //月计满12，月归1，年+1
{
month=1;
year++;
18
}
if(year==99) //年计满99，年归0
{
year=0;
}
write_nyr(2,year);
}
write_nyr(5,month);
}
write_nyr(8,day);
write_week(15,week);
}
write_sfm(6,hour);
} write_sfm(9,minute); } write_sfm(12,second); 5 仿真结果和实物图 5.1 仿真结果
5.2 实物图
19
6 总结：
说句实话，这个时钟在硬件上没有什么太多的技术含量，只有一个单片机的最小系统和一个显示电路，其实它们可以结合在一起，但是为了以后的方便，我还是将它们设计了两个部分，方便以后最小系统的其他方面的应用。还有就是程序，这个时钟程序如果让我自己写的话那我肯定不能再规定时间内完成，所以还是靠外界力量的帮忙。也正是如此，我找到我学习单片机的弱点，那就是程序的编写，记得室友百度开玩笑说：“程序是单片机的灵魂”，想想当时很搞笑，但仔
20
细一想，那还真是个恰当的比喻，如果说单片机没有程序的输入，那么它不能完成任何事情。虽然本学期的单片机课程即将结束，但是我学习单片机的过程还没有结束，以后还是要在程序的编写上多多下工夫。
此次的电子时钟设计给我奠定了一个实践基础，我会在以后的学习、生活中磨练自己，使自己适应于以后的竞争。当遇到不会或是设计不出来的地方，我们就会在QQ 群里讨论或者是同学之间相互帮助。团结就是力量，无论在现在的学习中还是在以后的工作中，团结都是至关重要的，有了团结会有更多的理念、更多的思维、更多的情感。
参考文献
[1]郭天祥．新概念51单片机C语言教程—— 入门，提高，开发，拓展 全攻略[M]．北京：电子工业出版社，2009．
21
