2021年11月01日 | AT89C51单片机数字电子钟的设计

一、 设计目的与要求

设计目的:通过设计，培养运用已学知识解决实际问题的能力、查阅资料的能力、自学能力和独立分析问题、解决问题的能力和能通过独立思考。

设计要求:设计一个时、分可调的数字电子钟、断电后将数据保存，开启后时间将从断电后时间继续行走。

二、 设计内容与方案制定

具有校时功能，按键控制电路其中时键、分键六个键分别控制时、分时间的调整。按下小时数实现对小时数加减，按下分钟数实现对分钟数进行加减，并设置有复位键，启始键。

以AT89C51单片机进行实现秒、分、时上的正常显示和进位，其中显示功能由单片机控制共阴极数码管来实现，数码管进行动态显示。

通过AT24C02分别写入时、分、秒数据在断电后实现保存，在下次通电后将数据读出保持为断电前数据。

三、 芯片简介1、 AT89C52

AT89C52是一个低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含8k bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256 bytes的随机存取数据存储器(RAM)，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，AT89C52单片机在电子行业中有着广泛的应用。

AT89C52有40个引脚，32个外部双向输入/输出(I/O)端口，同时内含2个外中断口，3个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，2 个读写口线，AT89C52可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程。其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的 Flash存储器可有效地降低开发成本。

AT89C52为8 位通用微处理器，采用工业标准的C51内核，在内部功能及管脚排布上与通用的8xc52 相同，其主要用于会聚调整时的功能控制。功能包括对会聚主IC 内部寄存器、数据RAM及外部接口等功能部件的初始化，会聚调整控制，会聚测试图控制，红外遥控信号IR的接收解码及与主板CPU通信等。主要管脚有：XTAL1(19 脚)和XTAL2(18 脚)为振荡器输入输出端口，外接12MHz 晶振。RST/Vpd(9 脚)为复位输入端口，外接电阻电容组成的复位电路。VCC(40 脚)和VSS(20 脚)为供电端口，分别接+5V电源的正负端。P0~P3 为可编程通用I/O 脚，其功能用途由软件定义，在本设计中，P0 端口(32~39 脚)被定义为N1功能控制端口，分别与N1的相应功能管脚相连接，13 脚定义为IR输入端，10 脚和11脚定义为I2C总线控制端口，分别连接N1的SDAS(18脚)和SCLS(19脚)端口，12 脚、27 脚及28 脚定义为握手信号功能端口，连接主板CPU的相应功能端，用于当前制式的检测及会聚调整状态进入的控制功能。

2、 AT24C02

AT24C02支持I2C，总线数据传送协议I2C，总线协议规定任何将数据传送到总线的器件作为发送器。任何从总线接收数据的器件为接收器。数据传送是由产生串行时钟和所有起始停止信号的主器件控制的。主器件和从器件都可以作为发送器或接收器，但由主器件控制传送数据(发送或接收)的模式，由于A0、A1和A2可以组成000~111八种情况，即通过器件地址输入端A0、A1和A2可以实现将最多8个AT24C02器件连接到总线上，通过进行不同的配置进行选择器件。

AT24C02的存储容量为2K bit，内容分成32页，每页8Byte，共256Byte，操作时有两种寻址方式：芯片寻址和片内子地址寻址。

(1)芯片寻址：AT24C02的芯片地址为1010，其地址控制字格式为1010A2A1A0R/W。其中A2，A1，A0可编程地址选择位。A2，A1，A0引脚接高、低电平后得到确定的三位编码，与1010形成7位编码，即为该器件的地址码。R/W为芯片读写控制位，该位为0，表示芯片进行写操作。

(2)片内子地址寻址：芯片寻址可对内部256B中的任一个进行读/写操作，其寻址范围为00~FF，共256个寻址单位。

四、 设计步骤1.2.各单元电路及工作原理

(1)按键控制电路   

键盘可实现对时间的校对，用四个按键来实现。按下小时数加实现对小时数进行加一，按下小时数减实现对小时数减一，按下分钟数加一实现对分钟数加一，按下分钟数减一实现对分钟数减一。当按下复位键时时间回到初始时间，按下启停键时时钟开始工作在次按下停止工作。

其电路连接图如下：

LED显示器是现在最常用的显示器之一发光二极管(LED)分段式显示器由7条线段围成8字型，每一段包含一个发光二极管。外加正向电压时二极管导通，发出清晰的光。只要按规律控制各发光段亮、灭，就可以显示各种字形或符号。显示电路显示模块需要实时显示当前的时间,即时、分、秒，因此需要6个数码管，采用动态显示方式显示时间，其硬件连接方式如下图所示。

(3)AT24C02连接电路

AT24C02支持I2C，总线数据传送协议I2C，总线协议规定任何将数据传送到总线的器件作为发送器。任何从总线接收数据的器件为接收器。数据传送是由产生串行时钟和所有起始停止信号的主器件控制的。通过AT24C02分别写入时、分、秒数据在断电后实现保存，在下次通电后将数据读出保持为断电前数据。

1.3.绘制原理图

其计时周期为24小时，显示满刻度为23时59分59秒。整个设计图由复位电路、AT89C51单片机、键盘控制电路组成。  显示电路将“时”、“分”、“秒”通过七段显示器显示出来，6个数码管的段选接到单片机的P0口，位选接到单片机的P2口。数码管按照数码管动态显示的工作原理工作。  把定时器定时时间设为50ms，则计数溢出20次即得时钟计时最小单位秒，而20次计数可用软件方法实现，每累计60秒进1分，每累计60分钟，进1小时。时采用24进制计时器，可实现对一天24小时的累计。 校时电路时用来对“时”、“分”显示数字进行校对调整，时分秒三个控制键分别接单片机的p3.2、p3.3、P3.4、P3.5进行控制。按一下分键秒单元就加1 ，按一下时键分就加1。将AT24C02接入P3.1和P3.2对断电后数据保存，通电后数据从断电前恢复运行。

1.4.元件清单列表

2、程序设计2.1程序流程

数字电子钟采用内部硬件定时器来进行定时。sec等于60，应将sec清零，同时min加1。如果min等于60，应将min清零，同时h加1。如果h大于23时，应将h清零，当h小于10时十位不显示。通过分析可知，程序中可分别由

{

num2=0;

       sec++;

         if(sec==60)

       {

          sec=0;

           min++;

              if(min==60)

       {

         min=0;

          h++;

          if(h==24)

           h=0;

        }

       }

    }

这段程序负责秒、分、时的计时。

按钮K1、K2和K3、K4为调时、调分控制按键。这两个按钮信号的输入采用外部中断方式来实现。若产生外部中断时，通过调用H或_min来实现调时或调分操作。通过displays()显示时分秒中间用“-”隔开每隔一秒实现闪烁。

断电后数据保存，通过AT24C02芯片采用IIC串口通信解决掉电保护，具体将时、分、秒，数据每隔一秒时间将数据写入AT24C02中，在断电后数据停留在断电前，通电后数据恢复。

2.2主程序：

void main()

{

    init();

    sec=read_add(0);

    if(sec>60)

        sec=0;

    min=read_add(1);

    if(min>60)

        min=0;

    h=read_add(2);

    if(h>24)

        h=0;

      if(write==1)

      {

        write=0;

       write_add(0,sec);

       write_add(1,min);

       write_add(2,h);

       }   

      }     

}

在主程序中先将读出保存数据分别赋给h、min、sec然后判断计时器是否到了一秒，如果到了就在24C02的地址0中写入sec在地址1中写入min在地址2中写入h。最终实现数据断电的保存。

2.2.源程序：

#include

#define uchar unsigned char

#define uint unsigned int

Ucharcode tab[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f};

bit write=0;

sbit key1=P3^2;

sbit key2=P3^3;

sbit key3=P3^4;

sbit key4=P3^5;

sbit key5=P3^6;

sbit key6=P3^7;

sbit sda=P3^1;

sbit scl=P3^0;

void delayms(uint);

void display();

sbit key=P3^2;

ucharnum2,secshi,secge,minshi,minge,hshi,hge;

uchar mun=0,sec=0,min=20,h=5;

void displays();

void keyscan();

void delay()

{;;}

void start()

{

    sda=1;

    delay();

    scl=1;

    delay();

    sda=0;

    delay();

}

void stop()

{

    sda=0;

    delay();

    scl=1;

    delay();

    sda=1;

    delay();

}

void respons()

{

    uchari;

    scl=1;

    delay();

    while((sda==1)&&(i<250))

    i++;

    scl=0;

    delay();

}

void init()

{

    sda=1;

    delay();

    scl=1;

    delay();

}

void write_byte(uchar date)

{

    uchari,temp;

    temp=date;

    for(i=0;i<8;i++)

    {

       temp=temp<<1;

       scl=0;

       delay();

       sda=CY;

       delay();

       scl=1;

       delay();

    }

    scl=0;

    delay();

    sda=1;

    delay();

}

uchar read_byte()

{

    uchari,k;

    scl=0;

    delay();

    sda=1;

    delay();

    for(i=0;i<8;i++)

    {

       scl=1;

       delay();

       k=(k<<1)|sda;

       scl=0;

       delay();

    }

    returnk;

}

void write_add(ucharaddress,uchar date)

{

    start();

    write_byte(0xa0);

    respons();

    write_byte(address);

    respons();

    write_byte(date);

    respons();

    stop();

    start();

    write_byte(0xa1);

    respons();

    write_byte(address);

    respons();

    write_byte(date);

    respons();

    stop();

    start();

    write_byte(0xa2);

    respons();

    write_byte(address);

    respons();

    write_byte(date);

    respons();

    stop();

}

uchar read_add(uchar address)

{

    uchardate;

    start();

    write_byte(0xa0);

    respons();

    write_byte(address);

    respons();

    start();

    write_byte(0xa1);

    respons();

    date=read_byte();

    stop();

    start();

    write_byte(0xa2);

    respons();

    write_byte(address);

    respons();

    start();

    write_byte(0xa3);

    respons();

    write_byte(address);

    respons();

    returndate;

}

void main()

{

    init();

    sec=read_add(0);

    if(sec>60)

        sec=0;

    min=read_add(1);

    if(min>60)

        min=0;

    h=read_add(2);

    if(h>24)

        h=0;

TMOD=0x01;

EA=1;

ET0=1;

TH0=(65536-45872)/256;

TL0=(65536-45872)%256;

TR0=1;

while(1)

{

      displays();

      display();

      if(write==1)

      {

        write=0;

       write_add(0,sec);

       write_add(1,min);

       write_add(2,h);

       }

        keyscan();   

      }     

  }

void displays()

{  

if(num2==0)

{

    P2=0xdb;

    P0=0x40;

    delayms(2);

   }

}

void display( )

{

      secshi=sec/10;

      secge=sec%10;

      minshi=min/10;

      minge=min%10;

      hshi=h/10;

      hge=h%10;

      P2=0xbf;

      P0=tab[secshi];

      delayms(2);

      P2=0x7f;

      P0=tab[secge];

      delayms(2);

      P2=0xf7;

      P0=tab[minshi];

      delayms(2);

      P2=0xef;

      P0=tab[minge];

      delayms(2);

      P2=0xfe;

      P0=tab[hshi];

      delayms(2);

      P2=0xfd;

      P0=tab[hge];

      delayms(2);

}

void delayms(uint xms)

{

    uintx,y;

   for(x=xms;x>0;x--)

    for(y=110;y>0;y--);

    }

void keyscan()

{

    if(key1==0)

    {

       delayms(10);

       if(key1==0)

       {

           h++;

           if(h==24)

           {

              h=0;

           }