電腦數字鐘硬件原理圖

為了節約制作硬件的開支，我們利用單片機開發機上的硬件資源，開發了電腦數字鐘的軟件。該數字鐘由８０３１單片機控制，采用２４小時制計時，利用開發機上的六個ＬＥＤ顯示器來顯示時、分和秒，使用Ｐ1端口中的Ｐ1.0端口線實現整點報時功能；使用Ｐ3端口的Ｐ3.0實現鬧鐘功能。其硬件原理圖如圖一所示。

圖中按鍵Ｋ1，Ｋ２，Ｋ３及開關Ｋ５，Ｋ６的定義如下表所示

圖中的開關Ｋ４用于鬧鐘控制，當Ｋ４＝１時（開關處于ＯＮ的位置），打開鬧鐘，使之在預定時間起鬧；當Ｋ１＝０時（開關處于ＯＦＦ的位置），則關閉鬧鐘，使之不鬧。另外，在鬧鐘響起時，Ｋ４也可作為止鬧開關使用，若不止鬧，則鬧一分鐘。鬧鐘信號用發光二極管來模擬。
整點報時信號也是用發光二極管來模擬的。當整點時，Ｐ1.0口所接的發光二極管點亮一分鐘。
電腦數字鐘的秒信號是利用８０３１單片機定時器Ｔ０產生的。由于開發機的晶振頻率為６ＭＨz，使得Ｔ０的最大定時時間遠遠小于１秒，因此，在設計時采用了硬件計數與軟件計數相結合的方式，即通過Ｔ０產生一定的定時時間，然后再利用軟件進行計數，從而產生１秒鐘的時間信號。在設計中，定時器Ｔ０采用了中斷方式。當定時時間到時，單片機產生中斷，在Ｔ０的中斷服務程序中實現時、分、秒的累加。并且，該中斷的優先級別高于其它中斷，因此，保證了電子鐘走時準確。在設計中，利用外部中斷0和外部中斷１分別作為校時和鬧鐘校時按鍵的觸發輸入。當需要校時時，撥動Ｋ５或Ｋ６開關，便產生外部中斷，進入相應的中斷服務程序。在外部中斷０和外部中斷１的中斷服務程序中，都只有一條"表示有按鍵"的標志位置１的指令，然后在主程序中用查詢標志位的方式判斷是否有鍵按下。若查得標志位為１則進入校時子程序進行校時的相應處理；若為０則照常進行時間顯示。當撥動Ｋ５開關時，進入校時狀態，用戶可以方便地校準時間。當撥動Ｋ６開關時，便進入鬧鐘校時狀態，這時，可根據需要設置起鬧時間。在鬧鐘校時期間，時鐘繼續計數，即鬧鐘校時不影響時鐘走時。

摘 要：介紹了用8031單片機控制的電腦數字鐘的硬件結構與軟件設計。給出了匯編
語言源程序。
關鍵詞：單片機，實時控制，數字鐘，中斷
數字電子鐘的設計方法有多種，例如，可用中小規模集成電路組成電子鐘；也可以利用專用的電子鐘芯片配以顯示電路及其所需要的外圍電路組成電子鐘；還可以利用單片機來實現電子鐘等等。這些方法都各有特點，其中，利用單片機實現的電子鐘具有編程靈活，便于電子鐘功能的擴充，即可用該電子鐘發出各種控制信號，精確度高等特點。
所設計的電子鐘有以下功能：
１． ２４小時制時間顯示。
２． 可隨時進行時間校對。
３． 整點報時。
４． 鬧鐘功能。
為了節約制作硬件的開支，我們利用單片機開發機上的硬件資源，開發了電腦數字鐘的軟件。該數字鐘由８０３１單片機控制，采用２４小時制計時，利用開發機上的六個ＬＥＤ顯示器來顯示時、分和秒，使用Ｐ1端口中的Ｐ1.0端口線實現整點報時功能；使用Ｐ3端口的Ｐ3.0實現鬧鐘功能。其硬件原理圖如圖一所示。

圖一 電腦數字鐘硬件原理圖

圖中按鍵Ｋ1，Ｋ２，Ｋ３及開關Ｋ５，Ｋ６的定義如下表所示
?
圖中的開關Ｋ４用于鬧鐘控制，當Ｋ４＝１時（開關處于ＯＮ的位置），打開鬧鐘，使之在預定時間起鬧；當Ｋ１＝０時（開關處于ＯＦＦ的位置），則關閉鬧鐘，使之不鬧。另外，在鬧鐘響起時，Ｋ４也可作為止鬧開關使用，若不止鬧，則鬧一分鐘。鬧鐘信號用發光二極管來模擬。
整點報時信號也是用發光二極管來模擬的。當整點時，Ｐ1.0口所接的發光二極管點亮一分鐘。
電腦數字鐘的秒信號是利用８０３１單片機定時器Ｔ０產生的。由于開發機的晶振頻率為６ＭＨz，使得Ｔ０的最大定時時間遠遠小于１秒，因此，在設計時采用了硬件計數與軟件計數相結合的方式，即通過Ｔ０產生一定的定時時間，然后再利用軟件進行計數，從而產生１秒鐘的時間信號。在設計中，定時器Ｔ０采用了中斷方式。當定時時間到時，單片機產生中斷，在Ｔ０的中斷服務程序中實現時、分、秒的累加。并且，該中斷的優先級別高于其它中斷，因此，保證了電子鐘走時準確。在設計中，利用外部中斷0和外部中斷１分別作為校時和鬧鐘校時按鍵的觸發輸入。當需要校時時，撥動Ｋ５或Ｋ６開關，便產生外部中斷，進入相應的中斷服務程序。在外部中斷０和外部中斷１的中斷服務程序中，都只有一條"表示有按鍵"的標志位置１的指令，然后在主程序中用查詢標志位的方式判斷是否有鍵按下。若查得標志位為１則進入校時子程序進行校時的相應處理；若為０則照常進行時間顯示。當撥動Ｋ５開關時，進入校時狀態，用戶可以方便地校準時間。當撥動Ｋ６開關時，便進入鬧鐘校時狀態，這時，可根據需要設置起鬧時間。在鬧鐘校時期間，時鐘繼續計數，即鬧鐘校時不影響時鐘走時。
程序中的一些存儲單元的定義如下：
　　２０Ｈ～２２Ｈ：時、分、秒單元
　　４０Ｈ～４２Ｈ：校時或鬧鐘校時期間的時、分、秒單元
　　５０Ｈ～５１Ｈ：起鬧時間的時、分單元
　　７９Ｈ～７ＥＨ：顯示緩沖區
用戶標志位Ｆ０：校時標志，當Ｆ０＝１時，表示校時
　　　　位７ＦＨ：鬧鐘校時標志，當７ＦＨ＝１時，表示鬧鐘校時
　　　　以上的總體設計使得電腦數字鐘的精確度較高，因為在程序的執行過程中，任何指令都不影響定時器的正常計數。從而，使數字鐘的精度僅僅取決于單片機的產生機器周期電路和定時器Ｔ０硬件電路的精確度。另外，程序較為簡潔，具有可靠性和較好的可讀性。
我們設計電腦數字鐘的目的并不在于電腦數字鐘本身，而是想將它的設計應用于實時控制之中。只要對上述程序和硬件電路稍加修改，便可以得到實時控制的實用系統，從而應用到實際工作與生產中去。
電腦數字鐘的匯編語言源程序如下所示：
ORG 0000H
LJMP MAIN
ORG 0003H
SETB PSW.5
RETI
ORG 000BH
LJMP CLOCK
ORG 0013H
SETB 7FH
RETI
ORG 0030H
MAIN: MOV SP,#60H
MOV TMOD,#01H
MOV IE,#87H
SETB PT0
MOV TL0,#0B7H
MOV TH0,#3CH
MOV 20H,#00H
MOV 21H,#00H
MOV 22H,#00H
MOV 23H,#00H
MOV 50H,#06H
MOV 51H,#28H
MOV 52H,#00H
CLR PSW.5
CLR 7FH
SETB TR0
SETB IT0
SETB IT1
CLR P3.0
SS: LCALL CUTIN0
LCALL SSCAN
JNB PSW.5,LK
LCALL KEY0
LK: JNB 7FH,SS
LCALL KEY1
SJMP SS
CUTIN0: PUSH PSW
PUSH ACC
MOV 25H,R0
MOV R0,#79H
MOV A,22H
ACALL BCD
MOV A,21H
ACALL BCD
MOV A,20H
ACALL BCD
MOV R0,25H
POP ACC
POP PSW
RET
CUTIN1: PUSH PSW
PUSH ACC
MOV 25H,R0
MOV R0,#79H
MOV A,42H
ACALL BCD
MOV A,41H
ACALL BCD
MOV A,40H
ACALL BCD
MOV R0,25H
POP ACC
POP PSW
RET
BCD: MOV B,#0AH
DIV AB
MOV @R0,B
INC R0
MOV @R0,A
INC R0
RET
CLOCK: JNB PSW.5,ZC
LJMP FH
ZC: MOV TL0,#0B7H
MOV TH0,#3CH
PUSH PSW
PUSH ACC
INC 23H
MOV A,23H
CJNE A,#0AH,RET0
MOV 23H,#00H
INC 22H
MOV A,22H
CJNE A,#3CH,RET0
MOV 22H,#00H
SETB P1.0
CLR P3.0
INC 21H
MOV A,21H
CJNE A,#3CH,RET0
MOV 21H,#00H
CLR P1.0
INC 20H
MOV A,20H
CJNE A,#18H,RET0
MOV 20H,#00H
AJMP RET0
RET0: MOV A,21H
CJNE A,51H,B0
MOV A,20H
CJNE A,50H,B0
SETB P3.0
B0: POP ACC
POP PSW
FH: RETI
SSCAN: MOV R6,#05H
SS2: MOV 30H,#20H
MOV 31H,#7EH
MOV R7,#06H
SS1: MOV R1,#21H
MOV A,30H
MOVX @R1,A
MOV R0,31H
MOV A,@R0
MOV DPTR,#SC
MOVC A,@A+DPTR
MOV R1,#22H
MOVX @R1,A
LCALL D1
MOV A,30H
RR A
MOV 30H,A
DEC 31H
DJNZ R7,SS1
DJNZ R6,SS2
RET
SC: DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0F8H,80H,90H,0FFH
KEY: MOV 42H,#00H
A0: MOV P1,#0FFH
MOV A,P1
ANL A,#38H
MOV R3,A
LCALL DELAY
MOV P1,#0FFH
MOV A,P1
ANL A,#38H
CLR C
SUBB A,R3
JNZ A0
MOV A,R3
CJNE A,#38H,A00
SJMP A0
A00: CJNE A,#30H,TOK2
INC 41H
MOV R2,41H
CJNE R2,#3CH,A1
MOV 41H,#00H
A1: MOV P1,#0FFH
MOV A,P1
ANL A,#08H
JNZ A0
LCALL DELAY
SJMP A1
TOK2: CJNE A,#28H,TOK3
DEC 41H
MOV R2,41H
CJNE R2,#0FFH,A2
MOV 41H,#3BH
A2: MOV P1,#0FFH
MOV A,P1
ANL A,#10H
JNZ A0
LCALL DELAY
SJMP A2
TOK3: CJNE A,#18H,A0
AA: MOV P1,#0FFH
MOV A,P1
ANL A,#20H
JNZ A3
LCALL DELAY
SJMP AA
A3: MOV P1,#0FFH
MOV A,P1
ANL A,#38H
MOV R3,A
LCALL DELAY
MOV P1,#0FFH
MOV A,P1
ANL A,#38H
CLR C
SUBB A,R3
JNZ A3
MOV A,R3
CJNE A,#38H,A33
SJMP A3
A33: CJNE A,#30H,TO2
INC 40H
MOV R2,40H
CJNE R2,#18H,A4
MOV 40H,#00H
A4: MOV P1,#0FFH
MOV A,P1
ANL A,#08H
JNZ A3
LCALL DELAY
SJMP A4
TO2: CJNE A,#28H,TO3
DEC 40H
MOV R2,40H
CJNE R2,#0FFH,A5
MOV 40H,#17H
A5: MOV P1,#0FFH
MOV A,P1
ANL A,#10H
JNZ A3
LCALL DELAY
SJMP A5
TO3: CJNE A,#18H,A3
RET
KEY0: MOV 41H,21H
MOV 40H,20H
CLR TR0
ACALL KEY
CLR PSW.5
MOV 22H,42H
MOV 21H,41H
MOV 20H,40H
MOV TL0,#0B7H
MOV TH0,#3CH
SETB TR0
RET
KEY1: MOV 41H,51H
MOV 40H,50H
LCALL KEY
CLR 7FH
MOV 51H,41H
MOV 50H,40H
RET
D1: MOV R4,#02H
D11: MOV R5,#0FFH
DJNZ R5,$
DJNZ R4,D11
RET
DELAY: PUSH ACC
LCALL CUTIN1
LCALL SSCAN
POP ACC
RET