Relógio Digital com o 8051

Que tal montar seu próprio Relógio Digital com um 8051?


Este artigo mostra o projeto de um Relógio Digital simples com 4 displays do tipo 7 Segmentos para fins didáticos.

Para a montagem é utilizada a lista de componentes:

- 1 microcontrolador da família 8051 (Atmel AT89S52);
- 4 displays 7 segmentos catodo comum (-);
- 4 transistores NPN BC337 para drive dos displays.
- 8 transistores PNP BC327 para drive dos segmentos.
- 2 botões para ajustes de hora e minuto;
- 1 cristal de 11,0592 MHz
- 2 capacitores de 33 pF para o cristal.
- 8 resistores de 330 ohms para os segmentos do display;
- 2 resistores de 10 kohms para pullup dos botões;
- 12 resistores de 10 kohms para acionamento dos transistores.

O circuito é alimentado com 5 Vcc.

O diagrama de interligação é mostrado na Figura 1.
 

Figura 1 - Diagrama do Relógio Digital.

A montagem pode ser feita em Matriz de Contatos. Veja a Figura 2.
 

Figura 2 - Montagem do Circuito em Matriz de Contatos.

O Vídeo a seguir mostra o Relógio Digital funcionando e a Simulação do circuito no Proteus.

 Vídeo 1 - Nosso Relógio Digital com o 8051 funcionando.

O programa do 8051

O programa do Relógio Digital foi escrito em Linguagem Assembly e pode ser compilado com os Compiladores ASM51 ou Keil. No Anexo 1 você encontra o código fonte.

A interrupção do Timer1 é utilizada como base de tempo para o relógio (clock).

O programa inicia no endereço 100H.

Após a inicialização algumas variáveis são carregadas com seus valores iniciais. 

O temporizador Timer1 é configurado para operar no modo 2: 8-bit com recarga automática. 

Os registros TL1 e TH1, carga e recarga do Timer1, são setados com valor (255 - 225).

No final das configurações são habilitadas as interrupções do Timer1 e global.

O Timer1 é inicializado.

O programa passa a rodar em um loop infinito verificando se os botões de ajustes de hora e minuto foram pressionados e atualizando o display.

A rotina de interrupção do Timer1 é chamada a cada 244,140625 us.
 
Os cálculos para definir a carga do Timer1 com valor (255 - 225) estão disponíveis no Quadro 1:

; CLOCK DO RELOGIO BASEADO NA INTERRUPCAO DO TIMER 1 
; OPERANDO NO MODO 1 - 8 BITS COM RECARGA AUTOMATICA
;
; CALCULOS
; FREQUENCIA DO CRISTAL f = 11.059.200 MHz
; PERIODO DO CRISTAL T = 1/f  =  9,04224537037037...e-8     s
; PERIODO DE UMA INSTRUCAO     = T * 12 =     1,085069444...e-6  s
; NUMERO DE INSTRUCOES EM 1 SEGUNDO = 921.600 IPS
; CARREGAMENTO DO TIMER 1 = 921.000 / 4096 = 225
; 4096 DECIMAL = 1000 HEXADECIMAL = 1 0000 0000 0000 BINARIO

Quadro 1 - Cálculos para definir o tempo da interrupção do Timer1.

As variáveis CONTADOR_L e CONTADOR_H armazenam o número de interrupções.

A cada 4096 interrupções (1000H em hexadecimal) é completado 1 segundo. A variável SEGUNDO é incrementada em 1 unidade e quando necessário as demais variáveis são incrementadas: 

- UNIDADE, para a unidade dos minutos do relógio;
- DEZENA, para dezena dos minutos do relógio;
- CENTENA, para a unidade das horas do relógio;
- MILHAR, para dezena das horas do relógio.

Este relógio possui o formato de 24 horas.

O acionamento do display é feito por multiplexação. Cada dígito fica ligado por um tempo de 1 ms. Pela cintilação do olho humano enxergamos os 4 displays acesos, mas na verdade apenas um se mantém ligado!

O horário do relógio é atualizado.

A cada 500 ms o "ponto" do relógio é invertido de status, para "piscar" a cada segundo.

Os "2 pontos" do relógio são formados invertendo-se a montagem do terceiro display de 7 segmentos em 180°.

Após compilar o seu projeto com o ASM51 ou Keil você deve programar o microcontrolador 8051 com o arquivo .hex. O vídeo 8051 - O primeiro projeto - Pisca LED - Compilação e Gravação do AT89S52  mostra um exemplo de como programar o AT89S52.



Você agora pode implementar o código e criar um horário de alarme para adicionar a função de despertador para o seu Relógio Digital!



Obs: 

Este é um circuito didático para ensinar o princípio de funcionamento de um relógio digital.


Para melhor precisão no relógio deve-se utilzar um Relógio de Tempo Real (Real Time Clock - RTC), como por exemplo o DS1302  com cristal de 32,768 kHz ou um microcontrolador com o módulo RTC interno.

Exemplos de circuitos com RTCC:
https://www.youtube.com/watch?v=zR0KW0H_dD4
https://www.youtube.com/watch?v=k_SVMvWyYak

O circuito também não pode ser desligado da alimentação, senão perde a hora, pois não tem bateria de backup.


Referência:

NICOLOSI, D. E. C.; Laboratório de Microcontroladores: Treino de instruções, hardware e software. São Paulo: Érica, 2002.

Anexo 1 - Código fonte do Relógio Digital com o 8051 em Assembly 

; ############ RELOGIO DIGITAL COM 4 DISPLAYS DE 7 SEGMENTOS ########################

; RELOGIO DIGITAL COM HORA MINUTO E 2 PONTOS
; AJUSTE DE HORA E MINUTO ATRAVES DE 2 TECLAS

; MICROCONTROLADOR 8051 - AT89S52
; COMPILADOR ASM51 ou Keil
; JUNHO/2013  M.R.G.

; SEGMENTOS DO DISPLAY NO PORT 3
; DISPLAY CATODO COMUM (-) 
; SEGMENTO ATIVO COM LOGICA NIVEL BAIXO (TRANSISTOR PNP PARA CADA SEGMENTO)

; DISPLAY UNIDADE P2.0
; DISPLAY DEZENA  P2.1
; DISPLAY CENTENA P2.2
; DISLAY MILHAR   P2.3

; BOTAO 1 P2.4
; BOTAO 2 P2.5

; CLOCK DO RELOGIO BASEADO NA INTERRUPCAO DO TIMER 1 
; OPERANDO NO MODO 1 - 8 BITS COM RECARGA AUTOMATICA
; CALCULOS
; FREQUENCIA DO CRISTAL f = 11.059.200 MHz
; PERIODO DO CRISTAL T = 1/f  =  9,04224537037037...e-8     s
; PERIODO DE UMA INSTRUCAO     = T * 12 =     1,085069444...e-6  s
; NUMERO DE INSTRUCOES EM 1 SEGUNDO = 921.600 IPS
; CARREGAMENTO DO TIMER 1 = 921.000 / 4096 = 225
; 4096 DECIMAL = 1000 HEXADECIMAL = 1 0000 0000 0000 BINARIO


$MOD51

; *************** DEFINE CONSTANTES   ********************************** 
        TEMPO10MS      EQU      9210
        TEMPO1MS       EQU      921
        DISPU          EQU      P2.0
        DISPD          EQU      P2.1
        DISPC          EQU      P2.2
        DISPM          EQU      P2.3
        BOTAO1         EQU      P2.4
        BOTAO2         EQU      P2.5

; ******************** DECLARACAO DE VARIAVEIS DA RAM ******************

        UNIDADE        EQU 60H       ;NUMERO
        DEZENA         EQU 61H       ;NUMERO
        CENTENA        EQU 62H       ;NUMERO
        MILHAR         EQU 63H       ;NUMERO
        UNIDADE7SEG    EQU 64H       ;CARACTERE
        DEZENA7SEG     EQU 65H       ;CARACTERE
        CENTENA7SEG    EQU 66H       ;CARACTERE
        MILHAR7SEG     EQU 67H       ;CARACTERE
        CONTADOR_L     EQU 68H       ;LSB CONTADOR INTERRUPCOES T1
        CONTADOR_H     EQU 69H       ;MSB CONTADOR INTERRUPCOES T1
        SEGUNDO        EQU 6AH       ;ARMAZENA OS SEGUNDOS
        PONTO          EQU 00H       ;BIT UTILIZADO PARA PISCAR 2 PONTOS

;*************** VETOR DE RESET ****************************************

        ORG    000H

        NOP
        NOP
        LJMP INICIO

;************ VETOR DE INTERRUPCAO DO TIMER    1***************************

        ORG  01BH

        LJMP INT_TIMER1

;************************** MAIN ***************************************
        ORG    100H

INICIO:    
        MOV SP, #30H    ;ALTERA ENDERECO DA BASE DA PILHA

;DESLIGA DISPLAYS
        MOV P3, #0FFH    ;DESATIVA TODOS OS SEGMENTOS
        CLR DISPU         ;DESATIVA TODOS OS DISPLAY
        CLR DISPD
        CLR DISPC
        CLR DISPM


;INICIALIZA VARIAVEIS DA RAM
        MOV        UNIDADE, #0        
        MOV        DEZENA, #0        
        MOV        CENTENA, #0        
        MOV        MILHAR, #0        
        MOV        CONTADOR_L, #0    
        MOV        CONTADOR_H, #0    
        MOV        SEGUNDO, #0
        CLR        PONTO        


;CONFIGURA TIMERS

        MOV    TMOD,#00100001B   ;TIMER 0 MODO 1 - 16 BITS
                                 ;TIMER 1 MODO 2 - 8 BITS COM RECARGA AUTOMATICA
        MOV TL1, #(255 - 225)    ;CARGA DO TIMER 1
        MOV TH1, #(255 - 225)    ;RECARGA DO TIMER 1


        LCALL ESCREVE7SEG        ;TESTE DISPLAYS


        SETB EA                 ;HABILITA FLAG DE INTERRUPCAO GERAL
        SETB ET1                ;HABILITA FLAG DE INTERRUPCAO DO TIMER 1
        
        SETB TR1                ;INICIA TEMPORIZADOR TIMER1



LOOP:
        JB BOTAO1, TESTA_BT2        ;SE TECLA NAO PRESSIONADA(1) DESVIA
        LCALL ACERTA_MINUTO
TESTA_BT2:
        JB BOTAO2, ACIONA_DISPLAY   ;SE TECLA NAO PRESSIONADA(1) DESVIA
        LCALL ACERTA_HORA
ACIONA_DISPLAY:
        LCALL ATUALIZA_DISPLAY

        LJMP LOOP





;AJUSTE MANUAL DO MINUTO PELO BOTAO 1
ACERTA_MINUTO:
        INC UNIDADE
        MOV A, UNIDADE
        CJNE A, #10D, INCREMENTO_MIN_FIM
ACERTA_DEZ_MINUTO:
        MOV UNIDADE, #0
        INC DEZENA
        MOV A, DEZENA
        CJNE A, #06D, INCREMENTO_MIN_FIM
        MOV DEZENA, #0
INCREMENTO_MIN_FIM:
        RET


;AJUSTE MANUAL DA HORA PELO BOTAO 2
ACERTA_HORA:
        INC CENTENA
        MOV A, CENTENA
        CJNE A, #04D, ACERTA_DEZ_HORA        ;VERIFICA SE COMPLETOU 24 HORAS
        MOV A, MILHAR
        CJNE A, #02D, INCREMENTO_HORA_FIM
        MOV CENTENA, #0                      ;COMPLETOU 24 HORAS ZERA O RELOGIO
        MOV    MILHAR, #0
        AJMP INCREMENTO_HORA_FIM
ACERTA_DEZ_HORA:
        CJNE A, #10D, INCREMENTO_HORA_FIM
        MOV CENTENA, #0
        INC MILHAR
INCREMENTO_HORA_FIM:
        RET





;SUBROTINA PARA ESCRITA NOS DISPLAY
ESCREVE7SEG:
        MOV P3, #00000000B    ;ACENDE TODOS OS SEGMENTOS
        LCALL MUX7SEG

;SUBROTINA MULTIPLEXA NUMERO NO DISPLAY    - VISUALIZA 1 DISPLAY ACESO POR VEZ
MUX7SEG:
          CLR DISPU           ;DESATIVA TODOS OS DISPLAY
        CLR DISPD
        CLR DISPC
        CLR DISPM

        SETB DISPU            ;LIGA DISPLAY DA UNIDADE
        LCALL DELAY500MS      ;DELAY
        CLR DISPU             ;DESLIGA DISPLAY DA UNIDADE
        NOP

        SETB DISPD            ;LIGA DISPLAY DA DEZENA
        LCALL DELAY500MS      ;DELAY
        CLR DISPD             ;DESLIGA DISPLAY DA DEZENA
        NOP

        SETB DISPC            ;LIGA DISPLAY DA CENTENA
        LCALL DELAY500MS      ;DELAY
        CLR DISPC             ;DESLIGA DISPLAY DA CENTENA
        NOP

        SETB DISPM            ;LIGA DISPLAY DO MILHAR
        LCALL DELAY500MS      ;DELAY
        CLR DISPM             ;DESLIGA DISPLAY DO MILHAR
        NOP

          RET


; ############## ATUALIZA DISPLAY 7 SEGMENTOS ##########################
ATUALIZA_DISPLAY:

    
        LCALL CONVERTE            ;CONVERTE NUMERO NO CARACTER CORRESPONDENTE 
                                  ;PARA O DISPLAY 7 SEGMENTOS

           MOV R3, #50D           ;4 X 50 X 1ms  = 200 ms

;FAZ A MULTIPLEXACAO DOS 4 DISPLAYS DE 7 SEGMENTOS
LOOP_DISPLAY_CONT2:
        MOV P3, UNIDADE7SEG    ;MOVE CARACTER DA UNIDADE PARA DISPLAY
        NOP
        NOP
        SETB DISPU            ;LIGA DISPLAY DA UNIDADE
        LCALL DELAY1MS        ;DELAY
        CLR DISPU             ;DESLIGA DISPLAY DA UNIDADE
        NOP
        NOP

        MOV A, DEZENA7SEG    ;MOVE CARACTER DA DEZENA PARA ACC
        MOV C, PONTO         ;MOVE VALOR DO PONTO DECIMAL
        MOV ACC.7, C
        MOV P3, A            ;MOVE CARACTER DA DEZENA PARA DISPLAY COM PONTO
        NOP
        NOP
        SETB DISPD            ;LIGA DISPLAY DA DEZENA
        LCALL DELAY1MS        ;DELAY
        CLR DISPD             ;DESLIGA DISPLAY DA DEZENA
        NOP
        NOP

        MOV A, CENTENA7SEG    ;MOVE CARACTER DA CENTENA PARA ACC
        MOV C, PONTO          ;MOVE VALOR DO PONTO DECIMAL
        MOV ACC.7, C
        MOV P3, A             ;MOVE CARACTER DA CENTENA PARA DISPLAY COM PONTO
        NOP 
        NOP
        SETB DISPC            ;LIGA DISPLAY DA CENTENA
        LCALL DELAY1MS        ;DELAY
        CLR DISPC             ;DESLIGA DISPLAY DA CENTENA
        NOP
        NOP

        MOV P3, MILHAR7SEG    ;MOVE CARACTER DO MILHAR PARA DISPLAY
        NOP
        NOP
        SETB DISPM            ;LIGA DISPLAY DO MILHAR
        LCALL DELAY1MS        ;DELAY
        CLR DISPM             ;DESLIGA DISPLAY DO MILHAR
        NOP
        NOP

        DJNZ R3, LOOP_DISPLAY_CONT2    ;DECREMENTA E VERIFICA SE TERMINOU OS 50 LOOPS

        RET


;  ---------------------------------------------------------

;CONVERTE NUMERO NO CARACTER CORRESPONDENTE 
CONVERTE:
        MOV A, UNIDADE
        LCALL COMPARA
        MOV UNIDADE7SEG, A

        MOV A, DEZENA
        LCALL COMPARA
        MOV DEZENA7SEG, A

        MOV A, CENTENA
        LCALL COMPARA
        MOV CENTENA7SEG, A
        
        MOV A, MILHAR
        LCALL COMPARA
        MOV MILHAR7SEG, A

        RET



;COMPARA E CARREGA ACC COM VALOR DO CARACTER 7 SEGMENTO
;CORRESPONDENTE AO ALGARISMO DECIMAL 
COMPARA:
       CJNE A, #0D, COMPARA1
       MOV A, #11000000B    ;CARACTER 0
       RET
COMPARA1:
       CJNE A, #1D, COMPARA2
       MOV A, #11111001B    ;CARACTER 1
       RET
COMPARA2:
       CJNE A, #2D, COMPARA3
       MOV A, #10100100B    ;CARACTER 2
       RET
COMPARA3:
       CJNE A, #3D, COMPARA4
       MOV A, #10110000B    ;CARACTER 3
       RET
COMPARA4:
       CJNE A, #4D, COMPARA5
       MOV A, #10011001B    ;CARACTER 4
       RET
COMPARA5:
       CJNE A, #5D, COMPARA6
       MOV A, #10010010B    ;CARACTER 5
       RET
COMPARA6:
       CJNE A, #6D, COMPARA7
       MOV A, #10000010B    ;CARACTER 6
       RET
COMPARA7:
       CJNE A, #7D, COMPARA8
       MOV A, #11111000B    ;CARACTER 7
       RET
COMPARA8:
       CJNE A, #8D, COMPARA9
       MOV A, #10000000B    ;CARACTER 8
       RET
COMPARA9:
       CJNE A, #9D, COMPARA_ERRO
       MOV A, #10010000B    ;CARACTER 9
       RET
COMPARA_ERRO:                ;ERRO - NAO E ALGARISMO DECIMAL 0 A 9
       MOV A, #0000000B      ;ACENDE TODOS SEGMENTOS
       RET





;SUBROTINA DE DELAY
DELAY500MS:
        MOV R0, #50D                        ;50 X 10 MS = 500 MS
DELAY10MS:                                  
        MOV TL0, #LOW (65535-TEMPO10MS)     ;CARREGA VALOR PARA TIMER 0
        MOV TH0, #HIGH(65535-TEMPO10MS)
        SETB TR0                           ;LIGA TIMER 0
        JNB TF0, $                         ;AGUARDA FIM DA CONTAGEM
        CLR TR0                            ;LIMPA FLAG
        CLR TF0
        DJNZ R0, DELAY10MS                 ;DECREMENTA E VERIFICA SE TERMINOU OS 50 LOOPS
        RET



;DELAY UNICO 1 MS
DELAY1MS:                                  
        MOV TL0, #LOW (65535-TEMPO1MS)   ;CARREGA VALOR PARA TIMER 0
        MOV TH0, #HIGH(65535-TEMPO1MS)
        SETB TR0                         ;LIGA TIMER 0
        JNB TF0, $                       ;AGUARDA FIM DA CONTAGEM
        CLR TR0                          ;LIMPA FLAG
        CLR TF0
        RET


DELAY20CICLO:
        MOV R4, #20
        DJNZ R4, $                        ;DELAY 
        RET


; ############# SUBROTINA DE TRATAMENTO DE INTERRUPCAO DO TIMER 1 ###########
INT_TIMER1:
        PUSH PSW                 ;ARMAZENA VALORES DOS REGISTROS PRINCIPAIS
        PUSH ACC

        MOV A, CONTADOR_L        ;MOVE BYTE LSB DO CONTADOR PARA ACC
        ADD A, #1D               ;INCREMENTA UMA UNIDADE
        JNC    COMPARA_CONT_L    ;DESVIA SE CARRY = 0 - VERIFICA OVERFLOW
        CLR A                    ;ZERA BYTE LSB SE MAIOR QUE 255
        INC CONTADOR_H           ;INCREMENTA CONTADOR H

; COMPARA SE COMPLETOU MEIO SEGUNDO = 0800H OU 1 SEGUNDO = 1000H
COMPARA_CONT_L:
        MOV CONTADOR_L, A        ;RETORNA VALOR DE ACC PARA CONTADOR

        CJNE A, #00D , INT_FIM   ; SE NAO COMPLETOU TEMPO SAI DA INTERRUPCAO

COMPARA_CONT_H:        
        MOV A, CONTADOR_H         ; MOVE BYTE MSB DO CONTADOR PARA ACC
        CJNE A, #08H , COMPARA_1SEG  ; SE NAO COMPLETOU MEIO SEGUNDO DESVIA
        CPL    PONTO                ; COMPLETOU MEIO SEGUNDO INVERTE 2 PONTOS
COMPARA_1SEG:
         CJNE A, #10H , INT_FIM  ; SE NAO COMPLETOU 1 SEGUNDO SAI DA INTERRUPCAO

        MOV CONTADOR_H, #0       ;LIMPA CONTADOR
INCREMENTA_1SEG:
        INC SEGUNDO              ;INCREMENTA SEGUNDO
        CPL PONTO                ; COMPLETOU MEIO SEGUNDO INVERTE 2 PONTOS
        MOV A, SEGUNDO
        CJNE A, #60D, INCREMENTO_FIM  ;VERIFICA SE COMPLETOU 1 MINUTO

INC_UNI_MINUTO:
        MOV SEGUNDO, #0
        INC UNIDADE
        MOV A, UNIDADE
        CJNE A, #10D, INCREMENTO_FIM
INC_DEZ_MINUTO:
        MOV UNIDADE, #0
        INC DEZENA
        MOV A, DEZENA
        CJNE A, #06D, INCREMENTO_FIM
INC_UNI_HORA:
        MOV DEZENA, #0
        INC CENTENA
        MOV A, CENTENA
        CJNE A, #04D, INC_DEZ_HORA            ;VERIFICA SE COMPLETOU 24 HORAS
        MOV A, MILHAR
        CJNE A, #02D, INCREMENTO_FIM
        MOV CENTENA, #0                       ;COMPLETOU 24 HORAS ZERA O RELOGIO
        MOV    MILHAR, #0
        AJMP INCREMENTO_FIM
INC_DEZ_HORA:
        CJNE A, #10D, INCREMENTO_FIM
        MOV CENTENA, #0
        INC MILHAR



INCREMENTO_FIM:        


INT_FIM:
        CLR TF1            ;LIMPA FLAG DE INTERRUPCAO DO TIMER 1

        POP ACC            ;RESTAURA VALORES DOS REGISTROS PRINCIPAIS
        POP PSW

        RETI               ;RETORNA DA INTERRUPCAO
        
        END