畢業(yè)論文電子鐘.doc

畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）院 校： 學(xué)院 專 業(yè)： 應(yīng)用電子技術(shù) 學(xué) 號(hào)： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)老師： 年 月 日單片機(jī)電子鐘專 業(yè)：應(yīng)用電子技術(shù)班 級(jí)： 指導(dǎo)教師： 職稱：作 者： 答辯日期： 摘 要近年來隨著計(jì)算機(jī)在社會(huì)領(lǐng)域的滲透和大規(guī)模集成電路的發(fā)展，單片機(jī)的應(yīng)用正在不斷地走向深入，由于它具有功能強(qiáng)，體積小，功耗低，價(jià)格便宜，工作可靠，使用方便等特點(diǎn)，因此特別適合于與控制有關(guān)的系統(tǒng)，越來越廣泛地應(yīng)用于自動(dòng)控制，智能化儀器，儀表，數(shù)據(jù)采集，軍工產(chǎn)品以及家用電器等各個(gè)領(lǐng)域，單片機(jī)往往是作為一個(gè)核心部件來使用，在根據(jù)具體硬件結(jié)構(gòu)，以及針對(duì)具體應(yīng)用對(duì)象特點(diǎn)的軟件結(jié)合，以作完善。本設(shè)計(jì)是定時(shí)鬧鐘的設(shè)計(jì)，由單片機(jī)AT89C51芯片和LED數(shù)碼管為核心，輔以必要的電路，構(gòu)成的一個(gè)單片機(jī)電子定時(shí)鬧鐘。電子鐘設(shè)計(jì)可采用單片機(jī)來完成。數(shù)字電子鐘是用數(shù)字集成電路構(gòu)成的，用數(shù)碼管顯示“時(shí)”，“分”，“秒”的現(xiàn)代設(shè)計(jì)裝置。若用數(shù)字電路完成，所設(shè)計(jì)的電路相當(dāng)復(fù)雜，大概需要十幾塊數(shù)字集成塊，其功能也主要依賴于數(shù)字電路的各功能模塊的組合來實(shí)現(xiàn)，焊接的過程比較復(fù)雜，成本也非常高。若用單片機(jī)來設(shè)計(jì)制作完成，由于其功能的實(shí)現(xiàn)主要通過軟件編程來完成，那么就降低了硬件電路的復(fù)雜性，而且其成本也有所降低，所以在該設(shè)計(jì)中采用單片機(jī)利用AT89C51，它是低功耗、高性能的CMOS型8位單片機(jī)。AT89C51單片機(jī)結(jié)合七段顯示器設(shè)計(jì)的簡易定時(shí)鬧鈴時(shí)鐘，可以設(shè)置現(xiàn)在的時(shí)間及顯示鬧鈴設(shè)置時(shí)間，若時(shí)間到則發(fā)出一陣聲響，進(jìn)一步可以擴(kuò)充控制電器的啟停。設(shè)計(jì)內(nèi)容包括了秒信號(hào)發(fā)生器、時(shí)間顯示電路、按鍵電路、供電電源以及鬧鈴指示電路等幾部分的設(shè)計(jì)。采用四個(gè)開關(guān)來控制定時(shí)鬧鐘的工作狀態(tài)，分別為：K1、設(shè)置時(shí)間和鬧鐘的小時(shí)：K2、設(shè)置小時(shí)以及設(shè)置鬧鐘的開關(guān)：K3、設(shè)置分鐘和鬧鐘的分鐘：K4、設(shè)置完成退出。本次做的數(shù)字鐘是以單片機(jī)（AT89C51）為核心，結(jié)合相關(guān)的元器件,再配以相應(yīng)的軟件，達(dá)到制作簡易數(shù)字鐘的目的，其硬件部分難點(diǎn)在于元器件的選擇、布局及焊接。關(guān)鍵字：單片機(jī) AT89C51 共陽極LED數(shù)碼管顯示器AbstractIn recent years, with computers in the infiltration and the development of large-scale integrated circuits. SCM application is steadily deepening, as it has strong function, small size, low power dissipation, low prices, reliable, easy to use features, it is particularly suited to and control of the system, increasingly widely used in automatic control, intelligent instruments, gauges, data acquisition, military products and household appliances, and other areas, is often microcontroller as a core component to use, In light of specific hardware architecture, and application-specific software features object combine to make perfect.This design is the design of timing clock from the microcontroller AT89C51 chip and LED digital tube as the core, supplemented by the necessary circuitry, consisting of a microcontroller electronic time clock. MCU clock design can be used to complete. Digital electronic clock is composed of digital integrated circuits using digital tube displays time, sub, seconds of modern design unit. If using digital circuits to complete, the design of the circuit quite complex takes about 10 a few number of Manifold and its functions are mainly dependent on the digital circuit a combination of the various functional blocks to achieve the welding process is relatively complex and cost is very high. If designed with the MCU to complete, due to the realization of its functions mainly through software programming to complete, then reduce the complexity of the hardware circuitry, and its cost has decreased, so the use of the design used in microcontroller AT89C51, it is a low - power, high-performance CMOS 8-bit microcontroller. AT89C51 microcontroller with seven-segment display designed for simple timing alarm clock, you can set the current time and display the alarm set-up time, if the time to sound a while is issued, and further could expand the start-stop control of electrical appliances.Designed to include a second signal generator, the time display circuit, key circuits, power supply and the alarm instruction circuit design of several parts. Use of four switches to control the timing clock working state, respectively: K1, set the time and clock hours: K2, set the hours and set the alarm switch: K3, set the minute and alarm clock minutes: K4, is set to complete withdrawal.The figures do bell on SCM (AT89C51) at the core, Combined with the componentsand factoring in the corresponding software, Easy to produce digital clock purposes, as part of the hardware components is a difficult choice, layout and welding.Key words: Single Chip MicrocomputerAT89C51 Atotal of anode LED digital tube display目錄前言6第一章 AT89C51單片機(jī)概述71.1 AT89C51單片機(jī)的特點(diǎn)71.2 AT89 C51單片機(jī)的引腳功能7第二章總體方案設(shè)計(jì)102.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)102.1.1電路組成及工作原理102.2 硬件系統(tǒng)102.2.1單片機(jī)系統(tǒng)102.3 時(shí)鐘芯片的選擇113.1 輸入部分133.1.1電源模塊133.3 輸出部分153.3.1 顯示模塊153.3.2 LED顯示驅(qū)動(dòng)153.3.3 鬧鈴模塊163、LED燈顯示模塊163.4 電路相關(guān)參數(shù)173.4.1 LED數(shù)碼顯示器17第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)184.1 主程序流程圖18第五章 系統(tǒng)調(diào)試215.1 系統(tǒng)功能215.2 時(shí)鐘精度分析21第六章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)總結(jié)23致謝24參考文獻(xiàn)25附錄261、系統(tǒng)原理圖：262、系統(tǒng)PCB圖：263、仿真圖274、主程序：28前言20世紀(jì)末，電子技術(shù)獲得了飛速的發(fā)展，在其推動(dòng)下，現(xiàn)代電子產(chǎn)品幾乎滲透了社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域，有力地推動(dòng)了社會(huì)生產(chǎn)力的發(fā)展和社會(huì)信息化程度的提高，同時(shí)也使現(xiàn)代電子產(chǎn)品性能進(jìn)一步提高，產(chǎn)品更新?lián)Q代的節(jié)奏也越來越快。 時(shí)間對(duì)人們來說總是那么寶貴，工作的忙碌性和繁雜性容易使人忘記當(dāng)前的時(shí)間。忘記了要做的事情，當(dāng)事情不是很重要的時(shí)候，這種遺忘無傷大雅。但是，一旦重要事情，一時(shí)的耽誤可能釀成大禍。目前，單片機(jī)正朝著高性能和多品種方向發(fā)展趨勢將是進(jìn)一步向著CMOS化、低功耗、小體積、大容量、高性能、低價(jià)格和外圍電路內(nèi)裝化等幾個(gè)方面發(fā)展。下面是單片機(jī)的主要發(fā)展趨勢。單片機(jī)應(yīng)用的重要意義還在于，它從根本上改變了傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)方法。從前必須由模擬電路或數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)的大部分功能，現(xiàn)在已能用單片機(jī)通過軟件方法來實(shí)現(xiàn)了。這種軟件代替硬件的控制技術(shù)也稱為微控制技術(shù)，是傳統(tǒng)控制技術(shù)的一次革命。單片機(jī)模塊中最常見的是數(shù)字鐘，數(shù)字鐘是一種用數(shù)字電路技術(shù)實(shí)現(xiàn)時(shí)、分、秒計(jì)時(shí)的裝置，與機(jī)械式時(shí)鐘相比具有更高的準(zhǔn)確性和直觀性，且無機(jī)械裝置，具有更更長的使用壽命，因此得到了廣泛的使用。數(shù)字鐘是采用數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)對(duì).時(shí),分,秒.數(shù)字顯示的計(jì)時(shí)裝置,廣泛用于個(gè)人家庭,車站, 碼頭辦公室等公共場所,成為人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢缮俚谋匦杵?由于數(shù)字集成電路的發(fā)展和石英晶體振蕩器的廣泛應(yīng)用,使得數(shù)字鐘的精度,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過老式鐘表, 鐘表的數(shù)字化給人們生產(chǎn)生活帶來了極大的方便，而且大大地?cái)U(kuò)展了鐘表原先的報(bào)時(shí)功能。諸如定時(shí)自動(dòng)報(bào)警、按時(shí)自動(dòng)打鈴、時(shí)間程序自動(dòng)控制、定時(shí)廣播、自動(dòng)起閉路燈、定時(shí)開關(guān)烘箱、通斷動(dòng)力設(shè)備、甚至各種定時(shí)電氣的自動(dòng)啟用等，所有這些，都是以鐘表數(shù)字化為基礎(chǔ)的。因此，研究數(shù)字鐘及擴(kuò)大其應(yīng)用，有著非?，F(xiàn)實(shí)的意義。本文通過對(duì)一個(gè)能實(shí)現(xiàn)按鍵開關(guān)可調(diào)整時(shí)、分、秒，且具有定時(shí)報(bào)警的24小時(shí)制的時(shí)間系統(tǒng)的設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)，詳細(xì)介紹了51單片機(jī)應(yīng)用中的定時(shí)中斷原理、數(shù)碼管顯示原理、動(dòng)態(tài)掃描顯示原理等進(jìn)一步學(xué)習(xí)、應(yīng)用單片機(jī)C語言系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)了各種功能。從而使自身明白使用單片機(jī)匯編語言和C語言之間的效率、整體性問題。系統(tǒng)由AT89C51、獨(dú)立式按鍵、二極管LED數(shù)碼管、蜂鳴器等部分構(gòu)成，能實(shí)現(xiàn)24小時(shí)制時(shí)、分、秒的時(shí)鐘顯示。同時(shí)也可以進(jìn)行時(shí)、分、秒的校準(zhǔn)、定時(shí)報(bào)警。第一章 AT89C51單片機(jī)概述 1.1 AT89C51單片機(jī)的特點(diǎn) 單片機(jī)在很多方面具有顯著的優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)，具體有：1、控制功能強(qiáng) 單片機(jī)的指令系統(tǒng)中大都有機(jī)豐富的轉(zhuǎn)移指令、I/O口的邏輯作以及位處理功能。其實(shí)時(shí)控制功能特強(qiáng)。2、集成度大、體積小、可靠性高由于CPU、存儲(chǔ)器及I/O接口等各功能部件集成在同一芯片內(nèi)，內(nèi)部采用總線結(jié)構(gòu)你，減小了體積，易于對(duì)強(qiáng)磁場環(huán)境采用屏蔽，大大提高了單片機(jī)的可靠性與抗干擾能力。3、低功耗、低電壓、性價(jià)比高、易于產(chǎn)品化單片機(jī)大部分產(chǎn)品都就具有低功耗、低電壓的特點(diǎn)，有較高的性能價(jià)格比，從而易于產(chǎn)品化，滿足各個(gè)領(lǐng)域廣泛的需要。4、易于進(jìn)行系統(tǒng)擴(kuò)展單片機(jī)的系統(tǒng)擴(kuò)展、系統(tǒng)配置較典型、規(guī)范，容易構(gòu)成各種規(guī)模的應(yīng)用系統(tǒng)。5、串行擴(kuò)展總線系統(tǒng)具有串行口，具有通訊功能，增加了（I2C）（Inter Integrated Circuit）串行總線、SPI(Serial Peripheral Interface)串行接口等。近來推出的單片機(jī)產(chǎn)品，內(nèi)部集成具有高速I/O口、ADC、PWM、WDT等部件，并在低電壓、低功耗、串行擴(kuò)展總線和網(wǎng)絡(luò)控制總線等方面都有了進(jìn)一步的增強(qiáng)。正是由于單片機(jī)的這些特點(diǎn)，使其在各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。1.2 AT89 C51單片機(jī)的引腳功能AT89C51是標(biāo)準(zhǔn)的40引腳雙列直插式集成電路芯片，如圖1-1所示。按其功能可分為電源、時(shí)鐘、控制和I/O接口四大部分。（1）電源引腳VCC：芯片主電源，外接+5V；GND：電源地線。（2）時(shí)鐘引腳XTAL1與XTAL2是內(nèi)部振蕩器的兩條引出線（3）控制引腳a、ALE/：地址鎖存控制信號(hào)/編程脈沖端。圖1-1：AT89C51管腳圖在擴(kuò)展系統(tǒng)時(shí)，ALE用于控制把P0口輸出的低8位地址鎖存起來，以實(shí)現(xiàn)低8位地址和數(shù)據(jù)的隔離。P0口作為數(shù)據(jù)地址復(fù)用口線。當(dāng)訪問單片機(jī)外部程序、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或外接I/O口時(shí)，ALE輸出脈沖的負(fù)跳用于低8位地址的鎖存信號(hào)。即使不訪問單片機(jī)外部程序、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或外接I/O口，ALE端仍以晶振頻率的1/6輸出正脈沖信號(hào)。因此可作為外部時(shí)鐘或外部定時(shí)信號(hào)使用。但應(yīng)注意，此時(shí)不能訪問單片機(jī)外部程序、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或外設(shè)I/O接口。ALE端可以驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL負(fù)載。b、：片外程序存儲(chǔ)器讀選通有效信號(hào)。當(dāng)CPU向片外程序存儲(chǔ)器讀取指令和常數(shù)期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次低電平有效。但在此期間，每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或I/O接口時(shí)，該兩次低電平有效信號(hào)將不出現(xiàn)。端可以驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL負(fù)載。c、/VPP：訪問程序存儲(chǔ)器控制信號(hào)/編程電源輸入端。當(dāng)此引腳信號(hào)為低電平時(shí)，只訪問片外程序存儲(chǔ)器，不管片內(nèi)是否有程序存儲(chǔ)器。當(dāng)此引腳為高電平時(shí)，單片機(jī)訪問片內(nèi)的程序存儲(chǔ)器，但對(duì)AT89C51來說，當(dāng)PC（程序計(jì)數(shù)器）值超出4K地址時(shí)，自動(dòng)轉(zhuǎn)到片外程序存儲(chǔ)器1000H開始順序讀取指令。d、RST/VPD：復(fù)位/掉電保護(hù)信號(hào)輸入端。當(dāng)振蕩器運(yùn)行時(shí)，在此引腳加上一個(gè)高電平信號(hào)2個(gè)機(jī)器周期，就能使單片機(jī)回到初始狀態(tài)，即進(jìn)行復(fù)位。（4）I/O引腳P0口（P0.0P0.7）：8位雙向并行I/O接口。擴(kuò)展片外存儲(chǔ)器或I/O口時(shí)，作為低8位地址總線和8位數(shù)據(jù)總線的分時(shí)復(fù)用接口，它為雙向三態(tài)。P1口（P1.0P1.7）：8位準(zhǔn)雙向并行I/O接口。P1口每一位都可以獨(dú)立設(shè)置成輸入、輸出位。P2口(P2.0P2.7)：8位準(zhǔn)雙向并行I/O接口。擴(kuò)展外部數(shù)據(jù)、程序存儲(chǔ)器時(shí)，作為高8位地址輸出端口。P3口(P3.0P3.7)：8位準(zhǔn)雙向并行I/O接口。除了與P1口有一樣的I/O功能外，每一個(gè)引腳還兼復(fù)第二功能，如表所示：P3口的第二功能信號(hào)都是單片機(jī)的重要控制信號(hào)。因此，在實(shí)際使用時(shí)，都是先按需要選用第二功能信號(hào)，剩下的才以第一功能的身份作為數(shù)據(jù)位的I/O使用。P1、P2、P3口線片內(nèi)均有固定的上拉電阻，故稱為準(zhǔn)雙向并行I/O接口。P0口片內(nèi)無固定的上拉電阻，有兩個(gè)MOS管串接，既開路輸出，又可處于高阻的“懸空”狀態(tài)，故稱為雙向三態(tài)并行I/O接口。第二章 總體方案設(shè)計(jì)2.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.1.1電路組成及工作原理本文數(shù)字時(shí)鐘設(shè)計(jì)原理主要利用AT89C51單片機(jī)，由單片機(jī)的P0口控制數(shù)碼管的位顯示，P2口控制數(shù)碼管的段顯示，P1口與按鍵相連用于時(shí)間的校正。在設(shè)計(jì)中引入兩個(gè)電源電路，一個(gè)是外部電源系統(tǒng)產(chǎn)生的+5V電壓，用于給CPU及顯示電路提供工作電壓，這是數(shù)字時(shí)鐘正常工作時(shí)的總電壓。另一個(gè)是備用電源，當(dāng)能使計(jì)時(shí)保持正常，不會(huì)造成掉電時(shí)計(jì)時(shí)清零的現(xiàn)象。針對(duì)內(nèi)外兩個(gè)電源情況MC34064電壓檢測電路，用于實(shí)際判斷是哪個(gè)電源在工作。整個(gè)系統(tǒng)工作時(shí)，秒信號(hào)產(chǎn)生器是整個(gè)系統(tǒng)的時(shí)基信號(hào)，它直接決定計(jì)時(shí)系統(tǒng)的精度，將標(biāo)準(zhǔn)秒信送入“秒計(jì)數(shù)器”，“秒計(jì)數(shù)器”采用60進(jìn)制計(jì)數(shù)器，每累計(jì)60秒發(fā)出一個(gè)“分脈沖”信號(hào)，該信號(hào)將作為“分計(jì)數(shù)器”的時(shí)鐘脈沖?！胺钟?jì)數(shù)器”也采用60進(jìn)制計(jì)數(shù)器，每累計(jì)60分鐘，發(fā)出一個(gè)“時(shí)脈沖”信號(hào)，該信號(hào)將被送到“時(shí)計(jì)數(shù)器”?！皶r(shí)計(jì)數(shù)器”采用24進(jìn)制計(jì)時(shí)器，可實(shí)現(xiàn)對(duì)一天24小時(shí)的累計(jì)。顯示電路將“時(shí)”、“分”、“秒”計(jì)數(shù)器的輸出，通過六個(gè)七段LED顯示器顯示出來。校時(shí)電路是直接加一個(gè)脈沖信號(hào)到時(shí)計(jì)數(shù)器或者分計(jì)數(shù)器或者秒計(jì)數(shù)器來對(duì)“時(shí)”、“分”、“秒”顯示數(shù)字進(jìn)行校對(duì)調(diào)整。2.2 硬件系統(tǒng)2.2.1單片機(jī)系統(tǒng)單片機(jī)是一種集成電路芯片，采用超大規(guī)模技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力（如算術(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送、中斷處理）的微型處理器（CPU），隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ROM）輸入輸出電路（I/O口），可能還包括定時(shí)計(jì)數(shù)器，串行通信口（SCI），顯示驅(qū)動(dòng)電路（LCD或LED驅(qū)動(dòng)電路），脈寬調(diào)制電路（PWM），模擬多路轉(zhuǎn)換器及A/D轉(zhuǎn)換器等電路集成到一塊單塊芯片上，構(gòu)成一個(gè)最小然而完善的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。這些電路能在軟件的控制下準(zhǔn)確、迅速、高效地完成程序設(shè)計(jì)者事先規(guī)定的任務(wù)。本文采用的單片機(jī)為AT89C51，AT89C51是一種低功耗、高性能的片內(nèi)含有4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能CMOS8位微型處理器，俗稱單片機(jī)。它可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除100次。該器件ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51是一種指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，AT89C2051是它的一種精簡版本。AT89C系列單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供一種靈活性高且價(jià)廉的方案。AT89C51的主要性能參數(shù)：與MCS-51產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼容4K字節(jié)可重擦寫FLASH閃速存儲(chǔ)器1000次擦寫周期全靜態(tài)操作：0HZ24MHZ三級(jí)加密程序存儲(chǔ)器1288字節(jié)內(nèi)部RAM32個(gè)可編程I/O口線2個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器6個(gè)中斷源可編程串行URAR通道低功耗空閑和掉電模式AT89C51提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：4K字節(jié)FLASH閃速存儲(chǔ)器，128字節(jié)內(nèi)部RAM，32個(gè)I/O口線，2個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，一個(gè)5向量兩級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路。同時(shí)AT89C51降至0HZ的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種可選的節(jié)電工作模式?？臻e方式體制CPU的工作，但允許RAM，定時(shí)/計(jì)數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存RAM中的內(nèi)容，但振蕩器體制工作并禁止其他所有不見工作直到下一個(gè)硬件復(fù)位。2.3 時(shí)鐘芯片的選擇本次設(shè)計(jì)根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求設(shè)計(jì)數(shù)字時(shí)鐘?？衫萌缦聝煞N方案實(shí)現(xiàn)。方案一：本方案采用美國DALLAS公司的專用時(shí)鐘芯片DS1302。該芯片主要特點(diǎn)是采用串行數(shù)據(jù)傳輸，可為掉電保護(hù)電源提供可編程的充電功能，并且可以關(guān)閉充電功能。其內(nèi)部采用石英晶體振蕩器，其芯片精度不大于10ms/年，且具有完備的時(shí)鐘鬧鐘功能，因此，可直接對(duì)其以用于顯示或設(shè)置，使得軟件編程相對(duì)簡單。為保證時(shí)鐘在電網(wǎng)電壓不足或突然掉電等突發(fā)情況下仍能正常工作，芯片內(nèi)部包含鋰電池。當(dāng)電網(wǎng)電壓不足或突然掉電時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)轉(zhuǎn)換到內(nèi)部鋰電池供電系統(tǒng)。而且即使系統(tǒng)不上電，程序不執(zhí)行時(shí)，鋰電池也能保證芯片的正常運(yùn)行，以備隨時(shí)提供正確的時(shí)間。方案二：本方案完全用軟件實(shí)現(xiàn)數(shù)字時(shí)鐘。原理為：在單片機(jī)內(nèi)部存儲(chǔ)器設(shè)三個(gè)字節(jié)分別存放時(shí)鐘的時(shí)、分、秒信息，并通過程序控制掃描輸出顯示數(shù)據(jù)。利用定時(shí)器0與軟件結(jié)合實(shí)現(xiàn)1秒定時(shí)中斷，每產(chǎn)生一次中斷，存儲(chǔ)器內(nèi)相應(yīng)的秒值加1；若秒值達(dá)到60，則將其清零，并將相應(yīng)的分字節(jié)值加1；若分值達(dá)到60，則清零分字節(jié)，并將時(shí)字節(jié)值加1；若時(shí)值達(dá)到24，則將時(shí)字節(jié)清零。該方案具有硬件電路簡單的特點(diǎn)，但當(dāng)單片機(jī)不上電，程序?qū)⒉粓?zhí)行。且由于每次執(zhí)行程序時(shí)，定時(shí)器都要重新賦初值，所以該時(shí)鐘精度不高。鑒于以上兩種方案，雖然時(shí)鐘芯片DS1302具有更多的優(yōu)點(diǎn)，由于實(shí)驗(yàn)硬件的因素，現(xiàn)有的硬件缺少DS1302,為不影響實(shí)驗(yàn)進(jìn)度，本設(shè)計(jì)采用方案二完成數(shù)字時(shí)鐘的功能。根據(jù)題目要求設(shè)計(jì)的總體框圖，如圖2-1所示：圖2-1單片機(jī)數(shù)字鐘硬件系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)框圖第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1 輸入部分3.1.1電源模塊方案一：采用200W/5V直流穩(wěn)壓電源作為系統(tǒng)電源和3節(jié)干電池串聯(lián)作為單片機(jī)電源，不僅功率上可以滿足系統(tǒng)需要，不需要更換電源，并且比較輕便、斷電后電子鐘還能夠照常運(yùn)行，使用更加安全可靠。方案二：采用普通的USB線連接微型計(jì)算機(jī)作為系統(tǒng)電源，雖然功率上可以滿足稍大于系統(tǒng)需要，但同樣不需要更換電源，并且比直流穩(wěn)壓電源更輕便，可隨時(shí)使用、調(diào)試系統(tǒng)?；谝陨戏治?由于本次設(shè)計(jì)系統(tǒng)都是軟硬件相結(jié)合和實(shí)際需要的考慮，所以我們決定采用方案一。3.2 鍵盤工作模塊鍵盤是人與單片機(jī)打交道的主要設(shè)備，按鍵的讀取容易引起誤動(dòng)作。可采用軟件去抖動(dòng)的方法處理，軟件的觸點(diǎn)在閉合和斷開的時(shí)候會(huì)產(chǎn)生抖動(dòng)，這時(shí)觸點(diǎn)的邏輯電平是不穩(wěn)定的，如不采取妥善處理的話，將引起按鍵命令錯(cuò)誤或重復(fù)執(zhí)行，在這里采用軟件延時(shí)的方法來避開抖動(dòng)，延時(shí)時(shí)間為20ms ().按鍵按照結(jié)構(gòu)原理可分為兩類，一類是觸點(diǎn)式開關(guān)按鍵，如機(jī)械時(shí)開關(guān)、導(dǎo)線橡膠時(shí)開關(guān)等：另一類是無觸點(diǎn)式開關(guān)按鍵，如電氣式按鍵，磁感應(yīng)按鍵等。前者造價(jià)低，后者壽命長。目前，微型系統(tǒng)中最常見的是觸點(diǎn)式開關(guān)按鍵。按鍵按照接口原理可分編碼鍵盤與非編碼鍵盤兩類，這兩類鍵盤的主要區(qū)別是識(shí)別鍵符及給出相應(yīng)鍵碼的方法。編碼鍵盤主要是用硬件來實(shí)現(xiàn)對(duì)鍵識(shí)別，非編碼鍵盤主要是有軟件來實(shí)現(xiàn)鍵盤的定義與識(shí)別。全編碼鍵盤能夠由硬件邏輯自動(dòng)提供與鍵對(duì)應(yīng)的編碼，此外，一般還具有去抖動(dòng)和多建、竄鍵保護(hù)電路。這種鍵盤使用方便，但需要較多的硬件，價(jià)格較貴，一般的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)較少采用。非編碼鍵盤只簡單地提供行和列的矩陣，其它工作均由軟件完成。由于其經(jīng)濟(jì)實(shí)用，較多地應(yīng)用于單片機(jī)系統(tǒng)中。在本套設(shè)計(jì)中由于只需要幾個(gè)功能鍵，此時(shí)，可采用獨(dú)立式按鍵結(jié)構(gòu)。獨(dú)立式按鍵結(jié)構(gòu)獨(dú)立式按鍵是直接用I/O口線構(gòu)成的單個(gè)按鍵電路，其特點(diǎn)是每個(gè)按鍵單獨(dú)占用一根I/O口線，每個(gè)按鍵的工作不會(huì)影響其它I/O口線的狀態(tài)。獨(dú)立式按鍵的典型應(yīng)用獨(dú)立式按鍵電路配置靈活，軟件結(jié)構(gòu)簡單，但每個(gè)按鍵必須占用一根I/O口線，因此，在按鍵較多時(shí)，I/O口線浪費(fèi)較大。獨(dú)立式按鍵電路獨(dú)立式按鍵的軟件結(jié)構(gòu)獨(dú)立式按鍵的軟件常采用查詢式結(jié)構(gòu)。先逐位查詢每根I/O口線的輸入狀態(tài)，如某一根I/O口線輸入為低電平，則可確認(rèn)該I/O口線所對(duì)應(yīng)的按鍵已按下，然后，再轉(zhuǎn)向該鍵的功能處理程序。電壓檢測電路（MC34064電路如圖32所示）電路核心元件是MC34064，它具有電壓檢測功能。工作方式是低電平有效，因此將其1腳與單片機(jī)的P1.7相接，2腳接VCC，3腳接地。當(dāng)外部電源+5V供電時(shí)，P1.7為高電平送入累加器C，此時(shí)C=0單片機(jī)進(jìn)入空閑方式，關(guān)斷顯示但內(nèi)部計(jì)時(shí)仍在進(jìn)行。這樣就能很好地判斷是外部+5V電源供電還是備用電池供電，根據(jù)CPU的工作狀態(tài)進(jìn)而實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘斷電仍能及時(shí)，當(dāng)重新接入+5V電源時(shí)實(shí)現(xiàn)計(jì)時(shí)顯示同步運(yùn)行的功能。圖3-1：MC34064芯片 圖3-2：MC340614電路備用電池功耗問題在設(shè)計(jì)方案中采用+3.6V可充電電池作為備用電源，但若把電池直接并聯(lián)在外部+5V電源引腳兩端時(shí)，存在著電池功耗問題如：1.接入+5V是會(huì)對(duì)電池B1進(jìn)行電流很大的強(qiáng)充電過程，這會(huì)直接影響電池的使用壽命。2.停止外部+5V電源供電時(shí)，此時(shí)外部電源等效于一個(gè)電壓源，充電電池B1既要對(duì)CPU供電又要對(duì)電壓源供電，這樣會(huì)使電池電量消耗過大，使得電池供電效率大大降低。為解決上述問題，我們引入兩個(gè)1N5819如圖所示3-1：1.若+5V接入時(shí)，一方面為顯示部分和復(fù)位電路提供+5V工作電壓，另一方面通過V8、R15對(duì)電池B1進(jìn)行涓流充電，同時(shí)通過V7向CPU提供工作電壓。從而很好地解決電池充電時(shí)電流過大影響電池使用壽命的問題。2.當(dāng)外部+5V電源斷開時(shí)，由電池B1經(jīng)V7向CPU提供工作電壓，同時(shí)由于V8截此故不會(huì)造成電池B1對(duì)外部的放電，從而提高了電池的供電效率，能夠長時(shí)間地為CPU提供工作電壓。圖3-3電子鐘外圍IN5819電路3.3 輸出部分3.3.1 顯示模塊顯示模塊是本次單片機(jī)課程設(shè)計(jì)最核心的部分。方案一：采用LCD1602。LCD1602為工業(yè)字符型液晶，能夠同時(shí)顯示16x02即32個(gè)字符。其采用標(biāo)準(zhǔn)的16腳接口，該液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲(chǔ)器（CGROM)已經(jīng)存儲(chǔ)了160個(gè)不同的點(diǎn)陣字符圖形，所以可分容易的實(shí)現(xiàn)數(shù)字鐘數(shù)碼顯示。方案二：采用LED共陽極數(shù)碼管。共陽數(shù)碼管在應(yīng)用時(shí)將公共極COM接到髙電位VCC上，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陽極為低電平時(shí)，相應(yīng)字段就點(diǎn)亮。當(dāng)某一字段的陽極為低電平時(shí)，相應(yīng)字段就不亮。基于以上分析，我們考慮到現(xiàn)實(shí)經(jīng)濟(jì)因素，所以選擇了方案二。3.3.2 LED顯示驅(qū)動(dòng)對(duì)于6路共陽極數(shù)碼管數(shù)碼管要正常顯示，就要用驅(qū)動(dòng)電路來驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管的各個(gè)段碼，從而顯示出我們要的數(shù)字，因此根據(jù)數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)方式的不同，可以分為靜態(tài)式和動(dòng)態(tài)式兩類：方案一：靜態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)。就是每一個(gè)數(shù)碼管顯示器都要占用單獨(dú)的具有鎖存功能的I/O接口用于筆劃段字形代碼。這樣單片機(jī)只要把要顯示的字形代碼發(fā)送到接口電路，直到要顯示新的數(shù)據(jù)時(shí)，再發(fā)送新的字形碼，因此，使用這種辦法單片機(jī)中CPU的占用較小。但對(duì)于靜態(tài)顯示方式,所需的數(shù)據(jù)鎖存裝置很多,引線多而復(fù)雜,且可靠性也較低。方案二：動(dòng)態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)。通過單片機(jī)對(duì)數(shù)碼管位選通COM端電路的控制，只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開，該位就顯示出字形，沒有選通的數(shù)碼管就不會(huì)亮。通過分時(shí)輪流控制各個(gè)數(shù)碼管的的COM端，就使各個(gè)數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)。動(dòng)態(tài)顯示可以大幅度地降低硬件成本和電源的功耗，因?yàn)槟骋粫r(shí)刻只有一個(gè)數(shù)碼管工作，也就是所謂的分時(shí)顯示，故顯示所需要的硬件電路可分時(shí)復(fù)用。動(dòng)態(tài)顯示方式,可以避免靜態(tài)顯示的問題。但設(shè)計(jì)上如果處理不當(dāng),易造成亮度低,閃爍問題。因此合理的設(shè)計(jì)既應(yīng)保證驅(qū)動(dòng)電路易實(shí)現(xiàn),又要保證顯示后的數(shù)據(jù)穩(wěn)定,無閃爍。動(dòng)態(tài)顯示采用多路復(fù)用技術(shù)的動(dòng)態(tài)掃描顯示方式, 復(fù)用的程度不是無限增加的, 因?yàn)槔脛?dòng)態(tài)掃描顯示使我們看到一幅穩(wěn)定畫面的實(shí)質(zhì)是利用了人眼的暫留效應(yīng)和發(fā)光二極管發(fā)光時(shí)間的長短, 發(fā)光的亮度等因素. 我們通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn), 當(dāng)掃描刷新頻率(發(fā)光二極管的停閃頻率) 為50Hz, 發(fā)光二極管導(dǎo)通時(shí)間1m s 時(shí), 顯示亮度較好, 無閃爍感.。 鑒于上述的方案分析, 我們采用方案二。3.3.3 鬧鈴模塊方案一：采用語音芯片ISD1110鬧鈴。ISD1110 具有多種采樣率對(duì)應(yīng)，多種錄放時(shí)間，可以利用振蕩電阻自已決定采樣率。操作簡單，靈活。音質(zhì)好，適應(yīng)電壓范圍廣?？上葘?duì)錄放音設(shè)備錄入一段音樂或其他報(bào)時(shí)方式，當(dāng)?shù)皆O(shè)定時(shí)間時(shí)，單片機(jī)控制錄放音設(shè)備放音。方案二：采用有源+5V蜂鳴器做鬧鈴，當(dāng)?shù)皆O(shè)定時(shí)間時(shí)，單片機(jī)向蜂鳴器送出低電平，蜂鳴器響鈴。采用蜂鳴器鬧鈴結(jié)構(gòu)簡單，只需要單路信號(hào)控制，發(fā)出的鬧鈴聲音可以根據(jù)響和不響的不同的軟件延時(shí)時(shí)間來控制，當(dāng)然也能發(fā)出音樂聲音?；趦煞N方案分析，雖然語音芯片ISD1110具備更多優(yōu)點(diǎn)，但鑒于經(jīng)濟(jì)因素，我們本次設(shè)計(jì)還是決定采用方案二。當(dāng)然如果在大型比賽和產(chǎn)品上市的話，還是偏向于采用方案一的。 3、LED燈顯示模塊采用LED燈可以方便的用不同的流水方式或單個(gè)LED燈來判斷系統(tǒng)的工作狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)不同的顯示功能，是一種經(jīng)濟(jì)又實(shí)用的方式。3.4 電路相關(guān)參數(shù)3.4.1 LED數(shù)碼顯示器通常用的七段數(shù)碼顯示器的內(nèi)部有8個(gè)發(fā)光二極管，其中7個(gè)發(fā)光二極管組成了數(shù)字“8”，剩下一個(gè)發(fā)光二極管就是這位數(shù)字所帶的小數(shù)點(diǎn)。數(shù)碼管結(jié)構(gòu)圖如圖1 - 2所示。各段碼位與顯示段的對(duì)應(yīng)關(guān)系如表1。 圖1-2 LED數(shù)碼管結(jié)構(gòu)引腳圖表1 各段碼位的對(duì)應(yīng)關(guān)系段碼位D7D6D5D4D3D2D1D0顯示段dpgfedcba第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1 主程序流程圖如圖1-4所示： 圖4-1 主程序流程圖第五章 系統(tǒng)調(diào)試5.1 系統(tǒng)功能本系統(tǒng)已符合設(shè)計(jì)課程基本要求，即可以實(shí)現(xiàn)24小時(shí)方式;可用六位LED數(shù)碼管顯示時(shí)、分、秒;可使用按鍵開關(guān)可實(shí)現(xiàn)時(shí)、分調(diào)整。除了滿足這些基本要求外，本系統(tǒng)還做了一些創(chuàng)新:（1）通過1功能按鍵KEY1開關(guān)可使系統(tǒng)具有加密功能。加密前后可通過觀察LED二極管的顯示方式來判斷。當(dāng)LED做流水燈顯示方式時(shí)，為加密前的狀態(tài);當(dāng)只有LED燈中的LED2（由P0.1口控制亮滅）時(shí)，代表已對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行加密。（2）通過功能按鍵開關(guān)KEY1進(jìn)入可進(jìn)入時(shí)間校準(zhǔn)系統(tǒng)。KEY2控制秒的校準(zhǔn)，KEY3控制分的校準(zhǔn)，KEY4控制時(shí)的校準(zhǔn)。每次一有校準(zhǔn)按鍵按下時(shí)，系統(tǒng)會(huì)發(fā)出不同的聲響，以提示用戶目前正在校準(zhǔn)的是時(shí)、分、秒的哪一種。校準(zhǔn)完成后仍然是通過功能按鍵KEY1返回時(shí)鐘顯示。（3）通過更改主程序中定時(shí)器的定時(shí)初值，可實(shí)現(xiàn)不同樣式的數(shù)字鐘顯示方式。通過實(shí)驗(yàn)測得以下參數(shù)如表2所示(程序中定時(shí)參數(shù)CYCLE在以下簡稱C)： C （ms）數(shù)碼管顯示方式 靜態(tài) 閃爍 拉幕式（4）可實(shí)現(xiàn)整點(diǎn)鬧鳴功能。整點(diǎn)到時(shí)，可短蜂鳴一次。5.2 時(shí)鐘精度分析 為進(jìn)一步使本次的系統(tǒng)做得更完美，我使用了標(biāo)準(zhǔn)的秒表對(duì)自己設(shè)計(jì)的時(shí)間進(jìn)行了精度測量。本次設(shè)計(jì)系統(tǒng)使用的晶振為12MHZ.數(shù)碼管顯示00：10：00時(shí)，用秒表測得相應(yīng)的數(shù)據(jù)如表3所示：表3序號(hào)12345T(min)10.00.578110.00.478710.00.504010.00.30969.59.2587序號(hào)678910T(min)10.01.433510.00.20039.59.455610.01.202610.00.2597序號(hào)1112131415T(min)9.58.975010.00.118110.00.960410.02.50609.59.8985序號(hào)1617181920T(min)10.00.108110.01.054510.00.956010.00.785410.00.4355通過計(jì)算可得數(shù)碼管顯示:00：10：00時(shí)，秒表測得的數(shù)值平均值為:00：10:2343 。以上數(shù)據(jù)表明了本次系統(tǒng)的精度基本符合實(shí)驗(yàn)課程精度要求。因?yàn)橐陨瞎灿?0組，測量時(shí)已去除了粗大誤差。當(dāng)然，如果將測量時(shí)間加長，所測得的精度將更精確。第六章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)總結(jié)本次課程從基本方案的制定，再到硬件電路的選擇，到制作電路完成，最后進(jìn)行程序調(diào)試。在此期間我遇到很多困難，尤其是在做仿真時(shí)結(jié)果經(jīng)常出不來。經(jīng)過仔細(xì)檢查，仿真線路是沒有錯(cuò)的，可結(jié)果就是不行。但當(dāng)我將實(shí)物做出來后，進(jìn)行了調(diào)試，實(shí)物上卻可以出來成果。這說明了可能是仿真軟件的。經(jīng)過一次又一次品嘗到了解決問題的喜悅,最終提前完成了要求的全部功能，并在空閑的時(shí)間里加入了一些創(chuàng)新的部分。在此次課程設(shè)計(jì)中我發(fā)現(xiàn)了自己知識(shí)的不足，通過一周的學(xué)習(xí)、實(shí)踐，我學(xué)到了很多東西。 通過此次課程設(shè)計(jì)的教學(xué)實(shí)踐，進(jìn)一步學(xué)習(xí)、掌握單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的有關(guān)知識(shí)，加深了解單片機(jī)的工作原理。初步掌握簡單單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、制作、調(diào)試的方法。提高動(dòng)手實(shí)踐能力。通過這次對(duì)數(shù)字時(shí)鐘的設(shè)計(jì)，讓我系統(tǒng)的了解和學(xué)會(huì)應(yīng)用單片機(jī)C語言來對(duì)所需實(shí)現(xiàn)的功能進(jìn)行編程。 在調(diào)試時(shí)遇到了一些問題，比如，剛開始進(jìn)行按鍵輸入檢測時(shí)，我們直接用萬用表測量按鍵兩端的電平，剛測時(shí)，萬用表顯示高電平，當(dāng)有按鍵按下時(shí)，則萬用表顯示低電平，這說明了按鍵是正常的，但當(dāng)直接用按鍵時(shí)，系統(tǒng)板則不能正常使用按鍵。后面重新焊接了按鍵，系統(tǒng)板則才能正常使用按鍵。還有，LED燈顯示模塊的上拉電阻，也是出現(xiàn)了同樣的情況。原先焊接時(shí)發(fā)現(xiàn)了電阻的管腳比之前看到的同阻值電阻管腳細(xì)。后面經(jīng)過萬用表調(diào)試后，重新焊接了電阻，部里就解決了。上述電子鐘，無論在外觀上還是功能上都實(shí)現(xiàn)了較為完善的設(shè)計(jì)。特別值得一提的是本系統(tǒng)的加密效果，可與現(xiàn)實(shí)生活中的數(shù)字鐘相媲美，因?yàn)橛辛思用苄Ч?，可以使用戶在購買時(shí)知道其產(chǎn)品是否是新的，還是二手貨。但本系統(tǒng)在定時(shí)鬧鳴時(shí)，聲音不過響應(yīng)，因?yàn)槲覟榱俗尫澍Q器鬧鳴時(shí)系統(tǒng)時(shí)間不受到影響，而是繼續(xù)走動(dòng)，所以把鬧鳴時(shí)間控制在定時(shí)器0 1s定時(shí)里面，所以定時(shí)時(shí)間到了時(shí)，響的時(shí)間不到1s，通過的電流過小，要解決此問題，可在蜂鳴器的放大電路中多加一級(jí)放大電路，使定時(shí)時(shí)間到了時(shí)，通過的電流足夠大以驅(qū)動(dòng)蜂鳴器。亦或通過軟件設(shè)置蜂鳴，則可以正常實(shí)現(xiàn)蜂鳴器的功能。致謝通過幾個(gè)月的不斷努力，終于完成了此次畢業(yè)設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)過程中，通過針對(duì)性地查找資料，了解了些電子方面的資料，既增長了自己的見識(shí)，補(bǔ)充最新的專業(yè)知識(shí)，又提高了自己的應(yīng)用能力。這次對(duì)AT89C51有了一個(gè)全面的認(rèn)識(shí)，在此基礎(chǔ)上結(jié)合以前所學(xué)的專業(yè)知識(shí)，從而把我所學(xué)的知識(shí)貫穿到一起，對(duì)電子專業(yè)有了一個(gè)更全面的認(rèn)識(shí)！總之這次畢業(yè)設(shè)計(jì)讓我把理論設(shè)計(jì)和工程實(shí)踐相結(jié)合、鞏固基礎(chǔ)知識(shí)與培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)相結(jié)合、個(gè)人作用和集體協(xié)作相結(jié)合等方面全面培養(yǎng)學(xué)生素質(zhì)。這些在我今后的學(xué)習(xí)和工作當(dāng)中都會(huì)有很大的幫助。在此，我要感謝我的課任教師和我這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師，正是他們?cè)诎倜χ羞€抽出寶貴的時(shí)間對(duì)我進(jìn)行精心的指導(dǎo)，才使我順利完成了我的畢業(yè)設(shè)計(jì)。同時(shí)也感謝學(xué)校各個(gè)領(lǐng)導(dǎo)和老師對(duì)我?guī)啄陙淼年P(guān)心和幫助。使我在大學(xué)中學(xué)到了各種寶貴的知識(shí)。在此，衷心地謝謝你們！參考文獻(xiàn)1丁輝、姚慶文 實(shí)用單片機(jī)電子鐘的設(shè)計(jì) 無線電2003年合訂本（下）2于海生 微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù) 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