電子鬧鐘設(shè)計

1、i電子鬧鐘畢業(yè)設(shè)計電子鬧鐘畢業(yè)設(shè)計摘要：摘要：本設(shè)計是以 89c51 單片機作為控制核心的鬧鈴系統(tǒng)。 本文大致可以分為三個章節(jié)，第一章節(jié)講了用單片機來制作電子鬧鐘所帶來的優(yōu)勢，還有電子鬧鐘在電子產(chǎn)品中未來的趨勢以及本次設(shè)計所要實現(xiàn)的課題目標。第二章節(jié)講了設(shè)計的一些思路和該產(chǎn)品包含的一些硬件電路組成。第三章節(jié)講了各個軟件模塊之間的設(shè)計以及該產(chǎn)品的程序代碼。最后是一些結(jié)論體會部分和附錄圖。關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：pc 機；單片機 89c51；串行通信；數(shù)碼顯示ii目目 錄錄第一章 緒論.11.1 引言 .11.2 鬧鐘的發(fā)展趨勢 .11.3 本次設(shè)計所要實現(xiàn)的目標 .1第二章 系統(tǒng)總體設(shè)計.22.1 系統(tǒng)

2、總體設(shè)計思路 .22.2 總體硬件組成框圖 .22.3 at89c51 的簡介.32.4 系統(tǒng)功能的確定 .42.5 時鐘電路 .52.6 復(fù)位電路 .52.7 鍵盤電路 .62.8 數(shù)碼顯示電路 .7第三章 系統(tǒng)軟件設(shè)計.83.1 數(shù)據(jù)單元分配 .83.2 時鐘程序設(shè)計步驟 .83.3 計時子程序模塊的實現(xiàn) .93.4 時鐘設(shè)定子程序模塊的實現(xiàn) .103.5 程序說明 .113.6 實現(xiàn)方式 .123.7 源程序設(shè)計 .12結(jié)論與體會.20主要參考材料：.21附錄 1：系統(tǒng)原理圖 .22附錄 2：pcb 圖.231第一章第一章 緒論緒論1.11.1 引言引言電子鬧鐘是一種應(yīng)用非常廣泛的日常計

3、時工具，數(shù)字顯示的日歷鐘已經(jīng)越來越流行，特別是適合在家庭居室、辦公室、大廳、會議室、車站和廣場等使用，壁掛式 led 數(shù)碼管顯示的日歷鐘逐漸受到人們的歡迎。 單片機電子鬧鐘是集電子技術(shù)、數(shù)字顯示技術(shù)為一體的高產(chǎn)品，具有按時鬧鈴，顯示清晰直觀、走時準確等優(yōu)點。 首先介紹設(shè)計電子鬧鐘所涉及的主要硬件和特性，然后說明軟件設(shè)計的思路，程序結(jié)構(gòu)及流程，并在測試軟件上進行調(diào)試和修改，以完成電子鬧鐘的基本要求，即可以隨意設(shè)定起始時間，有秒顯示功能，有 12/24 世制選擇，可以設(shè)定鬧鐘，停電時由電池供電等功能。 現(xiàn)代社會電子鬧鐘發(fā)揮著很大的作用，也是它存在和發(fā)展的一個重要方面，尤其是在代表集成電路技術(shù)的發(fā)展

4、方面，通過不斷提高電子鬧鐘的計時的精確度可以極大促進定時技術(shù)芯片的發(fā)展。同時電子鬧鐘與其他嵌入式電子產(chǎn)品一樣是微處理器的應(yīng)用，通過電子鬧鐘的設(shè)計可以很好的掌握電子設(shè)計技術(shù)。1.21.2 鬧鐘的發(fā)展趨勢鬧鐘的發(fā)展趨勢 隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，家用電器和辦公電子設(shè)備逐漸增多，不同的設(shè)備都有自己的控制器，使用起來很不方便。這些具有人們所需要的智能化特性的產(chǎn)品減輕了人的勞動，擴大了數(shù)字化的范圍，為家庭數(shù)字化提供了可能。基于單片機的電子鬧鐘就是新一代的產(chǎn)品，能夠?qū)崿F(xiàn)遠程控制等功能。它功能強大、體積小、質(zhì)量輕、靈活好用。1.31.3 本次設(shè)計所要實現(xiàn)的目標本次設(shè)計所要實現(xiàn)的目標 設(shè)計一個電子鬧鐘1）能隨意

5、設(shè)定走時起始時間2）螚指示秒節(jié)奏，即秒指示3）能通過 pc 機實現(xiàn)遠程控制4）時間預(yù)設(shè)，定時關(guān)機的功能2第二章第二章 系統(tǒng)總體設(shè)計系統(tǒng)總體設(shè)計2.12.1 系統(tǒng)總體設(shè)計思路系統(tǒng)總體設(shè)計思路先進行系統(tǒng)的整體規(guī)劃確定整個系統(tǒng)的功能，然后按照每個功能的具體要求，進行各個模塊的實物設(shè)計并逐個調(diào)試，待全部通過后，進行整個系統(tǒng)的聯(lián)調(diào)，最終實現(xiàn)一個完整的系統(tǒng)，并制成印刷線路板。 整個系統(tǒng)的設(shè)計步驟如下： 在單片機最小系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，完成按鍵電路和復(fù)位電路的設(shè)計。 完成顯示電路、數(shù)字按鍵、復(fù)位電路。 具有 3 個功能按鍵： 1）在復(fù)位后的待機狀態(tài)下，用于啟動設(shè)定時間參數(shù)（對時或定鬧） ；2）在設(shè)定時間參數(shù)狀態(tài)而

6、且不是設(shè)定最低位（即分個位）的狀態(tài)下，用于結(jié)束當(dāng)前位的設(shè)定，當(dāng)前設(shè)定位下移； 3）在設(shè)定最低位（分個位）的狀態(tài)下，用于結(jié)束本次時間設(shè)定。 2)鍵，用于對當(dāng)前設(shè)定位（編輯位）進行加 1 操作，根據(jù)正在編輯的當(dāng)前位的含義（時十位、時個位、分十位、分個位）自動進行數(shù)據(jù)的上限和下限判斷。例如，對 12 小時制，小時的十位只能是 0、1，如果當(dāng)前值為 0，則按1 鍵后為 1，再按1 鍵則又回復(fù)到 0。 把以上各個模塊聯(lián)結(jié)起來，整體調(diào)試功能。2.22.2 總體硬件組成框圖總體硬件組成框圖整個系統(tǒng)的原理框圖如圖 2.1 所示圖 2.1 系統(tǒng)原理框圖32.32.3 at89c51at89c51 的簡介的簡介2

7、.3.12.3.1 at89c51at89c51 簡介簡介 at89c51 是一個低功耗，高性能 cmos 8 位單片機，片內(nèi)含 4k bytes isp(in-system programmable)的可反復(fù)擦寫 1000 次的 flash 只讀程序存儲器，器件采用 atmel 公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)制造，兼容標準 mcs-51 指令系統(tǒng)及 80c51 引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用 8 位中央處理器和 isp flash 存儲單元，功能強大的微型計算機的 at89c51 可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價比的解決方案。2.3.22.3.2 引腳介紹引腳介紹at89c51 具有如下特點

8、：40 個引腳，4k bytes flash 片內(nèi)程序存儲器，128 bytes 的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（ram） ，32 個外部雙向輸入/輸出口，5 個中斷優(yōu)先級 2 層中斷嵌套中斷，2 個 16 位可編程定時計數(shù)器,2 個全雙工串行通信口，看門狗（wdt）電路，片內(nèi)時鐘振蕩器。圖 2.2 為 at89c51 引腳圖圖 2.2 at89c51 引腳圖此外，at89c51 設(shè)計和配置了振蕩頻率可為 0hz 并可通過軟件設(shè)置省電模式?？臻e模式下，cpu 暫停工作，而 ram 定時計數(shù)器，串行口，外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作，掉電模式凍結(jié)振蕩器而保存 ram 的數(shù)據(jù)，停止芯片其它功能直至外中斷激活或硬件復(fù)位

9、。同時該芯片還具有 pdip、tqfp 和 plcc 等三種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。 4主要功能特性： 兼容 mcs-51 指令系統(tǒng) 32 個雙向 i/o 口 2 個 16 位可編程定時/計數(shù)器 全雙工 uart 串行中斷口線 2 個外部中斷源 中斷喚醒省電模式 看門狗（wdt）電路 靈活的 isp 字節(jié)和分頁編程 4k 可反復(fù)擦寫(1000 次）isp flash rom 4.5-5.5v 工作電壓 時鐘頻率 0-33mhz128x8bit 內(nèi)部 ram 低功耗空閑和省電模式 3 級加密位 軟件設(shè)置空閑和省電功能 雙數(shù)據(jù)寄存器指針2.42.4 系統(tǒng)功能的確定系統(tǒng)功能的確定2.4.12

10、.4.1 基本功能基本功能系統(tǒng)具有時間、日期、三路定時功能，并可以對時間、日期、定時進行設(shè)定，有定時提示音。要求計時精度盡量提高。顯示格式為：時間：“時” （第 1、2 位） 、 “分” （第 3、4 位） 、 “秒” （第 5、6 位） ；日期：“年” （第 1、2 位，如 2007 年顯示為 07） 、 “月” （第 3、4 位） 、“日” （第 5、6 位） ；定時：“時” （第 1、2 位） 、 “分” （第 3、4 位） 、 “狀態(tài)標志” （第 5、6 位） 。鍵盤及數(shù)碼管排列如圖 2.3 所示。2.4.22.4.2 擴展功能擴展功能該系統(tǒng)可以增加溫度傳感器，實現(xiàn)溫度測量，以實時顯示

11、溫度，用 1、2 位5數(shù)碼管顯示；還可以增加濕度傳感器，實現(xiàn)濕度測量，以實時顯示濕度，用5、6 位數(shù)碼管顯示。多路定時器功能也可擴展為對多種家電等電氣產(chǎn)品的自動控制，比如電飯煲等；也可利用溫度對某些電氣產(chǎn)品進行自動控制，比如空調(diào)等；還可利用濕度傳感器對濕度進行調(diào)節(jié)。如圖 2.3 所示。圖 2.3 系統(tǒng)功能圖2.52.5 時鐘電路時鐘電路實驗板的時鐘振蕩源電路如圖 2.4 所示。其中 jt 為 11.0592mhz 的晶振，改變兩電容 cb 的值即可對此晶振頻率進行調(diào)節(jié)。該電路提供單片機工作所需的振蕩頻率，計算定時器初值即需此晶振頻率，在通信時也需知道晶振頻率，以對波特率進行計算。圖 2.4 時

12、鐘電路2.62.6 復(fù)位電路復(fù)位電路如圖 2.5 所示為實驗板的復(fù)位電路，當(dāng) reset 信號為低電平時，實驗板為6工作狀態(tài)，當(dāng) reset 信號為高電平時，實驗板為復(fù)位或下載程序狀態(tài)。由于at89s52 具有 isp 的功能，即可以通過并口線直接將程序下載到單片機內(nèi)，因此， at89s52 具有兩種狀態(tài)，下載程序狀態(tài)和運行狀態(tài)。該復(fù)位電路能實現(xiàn)上電自動復(fù)位，也能手動復(fù)位，一般復(fù)位時 reset 應(yīng)保持 20 毫秒以上高電平，此復(fù)位時間由接地電容控制。圖 2.5 復(fù)位電路2.72.7 鍵盤電路鍵盤電路如圖 2.6 所示為陣列按鍵電路，各設(shè)置及轉(zhuǎn)換信號由此電路輸入，實驗板提供了 16 個按鍵，由

13、 p1 口經(jīng) sn74f244（驅(qū)動芯片）輸出擴展成 44 的陣列按鍵，p1.0p1.3 為行線，p1.4p1.7 為列線。sn74f244 有一片選信號線，g當(dāng)此口線為低電平時，a1a4 與 y1y4 接通，反之，a1a4 與 y1y4 斷開。此鍵盤用掃描工作方式，若有鍵按下，則相應(yīng)位端口被拉低為低電平，由于本系統(tǒng)只用了 4 個按鍵，所以只需對 4 個按鍵進行掃描。掃描時，先置 p3.3口為高電平，向 p1 口送 0efh（mov p1，#0efh） ，再置 p3.3 口為低電平，讀p1 口（mov a，p1） ，最后判斷 p1 口低 4 位哪位是低電平，若某位為低電平，則相應(yīng)按鍵被按下，如

14、 p1.0 為低電平（acc.0=0） ，則 k1 鍵被按下。7圖 2.6 陣列按鍵2.82.8 數(shù)碼顯示電路數(shù)碼顯示電路如圖 2.7 所示為數(shù)碼顯示電路，實驗板使用了 6 個共陽數(shù)碼管，p0 口為段碼信號線，b1b6 為位控線，是 p1 口經(jīng) sn74f573（反向驅(qū)動芯片，即輸入為高電平，則輸出為低電平，反之則輸出為高電平，該芯片也有一片選信號 c，當(dāng)此信號為高電平時有效）反向得到，再由 b1b6 控制晶體管 q1q6，以達到控制每位數(shù)碼管的目的。系統(tǒng)采用動態(tài)顯示，先向 p0 口送第一位數(shù)碼管需要顯示的段碼值，再給p1 口送 0feh，延時 1 毫秒使第一位數(shù)碼管顯示，又向 p0 口送第二

15、位數(shù)碼管需要顯示的段碼值，p1 口送 0fdh，延時 1 毫秒，使第二位數(shù)碼管顯示。依次遞推，直到最后一位數(shù)碼管，然后再循環(huán)。改變延時時長可以調(diào)節(jié)數(shù)碼管顯示的亮度，由于單片機執(zhí)行速度很快（微秒級） ，所以看上去數(shù)碼管一直亮著。圖 2.7 數(shù)碼顯示電路8第三章第三章 系統(tǒng)軟件設(shè)計系統(tǒng)軟件設(shè)計3.13.1 數(shù)據(jù)單元分配數(shù)據(jù)單元分配數(shù)據(jù)存儲單元分配如表 3.1 所示：表 3.1 數(shù)據(jù)存儲單元分配項目秒分時日月年存儲單元30h31h32h33h34h35h項目定時 1：開關(guān)定時 1：分定時 1：時定時 2：開關(guān)定時 2：分定時 2：時存儲單元36h37h38h39h3ah3bh項目定時 3：開關(guān)定時

16、3：分定時 3：時存顯示首地址堆棧起始單元存儲單元3ch3dh3eh3fh50h標志位單元（20h）分配如表 3.2 所示：表 3.2 標志位單元（20h）分配位單元項目位單元項目01h08h定時 1 顯示標志位02h1、2 位數(shù)碼管閃爍標志位09h定時 2 顯示標志位03h0ah定時 3 顯示標志位04h3、4 位數(shù)碼管閃爍標志位0bh定時 1 響鈴標志位05h0ch定時 2 響鈴標志位06h5、6 位數(shù)碼管顯示標志位0dh定時 3 響鈴標志位07h日期顯示標志位0eh總響鈴標志位3.23.2 時鐘程序設(shè)計步驟時鐘程序設(shè)計步驟系統(tǒng)采用模塊化結(jié)構(gòu)，主程序只需調(diào)用各個子程序模塊即可實現(xiàn)相應(yīng)功能。

17、其模塊結(jié)構(gòu)圖如圖 3.1 所示。9圖 3.1 模塊結(jié)構(gòu)圖3.33.3 計時子程序模塊的實現(xiàn)計時子程序模塊的實現(xiàn)當(dāng) t0 中斷時，執(zhí)行本程序，因 t0 設(shè)為 50 毫秒中斷，故中斷 20 次為 1 秒。中斷程序分別有 20 次計數(shù)（1 秒） ，60 次計數(shù)（1 分） ，60 次計數(shù)（1 小時） ，24 次計數(shù)（1 天） ，28、29、30、31 次計數(shù)（1 個月） ，12 次計數(shù)（1 年） 。當(dāng)前位到設(shè)定數(shù)值時寫 0 或 1，下一位加 1。由于本世紀是 21 世紀，年位前兩位是4 的倍數(shù)，故判斷閏年時只需對年的后兩位進行計算，能被 4 整除為閏年，否則為平年，年位只進行加 1，大于 99 時又重

18、新開始。計時中斷流程圖如圖 3.2所示。10 圖 3.2 計時子程序流程圖 圖 3.3 顯示子程序流程圖3.43.4 時鐘設(shè)定子程序模塊的實現(xiàn)時鐘設(shè)定子程序模塊的實現(xiàn) 當(dāng)設(shè)定時間時，斷開 t0 中斷，秒單元清 0，進入時、分單元設(shè)定。設(shè)定好后重裝 t0 初值，開 t0 中斷。流程圖如圖 3.4 所示。11圖 3.4 時鐘設(shè)定子程序流程圖3.53.5 程序說明程序說明3.5.13.5.1 定時器初值計算定時器初值計算因定時器工作于方式 1，需要 50ms 的中斷，所以計數(shù)初值:=216 - tfosc12=65536 - 5010-311.059210612=19456表示成十六進制為 =4c0

19、0h，故（th0）=4ch， （tl0）=00h。3.5.23.5.2 程序初始化程序初始化程序初始化時，清相應(yīng)內(nèi)存單元（20h4fh 共 48 個單元） ，送時間（00時 00 分 00 秒） 、日期（07 年 10 月 01 日）初值，送定時器 t0、t1 初值，th0= th1=4ch，tl0= tl1=00h，特殊寄存器（sp=50h、tmod=11h）值等。3.5.33.5.3 誤差分析及校正誤差分析及校正當(dāng) t0 中斷時，需重裝定時初值，且要加上從斷開 t0 中斷到允許 t0 中斷共有 13 個周期，以減小誤差，故理論重裝定時初值為（th0）=4ch， （tl0）=13h。但該外接

20、晶振電路的晶振頻率可調(diào)，可能出現(xiàn)誤差，所以實際不是這個值。經(jīng)調(diào)試，當(dāng)定時初值為（th0）=4ch， （tl0）=06h 時，24 小時約慢 2 秒，所以每當(dāng)計時 24 小時之后，給秒單元（30h）送 02h，使秒累加時從 2 加起，24 小時就少加 2 秒，即可使時間得到校正。3.5.43.5.4 實現(xiàn)閃動設(shè)定實現(xiàn)閃動設(shè)定閃動可選用段碼送 00h 實現(xiàn)，也可禁止當(dāng)前位顯示，選通位送 0 實現(xiàn)。本設(shè)計選用后者實現(xiàn)閃動，用定時器 t1 進行控制。123.5.53.5.5 實現(xiàn)連續(xù)加實現(xiàn)連續(xù)加 1 1先判斷鍵是否松開，若松開，則只執(zhí)行一次加 1 程序段，進行單次加 1；若未松開則連續(xù)執(zhí)行加 1 程序

21、段，實現(xiàn)連續(xù)加 1。每執(zhí)行一次加 1 程序段就調(diào)用顯示子程序進行延時，以對調(diào)節(jié)速度進行控制。本系統(tǒng)以 5hz 的速度連續(xù)加1，這樣能快速對時間、日期、定時進行設(shè)定。3.63.6 實現(xiàn)方式實現(xiàn)方式該時鐘程序的功能模塊先后實現(xiàn)的順序為：主程序時間模塊顯示模塊鍵盤模塊時間設(shè)定及其顯示模塊日期及其顯示模塊日期設(shè)定及其顯示模塊定時及其顯示模塊定時設(shè)定及其顯示模塊定時提示音及與顯示相沖突的協(xié)調(diào)模塊。每完成一個模塊就與前一個已完成的模塊結(jié)合起來調(diào)試，直至實現(xiàn)相應(yīng)功能，再編寫下一模塊程序。在與主程序銜接時，主程序和各子程序也需作相應(yīng)的改動，以便與子程序更好的銜接，特別是顯示子程序需作較大改動，以便對不同內(nèi)容進

22、行顯示。3.73.7 源程序設(shè)計源程序設(shè)計#include#include#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit dula=p10;sbit wela=p11;sbit key1=p20;sbit key2=p21;sbit key3=p23;sbit key4=p23;sbit key5=p24;uchar temp,tt,sec,min,hour;13uchar code table=0 x3f,0 x06,0 x5b,0 x4f,0 x66,0 x6d,0 x7d,0 x07,0 x7f,0 x6f,0 x77,0

23、 x7c,0 x39,0 x5e,0 x79,0 x71;void init();void keyscan();void counter();void delay(uint z);void main()init();wela=1;p0=0 xfe;temp=p0;wela=0;dula=1;p0=0 x3f;dula=0;while(1)wela=1;p0=temp;wela=0;if(temp=0 xfe)/1111 1110dula=1;p0=tablesec%10;dula=0;14if(temp=0 xfd)/1111 1101dula=1;p0=tablesec/10;dula=0;

24、 if(temp=0 xfb)/1111 1011dula=1;p0=0 x40;dula=0;if(temp=0 xf7)/1111 0111 dula=1;p0=tablemin%10;dula=0;if(temp=0 xef)/1110 1111dula=1;p0=tablemin/10;dula=0;15 if(temp=0 xdf)/1101 1111dula=1;p0=0 x40;dula=0;if(temp=0 xbf)/1011 1111dula=1;p0=tablehour%10;dula=0;if(temp=0 x7f)/0111 1111dula=1;p0=tableho

25、ur/10;dula=0;delay(2);temp=_crol_(temp,1);if(temp=0 xff)temp=0 xfe;keyscan()； counter();16 void delay(uint z) /延時子函數(shù)uint x,y;for(x=z;x0;x-)for(y=110;y0;y-);void init()/系統(tǒng)初始化tt=0; wela=0;dula=0; ea=1;et0=1;tr0=1;tmod=0 x01;th0=(65536-50000)/256; tl0=(65536-50000)%256;void timer0() interrupt 1 /定時器 0

26、中斷th0=(65536-50000)/256;tl0=(65536-50000)%256;tt+;void counter() /計時子函數(shù)17if(tt=20) tt=0; sec+; if(sec=60)sec=0;min+;if(min=60)min=0;hour+;if(hour=24)hour=0;void keyscan()/鍵盤掃描 if(key1=1)delay(5);if(key1=1)18 tr0=0; while(key1);delay(5);while(key1); if(key2=1)delay(5);if(key2=1) sec+; while(key2);delay(5);while(key2); if(key3=1)delay(5);if(key3=1) min+; while(key3);delay(5);while(key3); if(key4=1)19delay(5);if(key4=1) hour+; while(key4);delay(5);while(key4); if(key5=1)delay(5);if(key5=1) tr0