基于5單片機的多功能數(shù)字電子鐘的設(shè)計

1、沈陽理工大學(xué)課程設(shè)計論文目 錄1 緒論11.1電子時鐘的研究背景11.2電子時鐘的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀22 AT89S51單片機簡介33 硬件系統(tǒng)設(shè)計43.1系統(tǒng)框架設(shè)計43.2模塊設(shè)計53.2.1單片機系統(tǒng)電路53.2.2復(fù)位電路63.2.3晶振電路73.2.4數(shù)碼管顯示驅(qū)動電路73.2.5定時報時電路設(shè)計93.2.6按鈕設(shè)置電路104 軟件系統(tǒng)設(shè)計114.1主程序流程圖114.2系統(tǒng)設(shè)計的源程序12總 結(jié)20參考文獻211 緒論1.1電子時鐘的研究背景20世紀末，電子技術(shù)得到了極速的發(fā)展，毫無疑問，在其推動下，現(xiàn)代電子產(chǎn)品以及各種高科技產(chǎn)品幾乎滲透到了社會的各個領(lǐng)域，這有力地推動了社會生產(chǎn)力的發(fā)

2、展和社會信息化程度以及綜合科技水平的提高，但產(chǎn)品更新?lián)Q代的頻率也越來越快。隨著科技的發(fā)展社會的進步和全球化競爭的日益激烈，人們對數(shù)字鐘的要求也越來越高，傳統(tǒng)的時鐘已不能滿足人們的需求。多功能電子鐘不管在性能還是在樣式亦或是用途上都發(fā)生了重大的變化，許多電子鐘都已具備電子鬧鐘、電子秒表、溫度檢測等功能。同時單片機在多功能數(shù)字鐘中的應(yīng)用已是非常普遍的。多功能電子時鐘除了具有時鐘的功能外還可以包含對環(huán)境溫度檢測的功能。溫度是一種最基本的環(huán)境參數(shù)。在各個行業(yè)生產(chǎn)及日常生活中，對溫度的測量及控制始終占據(jù)著非常重要的地位。目前，典型的溫度檢測控制系統(tǒng)由模擬式溫度傳感器、A/D轉(zhuǎn)換電路和各種單片機組成。由于

3、模擬式溫度傳感器輸出的模擬信號必須經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后才能與單片機等微處理器接口進行讀寫的操作，所以硬件電路會比較復(fù)雜，成本較高。而以DS18B20為代表的新型單線總線數(shù)字式溫度傳感器集溫度測量和A/D轉(zhuǎn)換于一體，這類傳感器可以直接輸出數(shù)字量，同時與單片機接口電路結(jié)構(gòu)非常簡單，可以廣泛用于距離遠、節(jié)點分布多的場合，具有較強推廣應(yīng)用價值。數(shù)字電子時鐘是采用數(shù)字電路實現(xiàn)對時，分，秒數(shù)字顯示的裝置，廣泛用于個人家庭，車站，碼頭辦公室等公共場所，成為人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢苫蛉钡谋匦杵?，由于?shù)字集成電路的發(fā)展和石英晶體振蕩器的廣泛應(yīng)用，數(shù)字時鐘的精度遠遠超過老式鐘表，鐘表的數(shù)字化給人們生產(chǎn)生活

4、帶來了極大的方便，而且大大地擴展了鐘表原先的報時功能。例如定時自動報警、按時自動打鈴、時間程序自動控制、定時廣播、自動啟閉路燈、定時開關(guān)烘箱、通斷動力設(shè)備、甚至各種定時電器的自動啟用等，所有這些，都是以鐘表數(shù)字化為基礎(chǔ)的。因此，研究數(shù)字時鐘及擴大其應(yīng)用，有著非?，F(xiàn)實的意義。1.2電子時鐘的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀數(shù)字電子時鐘，自從它發(fā)明的那天起，就成為人類的朋友，給人們的生活、學(xué)習(xí)、工作、娛樂帶來極大的方便。但隨著時間的推移，科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，生活節(jié)奏越來越快，競爭日益激烈，人們對時間計量的精度要求越來越高，應(yīng)用越來越廣?？梢哉f時間的準確已成為各行各業(yè)安全運行的基礎(chǔ)，如果時間出現(xiàn)誤差而不能及時校正，會

5、造成一系列嚴重的后果和經(jīng)濟損失。 電子時鐘的設(shè)計方法有多種，可用中小規(guī)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，還可以利用對單片機編程來實現(xiàn)電子鐘。其中，利用單片機實現(xiàn)的電子時鐘具有硬件結(jié)構(gòu)簡單、編程靈活、便于功能擴展等特點。由單片機作為數(shù)字鐘的核心控制器，可以通過它的時鐘信號實現(xiàn)計時功能，將其時間數(shù)據(jù)經(jīng)單片機輸出，利用顯示器顯示出來。通過鍵盤可以進行定時、校時功能。輸出設(shè)備顯示器可以用液晶顯示技術(shù)或者數(shù)碼管顯示技術(shù)。 智能溫度傳感器(亦稱數(shù)字溫度傳感器）是上世紀90年代中期問世的。此類傳感器是微電子技術(shù)、計算機技術(shù)和自動測試技術(shù)的結(jié)晶。目前，

6、國際上已開發(fā)出多種智能溫度傳感器。智能溫度傳感器內(nèi)部一般包含溫度傳感器、A/D轉(zhuǎn)換器、信號處理器、存儲器（或寄存器）和接口電路。有的產(chǎn)品還帶多路選擇器、中央控制器、隨機存取存儲器和只讀存儲器。智能溫度傳感器能實時更新并輸出溫度數(shù)據(jù)，適配于各種微控制器也就是通常所說的單片機（MCU），并且可通過軟件來實現(xiàn)顯示功能，其智能化取決于軟件和硬件的綜合開發(fā)水平，二者缺一不可。目前，新型溫度傳感器正從模擬式向數(shù)字式、集成化向智能化及網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展。21世紀后，智能溫度傳感器毫無疑問正朝著高精度、多功能、總線標準化、高可靠性及高安全性等高科技的方向迅速發(fā)展，開發(fā)虛擬傳感器和網(wǎng)絡(luò)傳感器、研制更先進的單片測溫

7、系統(tǒng)已是刻不容緩。在日常生活和自動控制系統(tǒng)中，我們時常會遇到對時間和溫度實時監(jiān)控的需求。這就給具有多種功能的時鐘提供了市場，也有了市場開發(fā)的前景。本文給出了一種基于單片機實現(xiàn)帶溫度檢測的電子時鐘的設(shè)計方法和實現(xiàn)過程。2 AT89S51單片機簡介AT89S51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89C51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

8、的微型計算機的AT89S51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。AT89S51具有如下特點：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（I/O）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。 此外，AT89S51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。空閑模式下，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

9、復(fù)位。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。 主要特性： 8031 CPU與MCS-51 兼容 4K字節(jié)可編程FLASH存儲器(壽命：1000寫/擦循環(huán)) 全靜態(tài)工作：0Hz-33MHz 三級程序存儲器保密鎖定 128*8位內(nèi)部RAM 32條可編程I/O線 兩個16位定時器/計數(shù)器 6個中斷源 可編程串行通道 低功耗的閑置和掉電模式 片內(nèi)振蕩器和時鐘電路 3 硬件系統(tǒng)設(shè)計3.1系統(tǒng)框架設(shè)計系統(tǒng)框架如圖3.1復(fù)位電路蜂鳴器定時報時按鍵k0、k1、k2k3、k4電源部分,直流電5v段選8個七段共陰極數(shù)碼管顯示秒、分鐘、小時 位選部分接p2口 控制部分單片

10、機（AT89S51）圖3.1 系統(tǒng)框架圖3.2模塊設(shè)計3.2.1單片機系統(tǒng)電路AT89S51芯片外形及引腳分布如圖3.2圖3.2 AT89S51芯片外形及引腳分布圖如圖2所示，AT89S51有40引腳，雙列直插（DIP）封裝，所用引腳功能如下：1. VCC 運行時加5V2. GND 接地3. XTAL1 振蕩器反相放大器及內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端4. XTAL2 振蕩器反相放大器的輸出端5. RST 復(fù)位輸入，高電平有效，在晶振工作時，在RST引腳上作用2個機器周期以上的高電平，將使單片機復(fù)位。WDT溢出將使該引腳輸出高電平，設(shè)置SFT AUXR的DISRTO位（地址8EH）可打開或關(guān)閉該功能。

11、DISRTO位缺省為RESET輸出高電平打開狀態(tài)。6. EA/VPP 片外程序存儲器訪問允許信號。欲使CPU僅訪問外部程序存儲器（地址為0000H-FFFFH），EA端必須保持低電平（接地），如果EA端為高電平（接Vcc端），CPU則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器中的指令。7. P1口,P2口P1，P2是一組帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口。運行時通過P1口控制驅(qū)動電路的工作，將數(shù)據(jù)送到數(shù)碼管，顯示相應(yīng)的段碼，為了達到減少功耗或滿足端口對最大電流的限制，應(yīng)加上一限流電阻。P2.0P2.7口控制數(shù)碼管的位選，使六個數(shù)碼管輪流顯示數(shù)據(jù)，等于0時位選三極管導(dǎo)通，等于1 時位選三極管截止。8. 無自鎖開關(guān)（S2P

12、3.7）開關(guān)接相應(yīng)引腳P3.7，當開關(guān)按下時，相應(yīng)引腳為低電平0，斷開時引腳為高電平1。3.2.2復(fù)位電路無論使用哪種類型的單片機，總要涉及到單片機復(fù)位電路的設(shè)計而單片機復(fù)位電路設(shè)計的好壞，直接影響到整個系統(tǒng)工作的可靠性許多用戶在設(shè)計完單片機系統(tǒng)，并在實驗室調(diào)試成功后，在現(xiàn)場卻出現(xiàn)了“死機”、“程序走飛”等現(xiàn)象，這主要是單片機的復(fù)位電路設(shè)計不可靠引起的。復(fù)位電路的基本功能是：系統(tǒng)上電時提供復(fù)位信號，直至系統(tǒng)電源穩(wěn)定后，撤銷復(fù)位信號。為可靠起見，電源穩(wěn)定后還要經(jīng)過一定的延時才撤銷復(fù)位信號，以防電源開關(guān)或電源插頭分-合過程中引起的抖動而影響復(fù)位。單片機復(fù)位電路參數(shù)的選定須在振蕩穩(wěn)定后保證復(fù)位高電平

13、持續(xù)時間大于2個機器周期。單片機復(fù)位電路主要有四種類型：微分型復(fù)位電路；積分型復(fù)位電路；比較器型復(fù)位電路；看門狗型復(fù)位電路。 復(fù)位電路設(shè)計如圖3.3圖3.3 復(fù)位電路3.2.3晶振電路晶振電路設(shè)計如圖3.4圖3.4晶振電路XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時鐘源驅(qū)動器件，XTAL1應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器，因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。C1,C2在是電時幫助晶振起振。3.2.4數(shù)碼管顯示驅(qū)動電路abcdegGNDfdpGNDabcefg

14、d·dpabcdefgdpdpgfedcba5V（a）（b） 共陰極 共陽極數(shù)碼管點亮田：段選和位選，結(jié)合圖3.5，圖3.6圖3.5數(shù)碼管引腳圖（a） （b）圖3.6 位選電路圖3.5為數(shù)碼管的引腳圖，每位的段碼線（a,b,c,d,e,f,g,dp）分別與1個8位的鎖存器輸出相連，由AT89S51控制組合09十個數(shù)據(jù)，如令其顯示1則b,c引腳（即2，3引腳）送高電平，此時數(shù)碼管顯示1。由于各位的段碼線并聯(lián)，8位I/O口輸出段碼對各個顯示位來說都是相同的。當數(shù)碼管正常工作時必須接上拉電阻，數(shù)碼管點亮一般要510mA的電流，po輸出電流不到1mA，同時上拉電阻起到一個限流的作用。在多位L

15、ED顯示時，為了簡化電路，降低成本，節(jié)省系統(tǒng)資源，將所有的N位段選碼并聯(lián)在一起，由一片74HC595控制。由于所有LED的段選碼皆由一個74HC595并行輸出口控制，因此，在每一瞬間，N位LED會顯示相同的字符。想要每位顯示不同的字符，就必須采用掃描的方法，即在每一瞬間只使用一位顯示字符。在此瞬間，74HC595并行輸出口輸出相應(yīng)字符段選碼，而位選則控制I/O口在該顯示位送入選通電平，以保證該位顯示相應(yīng)字符。如此輪流，使每位分時顯示該位應(yīng)顯示字符。由于74HC595具有鎖存功能，而且串行輸入段選碼需要一定時間，因此，不需要延時，即可形成視覺暫留效果。圖3.6為位選電路，PNP型三極管的集電極接

16、數(shù)碼管的公共端，當P2口對應(yīng)的引腳輸出低電平時三極管導(dǎo)通，對應(yīng)的數(shù)碼管顯示數(shù)據(jù)。這樣，在同一時刻，多位LED中只有選通的那1位顯示出字符，而其他5位則是熄滅的。同樣，在下一時刻，只讓下一位的位選線處于選通狀態(tài)，而其他個位的位選線處于關(guān)閉狀態(tài)，在段碼線上輸出將要顯示字符的段碼，則同一時刻，只有選通位顯示出相應(yīng)的字符，而其他各位則是熄滅的。如此循環(huán)下去，就可以使各位顯示出將要顯示的字符。雖然這些字符是在不同時刻出現(xiàn)的，而在同一時刻，只有一位顯示，其他各位熄滅，但由于LED的余輝和人眼的視覺暫留作用，只要每位顯示間隔足夠短，則可以造成多位同時亮的假象，達到同時顯示的效果。3.2.5定時報時電路設(shè)計本

17、電路采用無源蜂鳴器作為發(fā)聲報時的聲源，對P1.3口 延時翻轉(zhuǎn)電平產(chǎn)生驅(qū)動波形（如圖3.7）對蜂鳴器進行驅(qū)動。通過改變延時時間進而改方波的占功比可以得到驅(qū)動蜂鳴器的方波信號。這樣蜂鳴器報時時就可以聽到不同音調(diào)的報時聲。 圖3.7 波形圖3.2.6按鈕設(shè)置電路按鈕設(shè)置電路如圖3.8圖3.8按鈕設(shè)置電路按鍵按下時，由于抖動的問題，用延時的方法去除抖動，原因及解決方案如圖3.9圖3.9 延時方法除抖動4 軟件系統(tǒng)設(shè)計4.1主程序流程圖圖4.1 主程序圖4.2系統(tǒng)設(shè)計的源程序包括主程序、中斷子程序、顯示子程序、判斷按鍵和調(diào)時設(shè)置程序、等待按鍵抬起程序、報時子程序、延時子程序用單片機AT89C51設(shè)計一個

18、多功能電子時鐘能實現(xiàn)時分秒顯示，能定時報時，還有調(diào)整時間的功能。單片機AT89C51的P0口接數(shù)碼管的7段，P2口接數(shù)碼管的位選。P3.0-P3.4接按鍵，P1.3接蜂鳴,數(shù)碼管是一個八位一體共陰的，時間初始值00：00：00#include<reg52.h> / 包含51單片機寄存器定義的頭文件unsigned char Tab = 0x3F, 0x06, 0x5B, 0x4F, 0x66,0x6D, 0x7D,0x07, 0x7F,0x6F,; /段碼 共陰unsigned char port8=0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf,0xbf,0x7f;u

19、nsigned char int_time ; /中斷次數(shù)計數(shù)變量unsigned char second; /秒計數(shù)變量unsigned char minute; /分鐘計數(shù)變量unsigned char hour; /小時計數(shù)變量unsigned char second0; /秒計數(shù)變量unsigned char minute0; /分鐘計數(shù)變量unsigned char hour0;unsigned char flag ;sbit k0=P30 ;sbit k1=P31;sbit k2=P32;sbit k3=P33;sbit k4=P34;sbit ring=P13 ;void Del

20、ayUs2x(unsigned char t) /延時函數(shù) while(-t);void delay(unsigned char t)while(t-) /大致延時1mSDelayUs2x(245); DelayUs2x(245);void Display() /時間顯示函數(shù)P2=0xbf; /P2.6引腳輸出低電平， DS6點亮 P0=Tabsecond/10; /顯示秒十位delay(1); P2=0x7f; /P2.7引腳輸出低電平， DS7點亮 P0=Tabsecond%10; /顯示秒個位delay(1);P2=0xf7; / P2.3引腳輸出低電平， DS3點亮 P0=Tabmin

21、ute/10; /顯示分十位delay(1);P2=0xef; / P2.4引腳輸出低電平， DS4點亮 P0=Tabminute%10;/顯示分個位delay(1); P2=0xdf; /P2.5引腳輸出低電平， DS5點亮 P0=0x40; /分隔符“-”的段碼delay(1); P2=0xfe; /P2.0引腳輸出低電平， DS0點亮 P0=Tabhour/10; /顯示時十位 delay(1); P2=0xfd; /P2.1引腳輸出低電平， DS1點亮 P0=Tabhour%10; /顯示時個位delay(1);P2=0xfb; /P2.2引腳輸出低電平， DS2點亮 P0=0x40;

22、 /分隔符“-”的段碼delay(1); void Display0() /鬧鐘時間顯示函數(shù)P2=0xbf; P0=Tabsecond0/10; delay(1); P2=0x7f; P0=Tabsecond0%10; delay(1); P2=0xf7; P0=Tabminute0/10; delay(1); P2=0xef; P0=Tabminute0%10; delay(1); P2=0xdf; P0=0x40; delay(1); P2=0xfe; P0=Tabhour0/10; delay(1); P2=0xfd; P0=Tabhour0%10; delay(1);P2=0xfb;

23、P0=0x40; delay(1); void main(void) /主函數(shù) k0=1; k1=1; k2=1; k3=1; k4=1; TMOD=0x01; /使用定時器T0 EA=1; /開中斷總允許 ET0=1; /允許T0中斷 TH0=(65536-46083)/256; /定時器高八位賦初值 TL0=(65536-46083)%256; /定時器低八位賦初值 TR0=1; int_time=0; /中斷計數(shù)變量初始化 second=0; /秒計數(shù)變量初始化 minute=0; /分鐘計數(shù)變量初始化 hour=0; /小時計數(shù)變量初始化 second0=0; /秒計數(shù)變量初始化 mi

24、nute0=0; /分鐘計數(shù)變量初始化 hour0=0; flag=0; while(1) if(k0=0)EA=0;while(k4!=0) if(k2=0)delay(10);if(k2=0)hour+;if(hour>23)hour=0; while(k2=0)Display(); if(k3=0)delay(10);if(k3=0)minute+; if(minute>59)minute=0; while(k3=0)Display(); Display(); EA=1; if(k1=0)flag=1；while(k4!=0) if(k2=0)delay(10);if(k2=

25、0)hour+;if(hour>23)hour=0; while(k2=0)Display0(); if(k3=0)delay(10);if(k3=0)minute+; if(minute>59)minute=0; while(k3=0)Display0(); Display0(); if(flag&&(hour=hour0)&&(minute=minute0)ring=!ring;Display();Display(); void interserve(void ) interrupt 1 using 1 /using Time0函數(shù)功能：定時器T0的中斷服務(wù)子程序int_time+;if(int_time=20) int_time=0; /中斷計數(shù)變量清0 second+; /秒計數(shù)變量加1if(second=60) second=0; /如果秒計滿60，將秒計數(shù)變量清0 minute+; /分鐘計數(shù)變量加1if(minute=60) minute=0; /如