多功能數(shù)字鐘的設(shè)計與實現(xiàn)

1、多功能數(shù)字鐘的設(shè)計與實現(xiàn)一、實驗?zāi)康?掌握數(shù)字鐘的設(shè)計原理。2用微機實驗平臺實現(xiàn)數(shù)字鐘。3分析比較微機實現(xiàn)的數(shù)字鐘和其他方法實現(xiàn)的數(shù)字鐘。二、實驗內(nèi)容與要求使用微機實驗平臺實現(xiàn)數(shù)字鐘。1基本要求如下：1) 24小時制時間顯示。2) 可以隨時進行時間校對。3) 整點報時。4) 鬧鐘功能，要求設(shè)置起鬧時間時，不影響時鐘的正常走時。2提高要求1) 校時時相應(yīng)位閃爍。2) 能夠設(shè)置多個起鬧點。三、實驗報告要求1 .設(shè)計目的和內(nèi)容2 .總體設(shè)計3 .硬件設(shè)計：原理圖(接線圖)及簡要說明4 .軟件設(shè)計框圖及程序清單5 .設(shè)計結(jié)果和體會(包括遇到的問題及解決的方法)四、系統(tǒng)總體設(shè)計根據(jù)設(shè)計要求，初步思路如下

2、：1) 計時單元由定時/計數(shù)器8253的通道0來實現(xiàn)。定時采用硬件計數(shù)和軟件技術(shù)相結(jié)合的方式，即通過8253產(chǎn)生一定的定時時間，然后再利用軟件進行計數(shù)，從而實現(xiàn)24小時制定時。8253定時時間到了之后產(chǎn)生中斷信號，8253在中斷服務(wù)程序中實現(xiàn)時、分、秒的累加。2) 時間顯示采用實驗平臺上的6個LED數(shù)碼管分別顯示時、分、秒，采用動態(tài)掃描方式實現(xiàn)。3) 校時和鬧鈴定時通過鍵盤電路和單脈沖產(chǎn)生單元來輸入。按鍵包括校時鍵、鬧鐘定時鍵、加1鍵和減1鍵等。4）報警聲響用蜂鳴器產(chǎn)生，將蜂鳴器接到8255的一個端口，通過輸出電平的高低來控制蜂鳴器的發(fā)聲。系統(tǒng)硬件設(shè)計主要利用微機實驗平臺上的電路模塊。硬件電路

3、主要由鍵盤電路、單脈沖產(chǎn)生單元、8253定時計數(shù)器、8255并行接口單元、8259中斷控制器、LED顯示電路和蜂鳴器電路等等。系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計框圖如圖1所示。圖1硬件電路框圖五、硬件設(shè)計根據(jù)設(shè)計思路，硬件電路可通過實驗平臺上的一些功能模塊電路組成，由于實驗平臺上的各個功能模塊已經(jīng)設(shè)計好，用戶在使用時只要設(shè)計模塊間電路的連接，因此，硬件電路的設(shè)計及實現(xiàn)相對簡單。完整系統(tǒng)的硬件連接如圖2所示。硬件電路由定時模塊、按鍵模塊、數(shù)碼管顯示模塊和蜂鳴器模塊組成。PCBUSCS3CS1CS2地址 譯碼 電路OUT08253 GATE0Clk0PA08255 PB0PC"I數(shù)碼管顯示模塊Q6蜂鳴器

4、鍵盤電路,ICS4IRQ28259IRQ3IRQ5圖2系統(tǒng)硬件電路圖單脈沖發(fā)生單元單脈沖發(fā) 生單元各個模塊的詳細說明:1 .定時模塊定時模塊主要是實現(xiàn)硬件定時1s,由8253的計數(shù)器。來實現(xiàn)。Clk0接實驗平臺分頻電路輸出Q6,f=46875hz。GATE0接8255的PA0,由8255的PA0輸出來控制計數(shù)器的起停。OUT0接8259的IRQ2,定時完成請求中斷，進入中斷服務(wù)程序。軟件在中斷服務(wù)程序中實現(xiàn)時分秒的累加。2 .LED數(shù)碼管模塊實驗平臺上提供一組六個LED數(shù)碼管。插孔CS1用于數(shù)碼管段選的輸出選通，插孔CS2用于數(shù)碼管位選信號的輸出選通。本設(shè)計用6個數(shù)碼管來動態(tài)顯示時分秒，動態(tài)顯

5、示的定時時間由軟件延時。3 .按鍵模塊按鍵模塊包括有2個單脈沖發(fā)生單元的按鍵，3個鍵盤模塊的按鍵。2個單脈沖發(fā)生單元的按鍵K1,K2分別為校時鍵和鬧鐘定時鍵，采用中斷方式。3個鍵盤按鍵A鍵，B鍵和C鍵分別為加1鍵，減1鍵和切換鍵。具體的功能定義如下表。鍵盤電路和8255的連接見按鍵鍵名功能說明K1校時鍵進入校時狀態(tài)K2鬧鐘定時鍵進入鬧鐘定時狀態(tài)A鍵力口 1鍵校分或校時的時候使其加1遞增B鍵減1鍵校分或校時的時候使其減1遞減C鍵切換鍵校分后切換到校時校時后切換到時鐘狀態(tài)鬧鐘設(shè)定分值后切換到設(shè)定時值鬧鐘設(shè)定時值后切換到時鐘狀態(tài)圖3所示。+ 5V8255 IVCCD0-D7FCOPC15363569

6、8RDPC2WRPC3RESETPC4CSPC5AOPCSAlFC7GND,L1啰;1fl歲U r 啰一(1啰U啰U r 吵二 (1昨吵V r 昨 fl呼V riCOL1COL2CCL4PR2鍵盤電路+5V圖3鍵盤電路和8255的連接圖4 .蜂鳴器模塊蜂鳴器模塊由蜂鳴器驅(qū)動電路和8255組成。選擇一只壓電式蜂鳴器，壓電式蜂鳴器工作時約需要100mA驅(qū)動電流。蜂鳴器電路如圖4所示。當8255的PB0口輸出為高電平時,蜂鳴器產(chǎn)生蜂鳴音，8255輸出為低電平時，蜂鳴器不發(fā)聲。圖4蜂鳴器電路六、軟件設(shè)計1 .軟件設(shè)計思路根據(jù)系統(tǒng)的功能，可以將程序分為5個功能模塊，包括LED數(shù)碼管掃描模塊、時間計時模塊

7、、校時模塊、鬧鐘定時模塊和鍵盤掃描模塊。1） LED數(shù)碼管掃描模塊在采用動態(tài)掃描方式時，要使得LED顯示得比較均勻，又有足夠的亮度，需要設(shè)置適當?shù)膾呙桀l率。當掃描頻率在70Hz左右時，能夠產(chǎn)生足夠的圖形和比較好的效果。在每一位LED顯示后調(diào)用一個延時程序。采用實驗平臺時，插孔CS1用于數(shù)碼管段選的輸出選通，插孔CS2用于數(shù)碼管位選信號的輸出選通。在編程時，只需要先輸出數(shù)據(jù)選通相應(yīng)的位，再輸出顯示數(shù)據(jù)。顯示數(shù)據(jù)輸出前要將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為顯示代碼。2）時間計時模塊計時是采用硬件計時和軟件計時相結(jié)合的方法。硬件定時100ms,產(chǎn)生中斷。8253定時的時間是100ms,clk0的輸入時鐘f=46875hz,

8、所以計數(shù)初值為124FH。分另用Hour、Min、Sec來存儲時分秒值。在中斷服務(wù)程序中，計數(shù)到1秒的時間時，Sec加1。當Sec加到60的時候進一，Min值加1。當Min等于60時，Hour值加1,Hour值等于24時清零開始下一次循環(huán)。3）校時模塊當校時鍵按下時，進入校時中斷程序。停止計數(shù)器，開始鍵盤掃描。當鍵盤是A鍵時，校正的相應(yīng)值為加1,若為B鍵時，校正的相應(yīng)值為減1。C鍵負責在相應(yīng)的位之間切換。具體流程見校時中斷程序的流程圖。4）鬧鈴定時模塊當鬧鈴定時鍵按下時，進入鬧鈴定時中斷程序。開始鍵盤掃描。當鍵盤是A鍵時，定時的相應(yīng)值為加1,若為B鍵時，定時的相應(yīng)值為減1。C鍵負責在相應(yīng)的位之間切換。具體流程同校時中斷程序流程圖。5）鍵盤掃描模塊采用的是行反轉(zhuǎn)法來掃描鍵盤的，調(diào)用鍵盤掃描的程序TESTKEY后，程序中的變量KEY的值就是按下的鍵的值，如果KEY為0FFH則表示無鍵盤輸入，為015則按照上往下從左往右的順序分別代表每一個按鍵按下的信息。判斷鍵值進行相應(yīng)的操作