多功能電子鐘設(shè)計

1、摘 要本論文設(shè)計一個基于單片機的集電子鐘、流水燈多種功能于一體的多功能電子鐘。單片機具有強大的控制功能和靈活的編程實現(xiàn)特性，它已經(jīng)溶入現(xiàn)代人們的生活中，成為不可替代的一部分。本文的主要內(nèi)容是用AT89C52單片機為核心控制元件，設(shè)計一個電子鐘。以單片機作為主控核心，與鍵盤、開關(guān)、揚聲器等模塊組成核心主控制模塊，在主控模塊上設(shè)有3個按鍵，四個開關(guān)，數(shù)碼管和揚聲器。本系統(tǒng)運行穩(wěn)定，其優(yōu)點是硬件電路簡單，軟件功能完善，控制系統(tǒng)可靠，性價比較高等，具有一定的實用和參考價值。 關(guān)鍵詞：AT89C52單片機 電子鐘 流水燈 目錄1.引 言22. 總體設(shè)計32.1基本原理32.2系統(tǒng)總體框圖及設(shè)計

2、思路43.詳細設(shè)計53.1 硬件設(shè)計53.2軟件設(shè)計.10程序設(shè)計思路113.2.2 程序流程圖123.2.3 程序代碼134. 系統(tǒng)調(diào)試及分析265.心得體會29參考文獻301 引 言單片微型計算機是大規(guī)模集成電路技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物，屬第四代電子計算機，它具有高性能、高速度、體積小、價格低廉、穩(wěn)定可靠、應(yīng)用廣泛的特點。它的應(yīng)用必定導(dǎo)致傳統(tǒng)的控制技術(shù)從根本上發(fā)生變革。因此，單片機的開發(fā)應(yīng)用已成為高科技和工程領(lǐng)域的一項重大課題。 1957年,Ventura發(fā)明了世界上第一個電子表，從而奠定了電子時鐘的基礎(chǔ)，電子時鐘開始迅速發(fā)展起來?，F(xiàn)代的電子時鐘是基于單片機的一種計時工具，采用延時程序產(chǎn)生一定的時間

3、中斷，用于一秒的定義，通過計數(shù)方式進行滿六十秒分鐘進一，滿六十分小時進一，滿二十四小時小時清零。從而達到計時的功能，是人民日常生活補課缺少的工具?，F(xiàn)在高精度的計時工具大多數(shù)都使用了石英晶體振蕩器，由于電子鐘、石英鐘、石英表都采用了石英技術(shù)，因此走時精度高，穩(wěn)定性好，使用方便，不需要經(jīng)常調(diào)試，數(shù)字式電子鐘用集成電路計時時，譯碼代替機械式傳動，用LED顯示器代替指針顯示進而顯示時間，減小了計時誤差，這種表具有時、分、秒顯示時間的功能，還可以進行時和分的校對，片選的靈活性好。 2 總體設(shè)計2.1基本原理數(shù)字時鐘是本設(shè)計的最主要的部分。根據(jù)需要，可利用兩種方案實現(xiàn)。方案一：本方案采用Dallas公司的

4、專用時鐘芯片DS12887A。該芯片內(nèi)部采用石英晶體振蕩器，其芯片精度不大于10ms/年，且具有完備的時鐘鬧鐘功能，因此，可直接對其以用于顯示或設(shè)置，使得軟件編程相對簡單。為保證時鐘在電網(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。當電網(wǎng)電壓不足或突然掉電時，系統(tǒng)自動轉(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，鋰電池也能保證芯片的正常運行，以備隨時提供正確的時間。方案二：本方案完全用軟件實現(xiàn)數(shù)字時鐘。原理為：在單片機內(nèi)部存儲器設(shè)三個字節(jié)分別存放時鐘的時、分、秒信息。利用定時器與軟件結(jié)合實現(xiàn)1秒定時中斷，每產(chǎn)生一次中斷，存儲器內(nèi)相應(yīng)的秒值加1；若秒值達到60，

5、則將其清零，并將相應(yīng)的分字節(jié)值加1；若分值達到60，則清零分字節(jié)，并將時字節(jié)值加1；若時值達到24，則將十字節(jié)清零。該方案具有硬件電路簡單的特點。但由于每次執(zhí)行程序時，定時器都要重新賦初值，所以該時鐘精度不高。而且，由于是軟件實現(xiàn)，當單片機不上電，程序不執(zhí)行時，時鐘將不工作?；谟布娐返目紤]，本設(shè)計采用方案二完成數(shù)字時鐘的功能。數(shù)碼管顯示方案方案一：靜態(tài)顯示。所謂靜態(tài)顯示，就是當顯示器顯示某一字符時，相應(yīng)的發(fā)光二極管恒定的導(dǎo)通或截止。該方式每一位都需要一個8 位輸出口控制。靜態(tài)顯示時較小的電流能獲得較高的亮度，且字符不閃爍。但當所顯示的位數(shù)較多時，靜態(tài)顯示所需的I/O口太多，造成了資源的浪費

6、。方案二：動態(tài)顯示。所謂動態(tài)顯示就是一位一位的輪流點亮各個位，對于顯示器的每一位來說，每隔一段時間點亮一次。利用人的視覺暫留功能可以看到整個顯示，但必須保證掃描速度足夠快，字符才不閃爍。顯示器的亮度既與導(dǎo)通電流有關(guān)，也于點亮時間與間隔時間的比例有關(guān)。調(diào)整參數(shù)可以實現(xiàn)較高穩(wěn)定度的顯示。動態(tài)顯示節(jié)省了I/O口，降低了能耗。從節(jié)省I/O口和降低能耗出發(fā)，本設(shè)計采用方案二。2.2系統(tǒng)總體框圖及設(shè)計思路 3 詳細設(shè)計3.1 硬件設(shè)計3.1.1電源部分 圖3-2如圖3-2所示，從外部引入5.0V的直流電，為單片機、復(fù)位電路提供電源。3.1.2復(fù)位電路圖3-3如圖3-3所示，復(fù)位電路主要由型號為1N4148

7、的二極管，型號為10UF/16V的電解電容，型號為104的瓷片電容，10K的電阻以及按鍵S1構(gòu)成，S1接芯片的相應(yīng)引腳RST，當開關(guān)按下時引腳RST為高電平1，斷開時引腳為低電平0。3.1.3位選部分圖3-5圖3-5為位選電路，三極管的集電極接數(shù)碼管的公共端，當P2口對應(yīng)的引腳輸出高電平時三極管導(dǎo)通，對應(yīng)的數(shù)碼管顯示數(shù)據(jù)。這樣，在同一時刻，6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

8、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。3.1.4數(shù)碼管的連接電路圖3-6圖3-6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。AT89S51是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低功耗，高性能CMOS 8位

9、單片機，片內(nèi)含4K bytes的可系統(tǒng)編程的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)生產(chǎn)，兼容標準8051指令系統(tǒng)及引腳。AT89S51提供以下標準功能：4K字節(jié)Flash閃速存儲器，128字節(jié)內(nèi)部RAM，32I/O口線，看門狗（WDT），兩個數(shù)據(jù)指針，兩個16位定時/計數(shù)器，一個5向量兩級中斷結(jié)構(gòu)，一個全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時鐘電路。如圖3-7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4.5V2. 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

10、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。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

11、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。P2.0P2.5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1時位選三極管導(dǎo)通，等于0 時位選三極管截止。8. 無自鎖開關(guān)（S2P3.7）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。9. PCB圖：流水燈硬件原理圖32軟件設(shè)計. 程序設(shè)計思路流水燈部分為由八個燈分時點亮，并由一個開關(guān)控制其變換方式。從硬件原理圖中可以看出，如果要讓接在P1.0口的LED1亮起來，那么只要把P1.0口的電平變?yōu)榈碗娖骄涂梢粤?；相反，如果要接在P1.0口的LED1熄滅，就要把P1.0口的

12、電平變?yōu)楦唠娖剑煌?，接在P1.1P1.7口的其他7個LED的點亮和熄滅的方法同LED1。因此，要實現(xiàn)流水燈功能，我們只要將發(fā)光二極管LED1LED8依次點亮、熄滅，8只LED燈便會一亮一暗的做流水燈了。在此我們還應(yīng)注意一點，由于人眼的視覺暫留效應(yīng)以及單片機執(zhí)行每條指令的時間很短，我們在控制二極管亮滅的時候應(yīng)該延時一段時間，否則我們就看不到“流水”效果了。單片機的應(yīng)用系統(tǒng)由硬件和軟件組成，上述硬件原理圖搭建完成上電之后，我們還不能看到流水燈循環(huán)點亮的現(xiàn)象，我們還需要告訴單片機怎么來進行工作，即編寫程序控制單片機管腳電平的高低變化，來實現(xiàn)發(fā)光二極管的一亮一滅。軟件編程是單片機應(yīng)用系統(tǒng)中的一個重要

13、的組成部分，是單片機學(xué)習的重點和難點。下面我們以最簡單的流水燈控制功能即實現(xiàn)8個LED燈的循環(huán)點亮，來介紹實現(xiàn)流水燈控制的幾種軟件編程方法。在主程序的開始定義了一組固定單元用來存儲計數(shù)的分、秒、時的存儲單元。在主程序中，對不同的按鍵進行掃描，實現(xiàn)秒表，時間調(diào)整。系統(tǒng)總體流程圖如圖3所示。 程序流程圖 程序代碼1、預(yù)定義部分 #include<reg52.h>#define char unsigned char code char tmpled90=0X01,0X02,0X04,0X08,0X10,0X20,0X40,0X80,0X81,0X82,0X84,0X88,0X90,0XA

14、0,0XC0,0XC1,0XC2,0XC4,0XC8,0XD0,0XE0,0XE1,0XE2,0XE4,0XE8,0XF0,0XF1,0XF2,0XF4,0XF8,0XF9,0XFA,0XFC,0XFD,0XFE,0XFF,0XFF,0X00,0XFF,0X00,0X00,0XFF,0XFF,0X00,0X00,0X80,0X40,0X20,0X10,0X08,0X04,0X02,0X01,0X81,0X41,0X21,0X11,0X09,0X05,0X03,0X83,0X43,0X23,0X13,0X0B,0X07,0X87,0X47,0X27,0X17,0X0F,0X8F,0X4F,0X2

15、F,0X1F,0X9F,0X5F,0X3F,0XBF,0X7F,0XFF,0XFF,0X00,0XFF,0X00;/定義數(shù)組常量,表示流水燈的變換方式，前面加"code"表示常量在程序代碼中存放，不占用RAM。該數(shù)組為發(fā)光二極管的輸出數(shù)據(jù)Code char li33=0X81,0X42,0X24,0X18,0X99,0X5A,0X3C,0XBD,0X7E,0XFF,0XFF,0XE7,0XC3,0X81,0X00, 0X18,0X00,0X18,0X24,0X42,0X81, 0X99,0XA5,0XC3,0XDB,0XE7,0XFF,0XFF,0X00,0XFF,0X00

16、;/此數(shù)組表示流水燈的另一種變換方式 char code dis_711=0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90,0xff; char code scan_con8=0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf,0xbf,0x7f; char data timedata6=0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00; char data dis8=0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00; char data conls=0x00,con04s=0x00,con=0X

17、00; sbit key0=P10; sbit key1=P11; sbit key2=P12; sbit been=P13; sbit key3=P14; sbit key4=P15; sbit key5=P16;2、功能控制通過開關(guān)控制鬧鈴部分void wen(void) if (timedata0>=5&&timedata1<=4&&timedata2=0&&timedata3=0&&timedata4=0&&timedata5=0&&key3=0) been=been; else

18、 been=1; 3、數(shù)碼管顯示部分本段采用的是共陰極LED數(shù)碼管：scan() char k; for(k=0;k<6;k+) if(key5=0) P0=dis_7disk;P2=scan_conk;delay1ms(1);P2=0xff;elseP0=0xff;break; 4、按鍵部分：、利用3個按鍵調(diào)節(jié)時鐘 keyscan() EA=0; if(key0=0) delay1ms(10); while(key0=0); if(discon=10) dis7=discon;discon=dis6;dis6=dis7; con+;TR0=0;ET0=0;TR1=1;ET1=1; if

19、(con>=6) con=0;TR1=0;ET1=0;TR0=1;ET0=1; if(con!=0) if(key1=0) delay1ms(10); while(key1=0); timedatacon+; if(timedatacon>=10) timedatacon=0; discon=timedatacon;dis6=0x0a; if(con!=0) if(key2=0) delay1ms(10); while(key2=0); if(timedatacon=0) timedatacon=0x09; elsetimedatacon-; discon=timedatacon;

20、dis6=0x0a; EA=1;5、產(chǎn)生時鐘部分： 對晶振周期計數(shù)，記滿一秒產(chǎn)生中斷，計數(shù)顯示秒位加一void time_intt0(void) interrupt 1 ET0=0;TR0=0;TH0=0x3C;TL0=0XB0;TR0=1; conls+; if(conls=20) conls=0x00; timedata0+ ; if(timedata0>=10) timedata0=0;timedata1+; if(timedata1>=6) timedata1=0;timedata2+; if(timedata2>=10) timedata2=0;timedata3+

21、; if(timedata3>=6) timedata3=0;timedata4+; if(timedata4>=10) timedata4=0;timedata5+; if(timedata5=2) if(timedata4=4) timedata4=0;timedata5=0; dis0=timedata0;dis1=timedata1;dis2=timedata2; dis3=timedata3;dis4=timedata4;dis5=timedata5; ET0=1; void time_intt1(void) interrupt 3 EA=0;TR1=0;TH1=0x3C

22、;TL1=0xB0;TR1=1; con04s+; if(con04s=8) con04s=0x00; dis7=discon;discon=dis6;dis6=dis7; EA=1; 6、流水燈控制部分：共兩個開關(guān)，一個切換數(shù)碼管與流水燈的亮滅，一個用來切換流水燈自身的點亮方式void lsd(void) char n; char i; iii: for(n=0;n<100;n+) if(key5=1)/循環(huán)輸出40個數(shù)據(jù) if(key4=1) P3=tmpledn;/""這個符號是取反，因發(fā)光二極管采用共陽極，所以將數(shù)據(jù)取反再輸出 delay1ms(110);/調(diào)

23、用延時子函數(shù)，改變參數(shù)大小，調(diào)整變化速度 else P3=0XFF; delay1ms(30); goto www; else P3=0xff; break; www: for(i=0;i<40;i+) if(key5=1) if(key4=0) P3=lii;/""這個符號是取反，因發(fā)光二極管采用共陽極，所以將數(shù)據(jù)取反再輸出 delay1ms(200);/調(diào)用延時子函數(shù)，改變參數(shù)大小，調(diào)整變化速度 else P3=0XFF; delay1ms(30); goto iii; else P3=0XFF; break; 整體程序部分： #include<reg52.

24、h>#define char unsigned char code char tmpled90=0X01,0X02,0X04,0X08,0X10,0X20,0X40,0X80,0X81,0X82,0X84,0X88,0X90,0XA0,0XC0,0XC1,0XC2,0XC4,0XC8,0XD0,0XE0,0XE1,0XE2,0XE4,0XE8,0XF0,0XF1,0XF2,0XF4,0XF8,0XF9,0XFA,0XFC,0XFD,0XFE,0XFF,0XFF,0X00,0XFF,0X00,0X00,0XFF,0XFF,0X00,0X00,0X80,0X40,0X20,0X10,0X08

25、,0X04,0X02,0X01,0X81,0X41,0X21,0X11,0X09,0X05,0X03,0X83,0X43,0X23,0X13,0X0B,0X07,0X87,0X47,0X27,0X17,0X0F,0X8F,0X4F,0X2F,0X1F,0X9F,0X5F,0X3F,0XBF,0X7F,0XFF,0XFF,0X00,0XFF,0X00;/定義數(shù)組常量,前面加"code"表示常量在程序代碼中存放， /不占用RAM。該數(shù)組為發(fā)光二極管的輸出數(shù)據(jù)Code char li33=0X81,0X42,0X24,0X18,0X99,0X5A,0X3C,0XBD,0X7E,0

26、XFF,0XFF,0XE7,0XC3,0X81,0X00, 0X18,0X00,0X18,0X24,0X42,0X81, 0X99,0XA5,0XC3,0XDB,0XE7,0XFF,0XFF,0X00,0XFF,0X00;char code dis_711=0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90,0xff; char code scan_con8=0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf,0xbf,0x7f; char data timedata6=0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00; cha

27、r data dis8=0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00; char data conls=0x00,con04s=0x00,con=0X00; sbit key0=P10; sbit key1=P11; sbit key2=P12; sbit been=P13; sbit key3=P14; sbit key4=P15; sbit key5=P16; void wen(void) if (timedata0>=5&&timedata1<=4&&timedata2=0&&timedata3

28、=0&&timedata4=0&&timedata5=0&&key3=0) been=been; else been=1; delay1ms(int t) int i,j; for(i=0;i<t;i+) for(j=0;j<120;j+); keyscan() EA=0; if(key0=0) delay1ms(10); while(key0=0); if(discon=10) dis7=discon;discon=dis6;dis6=dis7; con+;TR0=0;ET0=0;TR1=1;ET1=1; if(con>=6)

29、 con=0;TR1=0;ET1=0;TR0=1;ET0=1; if(con!=0) if(key1=0) delay1ms(10); while(key1=0); timedatacon+; if(timedatacon>=10) timedatacon=0; discon=timedatacon;dis6=0x0a; if(con!=0) if(key2=0) delay1ms(10); while(key2=0); if(timedatacon=0) timedatacon=0x09; elsetimedatacon-; discon=timedatacon;dis6=0x0a;

30、EA=1; scan() char k; for(k=0;k<6;k+) if(key5=0) P0=dis_7disk;P2=scan_conk;delay1ms(1);P2=0xff;elseP0=0xff;break; clearmen() int i; for(i=0;i<6;i+) disi=timedatai; TH0=0x3C;TL0=0xB0; TH1=0x3C;TL1=0xB0; TMOD=0X11;ET0=1;ET1=1;TR1=0;TR0=1;EA=1; void lsd(void) char n; char i; iii: for(n=0;n<100;

31、n+) if(key5=1)/循環(huán)輸出40個數(shù)據(jù) if(key4=1) P3=tmpledn;/""這個符號是取反，因發(fā)光二極管采用共陽極，所以將數(shù)據(jù)取反再輸出 delay1ms(110);/調(diào)用延時子函數(shù)，改變參數(shù)大小，調(diào)整變化速度 else P3=0XFF; delay1ms(30); goto www; else P3=0xff; break; www: for(i=0;i<40;i+) if(key5=1) if(key4=0) P3=lii;/""這個符號是取反，因發(fā)光二極管采用共陽極，所以將數(shù)據(jù)取反再輸出 delay1ms(200);/

32、調(diào)用延時子函數(shù)，改變參數(shù)大小，調(diào)整變化速度 else P3=0XFF; delay1ms(30); goto iii; else P3=0XFF; break; main() clearmen(); while(1) scan(); keyscan(); wen();lsd() ; void time_intt0(void) interrupt 1 ET0=0;TR0=0;TH0=0x3C;TL0=0XB0;TR0=1; conls+; if(conls=20) conls=0x00; timedata0+ ; if(timedata0>=10) timedata0=0;timedata

33、1+; if(timedata1>=6) timedata1=0;timedata2+; if(timedata2>=10) timedata2=0;timedata3+; if(timedata3>=6) timedata3=0;timedata4+; if(timedata4>=10) timedata4=0;timedata5+; if(timedata5=2) if(timedata4=4) timedata4=0;timedata5=0; dis0=timedata0;dis1=timedata1;dis2=timedata2; dis3=timedata3;dis4=timedata4;dis5=timedata5; ET0=1; void t