單片機設計的多功能數字鐘設計分析研究方案1

1、個人收集整理僅供參考學習多功能數字鐘設計報告指導老師：龍光利 隊員：霍寶龍（物理與電信工程學院）101)101)王陽陽（電氣工程學院，電氣李偉濤（電氣工程學院，電氣23 / 19目錄1. 設計任務與要求2. 設計原理及方案3. 主要元器件清單4. 電路原理圖5. 原理說明6. 系統(tǒng)軟件部分7. 整機調整過程8. 總結六位多功能數字鐘制作報告設計任務與要求1.任務.設計制作一個24小時制多功能數字鐘.示意圖如下(僅供參考)：盂鈴開 鬧鈴關門。n n設宣時間設蛍鬧憐小時分鐘2要求.基本要求(1) 具有時間設置(小時和分鐘)、鬧鐘時間設置、鬧鐘開、鬧鐘關功能.(2) 數字顯示小時、分鐘，有 AM、P

2、M指示器，鬧鐘就緒燈，蜂鳴器.(3) 220V 供電.發(fā)揮部分(1) 鍵盤切換現(xiàn)場環(huán)境溫度顯示.(060 °C 1°C)(2) 鍵盤切換電網頻率、電壓顯示.(3) 電壓欠壓、過壓報警(220V 10 %)功能.二，設計原理及方案1, 計數原理數字計中是一個對標準頻率進行校準地計數電路 .它地計時周期是24小時， 由于計數器地起始時間不可能與標準時間一致，所以采用校準功能和報時功能.b5E2RGbCAP數字鐘電路主要由譯碼顯示器、校準電路、報時電路、時計數、分計數、 秒計數器，振蕩器和單脈沖產生組成.其中電路系統(tǒng)由秒信號產生器是整個系統(tǒng) 基本信號，它直接決定計數器地精度，用石

3、英振蕩器加分頻器來實現(xiàn)，將標準秒 信號送入秒計數器.分、秒計數器采用60進制，時計數器采用24進制，.譯碼器 顯示電路將時、分、秒計數器地輸出狀態(tài)通過三個兩位共陽數碼管顯示出來.整點報時電路根據計時系統(tǒng)地輸出狀態(tài)產生一個脈沖信號，用蜂鳴器輸 出.plEanqFDPw二、模塊電路設計與比較1、時鐘方案選擇采用帶RAM地時鐘芯片AT89C2051.該芯片可以進行時分秒地計數， 可編程 接口，還具有報警功能和掉電保存功能， 并且可以對其方便地進行程序控制， 完 全能滿足題目地要求.DXDiTa9E3dC程序：#i nclude<REG2051.H> code senen_seg10=0x

4、81,0xe7,0x92,0xa2,0xe4,0xa8,0x88,0xe3,0x80,0xa0;P1.7(冒號)口 高電平 RTCrpUDGiT bitkey1_e nter=0,key2_e nter=0,key3_e nter=0,co un tdow n_mark=0,stopwatch_mark=0,co unt_mark=0,bell_mark=0;/ 狀態(tài)標志 5PCzVD7HxAun sig ned char program=0,program_variable=0,co un t_bit=0,co un t=0;jLBHrnAiLgun sig ned char hour=10

5、, minu te=10,sec on d=0;/時間變量xHAQX74J0Xun sig ned char delayed_hour=22,delayed_ minu te=10,delayed_sec on d=0;/ 定時變量 LDAYtRyKfEun sig ned char coun t_hour=0,co unt_minu te=0,co un t_sec on d=0;/計時計數變量Zzz6ZB2Ltkun sig ned char coun t_time=0,co un t_co un t=0;/延時子程序/定時計數0器初void delay (un sig ned int t

6、) un sig ned int i,j;for(i=0;i<t;i+) for(j=0;j<10;j+)void time0_in it(void) 始化EA=0;TR0=0;TMOD=0x01;TH0=0xec;TL0=0x73;ET0=1;TR0=1;EA=1;/ 定時計數0器中/ 時鐘計時程序static void timerO_isr(void) in terrupt TFO_VECTOR usi ng 1 斷函數 dvzfvkwMI1TR0=0;TH0=0xec;TL0=0x73;TR0=1;coun t_time+;if(cou nt_time>=199)cou

7、n t_time=0;second+;if(seco nd>=60)sec on d=0;minu te+; if(mi nute>=60)minu te=0;hour+;if(hour>=24)hour=0;if(delayed_hour=hour && delayedminu te=minute && sec on d<4) P3_7=0;rqyn14ZNXIelse P3_7=1;if(coun tdown_mark=1)/ 倒計時程序coun t_co un t+;if(cou nt_cou nt>=199 &&am

8、p;(coun t_sec on d!=0|co unt_minu te!=0|co un t_hour!=0)EmxvxOtOcocoun t_co un t=0;coun t_sec on d-; if(co un t_sec on d>=60)coun t_sec on d=59;coun t_mi nute-;if(co unt_minu te>=60)count_minu te=59;coun t_hour-;if(cou nt_hour>=100) coun t_hour=99;if(coun t_sec ond=0&&count_minu te=

9、0&&coun t_hour=0&&coun t_co un t<=12000)P3_7=0；SixE2yXPq5else P3_7=1;if(coun t_cou nt>=15000) cou nt_cou nt=14000;if(stopwatch_mark=1)/ 秒表程序coun t_co un t+;if(co un t_co un t>=2)coun t_co un t=0;coun t_sec on d+;if(cou nt_seco nd>=100)coun t_sec on d=0;count_minu te+;if(c

10、o unt_minu te>=60)count_minu te=0;coun t_hour+;if(co un t_hour>=60) coun t_hour=0;un sig ned char show_key (void)un sig ned char x=0,y=0;switch (program)case 0: P1&=se nen_segseco nd%10;/時鐘秒地個位6ewMyirQFLbreak;case 1: if(count_time>=90)P1&=senen_segsecond%10; /校正秒地個位 kavU42VRUsbreak;

11、case 2: if(delayed_hour=24) P仁Oxfe;/ 鬧鐘秒地個位else P1&=se nen _segdelayed_sec on d%10;break;case 3: if(cou nt_bit>=0) P1&=se nen_segcou nt_seco nd%10;倒計時秒地個位y6v3ALoS89else P仁 Oxff;break;case 4: P1&=se nen_segcou nt_seco nd%10;/秒表秒地個位M2ub6vSTnPbreak;case 5: P1&=se nen_segcou nt_seco n

12、d%10;/計數器個位OYujCfmUCwbreak;P3_3=0;delay(10);if(P3_5=0)key1_e nter=1; if(co un tv=254)co un t+;if(P3_4=0) key2_e nter=1;if(P3_2=0) key3_e nter=1;P3_3=1;P1|=Oxff;/功能鍵1識別/功能鍵2識別/功能鍵3識別switch (program)case 0: P1&=se nen _segsec on d/10; eUts8ZQVRd/時鐘秒地十位break;case 1: if(cou nt_time>=90) P1&=s

13、e nen_segseco nd/1O; /校正秒地十位sQsAEJkW5Tbreak;case 2: if(delayed_hour=24) P仁Oxfe;GMslasNXkA/鬧鐘秒地十位else P1&=se nen _segdelayed_sec on d/10;break;case 3: if(co un t_bit>=1) P1&=se nen _segco un t_secon d/10;/TIrRGchYzgelse P仁 Oxff;break;case 4: P1&=se nen _segco un t_sec on d/10;7EqZcWLZN

14、Xbreak;case 5: P1&=se nen _segco un t_sec on d/10;lzq7IGf02E倒計時秒地十位/秒表秒地十位/計數器十位break;P3_ 仁0;delay(10);P3_ 1=1;P1|=0xff;switch (program)case 0: P1&=se nen_segmi nu te%10;break;case 1: if(count_time>=90) P1&=senen_segminute%10; / 時鐘分地個位zvpgeqJ1hk校正分地個位NrpoJac3v1/鬧鐘分地個位倒計時分地個位/秒表分地個位/計數

15、器百位時鐘秒地個位校正秒地個位V7l4jRB8Hs/鬧鐘秒地個位倒計時秒地個位/秒表秒地個位/計數器千位break;case 2: if(delayed_hour=24) P仁 Oxfe;else P1&=se nen _segdelayed_ minu te%10;break;case 3: if(count_bit>=2) P1&=senen_segcount_minute%10;1nowfTG4KIelse P仁 Oxff;break;case 4: P1&=se nen _segco unt_minu te%10;fjnFLDa5Zobreak;case

16、5: P1&=se nen _segco unt_minu te%10;tfnNhnE6e5break;P3_2=0;delay(10);P3_2=1;P1|=0xff;switch (program)case 0: P1&=se nen _seg minu te/10;/HbmVN777sLbreak;case 1: if(co un t_time>=90) P1&=se nen _seg minu te/10; / break;case 2: if(delayed_hour=24) P仁 Oxfe;else P1&=se nen _segdelayed

17、_ minu te/10; break;case 3: if(co un t_bit>=3) P1&=se nen _segco un t_mi nu te/10;/83lcPA59W9else P仁 Oxff; break;case 4: P1&=se nen _segco unt_minu te/10;mZkklkzaaPbreak;case 5: P1&=se nen _segco unt_minu te/10;AVktR43bpwbreak;P3_5=0;delay(10);P3_5=1;P1|=0xff;switch (program)case 0: P

18、1&=se nen_seghour%10;/ 時鐘時地個位ORjBnOwcEdbreak;case 1: if(cou nt_time>=90) P1&=se nen_seghour%10; / break;case 2: if(delayed_hour=24) P仁 Oxfe;else P1&=se nen _segdelayed_hour%10;break;case 3: if(cou nt_bit>=4) P1&=se nen_segcou nt_hour%10; uEh0U1Yfmhelse P仁 0xff;break;case 4: P1&

19、amp;=se nen _segco un t_hour%10;break;case 5: P1&=se nen _segco un t_hour%10;break;P3_0=0;delay(10);if(P3_4=1 && key2_enter=1)x=3;/3WwghWvVhPEkey2_e nter=0; P3_0=1;P1|=0xff;switch (program)case 0: P1&=se nen_seghour/10;asfpsfpi4kbreak;case 1: if(count_time>=90) P1&=senen_segho

20、ur/10; / break;case 2: if(delayed_hour=24) P仁 0xfe;else P1&=se nen _segdelayed_hour/10; break;case 3: if(co un t_bit>=5)P1 &=se nen _segco un t_hour/10; /PgdO0sRlMoelse P仁 0xff;break;case 4: P1&=se nen _segco un t_hour/10;校正時地個位2MiJTy0dTT/鬧鐘時地個位gliSpiue7A倒計時時地個位/秒表時地個位IAg9qLsgBX/計數器萬位

21、確認功能鍵2識別，返回/ 時鐘時地個位校正時地個位ooeyYZTjj1/鬧鐘時地個位BkeGuInkxI倒計時時地個位/ 秒表時地個位3cdXwckm15break;case 5: P1&=se nen _segco un t_hour/10; break;P3_4=0;delay(10);if(P3_5=1 && key1_enter=1)個功能 h8c52WOngMif(cou nt>=127) x=1; else x=2;key1_e nter=O;coun t=0;if(P3_2=1 && key3_e nter=1)x=4;/key3_e

22、 nter=O;/計數器萬位/確認功能鍵1識別，執(zhí)行退出或進入下一/確認功能鍵1為長按，返回1/確認功能鍵1為短按，返回2確認功能鍵3識別，返回4P3 4=1;P1|=0xff;if(program<=1 && coun t_time>=100) P1&=Oxff; 號閃爍 v4bdyGious/校時和顯示功能時鐘時冒if(program<=1 && coun t_time<=100) if(program=2) P1&=0x7f;if(program=3) P1&=0xff;if(program=4) P1&am

23、p;=0x7f;if(program=5) P1&=0xff;y=x;x=0;P1&=0x7f;/設置鬧鐘功能時冒號長亮/設置倒計時功能時冒號長滅/設置秒表功能時冒號長亮/設置計數時冒號長滅return y;void main()/ 主程序P1=0xff;P3=0xff;time0_i nit();while(1) switch(program)case 0: while(program=0) switch(show_key() case 0: break;case 1: program=0; break;case 2: program=1; break;/時鐘菜單break;

24、/ 校時菜單case 1: while(program=1)switch(show_key()case 0: break;case 1: program=0;break;case 2: program=2; break;case 3: hour+;if(hour>=24)hour=0; break;case 4: minu te+;if(minu te>=60) minu te=0; break;break;case 2: while(program=2)/ 鬧鐘菜單switch(show_key()case 0: break;case 1: program=0;break;cas

25、e 2: program=3; break;case 3: delayed_hour+;if(delayed_hour>=25)delayed_hour=0; break;case 4: delayed_ minu te+;if(delayed_ minu te>=60)delayed_ minu te=0; break;break;倒計時菜單case 3: while(program=3)/switch(show_key()case 0: break;case 1: program=0;break;case 2: program=4; break;case 3: coun t_b

26、it+;if(co un t_bit>=7)co un t_bit=0;break;case 4: switch(co un t_bit)case 0: coun t_sec on d+=1;break;case 1: coun t_sec on d+=10;break;case 2: count_minu te+=1;break;case 3: count_minu te+=10;break;case 4: coun t_hour+=1;break;case 5: coun t_hour+=10;break;case 6: break;if(cou nt_hour>=100) c

27、oun t_hour-=100; if(co unt_minu te>=60) count_minu te-=60; if(co un t_sec on d>=60) coun t_sec on d-=60;break;if(co un t_bit=6) coun tdow n_mark=1;else coun tdow n_mark=0;break;/秒表菜單case 4: coun t_hour=0;count_minu te=0;coun t_sec on d=0;while(program=4) switch(show_key() case 0: break;case 1:

28、 program=0;break;case 2:program=5;break;case 3:stopwatch_mark=stopwatch_mark;break;case 4:if(stopwatch_mark=0)coun t_hour=0; count_minu te=0;coun t_sec on d=0; break;/計數器菜單 break;case 5: coun t_hour=0; count_minu te=0;coun t_sec on d=0;while(program=5) switch(show_key() case 0: break;case 1: program

29、=0; break;case 2: program=0; break;case 3: coun t_sec on d+; if(cou nt_seco nd>=100) coun t_sec on d=0; count_minu te+;if(cou nt_mi nu te>=100) count_minu te=0;coun t_hour+; if(co un t_hour>=100)co un t_hour=0; break;case 4: coun t_hour=0;count_minu te=0; coun t_sec on d=0;break; if(P3_7=0)

30、while(P3_7=0) show_key(); coun t_sec on d+;if(cou nt_seco nd>=100) coun t_sec on d=0; count_minu te+;if(cou nt_mi nu te>=100) count_minu te=0; coun t_hour+;if(co un t_hour>=100)co un t_hour=0; break;if(program!=3) coun tdow n_mark=0; if(program!=4) stopwatch_mark=0;3、顯示模塊地選擇采用數碼管顯示.數碼管亮度高、體

31、積小、重量輕，但其顯示信息簡單、有限, 在本題目中應用受到很大地限制.魏碼管'戶II數碼管三，主要元器件清單序號名稱規(guī)格位號數量序號名稱規(guī)格位號數量1單片機AT89C2051U1113三極管9012Q1 Q772三端集成穩(wěn)壓78L05U2114電阻220RA R9732位共陽數碼管紅色0.4寸LED1 LED33151KR2、R10 R1574發(fā)光二極管紅色$ 3D1 D44162KR17、R1825蜂鳴器5V有源U31175.1KR1616瓷片電容30PFC2、C321810KR1170.1uFC4、C5219按鍵6*6*5S1、S2、S3382位排針間距2.54J1 J3320電池

32、盒4節(jié)5號19集成電路插座20PU1121DC插座5.5*2.1110電解電容10uFC1122電源線雙色2P帶熱縮管111100uFC6123電路板105*55112晶振12MHzY1124說明書A4雙面1四、電路原理圖GNDR1 10KC23(C1 1OuF3o"丄 Y1C3 I 12M Hz+5VGNDLED1小寸+5VR1 11K+5 V+5VR1 21KQ0312 IQ49012Q：2+5VLED2D1Vcc(RXD)P3.0P1.7(TXD)P3.1P1.6XTAL2P1.5XTAL1P1.4(INT0)P3.2P1.3(INT1)P3.3P1.2(T0)P3.4P1.1

33、(AIN1)(T1)P3.5P1.0(AIN0)GNDP3.7AT89C2 0511615+5VR3R9 220J2IN 1 2GND+5V21GNDLEDf g b f g 'b e d c e d 'c p dp dpp e c b a f g|6 7 8b a fJ1POWER1C4F 104D NGGND分鐘cdpa f gR131KR1 51KR1 82KU278L05TUHSFOKMER+原理說明:1、顯示原理：顯示部分主要器件為3只兩位一體共陽極數碼管，驅動采用PNP型三極管驅動，各端口配有限流電阻，驅動方式為動態(tài)掃描，占用P3.0P3.5端 口，段碼由P1.0P

34、1.6輸出.冒號部分采用4個 3.0地紅色發(fā)光二極管，驅 動方式為獨立端口 P1.7驅動.2、鍵盤原理：按鍵S1S3采用復用地方式與顯示部分地 P3.5、P3.4、P3.2 口復 用.其工作方式為，在相應端口輸出高電平時讀取按鍵地狀態(tài)并由單片機消除抖 動并賦予相應地鍵值.3、迅響電路及輸入、輸出電路原理：迅響電路由有源蜂鳴器和 PNP型三極管組成.其工作原理是當PNP型 三極管導通后有源蜂鳴器立即發(fā)出定頻聲響.驅動方式為獨立端口驅動，占用 P3.7 端口 .輸出電路是與迅響電路復合作用地，其電路結構為有源蜂鳴器，5.1K定值電阻R6,排針J3并聯(lián).當有源蜂鳴器無迅響時J3輸出低電平，當有源蜂鳴

35、器 發(fā)出聲響時J3輸出高電平，J3可接入數字電路等各種需要.驅動方式為迅響復 合輸出，不占端口 .輸入電路是與迅響電路復合作用地，其電路結構是在迅響電路地 PNP型 三極管地基極電路中接入排針J2.引腳排針可改變單片機I/O 口地電平狀態(tài)，從 而達到輸入地目地.驅動方式為復合端口驅動，占用 P3.7端口 .4、單片機系統(tǒng)：本產品采用了單片機AT89C205偽核心器件，并配合所有地外圍電路，具 有上電復位地功能，無手動復位功能.J0bm4qMpJ9六、系統(tǒng)軟件部分為實現(xiàn)系統(tǒng)功能，系統(tǒng)軟件共設六個運行狀態(tài)和各部分功能描述如下:1、功能按鍵說明：S1為功能選擇按鍵，S2為功能擴展按鍵，S3為數值加按

36、鍵.2、功能及操作說明：操作時，連續(xù)短時間（小于1秒）按動S1，即可在以上地6個功能中連續(xù)循環(huán)中途如果長按（大于2秒）S1，則立即回到時鐘功能地狀態(tài).1） 時鐘功能：上電后即顯示10： 10： 00，寓意十全十美.2） 校時功能：短按一次S1，即當前時間和冒號為閃爍狀態(tài)，按動S2則小時位加1,按動S3則分鐘位加1，秒時不可調.3） 鬧鐘功能：短按二次 S1，顯示狀態(tài)為22： 10： 00，冒號為長亮按動S2剛小時位加1, 按動S3則分鐘位加1，秒時不可調.當按動小時位超過 23時則會顯示-:-:-，這個表示 關閉鬧鐘功能.鬧鈴聲為蜂鳴器長鳴 3秒鐘.4） 倒計時功能：短按三次S1,顯示狀態(tài)為

37、0，冒號為長滅按動S2則從低位依此顯示高位，按動S3則相應位加1,當S2按到第6次時會在所設定地時間狀態(tài)下開始倒計時，再次 按動S2將再次進入調整功能，并且停止倒計時5） 秒表功能：短按四次S1,顯示狀態(tài)為 00 : 00： 00，冒號為長亮按動S2則開始秒表計時，再次按動 S2則停止計時，當停止計時地時候按動S3則秒表清零6） 計數器功能：短按五次S1,顯示狀態(tài)為00: 00： 00,冒號為長滅，按動 S2則計數器 加1，按動S3則計數器清零.XVauA9grYP七.整機調整過程各功能模塊均調整通過后，進行整機調試，其過程如下：將調好地各功能模 塊連接在一起，用函數信號發(fā)生器模擬交流電壓信號

38、，先用仿真機代AT89C2051單片機進行模擬調試，對每一芯片地片選、啟動進行檢測，并對數據線和地址線 也進行檢測.調試成功后再將程序寫到單片機中進行調試.bR9C6TJscw 八總結本系統(tǒng)以AT89C2051為核心部件，利用軟件編程，通過鍵盤控制和數碼管顯 示實現(xiàn)了時鐘功能、鬧鐘功能，并完成了對環(huán)境溫度和市電信號頻率及有效值地 測量顯示，能實現(xiàn)題目地基本要求.盡量做到硬件電路簡單穩(wěn)定、減小電磁干擾 和其他環(huán)境干擾，充分發(fā)揮軟件編程地優(yōu)點，減小因元器件精度不夠引起地誤差. 由于時間有限和本身知識水平地限制，無法完成發(fā)揮部分，而且由于材料地購取有限，導致有些部分不是很達標，我們認為本系統(tǒng)還有需要改進和提高地地方， 例如選用更高精度地元器件，硬件電路更加精確穩(wěn)定，軟件測量算