電子時(shí)鐘系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、課 程 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書題目 電子時(shí)鐘系統(tǒng)設(shè)計(jì) 專業(yè)、班級 學(xué)號 姓名 主要內(nèi)容、基本要求、主要參考資料等：一、主要內(nèi)容： 熟悉單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法和規(guī)范，達(dá)到綜合的目的。 學(xué)習(xí)文件檢索和查找數(shù)據(jù)手冊的能力。 學(xué)習(xí)protel軟件的使用。 學(xué)會(huì)整理和總結(jié)設(shè)計(jì)文檔報(bào)告。二、基本要求： 以mcs-51系列單片機(jī)為核心，組成一個(gè)電子時(shí)鐘系統(tǒng)。 系統(tǒng)顯示由6位數(shù)碼管顯示組成，分別顯示時(shí)間值的時(shí)、分、秒。 能夠隨時(shí)對當(dāng)前時(shí)間進(jìn)行調(diào)整。 能夠隨時(shí)輸入定時(shí)（鬧鐘）時(shí)間。 定時(shí)（鬧鐘）時(shí)間到，發(fā)出鬧鐘提醒信號。 鬧鐘提醒信號的聲音為斷續(xù)形式，最長不超過1分鐘。三、主要參考資料： 張毅坤等 單片微型計(jì)算機(jī)

2、原理及應(yīng)用 西安 西安電子科技大學(xué)出版社 李建忠編著 單片機(jī)原理及應(yīng)用 西安 西安電子科技大學(xué)出版社完 成 期 限： 指導(dǎo)教師簽名： 課程負(fù)責(zé)人簽名： 2013年 12月 22 日目 錄摘 要11 設(shè)計(jì)方案選擇21.1 單片機(jī)選型21.2 按鍵模塊21.3 顯示模塊21.4 計(jì)時(shí)參考模塊31.5 顯示器驅(qū)動(dòng)模塊31.6 鬧鐘響鈴模塊41.7 電源模塊42 硬件接線及設(shè)計(jì)42.1 單片機(jī)晶振配置52.2復(fù)位電路設(shè)計(jì)52.3 按鍵電路設(shè)計(jì)62.4 蜂鳴器驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)62.5 顯示模塊電路設(shè)計(jì)73 軟件部分73.1 主函數(shù)流程圖73.2 定時(shí)器t0中斷服務(wù)程序流程圖83.3 鬧鐘響應(yīng)程序流程圖93.

3、4 鍵盤掃描程序流程圖104 系統(tǒng)綜述114.1 上電界面114.2 調(diào)時(shí)界面114.3 鬧鐘設(shè)定界面114.4 正常走時(shí)界面124.5 鬧鐘響應(yīng)12附錄1 總體設(shè)計(jì)電路圖15附錄2 pcb圖16附錄3 元件清單17附錄4 總程序18摘 要單片機(jī)自20世紀(jì)70年代問世以來，以其極高的性能價(jià)格比，受到人們的重視和關(guān)注，應(yīng)用很廣泛、發(fā)展很快。intel公司生產(chǎn)的mcs-8051系列單片機(jī)是各單片機(jī)中最為典型和最有代表性的一種。本次設(shè)計(jì)以mcs-8051芯片為核心，輔助以必要的外圍電路，設(shè)計(jì)了一個(gè)結(jié)構(gòu)簡單功能齊全的數(shù)值時(shí)鐘。在硬件方面，單片機(jī)外接12mhz芯片進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。通過數(shù)碼管能夠準(zhǔn)確明亮的顯示時(shí)

4、、分、秒；四個(gè)簡單的按鍵實(shí)現(xiàn)對時(shí)間的調(diào)整；蜂鳴器實(shí)現(xiàn)鬧鐘響鈴功能；軟件方面采用c語言編程。整個(gè)電子鐘系統(tǒng)能完成時(shí)間的顯示、調(diào)試和一組定時(shí)鬧鐘的功能。 關(guān)鍵詞：51單片機(jī)，定時(shí)器，鬧鐘，數(shù)碼管1 設(shè)計(jì)方案選擇1.1 單片機(jī)選型 根據(jù)選題芯片采用mcs-8051單片機(jī)，intel公司生產(chǎn)的 51 系列 8 位單片機(jī)，憑借其成熟的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和很高的性價(jià)比得到了廣泛的普及與應(yīng)用，其功能強(qiáng)大，用來做電子表硬件易實(shí)現(xiàn)，編程規(guī)范。1.2 按鍵模塊 方案一：44行列式鍵盤如果選擇此方案，那么在修改時(shí)鐘或設(shè)置鬧鈴時(shí)間時(shí)就可以直接從鍵盤輸入，方便、快捷。缺點(diǎn)也很明顯，一是浪費(fèi)按鍵，用全鍵盤來實(shí)現(xiàn)設(shè)定時(shí)間的小功能不免

5、大材小用；二是從實(shí)用性考慮，全鍵盤體積大，明顯不經(jīng)濟(jì)不方便。故放棄。 方案二：獨(dú)立式按鍵如果設(shè)置過多按鍵，將會(huì)占用較多i/o口，而且會(huì)給布線帶來不便，同時(shí)浪費(fèi)按鍵，不高效，程序繁瑣。本次設(shè)計(jì)適用于按鍵較少的情況。為了盡量實(shí)現(xiàn)按鍵的高效性，此次設(shè)計(jì)采用四個(gè)獨(dú)立式按鍵，分別定義為key_mode、key_add、key_move，key_confirm，依次是模式鍵、加數(shù)鍵、移位鍵、確認(rèn)鍵。1.3 顯示模塊方案一：液晶顯示器lcd如果選擇此方案，將會(huì)降低系統(tǒng)的功耗，可以用電池供電，便于攜帶，但液晶顯示器的驅(qū)動(dòng)電路復(fù)雜，使用起來有一定的難度。 方案二：數(shù)碼管led數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)電路簡單，使用方便，如果

6、選擇了此方案，那么在夜間看時(shí)間的時(shí)候就不需要有光源，非常方便。其缺點(diǎn)是功耗較大。 按照此次任務(wù)書設(shè)計(jì)要求，選擇兩個(gè)4位一體七段數(shù)碼管用于顯示。1.4 計(jì)時(shí)參考模塊方案一：專用時(shí)鐘芯片如果使用時(shí)鐘芯片，系統(tǒng)就不怕掉電且時(shí)間精確，但這種芯片比較貴，浪費(fèi)資源不經(jīng)濟(jì)。方案二：單片機(jī)內(nèi)部定時(shí)/計(jì)數(shù)器由于本次設(shè)計(jì)本主要是為了學(xué)習(xí)單片機(jī)程序的編寫和調(diào)試，以及設(shè)計(jì)硬件電路的一些方法，因此采用軟件的方法來計(jì)時(shí)。本次設(shè)計(jì)用單片機(jī)內(nèi)部定時(shí)/計(jì)數(shù)器t0作為電子時(shí)鐘參考。1.5 顯示器驅(qū)動(dòng)模塊 由于通過數(shù)碼管公共極的電流較大，單片機(jī)i/o口驅(qū)動(dòng)能力是不夠的，故led驅(qū)動(dòng)模塊必不可少。為避免過多地使用分立元件，本次設(shè)計(jì)采

7、用一片 74ls245來驅(qū)動(dòng)位碼，用p2口進(jìn)行位選掃描。 圖1 74ls245元件封裝圖74ls245是常用來驅(qū)動(dòng)led或者其他的設(shè)備，它是 8 路同相三態(tài)雙向總線收發(fā)器，可雙向傳輸數(shù)據(jù)，74ls245還具有雙向三態(tài)功能。片選端，接低電平時(shí)傳輸數(shù)據(jù)，接高電平時(shí)a、b均為高阻態(tài)。方向選擇端ab/，接高電平時(shí)信號由a向b傳輸（發(fā)送），接低電平時(shí)信號由b向a傳輸（接收）。1.6 鬧鐘響鈴模塊 通過三極管放大后驅(qū)動(dòng)蜂鳴器工作，單片機(jī)i/o接三極管基極。1.7 電源模塊本系統(tǒng)采用了數(shù)碼管作為顯示器，功耗較大，不便于使用電池供電。況且本系統(tǒng)的體積較大，即使使用電池供電也不便于隨身攜帶，因此用5v外部穩(wěn)壓電

8、源來供電。2 硬件接線及設(shè)計(jì)8位七段led顯示器mcs-8051段碼驅(qū)動(dòng)晶 振復(fù)位電路位碼驅(qū)動(dòng)按 鍵蜂鳴器圖2 系統(tǒng)硬件框圖2.1 單片機(jī)晶振配置圖3 單片機(jī)晶振配置和復(fù)位電路晶振選擇 12mhz ,接到如圖所示引腳。2.2復(fù)位電路設(shè)計(jì)圖4 復(fù)位電路復(fù)位電路兼具上電復(fù)位功能以及按鍵復(fù)位功能,接到如圖所示引腳。2.3 按鍵電路設(shè)計(jì)圖5 按鍵電路采用4個(gè)獨(dú)立按鍵配以4個(gè)上拉電阻實(shí)現(xiàn)對時(shí)鐘和鬧鐘的設(shè)定及修改。四個(gè)獨(dú)立式按鍵分別定義為key_mode、key_add、key_move、key_confirm，依次是模式鍵、調(diào)時(shí)加鍵、調(diào)時(shí)移位鍵、確認(rèn)鍵。2.4 蜂鳴器驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)圖6 蜂鳴器驅(qū)動(dòng)電路蜂鳴

9、器采用npn三極管放大電路驅(qū)動(dòng)，接到如圖所示引腳。2.5 顯示模塊電路設(shè)計(jì)顯示設(shè)備為共陽7段數(shù)碼管（led），用單片機(jī)p0口作為led段選控制端，用單片機(jī)p2口作為led位選控制端，并采用集成塊74ls245作為位驅(qū)動(dòng)模塊。片選端接地，方向選擇端ab/接電源。3 軟件部分3.1 主函數(shù)流程圖開 始初始化定時(shí)器t0循環(huán)中斷計(jì)時(shí)主循環(huán)鍵盤掃描鬧鐘判定顯示響應(yīng)鬧鐘響應(yīng)結(jié) 束圖7 主函數(shù)程序流程圖開 始3.2 定時(shí)器t0中斷服務(wù)程序流程圖t0重裝初值t+1t=20？t=0, sec+1sec=60?？sec=0, min+1min=60?？min=0, hour+1hour=24?？hour=0結(jié) 束

10、圖8 定時(shí)器t0中斷服務(wù)程序流程圖3.3 鬧鐘響應(yīng)程序流程圖開 始鬧鐘判定鬧鐘定時(shí)到？鬧鐘打開？key_confirm按下？響鈴一分鐘關(guān)閉蜂鳴器結(jié) 束圖9 鬧鐘響應(yīng)程序流程圖3.4 鍵盤掃描程序流程圖開 始鍵盤掃描有鍵按下？鍵盤抖動(dòng)？key_confirmkey_movekey_addkey_modeconfirm();mov+1add( );moshi+1moshi2?mov2?moshi=0mov=0結(jié) 束 圖10 鍵盤掃描程序流程圖4 系統(tǒng)綜述4.1 上電界面電子表上電后自動(dòng)初始化，接著從 00-00-00 開始走時(shí)，顯示正常走時(shí)界面，此時(shí)鬧鐘默認(rèn)關(guān)掉。按下key_mode鍵，可依次切換

11、到調(diào)時(shí)界面、調(diào)鬧鐘界面、正常走時(shí)界面，如此循環(huán)往復(fù)。上電初始化后，調(diào)時(shí)初值為00 00-00，鬧鐘初值為00-00 00。4.2 調(diào)時(shí)界面調(diào)時(shí)界面，從左至右依次顯示時(shí)、分、秒，數(shù)字右下角小點(diǎn)代表調(diào)整位到達(dá)位置。在調(diào)時(shí)界面下，按下key_move鍵可以移動(dòng)調(diào)整位，數(shù)字下標(biāo)小點(diǎn)用以指示當(dāng)前操作的數(shù)位，按下key_add鍵可以對調(diào)整位進(jìn)行加數(shù)操作。當(dāng)且僅當(dāng)在調(diào)時(shí)界面下，按下key_confirm鍵可確認(rèn)設(shè)定，電子表按設(shè)定時(shí)間更新并走時(shí)，同時(shí)自動(dòng)清零設(shè)定時(shí)間。此時(shí)再按 key_mode鍵切換回正常走時(shí)界面即能看到時(shí)間已經(jīng)更新。如果調(diào)時(shí)后沒有按下key_confirm鍵確認(rèn)，而是直接按key_mode鍵

12、切換回正常走時(shí)界面，則設(shè)置時(shí)間被保存，當(dāng)前時(shí)間并不更新。4.3 鬧鐘設(shè)定界面鬧鐘設(shè)定界面，從左至右依次顯示時(shí)、分、秒，數(shù)字右下角小點(diǎn)代表調(diào)整位到達(dá)位置。在鬧鐘設(shè)定界面下，按下key_move鍵可以移動(dòng)調(diào)整位，數(shù)字下標(biāo)小點(diǎn)用以指示當(dāng)前操作的數(shù)位，按下key_add鍵可以對調(diào)整位進(jìn)行加數(shù)操作。鬧鐘設(shè)置好后直接按key_mode鍵返回正常正常走時(shí)界面即可，無需按key_confirm鍵確認(rèn)，鬧鐘設(shè)定值會(huì)自動(dòng)保存。4.4 正常走時(shí)界面正常走時(shí)界面，從左至右依次顯示時(shí)、分、秒，小點(diǎn)亮滅代表鬧鐘開閉。在正常走時(shí)界面下，按下key_add鍵和key_move鍵不產(chǎn)生操作，led顯示無變化；按下key_con

13、firm鍵可循環(huán)開閉鬧鐘，led顯示對應(yīng)變換提示鬧鐘的開閉；按下key_mode鍵可依次切換到調(diào)時(shí)模式、鬧鐘設(shè)定模式、正常走時(shí)模式，循環(huán)往復(fù)。4.5 鬧鐘響應(yīng)當(dāng)正常走時(shí)到達(dá)鬧鈴設(shè)定值后，鬧鈴響應(yīng)，正常情況下持續(xù)蜂鳴一分鐘后自動(dòng)關(guān)閉蜂鳴器。鬧鈴響鈴過程中，若按下key_confirm鍵可立刻關(guān)閉蜂鳴器。鬧鈴響應(yīng)后自動(dòng)等待下次響應(yīng)?？?結(jié)在這次課程設(shè)計(jì)中，運(yùn)用到了很多以前的專業(yè)知識(shí)，雖然過去從未獨(dú)立應(yīng)用過它們，但在學(xué)習(xí)的過程中帶著問題去學(xué)我發(fā)現(xiàn)效率很高，這是我做這次課程設(shè)計(jì)的一大收獲。另外，要做好一個(gè)課程設(shè)計(jì)，就必須做到：在設(shè)計(jì)程序之前，對所用單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)有一個(gè)系統(tǒng)的了解，知道該單片機(jī)內(nèi)有哪些

14、資源；要有一個(gè)清晰的思路和一個(gè)完整的的軟件流程圖；在設(shè)計(jì)程序時(shí)，不能妄想一次就將整個(gè)程序設(shè)計(jì)好，反復(fù)修改、不斷改進(jìn)是程序設(shè)計(jì)的必經(jīng)之路；要養(yǎng)成注釋程序的好習(xí)慣，一個(gè)程序的完美與否不僅僅是實(shí)現(xiàn)功能，而應(yīng)該讓人一看就能明白你的思路，這樣也為資料的保存和交流提供了方便；在設(shè)計(jì)課程過程中遇到問題是很正常德，但我們應(yīng)該將每次遇到的問題記錄下來，并分析清楚，以免下次再碰到同樣的問題的課程設(shè)計(jì)結(jié)束了，但是從中學(xué)到的知識(shí)會(huì)讓我受益終身。發(fā)現(xiàn)、提出、分析、解決問題和實(shí)踐能力的提高都會(huì)受益于我在以后的學(xué)習(xí)、工作和生活中。設(shè)計(jì)過程，好比是我們?nèi)祟惓砷L的歷程，常有一些不如意，但畢竟這是第一次做，難免會(huì)遇到各種各樣的問

15、題。在設(shè)計(jì)的過程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，對以前所學(xué)過的知識(shí)理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固，不能靈活運(yùn)用。參考文獻(xiàn)1鄭君里，應(yīng)啟珩，楊為理. 信號與系統(tǒng)（第二版）上冊m. 高等教育出版社,20002鄭君里，應(yīng)啟珩，楊為理. 信號與系統(tǒng)（第二版）下冊m. 高等教育出版社,20003譚浩強(qiáng). c程序設(shè)計(jì)（第二版）m. 清華大學(xué)出版社,20034 于京51系列單片機(jī)c程序設(shè)計(jì)與應(yīng)用案例m北京：中國電力出版社，20065 孫育才atmel新型at89s52系列單片機(jī)及其應(yīng)用m北京：清華大學(xué)出版社， 20056吳堅(jiān)，劉高平.基于gprs網(wǎng)絡(luò)的點(diǎn)對點(diǎn)圖像傳輸方案j.計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究，2004，附 錄附錄1 總

16、體設(shè)計(jì)電路圖附錄2 pcb圖附錄3 元件清單序號元件名稱規(guī)格型號/參數(shù)數(shù)量（個(gè)）1單片機(jī)at89c5112顯示驅(qū)動(dòng)三極管q113晶振12mhz14電容33pf210f15按鍵s116排阻10217電阻10k14.7k18蜂鳴器ls119數(shù)碼管4bit_8seg_led210驅(qū)動(dòng)芯片74ls2451附錄4 總程序/*頭文件及宏定義*#include #define uchar unsigned char#define uint unsigned int/*軟件延時(shí)程序*void delay(uint ii) while(-ii); /*定義數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)碼*uchar duan=0xc0,0xf9,

17、0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,0xbf,0xff,0x7f; /段選，0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 - 滅 .uchar wei=0x01,0x02,0x04,0x08,0x10,0x20,0x40,0x80;/位選，共陽，從右至左/*定義變量*uchar t=0,sec=0,min=0,hour=0;/正常走時(shí)時(shí)間變量uchar sec1=0,min1=0,hour1=0; /時(shí)間設(shè)定值變量uchar sec2=0,min2=0,hour2=0; /鬧鐘設(shè)定值變量uchar alarm_en=0; /鬧鐘開關(guān)變量uchar alar

18、m_flag=0; /鬧鐘定時(shí)到達(dá)標(biāo)志變量uchar p3=0,moshi=0,mov=0; /p3口查詢，模式值，調(diào)整位/顯示緩沖區(qū),依次為正常、調(diào)時(shí)、鬧鐘設(shè)定、調(diào)整位帶點(diǎn)標(biāo)記uchar temp8,temp18,temp28,temp38;/*函數(shù)聲明*void initialize(void); /初始化void show(void); /正常走時(shí)顯示void show1(void); /時(shí)間設(shè)定顯示void show2(void); /鬧鐘設(shè)定顯示void show3(void); /調(diào)整位標(biāo)記void show4(void); /鬧鐘開關(guān)標(biāo)記void keyscan(void); /

19、鍵盤掃描void add(void); /調(diào)時(shí)調(diào)鬧鐘加數(shù)程序void confirm(void); /調(diào)時(shí)確認(rèn)，鬧鐘開關(guān)void alarm_judge(void); /鬧鐘定時(shí)到達(dá)判定void beep(void); /鬧鐘響鈴程序/*主函數(shù)*void main() initialize(); while(1) keyscan(); alarm_judge(); switch(moshi) case 0:show(); show4();break; /顯示正常走時(shí) case 1:show1();show3();break; /顯示設(shè)置時(shí)間 case 2:show2();show3();bre

20、ak; /顯示鬧鐘時(shí)間 if(alarm_flag=1 & alarm_en=1) /定時(shí)時(shí)間到達(dá)且鬧鐘打開 beep(); /*定時(shí)器初始化*void initialize(void) tmod = 0x01; th0 = 0x3c; tl0 = 0xb0; /50ms et0 = 1; ea = 1;tr0 = 1;p1=0x7f; /初始化時(shí)關(guān)掉蜂鳴器 alarm_flag=alarm_en=0;/*定時(shí)器t0中斷服務(wù)程序*void timer0(void) interrupt 1 tl0 = 0xb0; th0 = 0x3c; t+; if(t=20) / (50ms*20=1s) t

21、=0; sec+; if(sec=60) / 秒為60，則清零，分加1 sec=0; min+; if(min=60) / 分為60，則清零，時(shí)加1 min=0; hour+; if(hour=24) / 時(shí)為24，則清零 hour=0; if(sec1=60) sec1=0; min1+; if(min1=60) min1=0; hour1+; if(hour1=24) hour1=0; if(sec2=60) sec2=0; min2+; if(min2=60) min2=0; hour2+; if(hour2=24) hour2=0;/*正常時(shí)間顯示程序*void show(void)

22、uchar i=0; temp0=sec%10;temp1=sec/10;temp2=10; temp3=min%10; temp4=min/10;temp5=10;temp6=hour%10;temp7=hour/10; for(i=0;i8;i+) p2=weii; p0=duantempi; delay(100); /*調(diào)時(shí)模式顯示程序*void show1(void) uchar i=0; temp10=sec1%10;temp11=sec1/10;temp12=10; temp13=min1%10; temp14=min1/10;temp15=11;temp16=hour1%10;t

23、emp17=hour1/10; for(i=0;i8;i+) p2=weii; p0=duantemp1i; delay(100); /*鬧鐘設(shè)定模式顯示程序*void show2(void) uchar i=0; temp20=sec2%10;temp21=sec2/10;temp22=11; temp23=min2%10; temp24=min2/10;temp25=10;temp26=hour2%10;temp27=hour2/10; for(i=0;i=3) moshi=0; while(p3=0xfe) / key_mode鍵按下到彈起期間 p3=p3; switch(moshi)

24、case 0:show(); break; /顯示正常走時(shí) case 1:show1();break; /顯示設(shè)置時(shí)間 case 2:show2();break; /顯示鬧鐘時(shí)間 if(p3=0xfd) /key_add鍵 delay(10);if(p3=0xfd) add(); while(p3=0xfd) / key_add鍵按下到彈起期間 p3=p3; switch(moshi) case 0:show(); break; /顯示正常走時(shí) case 1:show1();break; /顯示設(shè)置時(shí)間 case 2:show2();break; /顯示鬧鐘時(shí)間 if(p3=0xfb) /key_move鍵 delay(10);if(p3=0xfb) mov+; if(mov=3) mov=0; while(p3=0xfb) / key_move鍵按下到彈起期間 p3=p3; switch(moshi) case 0:show(); break; /顯示正常走時(shí) case 1:s