基于單片機(jī)的數(shù)字時(shí)鐘設(shè)計(jì)

1、單片機(jī)數(shù)字時(shí)鐘一、總體概述摘 要本設(shè)計(jì)采用89s52系列單片機(jī)作為時(shí)鐘的控制核心，電路使用了八個(gè)數(shù)碼管作為時(shí)鐘顯示，用計(jì)數(shù)器中斷程序作為了一秒鐘的精確計(jì)數(shù)，并用按鈕實(shí)現(xiàn)了調(diào)鬧鐘時(shí)間和時(shí)鐘時(shí)間的校對(duì)功能。關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)、控制、顯示、調(diào)時(shí)。abstractthis designs adopting a single slice of the 89 s52 serieses machine is the control core of the clock, the electric circuit used eight piece code tubes as the clock manifestat

2、ions,the precision that used to count the machine interruption procedure conduct and actions for a second count, counteracting a button to carry out to adjust check of the alarm clock time and the clock time function.二、 競(jìng)賽賽題及要求單片機(jī)音樂(lè)演奏基本要求：1、利用單片機(jī)演奏一和諧的音樂(lè)，音樂(lè)時(shí)長(zhǎng)不少于兩分鐘；2、能夠隨時(shí)實(shí)現(xiàn)中斷； 3、能夠手動(dòng)調(diào)節(jié)音樂(lè)重復(fù)次數(shù)。 發(fā)揮部分：1

3、、音樂(lè)演奏時(shí)同時(shí)有彩燈閃爍伴奏。 2、用按鍵實(shí)現(xiàn)多首音樂(lè)間的選擇，且任何時(shí)間都能選擇本時(shí)鐘程序采用了c語(yǔ)言與匯編語(yǔ)言相結(jié)合的方案，使用c主要是考慮到本人學(xué)習(xí)單片機(jī)的時(shí)間很短，而此次競(jìng)賽又迫在眉睫，對(duì)于開(kāi)發(fā)時(shí)間如此緊的競(jìng)賽， c語(yǔ)言有著匯編無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)。c語(yǔ)言是一種編譯型程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，它兼顧了多種高級(jí)語(yǔ)言的特點(diǎn)，并具備匯編語(yǔ)言的功能。c語(yǔ)言有功能豐富的庫(kù)函數(shù)、運(yùn)算速度快、編譯效率高、有良好的可移植性，而且可以直接實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)硬件的控制。c語(yǔ)言是一種結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，它支持當(dāng)前程序設(shè)計(jì)中廣泛采用的由頂向下結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)技術(shù)。此外，c語(yǔ)言程序具有完善的模塊程序結(jié)構(gòu)，從而為軟件開(kāi)發(fā)中采用模塊化程序設(shè)

4、計(jì)方法提供了有力的保障。因此，使用c語(yǔ)言進(jìn)行程序設(shè)計(jì)已成為軟件開(kāi)發(fā)的一個(gè)主流。用c語(yǔ)言來(lái)編寫(xiě)目標(biāo)系統(tǒng)軟件，會(huì)大大縮短開(kāi)發(fā)周期，且明顯地增加軟件的可讀性，便于改進(jìn)和擴(kuò)充，從而研制出規(guī)模更大、性能更完備的系統(tǒng)。三、方案選擇與論證 根據(jù)題目要求，電路總共可分為以下幾個(gè)基本模塊，對(duì)于各個(gè)模塊的實(shí)現(xiàn)，有以下一些設(shè)計(jì)方案，均進(jìn)行了可行性分析，最終選擇了最實(shí)際可行的方案。軟件部分：1、 計(jì)時(shí)控制方案方案一：使用專(zhuān)用時(shí)鐘芯片。使用微控制器控制專(zhuān)用時(shí)鐘芯片實(shí)現(xiàn)計(jì)時(shí)控制，這種方案有著計(jì)時(shí)精度高、控制簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，而且更易于實(shí)現(xiàn)日期/時(shí)間顯示、定時(shí)烹調(diào)等計(jì)時(shí)擴(kuò)展功能。方案二：采用mcu內(nèi)部定時(shí)器。at89s52內(nèi)部含

5、有2個(gè)定時(shí)器，可以利用一個(gè)定時(shí)器與程序計(jì)數(shù)器相結(jié)合的方式，在系統(tǒng)晶振的驅(qū)動(dòng)下，產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘頻率。由于方案二具有較好的靈活性、較少的電路器件和較高的性?xún)r(jià)比，而且通過(guò)精確的軟件補(bǔ)償使精度完全可以滿(mǎn)足控制需要，所以我們選擇該方案完成設(shè)計(jì)。2、主控制器模塊主控制器的選擇對(duì)電路功能的實(shí)現(xiàn)尤為重要方案一：?jiǎn)纹瑱C(jī)和數(shù)字芯片結(jié)合使用，這樣的好處是能減少單片機(jī)的工作量，使電路不單純的只依賴(lài)于單片機(jī)工作，但是如果使用數(shù)字芯片，就有點(diǎn)違背題目初忠，單片機(jī)的功能也不能直觀的顯現(xiàn)出來(lái)。而且相對(duì)來(lái)說(shuō)成本要高。電路也不夠簡(jiǎn)略。方案二：?jiǎn)为?dú)使用單片機(jī)控制，它的好處是外圍電路比較簡(jiǎn)單直觀，所有的控制都只需用軟件程序來(lái)實(shí)現(xiàn)，對(duì)于

6、單片機(jī)來(lái)說(shuō)，時(shí)鐘程序遠(yuǎn)不夠它自身的承受量，所以只要程序編的合理，就能比較方便的實(shí)現(xiàn)?；谏鲜隼碚摲治觯瑪M選擇方案二。3、顯示電路模塊(1)顯示器件的選擇：方案一：采用點(diǎn)陣顯示，可做成表盤(pán)顯示，但是點(diǎn)陣顯示成本較高，同時(shí)所需資源也較多，控制比較繁瑣，編程較繁瑣。方案二：采用數(shù)碼管顯示，這種顯示方法比較直觀，也比較切合現(xiàn)實(shí)生活，而且對(duì)于電路的設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)比較方便，節(jié)省了電路板的空間，使用三極管驅(qū)動(dòng)后所需電壓也相對(duì)較低，穩(wěn)定性也相對(duì)較高，而且編程較簡(jiǎn)單。方案三：使用點(diǎn)陣式lcd點(diǎn)陣液晶可以顯示多種字符及圖形，擁有友好的人機(jī)界面及強(qiáng)大的顯示功能。特別適用于智能控制的可編程人性化顯示。但是技術(shù)含量過(guò)高，實(shí)現(xiàn)

7、非常復(fù)雜，需要完成大量的顯示工作，其功能也是最強(qiáng)大的。采用點(diǎn)陣式lcd，可以將用戶(hù)需求及時(shí)顯示出來(lái)，使用戶(hù)自定義輸入變得非常方便。但由于我們所設(shè)計(jì)系統(tǒng)無(wú)須如此復(fù)雜便可加以實(shí)現(xiàn)，而且考慮到市場(chǎng)價(jià)格問(wèn)題。權(quán)衡之后方案二作為顯示電路的實(shí)現(xiàn)。 (2)顯示器件個(gè)數(shù)的選擇：方案一：十六個(gè)數(shù)碼管顯示，這樣可以把時(shí)鐘時(shí)間和日期分開(kāi)顯示，直觀性很強(qiáng)，但是資源比較浪費(fèi)。方案二：八個(gè)數(shù)碼管顯示，用按鍵實(shí)現(xiàn)對(duì)時(shí)鐘和日期的顯示，因?yàn)樵趯?shí)際生活中我們對(duì)日期顯示的需求并不在每時(shí)每刻，所以大可在需要時(shí)再顯示。這樣就減少了八個(gè)數(shù)碼管的占用空間和成本。綜上理論分析，擬選擇了第二種方案。(3)數(shù)碼管與單片機(jī)的接口選擇方案一：用74

8、138和7447集成芯片連接,對(duì)輸出端口進(jìn)行擴(kuò)展，這樣可以減少輸出端口，但在時(shí)鐘電路中所需控制的輸出設(shè)備不多，用這種方案會(huì)使外圍電路復(fù)雜，而且一些p口閑置浪費(fèi)。方案二：直接與端口連接，使得外圍電路直觀簡(jiǎn)單，在編程序時(shí)也會(huì)顯得簡(jiǎn)單明了?；谏鲜隹紤]，擬采用方案二。4、調(diào)試按鍵模塊方案一：使用鍵盤(pán)控制，它的效果比較直觀，能直接根據(jù)需要按鍵，直接得出所需的數(shù)值，而且對(duì)程序的要求也不需很大，但使用的按鈕量較多，占的空間也較大，而且實(shí)際實(shí)用性不強(qiáng)。方案二：采用獨(dú)立式按鍵電路，每個(gè)鍵單獨(dú)占有一根i/o接口線(xiàn)，每個(gè)i/o口的工作狀態(tài)互不影響，此類(lèi)鍵盤(pán)采用端口直接掃描方式。缺點(diǎn)是當(dāng)按鍵較多時(shí)占用單片機(jī)的i/o

9、數(shù)目較多，優(yōu)點(diǎn)是電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，且編程極其容易?？紤]到時(shí)鐘控制在實(shí)際使用時(shí)的資源量并不大，使用按鈕控制可以大大減少按鍵的使用量。綜上理論分析，由于該系統(tǒng)采用了常規(guī)鐘表式的校對(duì)方式，用鍵較少，系統(tǒng)資源足夠用，擬選擇了第二種方案作為調(diào)時(shí)電路的實(shí)現(xiàn)。5、電源模塊方案一：取用單片三端穩(wěn)壓集成7805，電路簡(jiǎn)單、穩(wěn)定可靠，且成本低，穩(wěn)壓效果好。6、鬧鐘聲光報(bào)警模塊方案一：取用蜂鳴器和數(shù)只發(fā)光二極管組成，電路簡(jiǎn)單，單片機(jī)編程容易，調(diào)試簡(jiǎn)單，但電路的可觀性與娛樂(lè)性不高。方案二：取用單片機(jī)編程音樂(lè)輸出，數(shù)十只不同顏色的發(fā)光二極管排列成不同的圖形，利用單片機(jī)編程控制發(fā)光管作不同的閃爍，可觀性與娛樂(lè)性都大大提高，又

10、能突出單片機(jī)在多功能控制的特點(diǎn)。四、系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)電路圖工作原理：利用單片機(jī)89s52作為本系統(tǒng)的中控模塊。電路設(shè)有四個(gè)按鍵，一個(gè)為功能選擇開(kāi)關(guān)，能夠選擇調(diào)節(jié)時(shí)間、日期、第一個(gè)鬧鐘、第二個(gè)鬧鐘；第二個(gè)為“加”按鈕，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)字的累加；第三個(gè)為“減”按鈕，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)字的遞減；第四個(gè)為確定選擇開(kāi)關(guān)。電路程序取用單片機(jī)內(nèi)部其中一個(gè)定時(shí)中斷系統(tǒng)作為基準(zhǔn)秒頻，這樣能夠使cpu達(dá)到最大利用。功能調(diào)節(jié)時(shí)顯示電路仍然能夠達(dá)到同步顯示。當(dāng)調(diào)節(jié)的鬧鐘時(shí)間與時(shí)鐘顯示的時(shí)間相等時(shí)，聲光報(bào)警電路動(dòng)作，取用lm386能夠放大單片機(jī)輸出的音頻信號(hào)，推動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)出樂(lè)耳的音樂(lè)；利用80只不同顏色的發(fā)光二極管排列成奧運(yùn)五環(huán)，在單片

11、機(jī)的驅(qū)動(dòng)下能夠以不同方式閃爍發(fā)光，使人耳目一新。三、系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘程序的整體設(shè)計(jì)方案是用單片機(jī)驅(qū)動(dòng)電路控制時(shí)鐘顯示，為顯示提供電源，用軟件程序控制時(shí)種運(yùn)行和各種調(diào)節(jié)功能。1、電源電路取用單片三端穩(wěn)壓集成7805，電路簡(jiǎn)單、穩(wěn)定可靠，且成本低，穩(wěn)壓效果好。圖12 電源電路設(shè)計(jì)2、顯示電路采用八只共陽(yáng)數(shù)碼管作為時(shí)鐘電路的顯示。數(shù)碼管的ah分別并聯(lián)在一起，由單片機(jī)的p0口控制，每只數(shù)碼管的共陽(yáng)極分別接一只pnp三極管驅(qū)動(dòng)，三極管具有電流放大作用。3、單片機(jī)基本電路單片機(jī)基本電路是使單片機(jī)正常工作所需要的最基本的電路，包括有復(fù)位電路，時(shí)鐘電路,電源電路。4、按鍵電路五、單片機(jī)軟件程序：1、時(shí)

12、鐘程序（單片機(jī)一）#includesbit a0=p10;sbit a1=p11;sbit a2=p12;sbit a3=p13;sbit a4=p36;sbit a5=p31;static char jp10=0xee,0xde,0xbe,0x7e,0xed,0xdd,0xbd,0x7d,0xeb,0xdb;static char lie4=0xef,0xdf,0xbf,0x7f;char ledxs8;static char ledwei8=0x7f,0xbf,0xdf,0xef,0xf7,0xfb,0xfd,0xfe;static char led10=0xc0,0xf9,0xa4,0x

13、b0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90;unsigned char hour,minute,second;unsigned int c100us; /100us計(jì)數(shù)單元unsigned int m,h,key,j=1,k=1,kk=1,mo,da,ye,m1=61,h1=25,m2=61,h2=25;/void wait(unsigned int i) /延時(shí)函數(shù)unsigned int j; for(j=0;ji;j+);/anniu() /按鈕函數(shù)key+; wait(2000);/void displayled(void) /顯示函數(shù)unsigned char

14、i; for(i=0;i4)q=0; if(key7)p=0; w+; if(w=100)key=0;w=0; if(k=1) if(minute=m1)&(hour=h1) a5=0;a4=1; /達(dá)到鬧鈴時(shí)間響鈴 if(kk=1)if(minute=m2)&(hour=h2) a5=0;a4=1; if(a1=0)a5=1;a4=0;if(minute=m1)k=0;if(minute=m2)kk=0; if(minute=(m1+1)&(minute!=m2) a5=1;a4=0;k=1;if(a5=1)m=minute;h=hour; /過(guò)一分鐘后停 if(minute=(m2+1)&

15、(minute!=m1) a5=1;a4=0;kk=1;if(a5=1)m=minute;h=hour; if(a3=0) /顯示鬧鐘時(shí)間 anniu();if(key=1) ledxs0=ledh1/10; ledxs1=ledh1%10; ledxs2=0xbf; ledxs3=ledm1/10; ledxs4=ledm1%10; ledxs5=0xbf; ledxs6=led0; ledxs7=led0; while(1) if(a3=1)key=2;goto aa; displayled(); aa: if(key=2) ledxs0=ledh2/10; ledxs1=ledh2%10

16、; ledxs2=0xbf; ledxs3=ledm2/10; ledxs4=ledm2%10; ledxs5=0xbf; ledxs6=led0; ledxs7=led0; while(1) if(a3=0)key=3;goto aa; displayled();key=0; 六、功能測(cè)試及結(jié)果分析 時(shí)鐘最主要的是精度的調(diào)節(jié)，對(duì)此我們做了多次試驗(yàn)來(lái)調(diào)節(jié)時(shí)鐘的精度。精度的實(shí)現(xiàn)主要是由單片機(jī)的計(jì)數(shù)器控制，我們所用的晶振是12m的，即周期為(1/12000000)s，經(jīng)過(guò)計(jì)算，將一秒鐘分割成20000*600個(gè)晶振周期，所以在計(jì)數(shù)器的高低位參數(shù)設(shè)定時(shí)，用了(ffff-600)來(lái)計(jì)數(shù)，但是由于實(shí)際運(yùn)用中，這樣的計(jì)算還是有挺大的誤差，因此，在調(diào)試過(guò)程中，做了多次的修改。具體測(cè)試如下：測(cè)試次數(shù)測(cè)試時(shí)間誤差備注第一次一小時(shí)快三秒修改第二次一小時(shí)慢兩秒修改第三次兩小時(shí)快兩秒修改第四次三小時(shí)快兩秒修改第五次三小時(shí)快一秒半修改第六次三小時(shí)慢一秒修改第七次三小時(shí)快不到半秒修改自行發(fā)揮部分：用了奧運(yùn)五