用單片機實現(xiàn)電子鐘的設計(共27頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上摘 要時鐘，自從它發(fā)明的那天起，就成為人類的朋友，但隨著時間的推移，科學技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對時間計量的精度要求越來越高，應用越來越廣。怎樣讓時鐘更好的為人民服務，怎樣讓我們的老朋友煥發(fā)青春呢？這就要求人們不斷設計出新型時鐘。 數(shù)字電子鐘的設計方法有多種，其中，利用單片機實現(xiàn)的電子鐘具有編程靈活，便于電子鐘功能的擴充，即可用該電子鐘發(fā)出各種控制信號，精確度高等特點，同時可以用該電子鐘發(fā)出各種控制信號。本文主要介紹用單片機內(nèi)部的定時/計數(shù)器來實現(xiàn)電子時鐘的方法，本設計由單片機AT89S52芯片和LED數(shù)碼管為核心，輔以必要的電路，構(gòu)成了一個單片機電子時鐘。與傳統(tǒng)機械表相

2、比，它具有走時精確,顯示直觀等特點。它的計時周期為24小時，顯滿刻度為“23時59分59秒”，另外具有校時功能等特點。該電子鐘可以做到的功能：上電或按鍵復位后能自動顯示系統(tǒng)提示符“P.”進入時鐘準備狀態(tài)2.第一次按電子鐘啟動/調(diào)整鍵，電子鐘從0時0分0秒開始運行，進入時鐘運行狀態(tài)。再次按電子鐘啟動/調(diào)整鍵，則電子鐘進入時鐘調(diào)整狀態(tài)，此時可利用各調(diào)整鍵調(diào)整時間，調(diào)整結(jié)束后可按啟動/調(diào)整鍵再次進入時鐘運行狀態(tài)。通過設置的A、B、C、D四個鍵來調(diào)整運行，并且利用了8位LED顯示時分秒。 關(guān)鍵詞：電子鐘，單片機，匯編專心-專注-專業(yè)目錄摘要 .1 緒 論1.1 數(shù)字時鐘的發(fā)展史電子鐘有著很長的歷史，從

3、民國19年的電鐘，研制始於60年代中期的國內(nèi)電晶體、半導體管鐘，到研制始於70年代末的石英電子鐘，再到今天我們所用的智能電子鐘。以前的電子鐘存在著很多缺點，其外觀體積龐大，在功能上有死擺、走時時間不長、走時精確度不高等缺點。如今無論是外觀，還是在功能上，電子鐘都有了很大的改進。 雖然世界絕大多數(shù)鐘表都是中國制造，但鐘表對于國內(nèi)市場來說只是個小行業(yè)，2003年總盤子不過才100多億，但不是沒有前景。近年來，市場在急劇膨脹。根據(jù)國外的統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，發(fā)達國家人均一生擁有手表23塊，發(fā)展中國家12塊，而目前中國的城鎮(zhèn)人口人均擁有量不多于6塊，空間很大。比如彩電一般是一個家庭一臺，手表則是每人一塊，但從

4、銷售量來看，光TCL一家公司兩個月的彩電銷量可以接近300萬臺，而我們手表每年總共才賣200多萬只。所以絕對不是市場潛力不夠的問題，而是我們應該如何去做的問題。1.2 設計的目的與意義人類的生活包括：工作、學習、休息以及參與社會的多種實踐活動，環(huán)環(huán)有條理，更加豐富多彩。應該說時鐘的計時功能與人類的各種行為和活動有著密切的聯(lián)系，于是時鐘的作用便體現(xiàn)出來，生活中有許多人，因為只顧工作而忘記時間，從而耽誤了重要的安排或者計劃，造成不可挽回的損失，使之后悔莫及。我們要養(yǎng)成良好的時間觀念，就需要電子鐘時刻提醒我們。因此，電子鐘已成為人們?nèi)粘Ｉ钪斜夭豢缮?，它的應用非常廣泛，應用于家庭以及車站、碼頭、劇場

5、、辦公室等公共場所，給人們的生活、學習、工作、娛樂帶來極大的方便。現(xiàn)在投入生產(chǎn)的大多是智能時鐘，它的功能很全面，但價格有點昂貴，大多數(shù)學生或者經(jīng)濟條件較差的人，想要擁有它，都有點困難。因此，在這里設計一個較簡單的電子鐘，它能完成計時和校時的功能。這個時鐘系統(tǒng)很簡單，投入生產(chǎn)的成本很低，因此，它的價格比較便宜，對于學生很實用。1.3 設計的基本思路與主要內(nèi)容設計一個電子產(chǎn)品，首先了解它能實現(xiàn)的功能，時鐘系統(tǒng)最基本的功能就是實現(xiàn)計時，在這里設計的數(shù)字電子時鐘，它能實現(xiàn)計時和校時的功能，給電子鐘加上電自動計時，設計一個按鍵對時鐘進行復位和三個按鍵對時間進行調(diào)整。 硬件設計很簡單，主要包括：單片機、按

6、鍵電路、驅(qū)動顯示電路，以及LED顯示器四個部分。單片機選用AT89C51芯片，它無須外擴程序存儲器，設計電路很簡單。由于只用了四個按鍵，所以采用獨立式按鍵使設計更簡單。顯示時、分、秒加兩個分隔符，采用8位的數(shù)碼管，用常用的74LS244來驅(qū)動LED數(shù)碼管顯示字符。 簡易數(shù)字時鐘可實現(xiàn)校時和整點報時功能，該軟件采用C語言來實現(xiàn)，主要包括主程序、鍵輸入程序、顯示程序、定時程序和中斷程序等軟件模塊。把原程序加入原理圖，做出電子鐘的仿真，以秒計數(shù)并顯示時、分、秒。其中秒和分為60進制，小時為24進制計數(shù)。可通過按鍵實現(xiàn)時鐘復位和分、秒、時的校正。2 簡易數(shù)字時鐘系統(tǒng)的整體設計2.1系統(tǒng)功能要求 以單片

7、機技術(shù)為核心，充分應用各種外圍電路元器件，設計一個通過顯示器顯示時間（時、分、秒）的電子鐘。要求：1、上電時，時、分、秒顯示為00時、00分、00秒,并以秒為單位開始計時；2、運行狀態(tài)下，按動控制按扭S-SET，對秒進行調(diào)整；3、運行狀態(tài)下，按動控制按扭M-SET，對分進行調(diào)整；4、運行狀態(tài)下，按動控制按扭H-SET，對小時進行調(diào)整。5、當數(shù)字時鐘運行到正點時，實現(xiàn)自動報時功能。6、當按下T-SET鍵是實現(xiàn)小時由24進制和12進制的相互轉(zhuǎn)換。2.2 整體方案 電子鐘的電路圖主要由單片機（AT89C51）、鍵盤電路、驅(qū)動顯示電路和LED顯示器四部分組成，它主要實現(xiàn)時鐘的顯示，以及對時、分、秒進行

8、調(diào)整，即實現(xiàn)調(diào)時的功能。其數(shù)字鐘系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如圖2-1所示。七段數(shù)碼管AT89C51驅(qū)動LED顯示器位選按 鍵圖2-1 電子鐘系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)（1）顯示方案方案一:靜態(tài)顯示就是當CPU將要顯示的字或字段碼送到輸出口，顯示器就可以顯示出所要顯示的字符，如果CPU不去改寫它，它將一直保持下去；靜態(tài)顯示硬件開銷大，電路復雜，信息刷新速度慢。方案二:動態(tài)顯示則是一位一位地輪流點亮顯示器地各個位（掃描）。對于顯示器的每一位而言，每隔一段時間點亮一次；動態(tài)顯示耗能較小，但編寫程序較復雜。動態(tài)顯示硬件連接簡單，信息刷新速度快。由于本次設計是對時間進行顯示，如采用靜態(tài)顯示，則所占用的I/O口較多，電路較復雜,所以

9、在此選擇的是方案二，采用動態(tài)顯示。（2）鍵盤方案方案一:獨立式鍵盤。獨立式鍵盤的各個按鍵相互獨立，每個按鍵獨立地與一根數(shù)據(jù)輸入線（單片機并行接口或其他芯片的并行接口）連接。獨立式鍵盤配置靈活，軟件結(jié)構(gòu)簡單，但每個按鍵必須占用一根接口線，在按鍵數(shù)量不多時，接口線占用多。所以，獨立式按鍵常用于按鍵數(shù)量不多的場合。方案二:矩陣式鍵盤。矩陣式鍵盤采用的是行列式結(jié)構(gòu),按鍵設置在行列的交點上.(當接口線數(shù)量為8時,可以將4根接口線定義為行線,另4根接口線定義為列線,形成4*4鍵盤,可以配置16個按鍵。)由于本設計只用了四個按鍵，不需要采用矩陣式鍵盤，所以選用第一種方案,采用獨立式鍵盤。（3）計時方案采用軟

10、件控制:利用單片機內(nèi)部的定時/計數(shù)器進行定時，配合軟件定時實現(xiàn)時、分、秒的計時。該方案能夠使設計者，在設計的過程中容易實現(xiàn)，且節(jié)省硬件成本，因此本系統(tǒng)將采用軟件方法實現(xiàn)計時。3 硬件設計與分析3.1 硬件設計原理 時鐘電路的核心是AT89C51單片機，其內(nèi)部帶有2KB的可反復擦寫的只讀Flash程序存儲器和128 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），無須外擴程序存儲器。電腦時鐘沒有大量的運算和暫存數(shù)據(jù)，現(xiàn)有的128B片內(nèi)RAM已能滿足要求，也不必外擴片RAM。系統(tǒng)配備8位LED數(shù)碼管顯示和3個獨立式按鍵，用P0口作為鍵盤接口電路，P1口和P3口作為段碼和位碼輸出口，并在字段碼輸出口接74

11、LS245芯片，用該芯片來驅(qū)動LED數(shù)碼管顯示。利用P0.0、P0.1和P0.2作為功能按鍵輸入口。3.2各單元電路介紹3.2.1AT89C51單片機介紹 是一個低電壓，高性能CMOS 8位單片機，片內(nèi)含2k bytes的可反復擦寫的只讀Flash程序存儲器和128 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），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MCS51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲單元，所以說AT89C51是一個功能強大的單片機。 AT89C51是一個低功耗高性能單片機，它有40個引腳，32個外部雙向輸入/輸出（I/O）端口，同時內(nèi)含2個外中斷口

12、，2個16位可編程定時計數(shù)器,2個全雙工串行通信口，AT89C51可以按照常規(guī)方法進行編程，也可以在線編程。其將通用的微處理器和Flash存儲器結(jié)合在一起，特別是可反復擦寫的Flash存儲器可有效地降低開發(fā)成本。同時AT89C51的時鐘頻率可以為零，即具備可用軟件設置的睡眠省電功能，系統(tǒng)的喚醒方式有RAM、定時/計數(shù)器、串行口和外中斷口，系統(tǒng)喚醒后即進入繼續(xù)工作狀態(tài)。省電模式中，片內(nèi)RAM將被凍結(jié)，時鐘停止振蕩，所有功能停止工作，直至系統(tǒng)被硬件復位方可繼續(xù)運行。3.2.2 單片機最小應用系統(tǒng)時鐘電路和復位電路是單片機最小應用系統(tǒng)中必不可少的。單片機時鐘電路圖，如圖3-1所示:XTAL1和XTA

13、L2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時鐘源驅(qū)動器件，XTAL2應不接。有余輸入至內(nèi)部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器，因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。圖3-1 單片機時鐘電路圖復位是使單片機或系統(tǒng)中的其他部件處于某種確定的初始狀態(tài)。單片機的工作就是從復位開始的，當在單片機的RST引腳引入高電平并保持2個機器周期時，單片機內(nèi)部就執(zhí)復位操作（若該引腳持續(xù)保持高電平，單片機就處于循環(huán)復位狀態(tài)）。實際應用中，復位操作有兩種基本的形式：一種是上電復位，另一種是上電與按鍵均有效的復位。由于本次設計采

14、用的是上電復位，所以這里只介紹上電復位，如下圖3-3所示： 圖3-3上電復位電路上電復位要求接通電源后，單片機自動實現(xiàn)復位操作。常用的上電復位如上圖所示。上電瞬間RST引腳獲得高電平，隨著電容C1的充電，RST引腳的高電平將逐漸下降。3.2.3顯示電路一、七段LED顯示器的原理顯示器是單片機應用系統(tǒng)常用的設備，包括LED、LCD等。LED顯示器由若干個發(fā)光二極管組成。七段LED通常構(gòu)成字型“8”，還有一個發(fā)光二極管用來顯示小數(shù)點。每段LED分別引出一個電極，電極的名為a、b、c、d、e、d、g、dp，其中dp是小數(shù)點段的引出電極。當發(fā)光二極管導通時，相應的一個筆畫或一個點就發(fā)光。控制相應的二極

15、管導通，就能顯示出對應字符。說明：在該設計中，沒有用到電極（dp），而是用單位的數(shù)碼管來顯示，其七段LED顯示器如圖3-4所示圖3-4 七段LED顯示器二、 動態(tài)顯示本設計共用了八位LED顯示器，因此采用動態(tài)顯示方式。所謂動態(tài)顯示就是一位一位的輪流點亮顯示器的各個位。對于顯示器的每一位而言，每隔一段時間點亮一次。雖然在同一時刻只有一位顯示器在工作，但由于人眼的視覺暫留效應和發(fā)光二極管熄滅時的余暉，我們看到的卻是多個字符“同時“顯示。顯示器亮度既與點亮時的導通電流有關(guān)，也與點亮時間長短和時間間隔有關(guān)。顯示器的位數(shù)不大于8位，則控制顯示器公共極電位只需要一個I/O接口，稱為掃描口或字位口，控制各位

16、LED顯示器所顯示的字型也需要一個8位接口，稱為段數(shù)據(jù)口或字型口。圖3-5為驅(qū)動顯示電路框圖。圖3-4 驅(qū)動顯示電路框圖74LS244是我們常用的芯片，用來驅(qū)動led或者其他的設備當8051單片機的P1口總線負載達到或超過P1最大負載能力時，必須接入74LS244等總線驅(qū)動器。當片選端/CE低電平有效時，DIR=“0”，信號由 B 向 A 傳輸；（接收）3.2.4 鍵盤及其接口鍵盤是由若干個按鍵組成的，它是單片機最簡單的輸入設備。通過鍵盤輸入數(shù)據(jù)或命令，就可實現(xiàn)簡單的人機對話。一、按鍵的抖動現(xiàn)象按鍵就是一個簡單的開關(guān)。當按鍵按下時，相當于開關(guān)閉合；當按鍵松開時，相當于開關(guān)斷開。按鍵在閉合和斷開

17、時，觸點會存在抖動現(xiàn)象。按鍵抖動時間一般為5ms10ms，抖動可能造成一次按鍵的多次處理問題。應采取措施消除抖動的影響。消除的方法很多，本設計采用軟件延時的方法來消除抖動。當單片機檢測到有按鍵按下時先定時，然后再檢測按鍵的狀態(tài)，若仍是閉合狀態(tài)則認為真的有鍵按下。當檢測到按鍵釋放時，亦需要做同樣的處理。二、按鍵電路 獨立式鍵盤的各個按鍵相互獨立，每個按鍵獨立地與一根數(shù)據(jù)輸入線（單片機并行接口或其他芯片的并行接口）連接。獨立式鍵盤配置靈活，軟件結(jié)構(gòu)簡單，但每個按鍵必須占用一根接口線，在按鍵數(shù)量不多時，接口線占用多。所以，獨立式按鍵常用于按鍵數(shù)量不多的場合。該設計只用了三個按鍵，來實現(xiàn)功能控制。在運

18、行狀態(tài)下，按動控制按扭S-SET，可對秒進行調(diào)整；按動控制按扭M-SET，可對分進行調(diào)整；按動控制按扭H-SET，可對時進行調(diào)整；因此采用獨立式鍵盤方式，設計起來比較簡單。如圖3-6所示圖3-5 鍵盤電路3.3 系統(tǒng)原理圖 AT89C51的P1口接入三個按鍵，對時、分、秒進行調(diào)整。P0口輸出字段碼，控制要顯示的字符，外接74LS245芯片，驅(qū)動LED顯示。P3口輸出字位碼，去控制要顯示的位，其原理圖如圖3-6所示。圖3-6 電子鐘原理圖當接入電源時，數(shù)字電子鐘以秒為單位開始計時。運行狀態(tài)下，按下控制按鍵S-SET，對秒進行調(diào)整；按下M-SET調(diào)整分鐘；按下H-SET對小時進行調(diào)整。這樣通過三個

19、按鍵，分別對時、分、秒進行調(diào)整，從而實現(xiàn)調(diào)時。4 軟件設計在軟件設計中，整個程序的主框架是以定時1s計算的方式來實現(xiàn)電子鐘。定時1s的程序段，使用動態(tài)顯示程序?qū)崿F(xiàn)延時，既完成了延時，也完成了數(shù)字的顯示。在計算程序中，使對應于時、分、秒的變化量按照60進制和24進制進行計算，動態(tài)顯示程序直接引用這些變量，達到顯示的數(shù)字也隨之不斷變化，即完成了電子鐘的功能。其軟件功能模塊主要有鍵輸入程序、中斷程序、顯示程序，以及延時程序。需要說明的是，這里設計的是簡易的電子鐘，主要是用程序運行來計算時間，這樣用程序來確定出1s的時間精度是很有限的，所以整個時鐘的精度不太高。4.1 主程序的設計初始化將時、分、秒各

20、單元的內(nèi)容清空，置T0為計數(shù)器方式1，分別給計數(shù)器的高8位和低8位賦計數(shù)初值，啟動T0工作。鍵入一個按鍵，如執(zhí)行此動作，秒值加1，否則重新鍵如按鍵。 主程序模塊:主程序流程圖，如圖4-1所示 初始化鍵輸入開始鍵執(zhí)行結(jié)束圖4-1 主程序流程圖4.2 鍵輸入程序鍵輸入程序用于調(diào)整時間。以秒為例，按下按鍵S-SET，判斷S-SET是否真的被按下，若沒有鍵按下，轉(zhuǎn)到A1程序段，再次鍵入按鍵，重新判斷。若按鍵按下了，則調(diào)用延時程序，消除抖動現(xiàn)象秒值加1，當秒值大于60時，秒清零，進行下一次計時，同時分加一，并轉(zhuǎn)到J0顯示。此過程循環(huán)執(zhí)行，其程序流程圖如圖4-2所示：顯示S-SET是否按下否按下秒值加1秒

21、>60 ？清零N調(diào)用延時YYN圖4-2 鍵輸入程序流程圖A1:LCALLDISPLAY；調(diào)用延時程序JNBS_SET,S1；判斷按鍵是否按下JNBM_SET,S2JNBH_SET,S3LJMPA1S1: LCALLDELAY;去抖動JBS_SET,A1INCSECOND;秒值加1MOVA,SECONDCJNEA,#60,J0;判斷是否加到60秒MOVSECOND,#0 ;秒清0LJMPJ0J0:JBS_SET,A1LCALLDISPLAY ;調(diào)用顯示SJMPJ04.3 顯示程序 顯示其時、分、秒的數(shù)值，和兩個分隔符。以顯示秒為例，當P3.7輸入高電平時，秒的個位所對應的字段碼點亮，顯示其

22、秒的個位；當秒有十位輸入時，P3.6輸入高電平，秒所十位對應的字段碼點亮，顯示其秒十位。其程序流程圖如圖4-3所示：取字段碼取字位碼顯示秒個位顯示秒十位調(diào)用延時圖4-3 顯示程序流程圖DISPLAY:MOVA,SECOND;顯示秒 MOVB,#10 DIVAB CLRP3.6 MOVCA, A+DPTR ;取字段碼 MOVP0, A LCALLDELAY ;調(diào)用延時 SETBP3.6 ;顯示秒十位MOVA,BCLRP3.7MOVCA,A+DPTR ;取字段碼MOVP0,ALCALLDELAY ; 調(diào)用延時,去抖動SETBP3.7 ;顯示秒個位CLRP3.54.4延時程序 按鍵抖動時間一般為5m

23、s10ms，因此延時10ms，其流程圖如圖4-4所示：#10送R6#250送R7返回(R6)=(R7) ?YN圖4-4 延時程序流程圖DELAY:MOVR6,#10 ;延時10msD1:MOVR7,#250DJNZR7,$DJNZR6,D1RET4.5 中斷程序 中斷程序主要用于控制顯示的字符。當秒值大于60時，秒清零，重新計數(shù)，分值加1，秒、分同時顯示；當分值大于60時，分清零，重新計數(shù)，小時加1，秒、分、時同時顯示，當小時大于23時，一天的計時完畢，秒、分、時均清零，進行第二天的計時。此任務循環(huán)執(zhí)行。其程序流程圖如圖4-5所示：秒加1秒>59?小時>23?分>59?秒清0

24、,分加1小時清0分清0,時加1NYYYNN圖4-4 中斷程序流程圖DISPLAY: MOVA,SECOND;顯示秒MOVB,#10DIVABCLRP3.6MOVCA, A+DPTRMOVP0, ALCALLDELAY ;調(diào)用延時SETBP3.6 ;顯示秒的十位MOVA,BCLRP3.7MOVCA,A+DPTRMOVP0,ALCALLDELAYSETBP3.7 ;顯示秒的個位CLRP3.5MOVP0,#40H;顯示分隔符LCALLDELAYSETBP3.5MOVA,MINUTE;顯示分鐘MOVB,#10DIVABCLRP3.3MOVCA,A+DPTRMOVP0,ALCALLDELAYSETBP3

25、.3 ;顯示分的十位MOVA,BCLRP3.4MOVCA,A+DPTRMOVP0,ALCALLDELAYSETBP3.4 ;顯示分個位CLRP3.2MOVP0,#40H;顯示分隔符LCALLDELAYSETBP3.2 MOVA,HOUR;顯示小時MOVB,#10DIVABCLRP3.0MOVCA,A+DPTRMOVP0,ALCALLDELAYSETBP3.0 ;顯示時的十位MOVA,BCLRP3.1MOVCA,A+DPTRMOVP0,ALCALLDELAYSETBP3.1 ;顯示時的個位RET5 調(diào)試與運行5.1 電路仿真 此設計的電路在單片機仿真軟件Proteus.Professional.7.1中進行仿真，仿真電路如圖5-1所示：圖5-1 電子鐘仿真電路圖5.2 調(diào)試和