第八組多功能數(shù)字電子表設(shè)計方案

多功能數(shù)字電子表設(shè)計報告組員：齊俊斌寇延飛陳斌斌班級：08-12班一、課程設(shè)計的目的和要求單片機具有穩(wěn)定可靠、體積小、價格低廉等特點，成為設(shè)計智能化儀器儀表的首選微控制器，因此本次設(shè)計我們采用了AT89C52芯片，此款單片機可以使用軟件對其進行在線編程，其靈活性和可靠性都相對提高。通過此次課程設(shè)計,增強了我們的動手能力,把理論與實踐融合在一起；熟悉和掌握EWB、Proteus等電子設(shè)計編程軟件。同時，也進一步加深了對單片機的硬件結(jié)構(gòu)的理解和鞏固，提高分析并解決實際問題的能力。1、基本要求：（1）、計時功能：顯示時、分、秒；（2）、定鬧功能；（3）、秒表功能；（4）、倒計時功能。2、提高要求：（1）、增加“語音報時”功能；、增加“電子日歷”功能。二、課題分析在進行課題設(shè)計前，我們應(yīng)該確定一些基本的設(shè)計原則，然后再根據(jù)這些原則去尋找思路。在設(shè)計系統(tǒng)時，我們主要考慮以下一些原則：節(jié)約元器件，盡量降低系統(tǒng)實現(xiàn)的成本；硬件電路盡量簡單，使得硬件實現(xiàn)、問題檢查、軟件編程以及系統(tǒng)調(diào)試的難度都降低；能在軟件上實現(xiàn)的，不采取軟件實現(xiàn)，使芯片利用率盡可能高；軟件設(shè)計方案要優(yōu)化，使得編程盡可能簡單，方便仿真與測試；設(shè)計方案要和當(dāng)前的試驗平臺相應(yīng)；充分利用各種資料，盡量采用成熟與經(jīng)典的電路。首先考慮“語音報時”。由于語音報時要用到語音芯片，使用語音芯片后，系統(tǒng)的電路復(fù)雜性增加，不僅在電路設(shè)計和硬件電路實現(xiàn)方面難度加大，而且系統(tǒng)調(diào)試的難度也加大。因而，經(jīng)過綜合考慮，我們決定選擇僅通過蜂鳴器來實現(xiàn)報時功能。再考慮“電子日歷”。由于電子表顯示時分秒需要六位數(shù)碼管，日歷顯示的年月日也可以采用六位顯示，而且日歷設(shè)計在數(shù)學(xué)原理上和鐘表設(shè)計一樣。為了鍛煉和提高自己，我們決定盡量減少功能按鍵，即在不增加硬件的條件下實現(xiàn)“電子日歷”。綜上所述，我們要設(shè)計的電子表，其所能實現(xiàn)的功能為：計時、鬧鐘、秒表、倒計時、報時與日歷。三、設(shè)計原理本次課程設(shè)計是基于單片機的設(shè)計，因而是軟硬件結(jié)合的實現(xiàn)方式。整個電路系統(tǒng)分為六個子模塊：作為控制處理器的AT89C52單片機；顯示模塊；功能按鍵模塊；響鈴模塊；時鐘產(chǎn)生模塊；復(fù)位模塊。AT89C52是低電壓，高性能CMOS8位單片機，片內(nèi)含8k可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲器（PEROM）和256字節(jié)的隨機存儲器（RAM），與標(biāo)準(zhǔn)MCS—51指令系統(tǒng)及8052產(chǎn)品引腳兼容，片內(nèi)置8位中央處理器（CPU）和Flash單元。3個16位定時/計數(shù)器，8個中斷源，32個可編程I/O口線。根據(jù)AT89C52的引腳功能，我們選擇P0口為功能切換輸入口（P1.0,P1.1與P1.2）與蜂鳴器驅(qū)動信號輸出口（P1.7），P1口為顯示電路的段選輸出口，P2口為顯示電路的位選輸出口。由于采用數(shù)碼管顯示電路，為使得顯示穩(wěn)定，需對段選信號進行鎖存，即在AT89C52的P0口接緩沖器。為了電路連接方便，應(yīng)該選擇8輸入8輸出緩沖器。經(jīng)過對比各種緩沖器后，選擇74LS244。74LS244是三態(tài)輸出的八組緩沖器和總線驅(qū)動器，能驅(qū)動數(shù)碼管的各段穩(wěn)定工作。硬件設(shè)計方案顯示模塊采用6位8段共陽數(shù)碼管進行顯示，單片機的P0口位顯示輸出端口。數(shù)碼管顯示的關(guān)鍵是要有足夠的顯示亮度和顯示穩(wěn)定。因而，選擇線緩沖器74LS244作為單片機的顯示輸出信號的緩沖器。由74LS244的功能可知，只需要一片該芯片即可以讓數(shù)碼管顯示穩(wěn)定。要保證數(shù)碼管有足夠的亮度，必須要有合適的位選電壓。因而，讓單片機的位選輸出信號通過三極管放大再接到數(shù)碼管上。系統(tǒng)的各個功能的切換，是通過功能按鍵實現(xiàn)的。按鍵電路要考慮去抖動的問題。按鍵電路去抖動的實現(xiàn)方式有硬件實現(xiàn)與軟件實現(xiàn)兩種方式。根據(jù)設(shè)計原則，應(yīng)該盡量降低成本和硬件電路的復(fù)雜性，提高對單片機的功能利用率。因而，在設(shè)計中采用軟件去抖動方式。為盡量減少按鍵數(shù)量，還需要確定按鍵所對應(yīng)的單片機引腳，以便根據(jù)引腳進行軟件設(shè)計。單片機的RST管腳接復(fù)位開關(guān)，P1.0、P1.1、P1.2管腳分別接功能開關(guān)。為了敘述方便，以下行文過程均用管腳名稱代指對應(yīng)開關(guān)。復(fù)位后，系統(tǒng)的初始狀態(tài)為：時鐘從00：00：00開始計時，日期從10：10：10開始計時。系統(tǒng)的正常顯示為時間顯示。由于功能按鍵少，必須采用按鍵組合的方式，才能實現(xiàn)系統(tǒng)的所有功能。按鍵組合的方式，不僅關(guān)系到軟件實現(xiàn)的難易程度，還關(guān)系系統(tǒng)調(diào)試的難易與系統(tǒng)實現(xiàn)的成敗。因而，必須優(yōu)化按鍵功能組合方案。以下是經(jīng)過優(yōu)化得到的一個按鍵功能組合方案，我們采用該方案來進行系統(tǒng)實現(xiàn)：（1）在時鐘狀態(tài)下，短按P1.0，時鐘仍然計時，但LED熄滅，晚上防止燈光刺眼，再短按P1.0，LED重新點亮。（2）在時鐘狀態(tài)下長按P1.0，時鐘單元清零，分單元閃爍，進入分調(diào)整，再短按P1.0，分加1，短按P1.1，分減1；再長按P1.0,時單元閃爍，進入時調(diào)整狀態(tài)，再短按P1.0，時加1，短按P1.1, 時減1，再長按P1.0，退出時間調(diào)整狀態(tài)，進入時鐘顯示狀態(tài)。（3）在時鐘狀態(tài)短按P1.1，顯示日期，再長按P1.1，進入日期調(diào)整狀態(tài)，短按P1.0，日加1，短按P1.1，日減1；再長按P1.0，進入月調(diào)整狀態(tài)，短按P1.0,月加1，短按P1.1，月減1；再長按P1.0，進入年調(diào)整狀態(tài)，短按P1.0，年加1，短按P1.1，年減1.再長按P1.0，退出日期顯示調(diào)整狀態(tài)，進入時鐘顯示狀態(tài)。（4）在時鐘狀態(tài)長按P1.1，進入秒表狀態(tài)，秒表開始計時。再按下P1.2，秒表暫停；再按P1.2，秒表清零；再按P1.2，秒表又開始計時；再按P1.2，秒表清零，秒表清零后短按P1.1，可退出秒表功能，回到時鐘顯示狀態(tài)。（5）在時鐘狀態(tài)，短按P1.2，進入鬧鐘/倒計時調(diào)整狀態(tài)，LED顯示“00：00：滅—”，可分調(diào)整，按P1.0，分加1，按P1.1，分減1；再按P1.2，LED顯示“00：00：—滅”，進入鬧鐘時調(diào)整，按P1.0，時加1。鬧鐘調(diào)整好后，按下P1.1，LED顯示“00：00：—0”，表明鬧鐘有效；如再按下P1.1，LED又顯示“00：00：—滅：，表明鬧鐘無效，再按P1.2，LED顯示為“00：00：00”，開始倒計時。倒計時到零時，蜂鳴器報警，同時回到時鐘狀態(tài)。（6）在鬧鈴響時，可按P1.2停鬧，不按則鬧鐘響1分鐘。整點報時，鬧鈴響的次數(shù)即為整點數(shù)。響鈴模塊蜂鳴器：用以整點報時、鬧鈴發(fā)聲。系統(tǒng)時鐘電路采用的晶振的頻率為12MHz，定時器采用的是定時器0工作在方式1定時，用于實現(xiàn)時、分、秒的計時。單片機的RST管腳接復(fù)位開關(guān)五、軟件設(shè)計定時器T0、T1溢出周期為50ms，T0為秒計數(shù)用，T1為調(diào)整時閃爍及秒表定時用。P1.0、P1.1、P1.2為調(diào)整按鍵。單片機的P0口為字符輸出口，P2口為掃描口，P1.7為蜂鳴器接口。單片機存儲單元分配如下：50H~55H為鬧鐘定時單元；60H~65H為秒表計時單元；79H~75H為顯示時間單元；76H~79H為分時計時單元；40H~45H為倒計時單元；30H~35H為日期單元；03H標(biāo)志位為0時，時鐘閃爍，為1時秒表狀態(tài)；05H標(biāo)志位為0時，不鬧鈴，為1時，鬧鈴；07H每秒改變一次，使蜂鳴器的間隔鳴叫。(1)主程序秒計數(shù)由定時器T0中斷完成，秒表定時及時調(diào)整閃爍由定時器T1中斷完成，主程序循環(huán)調(diào)用顯示子程序和查鍵子程序，當(dāng)端口有開關(guān)按下時，轉(zhuǎn)入相應(yīng)功能程序。程序流程如圖1。（2）顯示子程序時間顯示子程序每次顯示6個連續(xù)內(nèi)存單元的十進制的BCD碼數(shù)據(jù)，首地址在調(diào)用顯示子程序時先指定內(nèi)存單元中50H~55H為鬧鐘定時單元，70H~75H為時鐘顯示單元，由于采用7段共陽LED動態(tài)掃描實現(xiàn)數(shù)據(jù)顯示，所以顯示用十進制BCD碼數(shù)據(jù)的對應(yīng)段碼存放在ROM表中。顯示時，先取出內(nèi)存在地址中的數(shù)據(jù)，然后查得對應(yīng)顯示用段碼從P0口輸出，P2口將對應(yīng)的數(shù)碼管選通，就能顯示該地址單元的數(shù)據(jù)值，為了顯示小數(shù)點等特殊字符，顯示和計時應(yīng)采用不同的顯示子程序。（3）定時器T0中斷服務(wù)程序定時器T0用于時間計時，定時溢出中斷周期為50ms，中斷進入后先進行中斷初值校正，當(dāng)中斷累計20次（即50ms×20=1s）時，對秒計數(shù)單元進行加1操作，時鐘計數(shù)單元地址分別在70H~71H（秒）、76H~77H（分）、78H~79H（時）中，最大計時值為23時59分59秒。7A單元存放“熄滅符”數(shù)據(jù)（#0AH），用于時間調(diào)整時的閃爍功能，在計數(shù)單元中，采用十進制BCD碼計數(shù)，滿10進位。T0中斷程序流程如圖3。（4）鬧鐘時間設(shè)定功能程序在正常時鐘狀態(tài)下，若按下口的按鍵開關(guān)，則進入設(shè)定鬧時調(diào)分狀態(tài)，顯示首地址改為50H，LED顯示50H~55H中的鬧鐘設(shè)定時間，顯示式樣為00：00：—，其中高2位代表時，低2位代表分，定時鬧鈴精確到分。按，分加1，按，時減1，按，鬧鈴有效，顯示式樣為00：00：—0；再按，鬧鈴無效，顯示式樣變?yōu)?0：00：—，再按，調(diào)整鬧鐘時間結(jié)束，恢復(fù)正常時間顯示。在鬧鈴時，可按下的按鍵開關(guān)使蜂鳴器停止，不按則蜂鳴器將鳴叫1min后自行終止；在設(shè)定鬧鐘后，若要取消鬧時功能，則可按下，當(dāng)聽到“滴”一聲時表明已取消了鬧鈴功能。（5）定時器T1中斷服務(wù)程序T1中斷程序用于指示時間調(diào)整單元數(shù)字的閃亮或秒表計數(shù)；在時間調(diào)整狀態(tài)下，每過左右，將對應(yīng)的調(diào)整單元的顯示數(shù)據(jù)換成“熄滅符”數(shù)據(jù)（#0AH）。這樣，在調(diào)整時間時，對應(yīng)調(diào)整單元的顯示數(shù)據(jù)會間隔閃亮；在做秒表計時時，每過10ms中斷1次，計數(shù)單元加1，每10次為1s。秒表計數(shù)單元地址在60H~61H（10ms）、62H~63H（s）、64H~65H（min），最大計數(shù)值為99分秒。T1中斷服務(wù)程序流程如圖4。（6）調(diào)時功能程序在時鐘狀態(tài)下長按，時鐘單元清零，分單元閃爍，進入分調(diào)整，再短按，分加1，短按，分減1；再長按P1.0,時單元閃爍，進入時調(diào)整狀態(tài)，再短按，時加1，短按P1.1, 時減1，再長按，退出時間調(diào)整狀態(tài)，進入時鐘顯示狀態(tài)。（7）秒表功能程序在時鐘狀態(tài)長按，進入秒表狀態(tài)，秒表開始計時。再按下，秒表暫停；再按，秒表清零；再按，秒表又開始計時；再按，秒表清零，秒表清零后短按，可退出秒表功能，回到時鐘顯示狀態(tài)。（8）日期調(diào)整功能程序在時鐘狀態(tài)短按，顯示日期，再長按，進入日期調(diào)整狀態(tài)，短按，日加1，短按，日減1；再長按，進入月調(diào)整狀態(tài)，短按P1.0,月加1，短按，月減1；再長按，進入年調(diào)整狀態(tài)，短按，年加1，短按，年減1.再長按，退出日期顯示調(diào)整狀態(tài)，進入時鐘顯示狀態(tài)。（9）鬧鐘/倒計時調(diào)整程序在時鐘狀態(tài)，短按，進入鬧鐘/倒計時調(diào)整狀態(tài)，LED顯示“00：00：滅—”，可分調(diào)整，按，分加1，按，分減1；再按，LED顯示“00：00：—滅”，進入鬧鐘時調(diào)整，按，時加1。鬧鐘調(diào)整好后，按下，LED顯示“00：00：—0”，表明鬧鐘有效；如再按下，LED又顯示“00：00：—滅：，表明鬧鐘無效，再按，LED顯示為“00：00：00”，開始倒計時。倒計時到零時，蜂鳴器報警，同時回到時鐘狀態(tài)。2、軟件設(shè)計流程圖開始開始初始化調(diào)用顯示子程序鍵按下？整點到？按時間鳴叫次數(shù)進入功能程序圖2系統(tǒng)流程圖TT中斷保護現(xiàn)場1S到？加1S處理恢復(fù)現(xiàn)場，中斷返回定時初值校正圖3T0中斷 TT中斷保護現(xiàn)場秒表/閃爍？閃爍處理恢復(fù)現(xiàn)場，中斷返回加1處理圖4T1中斷六、單元電路介紹本系統(tǒng)所用器件的工作電壓為+5V，為保證本系統(tǒng)能夠正常工