基于單片機(jī)89C52定時(shí)鬧鐘的課程設(shè)計(jì)

前言20世紀(jì)末，電子技術(shù)獲得了飛速的發(fā)展。在其推動(dòng)下，現(xiàn)代電子產(chǎn)品幾乎滲透了社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域，有力地推動(dòng)了社會(huì)生產(chǎn)力的發(fā)展和社會(huì)信息化程度的提高。同時(shí)也使現(xiàn)代電子產(chǎn)品性能進(jìn)一步提高，產(chǎn)品更新?lián)Q代的節(jié)奏也越來(lái)越快。時(shí)間對(duì)人們來(lái)說(shuō)總是那么寶貴，工作的忙碌性和繁雜性容易使人忘記當(dāng)前的時(shí)間。忘記了要做的事情，當(dāng)事情不是很重要的時(shí)候，這種遺忘無(wú)傷大雅。但是，一旦重要事情，一時(shí)的耽誤可能釀成大禍。例如，許多火災(zāi)都是由于人們一時(shí)忘記了關(guān)閉煤氣或是忘記充電時(shí)間。所以有必要制作一個(gè)定時(shí)系統(tǒng)。隨時(shí)提醒這些容易忘記時(shí)間的人。而鐘表的數(shù)字化給人們生產(chǎn)生活帶來(lái)了極大的方便，而且大大地?cái)U(kuò)展了鐘表原先的報(bào)時(shí)功能。諸如定時(shí)自動(dòng)報(bào)警、按時(shí)自動(dòng)打鈴、時(shí)間程序自動(dòng)控制、定時(shí)廣播、定時(shí)啟閉電路、定時(shí)開關(guān)烘箱、通斷動(dòng)力設(shè)備，甚至各種定時(shí)電氣的自動(dòng)啟用等等。所有這些，都是以鐘表數(shù)字化為基礎(chǔ)的。因此，研究數(shù)字鐘及擴(kuò)大其應(yīng)用，有著非?，F(xiàn)實(shí)的意義。隨著生活水平的提高，人們?cè)絹?lái)越追求人性化的事物。傳統(tǒng)的時(shí)鐘已不能滿足人們的需求。而現(xiàn)代的時(shí)鐘不僅需要模擬電路技術(shù)和數(shù)字電路技術(shù)而且更需要單片機(jī)技術(shù)，增加數(shù)字鐘的功能。利用軟件編程盡量做到硬件電路簡(jiǎn)單穩(wěn)定，減小電磁干擾和其他環(huán)境干擾,減小因元器件精度不夠引起的誤差，但是數(shù)字鐘還是可以改進(jìn)和提高如選用更精密的元器件。但與機(jī)械式時(shí)鐘相比已經(jīng)具有更高的準(zhǔn)確性和直觀性，且無(wú)機(jī)械裝置，具有更長(zhǎng)的使用壽命，因此得到了廣泛的使用。數(shù)字鐘通過(guò)數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)時(shí)、分、秒。數(shù)字顯示的計(jì)時(shí)裝置,廣泛用于個(gè)人家庭、車站、碼頭辦公室等公共場(chǎng)所成為人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢缮俚谋匦杵?。由于?shù)字集成電路的發(fā)展和石英晶體振蕩器的廣泛應(yīng)用,使得數(shù)字鐘的精度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)老式鐘表。多功能數(shù)字鐘的應(yīng)用非常普遍。由單片機(jī)作為數(shù)字鐘的核心控制器，通過(guò)它的時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行實(shí)現(xiàn)計(jì)時(shí)功能，將其時(shí)間數(shù)據(jù)經(jīng)單片機(jī)輸出，利用顯示器顯示出來(lái)。通過(guò)鍵盤可以進(jìn)行校時(shí)、定時(shí)等功能。輸出設(shè)備顯示器可以用液晶顯示技術(shù)和數(shù)碼管來(lái)顯示技術(shù)。

本系統(tǒng)利用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)具有計(jì)時(shí)、校時(shí)等功能的數(shù)字時(shí)鐘，是以單片機(jī)STC89C52為核心元件同時(shí)采用LCD1602顯示“時(shí)”、“分”、“秒”的現(xiàn)代計(jì)時(shí)裝置。另外具有校時(shí)功能，秒表功能，定時(shí)器功能和繼電器控制外圍電路功能，利用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的數(shù)字時(shí)鐘具有編程靈活，便于功能的擴(kuò)充等優(yōu)點(diǎn)。目錄前言 1摘要 I第1章課題的背景 11.1課題的來(lái)源 11.2課題研究的目的和意義 11.3應(yīng)解決的主要問(wèn)題及達(dá)到的技術(shù)要求 2第2章方案的選擇和論證 32.1單片機(jī)型號(hào)的選擇 32.2按鍵的選擇 32.3顯示器的選擇 32.4計(jì)時(shí)部分的選擇 32.5發(fā)音部分的設(shè)計(jì) 42.6顯示器驅(qū)動(dòng)電路 42.7電源的選擇 4第3章數(shù)字電子鐘的設(shè)計(jì)原理和方法 53.1設(shè)計(jì)原理 53.2硬件電路的設(shè)計(jì) 53.2.1STC89C52單片機(jī)簡(jiǎn)介 53.2.2鍵盤電路的設(shè)計(jì) 63.2.3時(shí)鐘電路 63.2.4蜂鳴器驅(qū)動(dòng)電路 63.2.5繼電器電路 73.2.6LCD1602電路 73.2.7復(fù)位電路 83.3軟件部分的設(shè)計(jì) 83.3.1主程序部分的設(shè)計(jì) 8總結(jié) 11附錄 12PAGEPAGE11.3應(yīng)解決的主要問(wèn)題及達(dá)到的技術(shù)要求使用STC89C52單片機(jī)結(jié)合字符型LCD顯示器設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)易的定時(shí)鬧鐘LCD時(shí)鐘，若LCD選擇有背光顯示的模塊，在夜晚或黑暗的場(chǎng)合中也可使用。定時(shí)鬧鐘的基本功能如下：同時(shí)設(shè)置一個(gè)夜晚的全芯片休眠功能，當(dāng)定時(shí)時(shí)間到后，激活單片機(jī)同時(shí)啟動(dòng)報(bào)警，以起到一個(gè)節(jié)能的作用。顯示格式為“時(shí)時(shí)：分分”。由LED閃動(dòng)來(lái)做秒計(jì)數(shù)表示。一旦時(shí)間到則發(fā)出聲響，同時(shí)繼電器啟動(dòng)，可以擴(kuò)充控制家電開啟和關(guān)閉。程序執(zhí)行后工作指示燈LED閃動(dòng)，表示程序開始執(zhí)行，LCD顯示“00：00”，按下操作鍵K1～K4動(dòng)作如下：K1—設(shè)置現(xiàn)在的時(shí)間。K2—顯示鬧鐘設(shè)置的時(shí)間。K3—設(shè)置鬧鈴的時(shí)間。K4—鬧鈴ON/OFF的狀態(tài)設(shè)置，設(shè)置為ON時(shí)連續(xù)三次發(fā)出“嘩”的一聲，設(shè)置為OFF發(fā)出“嘩”的一聲。設(shè)置當(dāng)前時(shí)間或鬧鈴時(shí)間如下。K1—時(shí)調(diào)整。K2—分調(diào)整。K3—設(shè)置完成。K4—鬧鈴時(shí)間到時(shí)，發(fā)出一陣聲響，按下本鍵可以停止聲響。

第2章方案的選擇和論證2.1單片機(jī)型號(hào)的選擇通過(guò)對(duì)多種單片機(jī)性能的分析，最終認(rèn)為STC89C52是最理想的電子時(shí)鐘開發(fā)芯片。STC89C52是STC公司生產(chǎn)的一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器。STC89C52使用經(jīng)典的MCS-51內(nèi)核，但做了很多的改進(jìn)使得芯片具有傳統(tǒng)51單片機(jī)不具備的功能。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash，使得STC89C52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。2.2按鍵的選擇方案一：4×4矩陣式鍵盤。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，但程序較為復(fù)雜。

方案二：獨(dú)立式按鍵。如果設(shè)置過(guò)多按鍵，將會(huì)占用較多I/O口，而且會(huì)給布線帶來(lái)不便，因此，此方案適用于按鍵較少的情況。如果選擇此方案，由于按鍵較少，在修改時(shí)間或設(shè)置鬧鈴時(shí)間時(shí)就不能直接輸入，只能通過(guò)加或減完成，稍為麻煩一些，但其程序簡(jiǎn)單。

由于并不需要經(jīng)常修改時(shí)間和設(shè)置鬧鈴時(shí)間，而且方案二的程序簡(jiǎn)單，按鍵少、成本低，因此，選擇方案二。2.3顯示器的選擇方案一：液晶顯示器。如果選擇此方案，將會(huì)降低系統(tǒng)的功耗，這樣就可以用電池供電，便于攜帶。但液晶顯示器的驅(qū)動(dòng)電路復(fù)雜，使用起來(lái)有一定的難度。

方案二：用數(shù)碼管作為顯示器。數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單，使用方便，其缺點(diǎn)是功耗較大。 由于液晶顯示器功耗低，顯示的內(nèi)容靈活，因此選擇方案一。2.4計(jì)時(shí)部分的選擇如果使用時(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，況且，設(shè)計(jì)本系統(tǒng)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(lái)計(jì)時(shí)而沒有采用價(jià)格較高的時(shí)鐘芯片。2.5發(fā)音部分的設(shè)計(jì)通過(guò)三極管放大后驅(qū)動(dòng)蜂鳴器工作。2.6顯示器驅(qū)動(dòng)電路采用LCD1602顯示所需顯示的字符，需要用電位器調(diào)節(jié)背光。2.7電源的選擇如果是用電池供電，就比較方便攜帶，但需要經(jīng)常更換電池。況且，本系統(tǒng)的體積較大，即使使用電池供電也不能隨身攜帶，因此，用電池供電不大合適，所以用5V外部穩(wěn)壓電源來(lái)供電。

第3章數(shù)字電子鐘的設(shè)計(jì)原理和方法3.1設(shè)計(jì)原理系統(tǒng)原理圖STC89C52STC89C52LCD1602晶振繼電器LCD1602晶振繼電器蜂鳴器蜂鳴器按鍵按鍵圖3-1系統(tǒng)原理圖3.2硬件電路的設(shè)計(jì)3.2.1STC89C52單片機(jī)簡(jiǎn)介STC89C52是STC公司生產(chǎn)的一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器。STC89C52使用經(jīng)典的MCS-51內(nèi)核，但做了很多的改進(jìn)使得芯片具有傳統(tǒng)51單片機(jī)不具備的功能。具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8k字節(jié)Flash，512字節(jié)RAM，32位I/O口線，看門狗定時(shí)器，內(nèi)置4KBEEPROM，MAX810復(fù)位電路，3個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，4個(gè)外部中斷，一個(gè)7向量4級(jí)中斷結(jié)構(gòu)（兼容傳統(tǒng)51的5向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)），全雙工串行口。3.2.2鍵盤電路的設(shè)計(jì)鍵盤采用4個(gè)獨(dú)立按鍵實(shí)現(xiàn)對(duì)時(shí)鐘和鬧鐘的設(shè)定及修改。3.2.3時(shí)鐘電路單片機(jī)的時(shí)鐘產(chǎn)生方法有兩種:內(nèi)部時(shí)鐘方式和外部時(shí)鐘方式。本系統(tǒng)中STC89C52單片機(jī)采用內(nèi)部時(shí)鐘方式。最常用的內(nèi)部時(shí)鐘方式是采用外接晶體和電容組成的并聯(lián)諧振回路。振蕩晶體可在1.2MHz～12MHz之間。電容值無(wú)嚴(yán)格要求，但電容取值對(duì)振蕩頻率輸出的穩(wěn)定性、大小和振蕩電路起振速度有少許影響，一般可在20pF～100pF之間取值3.2.4蜂鳴器驅(qū)動(dòng)電路發(fā)音部分是通過(guò)三極管放大驅(qū)動(dòng)蜂鳴器工作，當(dāng)鬧鐘開啟時(shí)響三聲,鬧鐘關(guān)閉時(shí)響一聲。圖3-6蜂鳴器驅(qū)動(dòng)電路3.2.5繼電器電路當(dāng)單片機(jī)的引腳輸出高電平時(shí)，三極管截止，繼電器線圈兩端沒有電位差，繼電器銜鐵釋放，同時(shí)狀態(tài)指示的發(fā)光二極管也熄滅，繼電器的常開觸點(diǎn)釋放，相當(dāng)于開關(guān)斷開。在三極管截止的瞬間，由于線圈中的電流不能突變?yōu)榱悖^電器線圈兩端會(huì)產(chǎn)生一個(gè)較高電壓的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)則可以通過(guò)二極管IN4148釋放，從而保護(hù)了三極管免被擊穿，也消除了感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)對(duì)其他電路的干擾，這就是二極管的保護(hù)作用。3.2.6LCD1602電路3.2.7復(fù)位電路復(fù)位電路工作原理如上圖所示，VCC上電時(shí)，電容充電，在電阻上出現(xiàn)電壓，使得單片機(jī)復(fù)位；幾個(gè)毫秒后，電容充滿，電阻上電流降為0，電壓也為0，使得單片機(jī)進(jìn)入工作狀態(tài)。工作期間，按下按鍵，電容放電。松手，電容又充電，在電阻上出現(xiàn)電壓，使得單片機(jī)復(fù)位。 總電路圖3.3軟件部分的設(shè)計(jì)3.3.1主程序部分的設(shè)計(jì)主程序流程圖如下圖3-7。初始化設(shè)置開始與鬧鐘時(shí)間相同顯示時(shí)間蜂鳴器響,繼電器開啟初始化設(shè)置開始與鬧鐘時(shí)間相同顯示時(shí)間蜂鳴器響,繼電器開啟否否是圖3-7主程序流程圖 4個(gè)按鍵每個(gè)都具有兩個(gè)功能，以最終實(shí)現(xiàn)菜單化的輸入功能。采用通過(guò)逐層嵌套的循環(huán)掃描，實(shí)現(xiàn)嵌套式的鍵盤輸入。當(dāng)?shù)竭_(dá)所設(shè)定的時(shí)間之后,蜂鳴器發(fā)出聲音,并且繼電器啟動(dòng),以此控制連接的外圍器件。 要達(dá)到按鍵具有多個(gè)功能，需在程序內(nèi)設(shè)置變量，當(dāng)按鍵按下與變量的值同時(shí)滿足實(shí)現(xiàn)一個(gè)功能，不同時(shí)滿足時(shí)實(shí)現(xiàn)另一個(gè)功能。

第4章實(shí)驗(yàn)結(jié)果此電子鬧鐘設(shè)計(jì)是先利用Proteus仿真軟件進(jìn)行仿真，實(shí)現(xiàn)了課程設(shè)計(jì)要求實(shí)現(xiàn)的功能。然后在使用AltiumDesigner繪制原理圖和PCB，圖3-14運(yùn)行仿真圖實(shí)際電路運(yùn)行圖

總結(jié)通過(guò)自己的不懈努力，我完成了單片機(jī)課程設(shè)計(jì)上的任務(wù)要求。功能上達(dá)標(biāo)：時(shí)鐘的顯示，調(diào)時(shí)功能、校時(shí)功能、鬧鈴功能、鬧鐘設(shè)功能。其精確度完全可以滿足日常生活顯示時(shí)間的需要；調(diào)時(shí)功能，方便快捷；校時(shí)功能保證了時(shí)鐘準(zhǔn)確和可靠性，通過(guò)繼電器可以擴(kuò)展多種外圍電路的可能。硬件設(shè)施合乎要求，軟件設(shè)計(jì)可以配合硬件實(shí)現(xiàn)要求的功能。可見技術(shù)在不斷進(jìn)步，機(jī)械式時(shí)鐘已經(jīng)被淘汰，取而代之的是具有高度準(zhǔn)確性和直觀性且無(wú)機(jī)械裝置，具有更長(zhǎng)的使用壽命等優(yōu)點(diǎn)的數(shù)字時(shí)鐘。數(shù)字時(shí)鐘更具人性化，更能提高人們的生活質(zhì)量，更受人們歡迎。

無(wú)可否認(rèn)機(jī)械時(shí)代已經(jīng)過(guò)去，電子時(shí)代已經(jīng)到來(lái)。做為新時(shí)代的我們，更應(yīng)該提高自身能力，適應(yīng)新時(shí)代的發(fā)展。知識(shí)來(lái)自實(shí)踐，多去生活中探詢所需要的。對(duì)于上述所提到的研究課題，我們應(yīng)盡量考慮到人的因素，增強(qiáng)時(shí)鐘的實(shí)用性和操作性，為使用者提供切實(shí)的方便，營(yíng)造一種舒適的生活氛圍。所以，在設(shè)計(jì)的時(shí)候，應(yīng)該從多方面、多角度去考慮問(wèn)題，而且應(yīng)該進(jìn)一步提高時(shí)鐘的質(zhì)量。另外，在本次設(shè)計(jì)的過(guò)程中，我發(fā)現(xiàn)很多的問(wèn)題，雖然以前沒有做過(guò)這樣的設(shè)計(jì)但通過(guò)這次設(shè)計(jì)我學(xué)會(huì)了很多東西，單片機(jī)課程設(shè)計(jì)重點(diǎn)就在于軟件算法的設(shè)計(jì)，需要有很巧妙的程序算法，雖然以前寫過(guò)幾次程序，但我覺的寫好一個(gè)程序并不是一件簡(jiǎn)單的事，比如寫一個(gè)程序看其功能很少認(rèn)為編寫程序簡(jiǎn)單，但到編程的時(shí)候才發(fā)現(xiàn)一些細(xì)微的知識(shí)或低級(jí)錯(cuò)誤經(jīng)常犯做不到最后常常失敗，所以有些東西只有學(xué)精弄懂并且要細(xì)心才行，只學(xué)習(xí)理論有些東西是很難理解的，更談不上掌握。從這次的課程設(shè)計(jì)中，我們真真正正的意識(shí)到，在以后的學(xué)習(xí)中，要理論聯(lián)系實(shí)際，把我們所學(xué)的理論知識(shí)用到實(shí)際當(dāng)中，學(xué)習(xí)單機(jī)片機(jī)更是如此，程序只有在經(jīng)常的練習(xí)的過(guò)程中才能提高，我想這就是我在這次課程設(shè)計(jì)中的最大收獲。

附錄相關(guān)的程序代碼：#include<reg52.h>#include<intrins.h>#defineuintunsignedint#defineucharunsignedchar#defineLCD1602_DBP0ucharcodetable[]="CurrentTime";ucharcodetable1[]="00:00:00";ucharkey1Flag=0;ucharkey2Flag=0;ucharkey3Flag=0;ucharkey4Flag=0;uchartemp=0;ucharsec=0;ucharmin=0;ucharhour=0;ucharclkHour=0;ucharclkMin=0;ucharclkFlag=0;ucharbeepNum=0;ucharrelayFlag=1;sbitLCD1602_RS=P2^0; //數(shù)據(jù)/命令選擇端(電平H/L)sbitLCD1602_RW=P2^1; //數(shù)據(jù)/命令選擇端(電平H/L)sbitLCD1602_E=P2^2; //使能信號(hào)sbitKey1=P1^0;sbitKey2=P1^1;sbitKey3=P1^2;sbitKey4=P1^3;sbitLed=P2^4;sbitSpeaker=P2^5;sbitRelay=P2^3;voidDelay1ms() //@12.000MHz{ unsignedchari,j; i=12; j=169; do { while(--j); }while(--i);}voidDelay20ms() //@12.000MHz{ unsignedchari,j,k; _nop_(); _nop_(); i=1; j=234; k=113; do { do { while(--k); }while(--j); }while(--i);}voidBeep(){ Speaker=0; Delay20ms(); Speaker=1;}voidLcdWaitReady() { unsignedcharsta; LCD1602_DB=0xFF; LCD1602_RS=0; LCD1602_RW=1; do { LCD1602_E=1; sta=LCD1602_DB; LCD1602_E=0; }while(sta&0x80);}voidLcdWriteCmd(unsignedcharcmd) { LcdWaitReady(); 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