《基于單片機(jī)的新型電子時(shí)鐘設(shè)計(jì)》4900字（論文）

i基于單片機(jī)的新型電子時(shí)鐘設(shè)計(jì)目錄TOC\o"1-2"\h\u10535基于單片機(jī)的新型電子時(shí)鐘設(shè)計(jì) 1170111緒論 110462相關(guān)理論研究 2266912.1硬件設(shè)計(jì)簡介 229222.2軟件設(shè)計(jì)簡介 346363設(shè)計(jì)方案 3204853.1方案設(shè)計(jì)要求 3309743.2硬件設(shè)計(jì) 430453.3軟件設(shè)計(jì) 6184104本次電子時(shí)鐘設(shè)計(jì)過程總結(jié) 11摘要：1970年單片機(jī)問世，人們對(duì)它產(chǎn)生了極大的關(guān)注，原因是它本身的性能價(jià)格比比較高，而且被廣泛運(yùn)用于人們的日常生活中，單片機(jī)擁有許多優(yōu)點(diǎn)，比如：集成度高，體積小，可靠性好，容易采用電磁屏蔽或密封措施，適合在惡劣環(huán)境下做工。并且，單片機(jī)指令豐富，能充分滿足現(xiàn)代工業(yè)的要求，因?yàn)閱纹瑱C(jī)的低功耗，低電壓，便于生產(chǎn)便攜式產(chǎn)品，所以我們基于單片機(jī)的各種特性和c語言研發(fā)了一款電子時(shí)鐘。關(guān)鍵字：單片機(jī)電子時(shí)鐘C語言1緒論隨著時(shí)代的發(fā)展，科技也在不斷進(jìn)步，在第二次工業(yè)革命之后，社會(huì)生產(chǎn)力得到了極大的提升，科學(xué)技術(shù)突飛猛進(jìn)，各種科技產(chǎn)品逐漸進(jìn)入了人們的生活當(dāng)中。特別是電能的普及和進(jìn)入20世紀(jì)以來科學(xué)技術(shù)得到了極大的發(fā)展，各種電器逐漸進(jìn)入了家庭生活中，變成了家庭生活中不可缺少的一部分。最先開始普及的電燈，電話，進(jìn)而是電子時(shí)鐘，電子時(shí)鐘的發(fā)明使得人們能何時(shí)何地都能知道時(shí)間的準(zhǔn)確性，使人民的生活質(zhì)量得到了極大的提升。直到現(xiàn)在，電子時(shí)鐘已經(jīng)成為每個(gè)人離不開的電子產(chǎn)品，從每天叫你起床的鬧鈴到你訂的備忘錄都離不開電子時(shí)鐘?！峨娮隅姟?，搜狗百科，網(wǎng)址：/v54957521.htm?fromTitle=%E7%94%B5%E5%AD%90%E9%92%9F?！峨娮隅姟?，搜狗百科，網(wǎng)址：/v54957521.htm?fromTitle=%E7%94%B5%E5%AD%90%E9%92%9F。2相關(guān)理論研究2.1硬件設(shè)計(jì)簡介2.1.1單片機(jī)簡介單片機(jī)微型計(jì)算機(jī)，簡稱單片機(jī)，是微型計(jì)算機(jī)的一個(gè)非常的重要分支，特別適用于控制領(lǐng)域，所以又被稱為微控制器，單片機(jī)微型計(jì)算機(jī)把組成微型計(jì)算機(jī)的各個(gè)功能部件（如中央處理器CPU、隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM、只讀存儲(chǔ)器ROM、輸入/輸出接口電路、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器以及串行通信接口等功能部件）集成在一了塊芯片之中，構(gòu)成了一個(gè)完整的微型計(jì)算機(jī)，當(dāng)今學(xué)術(shù)界根據(jù)目前按單片機(jī)內(nèi)部數(shù)據(jù)通道的寬度，把它們分為4位、8位、16位及32位單片機(jī)。李爽，《基于單片機(jī)的家庭報(bào)時(shí)與控制系統(tǒng)及軟件設(shè)計(jì)》，碩士畢業(yè)論文，電子科技大學(xué)，2011年。出于單片機(jī)的設(shè)計(jì)初衷，那就是利用軟件方法，面對(duì)測控對(duì)象并發(fā)揮測控對(duì)象的獨(dú)有的控制功能，輸出控制結(jié)果，我們就因?yàn)檫@個(gè)原因可以把單片機(jī)理解為一個(gè)單芯片的微控制器。正因?yàn)槿绱?，我們就可以得出單片機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，那就是把一個(gè)完整計(jì)算機(jī)的基本功能部件全部匯集于一塊芯片之上，并可以與可以適用的軟件系統(tǒng)和外部設(shè)備結(jié)合，從而形成一個(gè)完整的單芯片微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。通常，單片機(jī)芯片中的基本功能部件包括中央處理器（CentralProcessingUnit，CPU）、存儲(chǔ)器（Memory）、I/O接口電路和定時(shí)器計(jì)數(shù)器。2.1.2本設(shè)計(jì)方案中所應(yīng)用的單片機(jī)（SPCE061A單片機(jī)）簡介SPCE061A單片機(jī)：單片機(jī)是一類集成電路芯片，采用了超大規(guī)模的電路技術(shù)從而將把中央處理器CPU（具有數(shù)據(jù)處理能力），隨機(jī)儲(chǔ)存器RAM(具有暫時(shí)儲(chǔ)存能力），只讀儲(chǔ)存器ROM（具有固定儲(chǔ)存能力），多種種類的I/O口（具有數(shù)據(jù)交換功能），中斷系統(tǒng)，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器等各種各種功能模塊集成到一塊硅片上，從而構(gòu)成了一個(gè)小但是完善的微型計(jì)算機(jī)。在單片機(jī)的分類上可以根據(jù)其內(nèi)部數(shù)據(jù)通道的寬度從而把單片機(jī)可以分為：4位，8位，161位，32位。我們這個(gè)方案用到的單片機(jī)SPCE016A是一款16位的單片機(jī)，因?yàn)榇藛纹瑱C(jī)支持C語言，能夠進(jìn)行簡單的編程，并且有著較高的處理速度，從而在處理一些復(fù)雜的數(shù)字信號(hào)時(shí)能快速處理，是我們這個(gè)方案所能選用的單片機(jī)中是最經(jīng)濟(jì)的選擇，其內(nèi)部的結(jié)構(gòu)圖入下圖1所示：圖SEQ圖\*ARABIC1SPCE061A單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖2.2軟件設(shè)計(jì)簡介KeilC51：KeilC51是美國KeilSoftware公司出品的51系列兼容單片機(jī)C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，Keil提供了包含C編譯器，宏匯編，連接器，庫管理和一個(gè)功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案，然后通過一個(gè)集成開發(fā)環(huán)境將這些部分組合在一起。我們這個(gè)方案要先在keil上進(jìn)行編程，設(shè)計(jì)出一個(gè)軟件，然后利用該軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)SPCE061A單片機(jī)的控制，最后形成一個(gè)完整的電子時(shí)鐘系統(tǒng)。下面是詳細(xì)的設(shè)計(jì)方案。3設(shè)計(jì)方案3.1方案設(shè)計(jì)要求該電子時(shí)鐘具備的功能：（1）能夠顯示出具體時(shí)間包括（年月日，時(shí)分秒）（2）具有語音報(bào)時(shí)功能（3）具有鬧鐘功能（4）具有能夠計(jì)時(shí)的秒表功能在以上的這些基本和特色功能外因?yàn)槭且豢罴矣玫碾娮訒r(shí)鐘，所以在家用方面只能用一些普通的干電池，所以要保證電子時(shí)鐘能在電壓位于4.5V時(shí)能夠進(jìn)行工作，而且在時(shí)間顯示方面要制定一個(gè)顯示日期范圍，此電子時(shí)鐘我們?cè)O(shè)定的時(shí)間范圍為1000年01月01日00：00：01到2050：00：01并且在時(shí)間顯示方面可以顯示24小時(shí)制，也可以顯示為12小時(shí)制。3.2硬件設(shè)計(jì)3.2.1SPCE061A單片機(jī)的最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)根據(jù)目前的產(chǎn)品需求和我們用的SPCE061A單片機(jī)進(jìn)行比較，我們發(fā)現(xiàn)要在此單片機(jī)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上加上一些包圍基本的功能模塊。包圍基本的功能模塊包括：晶體包圍模塊，鎖相環(huán)外圍電路（PLL）、復(fù)位電路（RST）,指示燈（LED），晶振電路（OSC）等。具體的單片機(jī)機(jī)構(gòu)如下圖2：圖SEQ圖\*ARABIC2SPCE061A單片機(jī)的最小系統(tǒng)3.2.2實(shí)現(xiàn)語音報(bào)時(shí)等功能的音頻輸出功能電路設(shè)計(jì)：為了實(shí)現(xiàn)電子時(shí)鐘的語音報(bào)時(shí)等功能，我們需要增加一個(gè)音頻輸出電路。在音頻輸出模塊中我們選擇了ZJC006芯片，該芯片能夠通過揚(yáng)聲器將聲音輸出出來，通過該芯片可以實(shí)現(xiàn)該電子時(shí)鐘的語音報(bào)時(shí)等功能。具體設(shè)計(jì)方案如圖4所示：圖SEQ圖\*ARABIC4語音報(bào)時(shí)功能的電路圖設(shè)計(jì)3.2.3時(shí)間，日期顯示的設(shè)計(jì)的方案我們?cè)O(shè)計(jì)的這個(gè)電子時(shí)鐘有顯示時(shí)間功能，所以我們需要一個(gè)LED點(diǎn)陣屏來顯示時(shí)間，LED點(diǎn)陣顯示屏有兩種顯示方式：靜態(tài)顯示，動(dòng)態(tài)顯示。因?yàn)殪o態(tài)顯示需要的驅(qū)動(dòng)比較多并且復(fù)雜，可靠性也比較低，所以我們選擇在這款電子時(shí)鐘上選擇動(dòng)態(tài)顯示。靜態(tài)顯示的缺點(diǎn)在動(dòng)態(tài)顯示上并不存在，但是需要更高的設(shè)計(jì)要求，如果設(shè)計(jì)不當(dāng)就會(huì)造成顯示屏出現(xiàn)亮度低，并且會(huì)存在閃爍現(xiàn)象。于是我們根據(jù)人眼成像的原理設(shè)計(jì)了一個(gè)方案。這時(shí)候我們需要7個(gè)LED來組成一個(gè)數(shù)字管，其中7個(gè)LED需要成“日”字排列。因?yàn)長ED點(diǎn)陣屏原理的特殊性，我們可以在當(dāng)顯示屏的行選信號(hào)被被選擇的時(shí)候，我們可以將需要顯示的信息來進(jìn)行編碼，在將編碼后的數(shù)據(jù)根據(jù)算法發(fā)送大顯示屏，最后進(jìn)行逐一點(diǎn)亮就可以顯示出想要的信息。但是，如果我們想用動(dòng)態(tài)顯示讓人眼看到一張穩(wěn)定的畫面的話，就需要根據(jù)人眼的暫留效應(yīng)對(duì)二極管的各種參數(shù)（二極管的停閃頻率，發(fā)光時(shí)間的長短，發(fā)光的亮度等）進(jìn)行編輯，通過進(jìn)行了多次實(shí)驗(yàn)之后發(fā)現(xiàn)，當(dāng)掃描刷新為50HZ，二極管導(dǎo)通時(shí)間>1ms時(shí)，顯示亮度正常，沒有閃爍。因?yàn)槲覀冞@是一款家用電子時(shí)鐘，也要考慮電流對(duì)顯示亮度的影響，但電流不會(huì)大，所以我們要從減少I/O口方面入手，通過減少I/O口來減少功率的損耗來保證顯示的亮度。3.2.4硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)的整體框圖根據(jù)此電子時(shí)鐘的各種功能需求以及各種需求需要的硬件，繪制出了一個(gè)完整的設(shè)計(jì)圖，整個(gè)硬件系統(tǒng)包括了SPCE061A單片機(jī)，復(fù)位電路，按鍵電路，電源，LED點(diǎn)陣顯示屏，SPY0030芯片。整體的設(shè)計(jì)框s圖如圖5所示：圖SEQ圖\*ARABIC5硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)的整體框圖3.3軟件設(shè)計(jì)本此電子時(shí)鐘的軟件設(shè)計(jì)是基于C語言進(jìn)行設(shè)計(jì)的，因?yàn)镃語言的代碼量比較小，運(yùn)行速度快，功能強(qiáng)大，能夠適應(yīng)各種工作環(huán)境的需求，所以在眾多的語言中我們選擇了C語言來進(jìn)行此軟件的設(shè)計(jì)。電子時(shí)鐘的軟件程序主要由開始，主程序，子程序進(jìn)行組成。3.3.1運(yùn)行的主程序流程圖主在主程序中，需要對(duì)同一幀的反復(fù)掃描次數(shù)進(jìn)行設(shè)定，這就需要我們來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，進(jìn)而來確定一個(gè)最賤的次數(shù)，這樣就不會(huì)在顯示畫面時(shí)產(chǎn)生閃爍感。此電子時(shí)鐘的程序設(shè)計(jì)如下圖所示，主程序的流程是：打開開始開關(guān)，啟動(dòng)定時(shí)器，進(jìn)行按鍵檢測，進(jìn)行時(shí)間顯示，循環(huán)。具體流程框圖設(shè)計(jì)繪制如下：圖SEQ圖\*ARABIC6主程序設(shè)計(jì)具體流程框圖3.3.2子程序因?yàn)槲覀冞@款電子時(shí)鐘有許多需求，比如時(shí)間顯示，日期顯示，定時(shí)開關(guān)等，所以我們需要一些子程序來實(shí)現(xiàn)這些功能，下面是子程序的設(shè)計(jì)流程圖。按鍵檢測程序流程圖此子程序的功能是來進(jìn)行修改時(shí)間，進(jìn)行保存。此程序是為了檢測電子時(shí)鐘的功能按鍵有無被按下，因?yàn)槲覀冞@個(gè)電子時(shí)鐘所有功能是通過單片機(jī)來進(jìn)行控制的，在實(shí)現(xiàn)時(shí)間顯示功能時(shí)，我們需要按下電子時(shí)鐘的按鍵來進(jìn)行顯示具體的時(shí)間，此子程序的程序設(shè)計(jì)如下圖所示，具體流程為：開始，檢測秒按鍵是否被按下，如果秒按鍵被按下，則秒加1，如果秒按鍵沒有被按下，繼續(xù)檢測分按鍵，檢測流程同秒按鍵一致，分按鍵檢測完畢后，繼續(xù)檢測時(shí)按鍵，檢測流程同秒，分按鍵一致，最后全部檢測完畢后顯示時(shí)間。具體流程框圖設(shè)計(jì)繪制如下：圖SEQ圖\*ARABIC7按鍵檢測程序設(shè)計(jì)具體流程框圖定時(shí)器中斷功能程序流程圖此子程序的是為了實(shí)現(xiàn)電子時(shí)鐘的時(shí)間顯示功能。在實(shí)現(xiàn)顯示功能時(shí)我們需要對(duì)時(shí)間進(jìn)行進(jìn)位控制來實(shí)現(xiàn)定時(shí)功能。此子程序的流程圖如下圖，具體流程為：開始序，然后中斷器中斷，進(jìn)行檢測中斷器中斷時(shí)間有沒有1s，如果超過一秒，那秒單元增加1，如果沒有直接顯示時(shí)間，然后繼續(xù)進(jìn)行檢測中斷時(shí)間有沒有超過60s，如果超過60s則秒單元清零，分時(shí)間加1，如果沒有，則顯示時(shí)間，繼續(xù)檢測中斷時(shí)間超沒超過60分鐘，檢測規(guī)則同上，最后檢測到24小時(shí)，最后顯示時(shí)間。具體流程框圖設(shè)計(jì)繪制如下：圖SEQ圖\*ARABIC8定時(shí)器中斷功能設(shè)計(jì)具體流程框圖時(shí)間顯示程序功能流程圖此程序的功能是來實(shí)現(xiàn)電子時(shí)鐘的顯示功能。此電子時(shí)鐘是通過單片機(jī)來進(jìn)行時(shí)間顯示，流程圖如下圖所示，具體流程為：開始，顯示個(gè)位秒時(shí)間，顯示十位秒時(shí)間，顯示個(gè)位分時(shí)間，顯示十位分時(shí)間，顯示個(gè)位時(shí)時(shí)間，顯示十位時(shí)時(shí)間。具體流程框圖設(shè)計(jì)繪制如下：圖SEQ圖\*ARABIC9時(shí)間顯示功能設(shè)計(jì)具體流程框圖日期顯示功能流程圖此程序的是為了實(shí)現(xiàn)電子時(shí)鐘的日期顯示功能。在日期的顯示上，我們是通過2HZ的時(shí)機(jī)中斷，來實(shí)現(xiàn)日期顯示功能，此子程序和時(shí)間顯示子程序有很多共同之處，需要和時(shí)間顯示子程序相結(jié)合。此程序的流程圖如下，具體流程為：開始，然后需要時(shí)間顯示程序?qū)πr(shí)進(jìn)行檢測2HZ中斷次數(shù)，如果中斷2次秒加1，然后秒加1，檢測秒時(shí)間，如果秒時(shí)間大于60則秒清零分加一，以相同的規(guī)則檢測時(shí)，然后通過查表確定當(dāng)月天數(shù)，最后輸出日期。具體流程框圖設(shè)計(jì)繪制如下：圖SEQ圖\*ARABIC10日期顯示功能設(shè)計(jì)具體流程框圖3.3.6定時(shí)開關(guān)控制功能流程圖此程序是為了實(shí)現(xiàn)電子時(shí)鐘的定時(shí)開關(guān)功能，在日常生活中有時(shí)需要用到定時(shí)開關(guān)功能，所以我們?cè)O(shè)計(jì)了這個(gè)功能。此功能的程序流程圖如下圖，具體流程為：開始，然后獲取當(dāng)前時(shí)間顯示，然后檢測定時(shí)功能按鍵有沒有被按下，如果功能按鍵按下，就顯示設(shè)定時(shí)間的長度，然后，單片機(jī)就會(huì)發(fā)出指令，在對(duì)應(yīng)的時(shí)間將開關(guān)控制器打開，電子時(shí)鐘關(guān)閉，到了定時(shí)的時(shí)間段末，在發(fā)出指令將開關(guān)控制器關(guān)閉，電子時(shí)鐘打開。具體流程框圖設(shè)計(jì)繪制如下：圖SEQ圖\*ARABIC11定時(shí)開關(guān)控制功能設(shè)計(jì)具體流程框圖4本次電子時(shí)鐘設(shè)計(jì)過程總結(jié)這個(gè)電子時(shí)鐘的設(shè)計(jì)是基于單片機(jī)來進(jìn)行設(shè)計(jì)的，是為了方便使用者在日常的學(xué)習(xí)睡眠等需要定時(shí)或者計(jì)時(shí)的時(shí)候所使用的。例如，使用者在一天的工作和學(xué)習(xí)之后，在晚上睡覺的時(shí)候可以通過定時(shí)功能，來設(shè)定時(shí)鐘的提醒功能，這樣一來，第二天早上的時(shí)候就不會(huì)遇到一些起床晚上班遲到的問題，可以安心睡眠。當(dāng)使用者需要需要當(dāng)天的日期的時(shí)候，就可以通過LED管得出當(dāng)天的年份，月份，星期和具體的時(shí)間，同時(shí)，LED管的特性，也可以減少電力能源的浪費(fèi)，做到節(jié)能減排。為了體貼老年用戶，該電子時(shí)鐘還貼心的具有農(nóng)歷時(shí)間這一功能，是一個(gè)特別的設(shè)計(jì)，能通過本時(shí)鐘。SPCE061A單片機(jī)控制系統(tǒng)非常強(qiáng)大而且功能十分的齊全，通過這一套齊全的系統(tǒng)，可以通過軟硬件編程研發(fā)出許多東西，方