1、基于單片機(jī)的電子鬧鐘設(shè)計(jì) 作者姓名： 謝 敏 專業(yè)名稱： 通信工程 指導(dǎo)教師： 趙 杰 講師 摘摘 要要 單片機(jī)自 20 世紀(jì) 70 年代問世以來，以其極高的性能價(jià)格比，受到人們的 重視和關(guān)注，應(yīng)用很廣、發(fā)展很快。而 51 單片機(jī)是各單片機(jī)中最為典型和最有 代表性的一種。 本設(shè)計(jì)以 AT89C51 芯片為核心，輔以必要的外圍電路，設(shè)計(jì)了一個(gè)結(jié)構(gòu)簡 單，功能齊全的電子時(shí)鐘，它由 5V 直流電源供電。在硬件方面，除了 CPU 外， 使用八個(gè)七段 LED 數(shù)碼管來進(jìn)行顯示，LED 采用的是動(dòng)態(tài)掃描顯示，使用 74LS245 芯片進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。通過 LED 能夠較為準(zhǔn)確地顯示時(shí)、分、秒。四個(gè)簡單 的按鍵實(shí)

2、現(xiàn)對時(shí)間的調(diào)整。軟件方面采用 C 語言編程。整個(gè)電子鐘系統(tǒng)能完成 時(shí)間的顯示、調(diào)時(shí)、校時(shí)和三組定時(shí)鬧鐘的功能。 選用單片機(jī)最小系統(tǒng)應(yīng)用程序,添加比較程序、時(shí)間調(diào)整程序及蜂鳴程序， 通過時(shí)間比較程序觸發(fā)蜂鳴，實(shí)現(xiàn)鬧鐘功能，完成設(shè)計(jì)所需求的軟件環(huán)境。介 紹并使用 Keil 單片機(jī)模擬調(diào)試軟件，測試程序的可行性并用 Proteus 進(jìn)行仿真。 關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：單片機(jī) 定時(shí)器 中斷 鬧鐘 LED ABSTRACTABSTRACT Because of its extremely high performance-price ratio, the single-chip computer (SCC) ha

3、s been paid great attention to ever since it came out in 1970s of 20th Century, and has gained an extensive applicable field and fast development. Among all kinds of SCCS, 51 SCC is the most typical and representative one. This design, adopting AT89C51 chip as the core part with some necessary perip

4、heral circuits, is a simple electronic clock which uses 5V DC as the power supply. In hardware aspect, besides the CPU, eight seven-segment LED digi-tubes are used for display, which work in a dynamically scanning display mode and driven by 74SL245 chip. The LEDS can accurately indicate hour 、 minut

5、e and second. Four buttons can be used to adjust the time. While in the software aspect, the programming language is C language. The whole electronic clock system has functions of time display, adjustment 、timing and three groups of alarm function. Choose the smallest SCM system applications,add Com

6、parison procedures, time to adjust procedures and faint buzzing procedures, Through relatively faint buzzing trigger procedures to achieve alarm clock function, Completed the design needs of the software environment. Keil introduced and the use of SCM software simulation debugging, testing the feasi

7、bility and proteus by simulation. Keywords： single slice machine，in fixed time machine，break off，alarm clock，LED 目目 錄錄 摘摘 要要.I ABSTRACTABSTRACT .II 前前 言言 .1 第第 1 1 章章 課題的背景課題的背景 .2 1.1 課題的來源.2 1.2 課題研究的目的和意義.2 1.3 應(yīng)解決的主要問題及達(dá)到的技術(shù)要求.2 第第 2 2 章章 方案的選擇和論證方案的選擇和論證 .3 2.1 單片機(jī)型號的選擇.3 2.2 按鍵的選擇.3 2.3 顯示器的選擇

8、.3 2.4 計(jì)時(shí)部分的選擇.4 2.5 發(fā)音部分的設(shè)計(jì).4 2.6 顯示器驅(qū)動(dòng)電路.4 2.7 電源的選擇.4 第第 3 3 章章 數(shù)字電子鐘的設(shè)計(jì)原理和方法數(shù)字電子鐘的設(shè)計(jì)原理和方法 .5 3.1 設(shè)計(jì)原理.5 3.2 硬件電路的設(shè)計(jì).5 3.2.1 AT89C51 單片機(jī)簡介.5 3.2.2 鍵盤電路的設(shè)計(jì).6 3.2.3 段碼驅(qū)動(dòng)電路.6 3.2.4 蜂鳴器驅(qū)動(dòng)電路.6 3.3 軟件部分的設(shè)計(jì).7 3.3.1 主程序部分的設(shè)計(jì).7 3.3.2 中斷定時(shí)器的設(shè)置.7 3.3.3 鬧鐘子函數(shù).8 3.3.4 計(jì)時(shí)函數(shù).8 3.3.5 鍵盤掃描函數(shù).9 3.3.6 時(shí)間和鬧鐘的設(shè)置.10 第

9、第 4 4 章章 實(shí)驗(yàn)結(jié)果實(shí)驗(yàn)結(jié)果 .12 總總 結(jié)結(jié) .13 致致 謝謝 .14 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn) .15 附附 錄錄 .16 前前 言言 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)奏也越來越 快。 時(shí)間對人們來說總是那么寶貴，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

10、。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，有著非常現(xiàn)實(shí)的意義。 隨著生活水平的提高，人們越來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單穩(wěn) 定，減小電磁干擾和

11、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，且無機(jī)械裝置，具有更長的使用壽命，因此得到了 廣泛的使用。 數(shù)字鐘通過數(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所成為人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢缮俚谋匦杵?。?于數(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 它的時(shí)鐘信號進(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。通過鍵盤可以進(jìn)行校時(shí)、定

12、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) AT89C51 為核心元件同時(shí)采用 LED 數(shù)碼管顯示器動(dòng)態(tài)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，和定時(shí)器功能，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)。 第第 1 1 章章 課題的背景課題的背景 1.11.1 課題的來源課題的來源 隨著生活水平的提高，人們越來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?，F(xiàn)代的時(shí)鐘不僅需要模擬電路技術(shù)而且需要數(shù)字電路技術(shù)和 單片機(jī)技術(shù)，增加時(shí)鐘的功能。數(shù)字電子鐘可利用軟

13、件編程盡量做到硬件電路 簡單穩(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； 盡管如此數(shù)字鐘還是可以改進(jìn)和提高，比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，且無機(jī)械裝置，具有更長的使用壽 命，因此得到了廣泛的使用。 1.21.2 課題研究的目的和意義課題研究的目的和意義 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)奏也越來越 快。 時(shí)間對人們來說總是那么寶貴，工作的忙碌性和繁雜性容易使人忘記當(dāng)前

14、 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)間等造成的。而鐘表的數(shù)字化給人們生 產(chǎn)生活帶來了極大的方便。數(shù)字鐘是通過數(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所,成為人們?nèi)粘Ｉ?中不可少的必需品。由于數(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)超過老式鐘表,鐘表的數(shù)字化給人們生產(chǎn)生活帶來了極大 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)

15、廣播、自動(dòng)起閉路燈、定時(shí)開關(guān)烤箱、通斷 動(dòng)力設(shè)備、甚至各種定時(shí)電氣的自動(dòng)啟用等。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。 1.31.3 應(yīng)解決的主要問題及達(dá)到的技術(shù)要求應(yīng)解決的主要問題及達(dá)到的技術(shù)要求 本設(shè)計(jì)應(yīng)解決的主要問題有兩大方面，即硬件電路設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)兩大方 面。其中硬件電路部分又可分為四個(gè)模塊：鍵盤模塊、顯示模塊、計(jì)時(shí)模塊和 發(fā)聲模塊。硬件電路部分致力于低成本、低功耗和易實(shí)現(xiàn)性。軟件部分則應(yīng)做 到代碼的精簡、準(zhǔn)確、易讀懂。最后通過硬軟件的結(jié)合實(shí)現(xiàn)數(shù)字鐘的精確計(jì)時(shí)、 校時(shí)、三組鬧鐘設(shè)置和定時(shí)報(bào)警功能。 第第 2 2 章章 方案的選擇和方案

16、的選擇和論證論證 2.12.1 單片機(jī)型號的選擇單片機(jī)型號的選擇 通過對多種單片機(jī)性能的分析，最終認(rèn)為 AT89C51 是最理想的電子時(shí)鐘開 發(fā)芯片。AT89C51 是一種帶 4K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的低電壓，高 性能 CMOS8 位微處理器，器件采用 ATMEL 高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造， 與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS-51 指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能 8 位 CPU 和閃爍 存儲器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL 的 AT89C51 是一種高效微控制器，而且它與 MCS-51 兼容，且具有 4K 字節(jié)可編程序存儲器和 1000 次擦寫循環(huán)，數(shù)據(jù)保留時(shí) 間為 10 年，是最好

17、的選擇。 2.22.2 按鍵的選擇按鍵的選擇 方案一：44 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)置過多按鍵，將會(huì)占用較多 I/O 口，而且會(huì) 給布線帶來不便，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，只能通過加或減 完成，稍為麻煩一些，但其程序簡單。 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單，按 鍵少、成本低，因此，選擇方案二。 2.32.3 顯示器的選擇顯示器的選擇 方案一：液晶顯示器。如果選擇此方案，將會(huì)

18、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)電路簡單，使用方便，如果選 擇了此方案，那么在夜間看時(shí)間的時(shí)候就不需要有光源，非常方便。其缺點(diǎn)是 功耗較大。 由于數(shù)碼管使用起來較為方便，在夜間看時(shí)間也很方便，因此我選擇了方 案二。 2.42.4 計(jì)時(shí)部分的計(jì)時(shí)部分的選擇選擇 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計(jì)時(shí)而沒有采用價(jià)格較高的時(shí)鐘芯片。 2.52.5 發(fā)音部分的設(shè)

19、計(jì)發(fā)音部分的設(shè)計(jì) 通過三極管放大后驅(qū)動(dòng)蜂鳴器工作，再通過軟件這時(shí)產(chǎn)生等時(shí)時(shí)間方波驅(qū) 動(dòng)蜂鳴器發(fā)出間斷嘀聲，這樣就可以省去硬件振蕩電路，降低成本。 2.62.6 電源的選擇電源的選擇 如果是用電池供電，就比較方便攜帶，但是本系統(tǒng)，采用了數(shù)碼管作為顯 示器，功耗較大，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 USB 接入來供電。 第第 3 3 章章 數(shù)字電子鐘的設(shè)計(jì)原理和方法數(shù)字電子鐘的設(shè)計(jì)原理和方法 3.13.1 設(shè)計(jì)原理設(shè)計(jì)原理 系統(tǒng)原理圖 a b f c g d e dp a 11 a b f c g d e dp a b

20、f c g d e dp a b f c g d e dp b 7 c 4 d 2 e 1 f 10 g 5 dp 3 DG1 12 DG2 9 DG3 8 DG4 6 A 1 4L E D E A/V P 31 X 1 19 X 2 18 R ES ET 9 P3.7/R D 17 P3.6/W R 16 P3.2/IN T 0 12 P3.3/IN T 1 13 P3.4/T 0 14 P3.5/T 1 15 P1.0 1 P1.1 2 P1.2 3 P1.3 4 P1.4 5 P1.5 6 P1.6 7 P1.7 8 P0.0 39 P0.1 38 P0.2 37 P0.3 36 P0.

21、4 35 P0.5 34 P0.6 33 P0.7 32 P2.0 21 P2.1 22 P2.2 23 P2.3 24 P2.4 25 P2.5 26 P2.6 27 P2.7 28 PSE N 29 A LE /P 30 P3.1/T XD 11 P3.0/R XD 10 G ND 20 V CC 40 U 1 A T89C 51 a b f c g d e dp a 11 a b f c g d e dp a b f c g d e dp a b f c g d e dp b 7 c 4 d 2 e 1 f 10 g 5 dp 3 DG1 12 DG2 9 DG3 8 DG4 6 A 2

22、 4L E D 1 2 3 4 5 6 7 8 9 R 3 561 a b c d e f g dp a b c d e f g dp a b c d e f g dp a b c d e f g dp V CC S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8 S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8 C 1 22P C 2 22P Y 1 12M X 1X 2 X 1 X 2 C 3 10uF R 1 10K R 3 10K V CC S1 Q 18550 FM Q V CC S2 S3 S4 圖 3-1 系統(tǒng)原理圖 3.23.2 硬件電路的設(shè)計(jì)硬件電路的設(shè)計(jì) 3.2.13.2.1 A

23、T89C51AT89C51 單片機(jī)簡介單片機(jī)簡介 AT89C51 是一款單片封裝的微控制器，適合于許多要求高集成度、低成本 的場合?？梢詽M足多方面的性能要求。AT89C51 采用了高性能的處理器結(jié)構(gòu)， 指令執(zhí)行時(shí)間只需 2 到 4 個(gè)時(shí)鐘周期。6 倍于標(biāo)準(zhǔn) 51 單片機(jī)器件。AT89C51 集 成了許多系統(tǒng)級的功能，這樣可大大減少元件的數(shù)目和電路板面積并降低系統(tǒng) 的成本。 AT89C51 單片機(jī)內(nèi)部主要有以下部件：8031CPU、振蕩電路、總線控制部件、 中斷控制部件、片內(nèi) Flash 存儲器、并行 I/O 接口、定時(shí)器和串行 I/O 接口。 圖 3-2 AT89C51 單片機(jī) 3.2.23.

24、2.2 鍵盤電路的設(shè)計(jì)鍵盤電路的設(shè)計(jì) 鍵盤采用 4 個(gè)獨(dú)立按鍵配以 4 個(gè)上拉電阻實(shí)現(xiàn)對時(shí)鐘和鬧鐘的設(shè)定及修改。 圖 3-3 獨(dú)立按鍵 圖 3-4 鍵盤輸入電路 3.2.33.2.3 蜂鳴器驅(qū)動(dòng)電路蜂鳴器驅(qū)動(dòng)電路 發(fā)音部分是通過三極管放大驅(qū)動(dòng)蜂鳴器工作，再通過軟件這時(shí)產(chǎn)生等時(shí)時(shí) 間方波驅(qū)動(dòng)蜂鳴器發(fā)出間斷嘀聲，這樣就可以省去硬件振蕩電路，降低成本。 圖 3-5 蜂鳴器驅(qū)動(dòng)電路 3.2.43.2.4 常用復(fù)位電路圖常用復(fù)位電路圖 在振蕩器運(yùn)行時(shí)，有兩個(gè)機(jī)器周期（24 個(gè)振蕩周期）以上的高電平出現(xiàn)在 此引腿時(shí)，將使單片機(jī)復(fù)位，只要這個(gè)腳保持高電平，51 芯片便循環(huán)復(fù)位。復(fù) 位后 P0P3 口均置 1

25、 引腳表現(xiàn)為高電平，程序計(jì)數(shù)器和特殊功能寄存器 SFR 全 部清零。當(dāng)復(fù)位腳由高電平變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，芯片為 ROM 的 00H 處開始運(yùn)行程序。 復(fù)位是由外部的復(fù)位電路來實(shí)現(xiàn)的。片內(nèi)復(fù)位電路是復(fù)位引腳 RST 通過一個(gè)斯 密特觸發(fā)器與復(fù)位電路相連，斯密特觸發(fā)器用來抑制噪聲，它的輸出在每個(gè)機(jī) 器周期的 S5P2，由復(fù)位電路采樣一次。復(fù)位電路通常采用上電自動(dòng)復(fù)位和按鈕 復(fù)位兩種方式，此電路系統(tǒng)采用的是上電與按鈕復(fù)位電路。當(dāng)時(shí)鐘頻率選用 6MHz 時(shí)，C 取 22F，Rs 約為 200，Rk 約為 1K。復(fù)位操作不會(huì)對內(nèi)部 RAM 有 所影響。 常用的復(fù)位電路如下圖所示： 圖 3-6 常用復(fù)位電路圖

26、3.2.53.2.5 LEDLED 顯示電路顯示電路 顯示器普遍地用于直觀地顯示數(shù)字系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)和工作數(shù)據(jù)，按照材料 及產(chǎn)品工藝，單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中常用的顯示器有： 發(fā)光二極管 LED 顯示器、液 晶 LCD 顯示器、CRT 顯示器等。LED 顯示器是現(xiàn)在最常用的顯示器之一，如下圖 所示。 圖 3-7 LED 顯示器的符號圖 發(fā)光二極管（LED）由特殊的半導(dǎo)體材料砷化鎵、磷砷化鎵等制成，可以單 獨(dú)使用，也可以組裝成分段式或點(diǎn)陣式 LED 顯示器件（半導(dǎo)體顯示器）。分段 式顯示器（LED 數(shù)碼管）由 7 條線段圍成 8 字型，每一段包含一個(gè)發(fā)光二極管。 外加正向電壓時(shí)二極管導(dǎo)通，發(fā)出清晰的光。只

27、要按規(guī)律控制各發(fā)光段亮、滅， 就可以顯示各種字形或符號。LED 數(shù)碼管有共陽、共陰之分。圖是共陽式、共 陰式 LED 數(shù)碼管的原理圖和符號。 圖 3-8 共陽式、共陰式 LED 數(shù)碼管的原理圖和數(shù)碼管的符號圖 顯示電路顯示模塊需要實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前的時(shí)間,即時(shí)、分、秒，因此需要 6 個(gè) 數(shù)碼管，另需兩個(gè)數(shù)碼管來顯示橫。采用動(dòng)態(tài)顯示方式顯示時(shí)間，硬件連接如 下圖所示，時(shí)的十位和個(gè)位分別顯示在第一個(gè)和第二個(gè)數(shù)碼管，分的十位和個(gè) 位分別顯示在第四個(gè)和第五個(gè)數(shù)碼管，秒的十位和個(gè)位分別顯示在第七個(gè)和第 八個(gè)數(shù)碼管，其余數(shù)碼管顯示橫線。LED 顯示器的顯示控制方式按驅(qū)動(dòng)方式可 分成靜態(tài)顯示方式和動(dòng)態(tài)顯示方式兩種

28、。對于多位 LED 顯示器，通常 都是采用動(dòng)態(tài)掃描的方法進(jìn)行顯示，其硬件連接方式如下圖所示。 圖 3-9 數(shù)碼管的硬件連接示意圖 數(shù)碼管使用條件： a、段及小數(shù)點(diǎn)上加限流電阻 b、使用電壓：段：根據(jù)發(fā)光顏色決定； 小數(shù)點(diǎn)：根據(jù)發(fā)光顏色決定 c、使用電流：靜態(tài)：總電流 80mA（每段 10mA）；動(dòng)態(tài)：平均電流 4-5mA 峰 值電流 100mA 數(shù)碼管使用注意事項(xiàng)說明： （）數(shù)碼管表面不要用手觸摸，不要用手去弄引角； （）焊接溫度：度；焊接時(shí)間： （）表面有保護(hù)膜的產(chǎn)品,可以在使用前撕下來。 3.33.3 軟件部分的設(shè)計(jì)軟件部分的設(shè)計(jì) 3.3.13.3.1 主程序部分的設(shè)計(jì)主程序部分的設(shè)計(jì) 程

29、序部分主要采用了程序結(jié)構(gòu)的模塊化設(shè)計(jì)，避免了一些函數(shù)的不必要的 重復(fù)書寫，使程序變得單間易懂。程序在執(zhí)行時(shí)，主程序要須通過調(diào)用子函數(shù) 就可完成相應(yīng)的功能 。主程序流程圖如下圖 3-7。 time1 重設(shè)定時(shí)量 1000 次 second 加一 大于 59 minute 加一 大于 59 hour 加一 hou=hour%24 輸出數(shù)字信號 輸出掃描信號 重新計(jì)時(shí) 圖 3-7 主程序流程圖 3.3.23.3.2 中斷定時(shí)器的設(shè)置中斷定時(shí)器的設(shè)置 定時(shí)器中斷時(shí)是先檢測 1 秒是否到，1 秒如果到，秒單元就加 1；如果沒到， 就檢測 1 分鐘是否到，1 分鐘如果到，分單元就加 1；如果沒到，就檢測

30、1 小時(shí) 是否到，1 小時(shí)如果到，時(shí)單元就加 1，如果沒到，就顯示時(shí)間。 一秒時(shí)間到？ 60 秒時(shí)間到？ 60 分鐘到？ 24 小時(shí)到？ 秒單元加 1 時(shí)間顯示 時(shí)單元清零 開始 中斷返回 秒單元清零，分單元加 1 分單元清零，時(shí)單元加 1 3.3.33.3.3 時(shí)間顯示的設(shè)置時(shí)間顯示的設(shè)置 時(shí)間顯示是先秒個(gè)位計(jì)算顯示，然后是秒十位計(jì)算顯示，再是分個(gè)位計(jì)算 顯示，再然后是分十位顯示，再就是時(shí)個(gè)位計(jì)算顯示，最后是時(shí)十位顯示。 開始 秒個(gè)位計(jì)算顯示 秒十位計(jì)算顯示 分個(gè)位計(jì)算顯示 分十位計(jì)算顯示 時(shí)個(gè)位計(jì)算顯示 時(shí)十位計(jì)算顯示 結(jié)束 第第 4 4 章章 實(shí)驗(yàn)結(jié)果實(shí)驗(yàn)結(jié)果 此電子鬧鐘設(shè)計(jì)是利用 Pr

31、oteus 仿真軟件進(jìn)行仿真，基本上實(shí)現(xiàn)了課程設(shè) 計(jì)要求實(shí)現(xiàn)的功能。 硬件部分設(shè)置了四個(gè)按鍵 S1、S2、S3、S4。S1 為復(fù)位鍵，將鬧鐘復(fù)位為 12：00：00。S2 為時(shí)間設(shè)置鍵，按 1 下設(shè)置時(shí)鐘的時(shí)，同時(shí)時(shí)鐘的時(shí)閃爍；按 2 下設(shè)置時(shí)鐘的分，同時(shí)時(shí)鐘的分閃爍；按 3 下將設(shè)置鬧鐘的時(shí)，同時(shí)鬧鐘的 時(shí)閃爍；按 4 下設(shè)置鬧鐘的分，同時(shí)鬧鐘的分閃爍。S3 為時(shí)間加。S4 為時(shí)間減。 另外，鬧鈴電路有音樂鬧鐘的擴(kuò)展的功能(可以將蜂鳴器換成揚(yáng)聲器再加一 段音樂程序即可實(shí)現(xiàn))。因時(shí)間有限，擴(kuò)展功能還未能及時(shí)實(shí)現(xiàn)，比如音樂鬧鈴。 圖 3-14 運(yùn)行仿真圖 第第 5 5 章章 調(diào)試與功能說明調(diào)試與

32、功能說明 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的調(diào)試包括硬件和軟件兩部分，但是他們并不能完全分開。 一般的方法是排除明顯的硬件故障，再進(jìn)行綜合調(diào)試，排除可能的軟/硬件故障。 5.1 硬盤調(diào)試 拿到電路板后，首先要檢查加工質(zhì)量，并確保沒有任何方面的錯(cuò)誤，如短 路和斷路，尤其要避免電源短路；元器件在安裝前要逐一檢查，用萬用表測其 數(shù)值，看是否與所用相同；完成焊接后，應(yīng)先空載上電（芯片座上不插芯片）， 并檢查各引腳的電位是否正確。若一切正常，方可在斷電的情況下將芯片插入， 再次檢查各引腳的電位及其邏輯關(guān)系。將萬用表的探針放到單片機(jī)接電源的引 腳上檢測一下，看是否符合要求。 5.2 系統(tǒng)性能測試與功能說明 走時(shí)：默認(rèn)為走時(shí)

33、狀態(tài)，按 24 小時(shí)制分別顯示“時(shí)時(shí)-分分-秒秒”，有 2 個(gè)“-”動(dòng)態(tài)顯示，時(shí)間會(huì)按實(shí)際時(shí)間以秒為最少單位變化。 走時(shí)調(diào)整：按 ksec 對秒進(jìn)行調(diào)整，按一下加一秒；按 kmin 對分進(jìn)行調(diào)整， 按一下加一分；按 khour 對時(shí)進(jìn)行調(diào)整，按一下加一小時(shí)，從而達(dá)到快速設(shè)定 時(shí)間的目的。 5.3 系統(tǒng)時(shí)鐘誤差分析 時(shí)間是一個(gè)基本物理量，具有連續(xù)、自動(dòng)流逝、不重復(fù)等特性。我國時(shí)間 基準(zhǔn)來自國家授時(shí)中心，人們?nèi)粘Ｊ褂玫臅r(shí)鐘就是以一定的精度與該基準(zhǔn)保持 同步的。結(jié)合時(shí)間概念和誤差理論，可以定義電子鐘的走時(shí)誤差 S=S1-S2,S1 表 示程序?qū)嶋H運(yùn)行計(jì)算所得的秒；S2 表示客觀時(shí)間的標(biāo)準(zhǔn)秒。S0 時(shí)

34、表示電子鐘 秒單元數(shù)值刷新滯后，即走時(shí)誤差為“慢”；反之，S0 表示秒單元數(shù)值的刷 新超前，即走時(shí)誤差為“快”。 本次設(shè)計(jì)的單片機(jī)電子鐘系統(tǒng)中，其誤差主要來源包括晶體頻率誤差，定 時(shí)器溢出誤差，延遲誤差。晶體頻率產(chǎn)生震蕩，容易產(chǎn)生走時(shí)誤差；定時(shí)器溢 出的時(shí)間誤差，本應(yīng)這一秒溢出，但卻在下一秒溢出，造成走時(shí)誤差；延遲時(shí) 間過長或過短，都會(huì)造成與基準(zhǔn)時(shí)間產(chǎn)生偏差，造成走時(shí)誤差。 5.4 軟件調(diào)試問題及解決 軟件程序的調(diào)試一般可以將重點(diǎn)放在分模塊調(diào)試上，統(tǒng)調(diào)是最后一環(huán)。軟 件調(diào)試可以采取離線調(diào)試和在線調(diào)試兩種方式。前者不需要硬件仿真器，可借 助于軟件仿真器即可；后者一般需要仿真系統(tǒng)的支持。本次課題，

35、Keil 軟件來 調(diào)試程序，通過各個(gè)模塊程序的單步或跟蹤調(diào)試，使程序逐漸趨于正確，最后 統(tǒng)調(diào)程序。 仿真部分采用 protus 6 professional 軟件，此軟件功能強(qiáng)大且操作較為 簡單，可以很容易的實(shí)現(xiàn)各種系統(tǒng)的仿真。 首先打開 protus 6 professional 軟件，在元件庫中找到要選用的所有元 件，然后進(jìn)行原理圖的繪制；繪制好后再選擇 wave6000 已經(jīng)編譯好的*.hex 文 件，選擇運(yùn)行，觀察顯示結(jié)果，根據(jù)顯示的結(jié)果和課題的要求再修改程序，再 運(yùn)行查，直到滿足要求。 總總 結(jié)結(jié) 通過自己的不懈努力，我終于完成了畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書上的任務(wù)要求。功能 上基本達(dá)標(biāo)：時(shí)鐘的顯

36、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，鬧鐘響鈴還有擴(kuò)展成音樂鬧鐘的余地。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。但是由于時(shí)間比較短，前 期設(shè)計(jì)出現(xiàn)部分不足：如位選閃爍功能不能實(shí)現(xiàn)、鬧鐘的開啟與關(guān)閉、間斷蜂 鳴聲等。這些只是軟件設(shè)計(jì)時(shí)相應(yīng)功能部分還不完善造成。不過經(jīng)仔細(xì)思考和 程序的完善，最終將軟件設(shè)計(jì)改進(jìn)，并完全可以很好實(shí)現(xiàn)所有要求的功能。 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) 確性和直觀性且無機(jī)械裝置，具有更長的使用壽命等優(yōu)點(diǎn)的數(shù)字時(shí)鐘。數(shù)字

37、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。 無可否認(rèn)機(jī)械時(shí)代已經(jīng)過去，電子時(shí)代已經(jīng)到來。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。知識來自實(shí)踐，多去生活中探詢所需 要的。對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)的過程中，我發(fā)現(xiàn)很多的問題，雖然以前沒有做過這樣 的設(shè)計(jì)但通過這次設(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，雖然以前寫過幾

38、次程序，但我覺的寫好 一個(gè)程序并不是一件簡單的事，比如寫一個(gè)程序看其功能很少認(rèn)為編寫程序簡 單，但到編程的時(shí)候才發(fā)現(xiàn)一些細(xì)微的知識或低級錯(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。 致致 謝謝 經(jīng)過幾個(gè)月的實(shí)習(xí)調(diào)查收集數(shù)據(jù)資料、整理材料、寫作論文，我終于可以 順利的完成論文了。 首先要感謝我的指導(dǎo)老師趙老師

39、，他指引我論文的寫作的方向和架構(gòu)，并 對本文初稿進(jìn)行仔細(xì)批閱，指正出其中不當(dāng)之處，使我有了思考的方向，他的 循循善誘的教導(dǎo)和不拘一格的思路給予我無盡的啟迪，他的嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致、一絲不 茍的作風(fēng)，將一直是我工作、學(xué)習(xí)中的榜樣。 通過此次的論文，我學(xué)到了很多知識，在論文的寫作過程中，我不僅收集 到了論文所需的資料數(shù)據(jù)，而且學(xué)到了很多書本上沒有的知識。并且由原先的 被動(dòng)的接受知識轉(zhuǎn)換為主動(dòng)的尋求知識，我想這可以說是學(xué)習(xí)方法上的一個(gè)很 大的突破。 在論文的寫作過程中也學(xué)到了做任何事情所要有的態(tài)度和心態(tài)，首先做學(xué) 問要一絲不茍，對于發(fā)展過程中出現(xiàn)的任何問題和偏差都不要輕視，要通過正 確的途徑去解決，在做事情的

40、過程中要有耐心和毅力，不要一遇到困難就打退 堂鼓，只要堅(jiān)持下去就可以找到思路去解決問題的。 總之，此次論文的寫作過程，我收獲了很多，為大學(xué)四年劃上了一個(gè)完美 的句號，也為將來的人生之路做一個(gè)很好的鋪墊。 再次感謝我的大學(xué)和所有幫助過我并給我鼓勵(lì)的老師和同學(xué)，謝謝你們！ 2014 年 4 月 參參考文獻(xiàn)考文獻(xiàn) 1李全利、 遲榮強(qiáng),單片機(jī)原理及接口技術(shù)M，北京：高等教育出版社， 2004 2凌玉華，單片機(jī)原理及應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)M,長沙：中南大學(xué)出版社，2006 3張毅剛，MCS-51 單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)M，哈爾賓：哈爾賓工業(yè)大學(xué)出版社， 1997 4胡漢才，單片機(jī)原理及應(yīng)用M，北京：清華大學(xué)出版社，200

41、4 5何立明，單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)M，北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1990 6王榮良，計(jì)算機(jī)接口技術(shù)M，北京：電子工業(yè)出版社，2003 7陳光東，單片機(jī)微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)M，武漢：華中理工大學(xué)出版 社，1998 8王幸之、鐘愛琴、王雷、王閃，AT89 系列單片機(jī)原理與接口技術(shù)M，北京： 北京航空航天大學(xué)出版社，2004 9張道德，單片機(jī)接口技術(shù)（C51 版）M,北京：中國水利水電出版社，2007 10王為青、程國鋼，單片機(jī) Keil CX51 應(yīng)用開發(fā)技術(shù)M，北京：人民郵電出 版社，2007 11張靖武、周靈彬，單片機(jī)系統(tǒng)的 Proteus 設(shè)計(jì)與仿真M，北京：電子工業(yè) 出版社，2007

42、 12ATMEL. 8-bit Microcontroller with 4K Bytes Flash AT89C51.2000 13ATMEL.8-bit Microcontroller with 32K Bytes Flash AT89C51RC.2000 附附 錄錄 相關(guān)的程序代碼相關(guān)的程序代碼： #include unsigned char led12= 0 x3f,0 x06,0 x5b,0 x4f,0 x66,0 x6d,0 x7d,0 x07,0 x7f,0 x6f,0 x40,0 x00; /用一維數(shù)組定義 0-9、橫杠、全滅 unsigned char num10=2,0,0

43、,8,0,1,1,6,6,8 ; unsigned char a8; unsigned char second=0,minute=0,hour=12; unsigned char minute1=0,hour1=0; unsigned char b8=0 x7f,0 xbf,0 xdf,0 xef,0 xf7,0 xfb,0 xfd,0 xfe; /掃描 unsigned char k=0; unsigned int temp; / 記錄 1000 毫秒為 1 秒的變量 unsigned char M,S_flag; /M 是模式，更新時(shí)間的 4 種模式加上正常模式 S_flag 閃爍標(biāo)志 s

44、bit K1=P30; /設(shè)置鍵 sbit K2=P31; /增加鍵 sbit K3=P32; /減少鍵 sbit BEEP=P13; /蜂鳴器報(bào)警 void delay(unsigned n) /0.2 毫秒 int x,y; for(x=0;xn;x+) for(y=0;y24;y+); void init() /定時(shí)器初始化 M=0; S_flag=0; /閃爍標(biāo)志位 TMOD=0 x10; /定時(shí)器 1 以方式 1 定時(shí) TH1=0 xfc; TL1=0 x18; EA=1; /打開總中斷 ET1=1; /允許定時(shí)器 1 中斷 TR1=1; /開啟定時(shí)器 1 (開始定時(shí)計(jì)數(shù)) void time1() interrupt 3 /定時(shí)器 1 中斷函數(shù) TH1=0 xfc; /定時(shí) 1ms TL1=0 x18; temp+; if(temp=1000) /配合定時(shí)器定時(shí) 1s temp=0; second+; if(second=59) second=0; if(minute59) minute+; else minute=0; hour+; hour%=24; if(hour1