精品基于单片机的作息时间系统论文

毕业设计（论文） 题 目 : 基于单片机的作息时钟系统 专 业 : 班 级 : 学 号 姓 名 指导老师 成都电子机械高等专科学校 二一二年六月 基于单片机的作息时钟系统设计 成都电子机械高等专科学校 I 论 文 摘 要 本设计是作息时钟系统设计，由单片机最小系统、按键模块、数码管显示模块、闹钟模块组成。采用单片机 12振相连；通过按键 2、 制时间的显示、校正、闹钟时间设定。数码管显示模块用来显示时间，显示格式为“时分”，并能够根据需要显示年、月、日，由数码管小数点闪动作为秒计数；闹钟模块进行 到时提醒并作出相应动作：发光二极管闪亮，同时播放一段音乐。 本设计中，利用单片机定时器设计时间计时处理，采用单片机内部的 时器溢出中断来实现，工作在模式 1 方式下，定时 50连续中断 20 次即为一秒，得到了我们所需时间的最小单位秒， 60 秒为一分， 60 分为一小时， 24 小时为一天， 1、 3、 5、 7、 8、 10、 12 月为 31 天， 4、 6、 9、 11 月为 30 天，闰年二月为 29 天，非闰年二月为 28 天， 12 个月为一年。采用这种时间设计思想来进行时间设置。 在整个系统的设计中，单片机的 输出显示信号； 按键输入控制 ；用来扫描，为动态显示； 闹钟模块。 该设计用 写程序，由于汇编语言的移植性比较差，而 C 语言则比较灵活。许多子函数都可以直接移植过去。 关键词 ： 单片机 C 语言 作息时间系统 基于单片机的作息时钟系统设计 成都电子机械高等专科学校 he of of 2K5 to to of by as a ED a of CM to 0, 1 0 0 a is we of in 60 a is a 60 24 a 1, 3, 5, 7, 8, 10, 1 4, 6, 9, 0 a 9 a 8 12 a to up In of 0 P1 P2 to P3 51 to C is be 基于单片机的作息时钟系统设计 成都电子机械高等专科学校 录 论 文 摘 要 . 录 . 一章 引 言 . - 1 - 第二章 概 述 . - 2 - 51 单片机 . - 2 - 4 位数码管的驱动方式 . - 5 - 设计要求 . - 6 - 设计实现的功能 . - 6 - 第三章 系统总体方案及硬件设计 . - 7 - 系统总体方案框图 . - 7 - 单片机最小系统 . - 8 - 按键控制模块 . - 8 - 时间显示模块 . - 9 - 钟模块 . - 10 - 第四章 软 件设计 . - 11 - 件介绍 . - 11 - 系统软件设计思想 . - 12 - 系统主程序 . - 12 - 中断子程序 . - 13 - 按键扫描子程序 . - 14 - 系统程序（见附录 3） . - 15 - 第五章 件仿真 . - 16 - 件简介 . - 16 - 件仿真 . - 17 - 系统原理图（见附录 1） . - 20 - 硬件实物图（见附录 2） . - 20 - 原件清单 . - 20 - 第六章 硬件调试 . - 21 - 件介绍 . - 21 - 焊接及程序 下载 . - 23 - 硬件调试 . - 23 - 第七章 毕业设计体会 . - 26 - 第八章 致谢 . - 27 - 参 考 文 献 . - 28 - 附录 1 . - 29 - 附录 2 . - 30 - 附录 3 . - 31 - 基于单片机的作息时钟系统设计 成都电子机械高等专科学校 - 1 - 第一章 引 言 时钟，自从它发明的那天起，就成为人类的朋友，但随着时间的推移，科学技术的不断发展，人们对时间计量的精度要求越来越高，应用越来越广。怎样让时钟更好的为人民服务，怎样让我们的老朋友焕发青春呢？这就要求人们不断设计出新型时钟。 现今，高精度的计时工具大多数都使用了石英晶体振荡器，由于电子钟，石英表，石英钟都采用了石英技术，因此走时精度高， 稳定性好，使用方便，不需要经常调校，数字式电子钟用集成电路计时，译码代替机械式传动，用 示器代替显示器、指针显示，减小了计时误差，这种表具有时，分，秒显示时间的功能，还可以进行时和分的校对，片选的灵活性好。 时钟电路在计算机系统中起着非常重要的作用，是保证系统正常工作的基础。在一个单片机应用系统中，时钟有两方面的含义：一是指为保障系统正常工作的基准振荡定时信号，主要由晶振和外围电路组成，晶振频率的大小决定了单片机系统工作的快慢；二是指系统的标准定时时钟，即定时时间，它通常有两种实现方法：一是用软件实现 ，即用单片机内部的可编程定时 /计数器来实现，但误差很大，主要用在对时间精度要求不高的场合；二是用专门的时钟芯片实现，在对时间精度要求很高的情况下，通常采用这种方法，典型的时钟芯片有：都可以满足高精度的要求。 单片机自 20 世纪 70 年代问世以来，以其极高的性能价格比，受到人们的重视和关注，应用很广 、 发展很快。单片机体积小 、 重量轻 、 抗干扰能力强 、 环境要求不高 、 价格低廉 、 可靠性高 、 灵活性好 、 开发较为容易。由于具有上述优点，在我国，单片机已广泛地应用在工业自动化控制 、 自动检测 、 智能仪器仪表 、 家用电器 、 电力电子 、 机电一体化设备等各个方面，而 51 单片机是各单片机中最为典型和最有代表性的一种。这次毕业设计通过对它的学习 、 应用， 由单片机码管及闹钟模块为核心 ，辅以必要的电路，设计了一个简易的电子时钟，它能够准确显示时间，调整时间，以及闹钟的设定。 基于单片机的作息时钟系统设计 成都电子机械高等专科学校 - 2 - 第二章 概 述 本章主要介绍 51 单片机的基本概念，数码管的驱动方式，设计要求和设计实现的功能。 51 单片机 1、 51 单片机简介 51 单片机是对目前所有兼容 031 指令系统的单片机的统称。该 系列单片机的始祖是 8031 单片机，后来随着 术的发展， 8031 单片机取得了长足的进展，成为目前应用最广泛的 8 位单片机之一，其代表型号是司 的 列，它广泛应用于工业测控系统之中。目前很多公司都有 51 系列的兼容机型推出，在目前乃至今后很长的一段时间内将占有大量市场。51 单片机是基础入门的一个单片机，还是应用最广泛的一种。需要注意的是 52系列的单片机一般不具备自 编程能力 。 当前常用的 51 系列单片机主要产品有： *： 808087808087； *： 898989； *邦、 公司的许多产品 目前，国产宏晶 片机以其低功耗、廉价、稳定性能，占据着国内 51 单片机较大市场。 2、 主要功能 8 位 4序存储器 (52 为 8K) 256数据存 储器 (（ 52 有 384 32 条 I/O 口线 111 条指令，大部分为单字节指令 21 个专用寄存器 2 个可编程定时 /计数器 5 个中断源， 2 个优先级（ 52 有 6 个） 一个全双工串行通信口 外部数据存储器寻址空间为 64 外部程序存储器寻址空间为 64 逻辑操作位寻址功能 双列直插 40装 单一 +5V 电源供电 基于单片机的作息时钟系统设计 成都电子机械高等专科学校 - 3 - 运算和控制逻辑组成，同时还包括中断系统和部分外部特殊功能寄存器； 以存放可以 读写的数据，如运算的中间结果、最终结果以及欲显示的数据； 以存放程序、一些原始数据和表格； I/O 口：四个 8 位并行 I/O 口，既可用作输入，也可用作输出； T/C：两个定时 /记数器，既可以工作在定时模式，也可以工作在记数模式； 五个中断源的中断控制系统； 一个全双工 用异步接收发送器）的串行 I/O 口，用于实现单片机之间或单片机与微机之间的串行通信； 片内振荡器和时钟产生电路，石英晶体和微调电容需要外接。最高振荡频率为 12M。 图 251 单片机实物图 图 251 单片机管脚图 基于单片机的作息时钟系统设计 成都电子机械高等专科学校 - 4 - 3、 51 单片机仿真 1、主要功能和特性 （ 1） 可以仿真 63K 程序空间 ,接近 64K 的 16 位 地址空间 ； （ 2） 可以仿真 64间 ,全部 64K 的 16 位地址空间； （ 3） 可以真实仿真全部 32 条 ； （ 4） 完全兼容 试环境 ,可以通过 境进行单步 ,断点 , 全速等操作； （ 5） 可以使用 言或者 编语言进行调试 ； （ 6） 可以非常方便地进行所有变量观察 ,包括鼠标取值观察 ,即鼠标放在某变量上就会立即显示出它此的值； （ 7） 可选使用用户晶振 ， 支持 0 40振频率； （ 8） 片上带有 768 字节的 您可以在仿真时选 使用 它 们 ,进行 仿真； （ 9） 可以仿真双 针； （ 10） 可以仿真去除 号输出 . ； （ 11） 自适应 300所有波特率通讯； （ 12） 体积非常细小 ,非常方便插入到用户板中 没有连接电缆 ,这样可以有效地减少运行中的干扰 ,避免仿真时出现莫名其妙的故障； （ 13） 仿真插针采用优质镀金插针 ,可以有效地防止日久生锈 ,选择优质园脚 座，保护仿真插针，同时不会损坏目标板上 的插座 . ； （ 14） 仿真时监控和用户代码分离 ,不可能产生不能仿真的软故障； （ 15） 口不计成本采用 成电路 ,串行通讯稳定可靠 ,绝非一般三极管的简易电路可比。 2、功能限制 仿真器占用单片机串口及定时器 2，与 (讯，故不支持 串口及定时器 2 的仿真功能。全速运行时单片机串口及定时器 2 可供用户使用。 3、仿真器使用方法 （ 1） 将仿真器 插入需仿真的用户板的 座中，仿真器由用户板供电； （ 2） 将仿真器的串行电缆和 接好，打开用户板电源； （ 3） 通过 的 发仿真环境 载用户程序进行仿真、调试。 基于单片机的作息时钟系统设计 成都电子机械高等专科学校 - 5 - 4 位数码管的驱动方式 1、静态驱动也称直流驱动。静态驱动是指每个数码管的每一个段码都由一个 单片机 的 I/O 端口进行驱动，或者使用如 二 态驱动 的优点是编程简单，显示 亮度 高，缺点是占用 I/O 端口多，如驱动5 个数码管静态显示则需要 58=40 根 I/O 端口来驱动， 而 一个 89片机 可用的 I/O 端口才 32 个，实际应用时必须增加译码驱动器进行驱动，增加了硬件电路的复杂性。 2、数码管动态显示接口是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一，动态驱动是将所有数 码管的 8 个显示笔划 a,b,c,d,e,f,g,同名端连在一起，另外为每个数码管的公共极 加位选通控制电路，位选通由各自独立的 I/O 线控制，当单片机输出字形码时，所有数码管都接收到相同的字形码，但究竟是那个数码管会显示出字形，取决于单片机对位选通 电路的控制，所以我们只要将需要显示的数码管的选通控制打开，该位就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮。通过分时轮流控制各个数码管的的 ，就使各个数码管轮流受控显示，这就是动态驱动。在轮流显示过程中，每位数码管的点亮时间为 12于人 的视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应，尽管实际上各位数码管并非同时点亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显示数据，不会有闪烁感，动态显示的效果和静态显示是一样的，能够节省大量的 I/O 端口，而且功耗更低。 图 24位数码管实物图 图 24位数码管管脚图 基于单片机的作息时钟系统设计 成都电子机械高等专科学校 - 6 - 设计要求 本设计是作息时间控制器，其设计实现的功能主要有：使用 4 位七段显示器来显示现在的时间，显示格式为“时分”，由 动作为秒计数表示。可以设定时间和闹钟时间，当现在时间与闹钟设定时间相同时，闹钟响起， 此时播放一段音乐。 设计实现的功能 本设计实现的功能为：使用七段显示器显示时间，显示格式为“时分”，并可显示日期，显示格式为“月日”，年份单独显示。可以设定作息时间，进行到时提示，并作出相应动作：发光二极管闪亮，同时播放音乐。 基于单片机的作息时钟系统设计 成都电子机械高等专科学校 - 7 - 第三章 系统总体方案及硬件设计 这一章主要介绍本设计的系统总体方案和硬件设计图，这是设计的主体。 系统总体方案框图 系统总体方案由四个模块构成：即单片机最小系统、按键控制模块、闹钟模块、数码管显示模块。 按 键 控 制 模 块单片机最小系统数 码 管 显 示 模 块闹 钟 模 块图 3统 方案 方框图 本次设计实现的功能主要有：使用 4 位七段显示器来显示现在的时间，显示格式为“时分”，由 数点闪动作为秒计数表示。可以设定作息时间，并进行到时提示。 由按键输入控制设置年月日以及当前时间、并可设置闹钟定时，时间到由蜂鸣器发出响声并作出相应动作：二极管闪亮，同时播放一段音乐。 基于单片机的作息时钟系统设计 成都电子机械高等专科学校 - 8 - 单片机最小系统 图 3单片机最小系统 单片机最小系统由复位电路，一个晶振，两个瓷片电容构成。当复位引脚（ 接高电平超过 2 个机器周期，即可产生复位的操作。 按键控制模块 图 3按键控制模块 基于单片机的作息时钟系统设计 成都电子机械高等专科学校 - 9 - 按键控制模块主要有由五个按键组成： 中 功能是模式切换键； 作用是加一； 作用是闹钟使能； 作用是减一； 作用是显示年月日及时间。 当需要校正时间或是设定闹钟时间时，即可按下模式切换键来进行。校正时间：按第一次 ，进入小时校正状态，通过按 进行小时校正，按一下 则加一，按一下 则减一；按第二次 ，进入分校正状态，通过按 进行分钟校正；按第三次 ，进入闹钟小时设定状态，此时若不 需要设置则不操作；按下第四次 ，进入闹钟分钟设定状态，若此时不需要设置则不操作；按下第五次 进入月份校正状态，通过按 进行月份校正；按下第六次 ，进入日校正状态，通过按 进行日校正；按下第七次 进入年份校正状态，通过按 来进行年份校正；校正完毕后，再按一次 ，则退出时间校正状态，并显示当前校正后的准确时间。设定时间：按第一次 进入小时校正状态，此时若不需要设置，则不操作 ;以此类推，到第三次按下 ，进入闹钟小时设定状态，通过按 按下第四次 ，进入闹钟分钟设定状态，通过按 定完毕后，按一下 （闹钟使能）；继续按 ，若不需要设置，则不操作，以此类推，到按最后一次 则退出时间设定状态并显示当前时间，当时间与我们设定的时间一致时，通过闹钟电路响声提示，若要关闭闹钟，此时再按一次 即可停止响声。 时间显示模块 图 3显示模块 基于单片机的作息时钟系统设计 成都电子机械高等专科学校 - 10 - 时间显示模块主要由四位数码管来显示，配合按键控制模块的校正与设定时间，相应的显示。时间正常显示时， 数点每闪动 60 次，分钟自动加一；每六十分钟小时 自动加一；每 24 小时天自动加一。 钟模块 图 3闹钟音乐模块 闹钟模块的主要功能：闹铃及二极管闪烁。当设定时间与当前时间一致时，则闹钟自动闹铃进行提示，同时二极管闪亮一分钟后，自动退出响铃状态，若按，闹钟退出响铃状态。 基于单片机的作息时钟系统设计 成都电子机械高等专科学校 - 11 - 第四章 软件设计 件介绍 件是目前最流行开发 列单片机的软件， 供了包括 汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，通过一个集成开发环境（ 这些部份组合在一 起。运行 以上的 16更多 20M 以上空闲的硬盘空间、 操作系统。如果使用 C 语言编程，那么乎就是不二之选，即使不使用 C 语言而仅用汇编语言编程，其方便易用的集成环境、强大的软件仿真调试工具也会事半功倍。 1. 系统概述 51 是美国 司出品的 51 系列兼容单片机 C 语言软件开发系统，与汇编相比， C 语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，因而易学易用。用过汇编语言后 再使用 C 来开发，体会更加深刻。 51 软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具，全面。另外重要的一点，只要看一下编译后生成的汇编代码，就能体会到 51 生成的目标代码效率非常之高，多数语句生成的汇编代码很紧凑，容易理解。在开发大型软件时更能体现高级语言的优势。 2. 51 单片机软件开发系统的整体结构 具包的整体结构，其中 别是 集成开发环境 (可以完成编辑、编译、 连接、调试、仿真等整个开发流程。开发人员可用 身或其它编辑器编辑 C 或汇编源文件。然后分别由 译器编译生成目标文件 (目标文件可由 建生成库文件，也可以与库文件一起经 接定位生成绝对目标文件 ( 换成标准的 件，以供调试器 用进行源代码级调试，也可由仿真器使用直接对目标板进行调试，也可以直接写入程序存贮器如 。 使用独立的 真器时，注意事项 * 仿真器标配 晶振，但用户可以在仿真器上的晶振插孔中换插其他频率的晶振。 基于单片机的作息时钟系统设计 成都电子机械高等专科学校 - 12 - * 仿真器上的复位按钮只复位仿真芯片，不复位目标系统。 * 仿真芯片的 31 脚（ /接至高电平，所以仿真时只能使用片内 能使用片外 仿真器外引插针中的 31 脚并不与仿真芯片的 31 脚相连，故该仿真器仍可插入到扩展有外部 /脚接至低电平）的目标系统中使用。 系统软件设计思想 本系软件设计中，利用单片机定时器设计时间计时处理，采用单片机内部的时器溢出中断来实现，工作在模式 1 方式下，定时 50则连续中断 20次即为一秒，得到了我们所需时间的最小单位。由公式 值 =2n - (2)*t,对于本设计中的初值， 值 =216 - (12*106/12)*50*105536，所以该设计用 写程序，由于汇编语言的移植性比较差，而 C 语言则比较灵活。许多子函数都可以直接移植过去。在程序中除了有主函数外还包含许多子函数，如延时函数、按键扫描函数、初始化函数、时间显示函数、设定闹钟显示函数、设定日期显示函数、设定年份显示函数、月份选择函数、年份显 示辅助函数。 系统主程序 在主控程序循环中主要工作为扫描是否有按键，若有按键则做相应的功能处理，同时也扫描显示器显示时间数据，并检查所设置的时间是否到了。时间计时处理程序是等过了 1s 后，则更新时间数据，将最新的时、分的数据转换为数字数据并显示在七段显示器上。主程序流程图见图 4 基于单片机的作息时钟系统设计 成都电子机械高等专科学校 - 13 - 蜂 鸣 器 初 始 化定 时 器 初 始 化按 键 扫 描判 断 标 志 位 0X = 1 、 2X = 3 、 4 X = 5 、 6X = 7图 4程序流程图 中断子程序 中断子程序的主要功能：提供时间基准。当连续中断 20 次时，即为一秒，此时秒加一；当秒值为 60 时，分钟加一，同时 秒清零 ;当分钟值为 60 时，小时加一，同时分钟值清零；当小时为 24 时，天值加一，同时小时清零；由于每月天数不定， 1、 3、 5、 7、 8、 10、 12 月为 31 天，当计数到此类月份时，天值为32 时，月值加一，同时天值为 1； 4、 6、 9、 11 月为 30 天，当计数到此类月份时，天值为 31 时，月值加一，同时天值为 1；如果是闰年，则 2 月为 29 天，当计数到此类月份时，天值为 30 时，月值加一，同时天值为一；如果不是闰年，则 2 月为 28 天，当计数此类月份时，天值为 29 时，月值加一，同时天值为一；当月值为 13 时，则年值加一，同时月值为一。 如 图 4示： 基于单片机的作息时钟系统设计 成都电子机械高等专科学校 - 14 - 设 置 定 时 器 初 值是 否 到 一 秒 ？秒 变 量 加 一是 否 到 6 0 秒 ？秒 值 清 零 、 分 值 加 一是 否 到 6 0 分 ？分 值 清 零 、 小 时 加 一是 否 到 2 4 小 时 ？小 时 清 零 、 天 值 加 一是 否 到 一 月 ？天 值 为 1 、 月 值 加 一是 否 到 一 年 ？月 值 为 1 、 年 值 加 一返 回 主 函 数定时器中断函数 按键扫描子程序 按键扫描子程序是程序计中相当重要的一部分。按键扫描子程序的功能是：扫描是否有按键按下，若有键按下，则执行相应功能。 如图 4示： 基于单片机的作息时钟系统设计 成都电子机械高等专科学校 - 15 - 是 否 有 键 按 下 ？响应设定变量加一闹钟使能模式按键切换处理相应设定变量减一返 回 1 按 键 2按 键 3 按 键 4图 4按键扫描子程序 统程序（见附录 3） 显 示 相 应 时 间 按键 5 基于单片机的作息时钟系统设计 成都电子机械高等专科学校 - 16 - 第五章 件仿真 件简介 件是来自英国 司的 具软件， 0 年的历史，在全球广泛使用，除了其具有和其它 具一样的原理布图、 动或人工布线及电路仿真的功能外，其革命性的功能是，他的电路仿真是互动的，针对微处理器的应用，还可以直接在基于原理图的虚拟原型上编程，并实现软件源码级的实时调试，如有显示及输出，还能看到运行后输入输出的效果，配合系统配置的虚拟仪器如示波器、逻辑分析仪等， 够很容易的为用户 建立了完备的电子设计开发环境。 品系列也包含了革命性的 术，用户可以对基于微控制器的设计连同所有的周围电子器件一起仿真。不愧为一款非常优秀的单片机仿真软件。 合了高级原理布图、混合模式 真 ,计以及自动布线来实现一个完整的电子设计系统。此系统受益于 15 年来的持续开发 ,被电子世界在其对 计系统的比较文章中评为最好产品 “ 品系列也包含了我们革命性的 术 ,用户可以对基于微控制器的设计连 同所有的周围电子器件一起仿真。用户甚至可以实时采用诸如盘、 端等动态外设模型来对设计进行交互仿真。 其功能模块 : 个易用而又功能强大的 理布图工具； 合模型 于包括所有相关的器件的基于微处理器设计的协同仿真。此外，还可以结合微控制器软件使用动态的键盘，开关，按钮， 至 示 型 . 支持许多通用的微控制器 ,如 *R,及 8051. 交互的装置模型包括 : 示 ,端 ,通用键盘 , 强大的调试工具 ,包括寄存器和存储器 ,断点和单步模式 开发工具的源层调试 应用特殊模型的 面 其它单片机仿真软件不同的是，它不仅能仿真单片机 工作情况，也能仿真单片机外围电路或没有单片机参与的其它电路的工作情况。因此在仿真和程序调试时，关心的不再是某些语句执行时单片机寄存器和存储器内容 基于单片机的作息时钟系统设计 成都电子机械高等专科学校 - 17 - 的改变，而是从工程的角度直接看程序运行 和电路工作的过程和结果。对于这样的仿真实验，从某种意义上讲，是弥补了实验 和工程应用间脱节的矛盾和现象。 件仿真 初始界面：启动 行仿真时显示的初始化时间。初始界面仿真图如图 5示。 图 5间显示仿真图 时间校正：当我们需要正确的显示时间即可进行时间校正，按一下 进入小时校正状态，通过 一或 一来进行小时校正，再按一次 即可进行分钟校正，校正原理同小时校正相同。其仿真图如图 5示。 图 5间校正仿真图 基于单片机的作息时钟系统设计 成都电子机械高等专科学校 - 18 - 闹钟设定：当我们需要闹钟提醒时即可使用此功能，连续按三下 即可进入闹钟小时设定状态，通过 加一或 减一，进行小时设定，再按一次 即可进行分钟设定，其设定原理与小时设定原理相同，按一下 ，则时间设定完毕，到时会自动响铃。其仿真图如图 5示。 图 5钟设定仿真图 日期校正：当我们需要与当前日期保持一致时，则可以使用日期校正功能，连续按动五次 ，则进入月份校正状态，通过 一键或 一键进行校正月份，再按一次 ，则可进行日期校正，校正原理同月份校正原理相同。其仿 真图如图 5示 图 5期显示仿真图 基于单片机的作息时钟系统设计 成都电子机械高等专科学校 - 19 - 年份校正：当我们需要保持年份与当前年份一一致时，则可以进行年份校正。连续按动七次 ，即进入年份校正状态，通过 一键或 一键进行校正。其仿真图如图 5示 图 5份显示仿真图 闹钟响铃：当我们设定的时间与当前时间一致时，则闹钟就会自动响铃提