自动化计算机智能类毕业论文.pdf

电子时钟电路的设计 电子时钟电路的设计 作 者 薛东升 信息与控制系 自动 0202 班 指导教师 张 玲 信息与控制系 高工 作 者 薛东升 信息与控制系 自动 0202 班 指导教师 张 玲 信息与控制系 高工 摘 要 摘 要 本设计采用 AT89C51 单片机并通过一个按键开关来控制电子钟工作的三个状态 即 上电后为正常显示状态 按一次键后进入省电状态 再按一次键进入调时状态 调时完毕自 动回到正常显示状态 在正常显示状态下 通过使用延时 1s 的方法计时 在省电状态下 数码管熄灭但电子钟仍在继续计时 在调时的状态下 电子钟采用 4 4 扫描键盘进行调时 六个共阴极数码管作为电子钟的显示 单片机的 P1 口作为数码管的显示口 P2 口中的 6 位 作为数码管的片选位 由于数码管较多 所以其显示采用动态显示 间隔时间为 1ms 虽然 在同一时刻只有一个数码管在工作 但是由于人眼睛的视觉暂留效应和发光二极管熄灭时的 余辉 我们看到的却是 6 个数码管同时点亮 关键字 关键字 单片机 电子钟 动态显示 按键 4 4 扫描键盘 数码管 The Design of Electronic Clock Circuit Author XUE Dong sheng Information and control department Automation Class0202 Advisor ZHANG Ling Information and control department Senior Engineer Abstract The controlling core of this Electronic clock system is AT89C51 which was using as the whole controller of Electronic Clock s normal display saving power and regulating time three states Six LED are used to be the display of the Electronic Clock AT89C51 MCU s port 1 were used as the displaying port of LED and six bits in port 2 were used as the selected bits of LED Because there are six LED the display of them adopt dynamic display the interval is 1ms although only one LED is in the status of working at a time because of the vision temporality of people s eyes and LBD s ember we can see that six LED are lighted at a time MCU adopt a key to control Electronic Clock s three working states the detail description is when power on the Electronic Clock enter the state of normal display when you press the key at first the Electronic Clock enter the state of saving power and when you press the key again the Electronic Clock enter the state of regulating time after regulating time the Electronic Clock enter the state of normal display automationally At the state of normal display the Electronic Clock adopts the way of delaying 1 second to counting time At the state of saving power although the LEDs are not lighted the Electronic Clock is still counting time At the state of regulating time the Electronic Clock adopt 4 4 scanning keyboard to regulate time All these doing are to make the Electronic Clock working normally Keywords MCU Electronic Clock Dynamic display Key 4 4 scanning keyboard LED 1 系统方案的选择和论证 1 系统方案的选择和论证 1 1 系统设计方案 1 1 系统设计方案 根据设计要求 系统可以分为三个部分 1 单片机及其外围电路 2 数码管显示及其 驱动电路 3 控制电路 其中系统的核心部分采用 AT89C51 单片机 数码管驱动采用 74LS07 同相驱动器实现 控制电路由小按键和 4 4 扫描键盘组成 小按键改变状态 扫描键盘用 来调时 模块框图如图 1 所示 为了实现各个模块的功能 分别做出了几种不同的设计方案 并进行了论证 1 2 各模块方案选择和论证 1 2 各模块方案选择和论证 1 单片机及其外围电路 本单元采用ATMEL公司的AT89系列单片机作为系统的控制芯片 89C51的时钟电路由 频率为12MHz的晶振和两个30PF的电容组成 单片机的复位电路采用上电复位方式 2 控制电路 本设计的控制电路使用一个按键开关和一个 4 4 扫描键盘即可完成三种 不同的状态 按键接在 P2 7 口上 采用软件查询方式来改变电子钟的状态 小键盘接在 P3 口上在调时状态对电子钟进行调时 优点是软件部分较简单 操作方便 缺点是硬件电路稍 复杂 3 数码管显示及其驱动电路 如果说单片机及其外围电路是本系统的核心 控制电路是关键 那数码管显示及其驱动 电路则是重点 因为电子钟的正常走钟 省电 调时都要体现在六个数码管上 如果数码管 不能正常显示 那这个电子钟就没什么意义了 数码管显示及其驱动电路采用同相驱动器驱 动共阴极数码管动态显示 1 3 系统各个模块的最终方案 1 3 系统各个模块的最终方案 综上所述 在这次设计中我所选择的各个模块分别是 1 单片机采用AT89C51 采用12MHz晶振 上电复位方式 2 控制电路采用一个小按键加一个4 4扫描键盘 3 数码管显示及其驱动电路采用同相驱动器驱动共阴极数码管动态显示 2 系统的硬件设计 2 系统的硬件设计 2 1 系统的硬件电路图 2 1 系统的硬件电路图 图3 电子钟系统硬件电路图 系统的硬件电路如图3所示 从图中可以看出 本系统用到了 1片89C51 2片74LS07 1片74LS04 6个共阴极数码管 1个4 4扫描键盘 1个小按键以及若干电阻 电容 2 2 系统的工作流程 2 2 系统的工作流程 系统的工作流程电路图如图4所示 以下是它所实现的功能和工作流程 图 4 系统的工作流程图 电子钟系统所实现的功 能及工作流程简述 一开机系 统就进入正常显示状态 从 00 00 00开始走钟 若按下 小按键 系统随即进入省电状 态 否则系统一直处于正常走 钟显示状态 在省电状态中 数码管熄灭 但电子钟仍在走 钟 若再按一下小按键 系统 由省电状态转为调时状态 显 示按下小按键时刻的时间 但 不走钟直到有小按键或小键 盘再次按下 若按下小按键 表明电子钟不调时 系统重新 回到正常显示状态 接着走 钟 若按下小键盘 进入调时 从小键盘输入6个合法的数字 后 系统自动回到正常显示状 态 从输入的时刻开始走钟 这样系统又进入了下一个正 常显示 省电 调时的循环中 系统的工作流程图如图4所 示 3 系统的软件设计 3 系统的软件设计 软件采用模块化程序设计方法 由主程序 显示子程序 走钟子程序 键盘扫描子程序 拆字子程序 并字子程序等几部分组成 详细的程序源代码见附录部分 3 1 主程序介绍 3 1 主程序介绍 图 5 主程序流程图 3 2 各子程序程序介绍 3 2 各子程序程序介绍 1 显示子程序 图6 图7 图 8 显示子程序流程图 对显示子程序的说明 时 分 秒存放在数据区 70H 72H 如图 6 所示 调用拆 字子程序后 时 分 秒的个位 和十位被拆开 变成 hh hl mh ml sh sl 分别存入显示缓冲区 如 图 7 所示 每一地址单元内均为 十进制 BCD 码 显示子程序采用 动态扫描方式 显示时 先取出 73H 78H 某一地址中的数据 然 后查 TAB 得对应的显示用段码从 P1 口输出 P2 口将对应的数码管 选中 就能显示该地址单元的数 据值 为了使电子钟显示更完美 更接近显示中的电子钟表 需显 示时的个位和分的个位上的点 dp 因此当 P2 口选中这两位 时 改查 TAB3 转换成字形码 从 P1 口输出 2 键盘扫描子程序 图9 键盘扫描子程序流程图 3 走钟子程序 图 10 走钟子程序流程图 左边的图 10 为走钟子程序 流程图 刚开始编写走钟子程 序时是用定时 计数器中断方 式来实现 定时溢出中断周期 设为50ms 中断累计20次 即 1s 时对秒计数单元进行加 1 操作 但由于工作寄存器 0 组 中的寄存器不够用 用到工作 寄存器 1 组后 程序总是进不 了定时 计数器的中断 后改 为调用延时子程序 循环显示 1s 后调用走钟子程序 完成对 时 分 秒等单元的累计及判 断 另外它在省电状态下也被 主程序调用 完成省电状态下 的走钟功能 4 拆字和并字子程序 图 11 拆字子程序流程图 图 12 并字子程序流程图 4 调试过程中遇到的问题及解决方法 4 调试过程中遇到的问题及解决方法 4 1 硬件调试 4 1 硬件调试 1 P0 口的问题及解决方法 在设计的最开始时 我是用 P0 口作为位选口来选中数码管的 而由 P1 口输出相应位 的显示字符段数据 P2 口则接小键盘 P3 口由于它管脚的复用功能加上考虑到要用中断所 以没有用 只是在 P3 7 上接了个小按键 上电后 我发现数码管全部处于熄灭状态 本来 P0 P3 口都应该是高电平 但是使用万用表测量 P0 口的输出电平全部是低电平 但其它口 都正常 后来我才想到原来是键盘接在有问题的 P0 口上了 这次我将键盘接到了 P3 口上 小按键改接在 P2 7 上 效果又是立竿见影 再改正程序中的一些小问题后 我的电子钟就 正常工作了 2 在使用 4 4 扫描键盘调时的过程中 键盘对两次按键的时间间隔要求很高 时间不能太 长 不然的话 单片机把它当作两次输入处理 这样的话就没有办法达到正常调时的功能 另外扫描键盘还有一个缺点就是它存在抖动 虽然在程序中加入了延时消抖程序 但是有些 时候键盘的工作状态还是不太稳定 4 2 软件调试 4 2 软件调试 1 走钟子程序的问题及解决方法 走钟子程序是用中断方式编的 即下面的 INTT0 利用定时 计数器 T0 每隔 10ms 产生一次中断 在中断服务程序中完成对时 分 秒等单元的累计及判断 但我发现电子钟 一直停留在 00 00 00 不走钟 在仿真软件上查看数据寄存器中设置的数据区和显示缓冲 区的数值都是 0 当程序运行到 SETB RS0 时 下一步就运行到 INTR 处中断返回了 从这 个问题可以看出 用其它组的工作寄存器要特别慎重 2 主程序中调时部分的改进 先前编的程序中 当结束省电状态后 可能你不想进行调时 但系统都进入调时状态进 行调时 实际上在省电状态后应有两种选择 一是进入调时状态 一是不调时返回到正常显 示状态 所以在软件中要有双重查询 一是要查询 P2 7 口看看有没按下按键 一是要调键 盘扫描程序看看按下键盘了没 所以我将键盘扫描程序进行了修改 将查询 P3 口的程序放 到了主程序中 这样在结束省电状态时 电子钟就一直显示当时的时刻 直到再次按下键盘 或按键为止 通过这样的改动使电子钟更接近实际了 由于数码管采用动态显示方式加上之前编的键盘扫描程序中循环等待按下 键盘 所以在调时时只能是输入六个数字后 再在数码管上显示出来 但由于扫描键盘不太 稳定 必须按下后立即松开 如果按的时间长了容易变成连续输入几个相同的数字 鉴于这 种情况 如果是输完六位后才显示 效果往往不好 经常是显示出来一看并不是你想输入的 数字 所以应该是输入一个数字就能马上显示出来才好 在把键盘扫描程序改了之后 也相 应地对主程序中的相应部分作了修改 把原先扫描键盘中查询 P3 口的那几行代码移到了主 程序中 这样就能边等待输入下一个数字 边循环显示 5 结 论 5 结 论 本次毕业设计通过软硬件结合的方式 实现电子钟的正常显示 省电和调时功能 在 设计过程中我遇到了很多软件和硬件上的问题 但通过查阅资料 指导老师以及同学的大力 帮助 还是解决了不少棘手的问