电子时钟系统设计 精品.doc

1 设计方案选择1.1 单片机选型 根据选题芯片采用MCS-8051单片机，Intel公司生产的 51 系列 8 位单片机，凭借其成熟的技术标准和很高的性价比得到了广泛的普及与应用，其功能强大，用来做电子表硬件易实现，编程规范。1.2 按键模块 方案一：44行列式键盘如果选择此方案，那么在修改时钟或设置闹铃时间时就可以直接从键盘输入，方便、快捷。缺点也很明显，一是浪费按键，用全键盘来实现设定时间的小功能不免大材小用；二是从实用性考虑，全键盘体积大，明显不经济不方便。故放弃。 方案二：独立式按键如果设置过多按键，将会占用较多I/O口，而且会给布线带来不便，同时浪费按键，不高效，程序繁琐。本次设计适用于按键较少的情况。为了尽量实现按键的高效性，此次设计采用四个独立式按键，分别定义为key_mode、key_add、key_move，key_confirm，依次是模式键、加数键、移位键、确认键。1.3 显示模块方案一：液晶显示器LCD如果选择此方案，将会降低系统的功耗，可以用电池供电，便于携带，但液晶显示器的驱动电路复杂，使用起来有一定的难度。 方案二：数码管LED数码管的驱动电路简单，使用方便，如果选择了此方案，那么在夜间看时间的时候就不需要有光源，非常方便。其缺点是功耗较大。 按照此次任务书设计要求，选择两个4位一体七段数码管用于显示。1.4 计时参考模块方案一：专用时钟芯片如果使用时钟芯片，系统就不怕掉电且时间精确，但这种芯片比较贵，浪费资源不经济。方案二：单片机内部定时/计数器由于本次设计本主要是为了学习单片机程序的编写和调试，以及设计硬件电路的一些方法，因此采用软件的方法来计时。本次设计用单片机内部定时/计数器T0作为电子时钟参考。1.5 显示器驱动模块 由于通过数码管公共极的电流较大，单片机I/O口驱动能力是不够的，故LED驱动模块必不可少。为避免过多地使用分立元件，本次设计采用一片 74LS245来驱动位码，用P2口进行位选扫描。 图1 74LS245元件封装图74LS245是常用来驱动LED或者其他的设备，它是 8 路同相三态双向总线收发器，可双向传输数据，74LS245还具有双向三态功能。片选端，接低电平时传输数据，接高电平时A、B均为高阻态。方向选择端AB/，接高电平时信号由A向B传输（发送），接低电平时信号由B向A传输（接收）。1.6 闹钟响铃模块 通过三极管放大后驱动蜂鸣器工作，单片机I/O接三极管基极。1.7 电源模块本系统采用了数码管作为显示器，功耗较大，不便于使用电池供电。况且本系统的体积较大，即使使用电池供电也不便于随身携带，因此用5V外部稳压电源来供电。2 硬件接线及设计8位七段LED显示器MCS-8051段码驱动晶 振复位电路位码驱动按 键蜂鸣器图2 系统硬件框图2.1 单片机晶振配置图3 单片机晶振配置和复位电路晶振选择 12MHz ,接到如图所示引脚。2.2复位电路设计图4 复位电路复位电路兼具上电复位功能以及按键复位功能,接到如图所示引脚。2.3 按键电路设计图5 按键电路采用4个独立按键配以4个上拉电阻实现对时钟和闹钟的设定及修改。四个独立式按键分别定义为key_mode、key_add、key_move、key_confirm，依次是模式键、调时加键、调时移位键、确认键。2.4 蜂鸣器驱动电路设计图6 蜂鸣器驱动电路蜂鸣器采用NPN三极管放大电路驱动，接到如图所示引脚。2.5 显示模块电路设计显示设备为共阳7段数码管（LED），用单片机P0口作为LED段选控制端，用单片机P2口作为LED位选控制端，并采用集成块74LS245作为位驱动模块。片选端接地，方向选择端AB/接电源。3 软件部分3.1 主函数流程图开 始初始化定时器T0循环中断计时主循环键盘扫描闹钟判定显示响应闹钟响应结 束图7 主函数程序流程图开 始3.2 定时器T0中断服务程序流程图T0重装初值t+1t=20？t=0, sec+1sec=60?？sec=0, min+1min=60?？min=0, hour+1hour=24?？hour=0结 束图8 定时器T0中断服务程序流程图3.3 闹钟响应程序流程图开 始闹钟判定闹钟定时到？闹钟打开？key_confirm按下？响铃一分钟关闭蜂鸣器结 束图9 闹钟响应程序流程图3.4 键盘扫描程序流程图开 始键盘扫描有键按下？键盘抖动？key_confirmkey_movekey_addkey_modeconfirm();mov+1add( );moshi+1moshi2?mov2?moshi=0mov=0结 束 图10 键盘扫描程序流程图4 系统综述4.1 上电界面电子表上电后自动初始化，接着从 00-00-00 开始走时，显示正常走时界面，此时闹钟默认关掉。按下key_mode键，可依次切换到调时界面、调闹钟界面、正常走时界面，如此循环往复。上电初始化后，调时初值为00 00-00，闹钟初值为00-00 00。4.2 调时界面调时界面，从左至右依次显示时、分、秒，数字右下角小点代表调整位到达位置。在调时界面下，按下key_move键可以移动调整位，数字下标小点用以指示当前操作的数位，按下key_add键可以对调整位进行加数操作。当且仅当在调时界面下，按下key_confirm键可确认设定，电子表按设定时间更新并走时，同时自动清零设定时间。此时再按 key_mode键切换回正常走时界面即能看到时间已经更新。如果调时后没有按下key_confirm键确认，而是直接按key_mode键切换回正常走时界面，则设置时间被保存，当前时间并不更新。4.3 闹钟设定界面闹钟设定界面，从左至右依次显示时、分、秒，数字右下角小点代表调整位到达位置。在闹钟设定界面下，按下key_move键可以移动调整位，数字下标小点用以指示当前操作的数位，按下key_add键可以对调整位进行加数操作。闹钟设置好后直接按key_mode键返回正常正常走时界面即可，无需按key_confirm键确认，闹钟设定值会自动保存。4.4 正常走时界面正常走时界面，从左至右依次显示时、分、秒，小点亮灭代表闹钟开闭。在正常走时界面下，按下key_add键和key_move键不产生操作，LED显示无变化；按下key_confirm键可循环开闭闹钟，LED显示对应变换提示闹钟的开闭；按下key_mode键可依次切换到调时模式、闹钟设定模式、正常走时模式，循环往复。4.5 闹钟响应当正常走时到达闹铃设定值后，闹铃响应，正常情况下持续蜂鸣一分钟后自动关闭蜂鸣器。闹铃响铃过程中，若按下key_confirm键可立刻关闭蜂鸣器。闹铃响应后自动等待下次响应。附 录附录1 总体设计电路图附录2 PCB图附录3 元件清单序号元件名称规格型号/参数数量（个）1单片机AT89C5112显示驱动三极管Q113晶振12MHz14电容33pF210F15按键S116排阻10217电阻10K14.7K18蜂鸣器LS119数码管4BIT_8SEG_LED210驱动芯片74LS2451附录4 总程序/*头文件及宏定义*#include #define uchar unsigned char#define uint unsigned int/*软件延时程序*void delay(uint ii) while(-ii); /*定义数码管驱动码*uchar duan=0XC0,0XF9,0XA4,0XB0,0X99,0X92,0X82,0XF8,0X80,0X90,0XBF,0XFF,0X7F; /段选，0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 - 灭 .uchar wei=0X01,0X02,0X04,0X08,0X10,0X20,0X40,0X80;/位选，共阳，从右至左/*定义变量*uchar t=0,sec=0,min=0,hour=0;/正常走时时间变量uchar sec1=0,min1=0,hour1=0; /时间设定值变量uchar sec2=0,min2=0,hour2=0; /闹钟设定值变量uchar alarm_en=0; /闹钟开关变量uchar alarm_flag=0; /闹钟定时到达标志变量uchar p3=0,moshi=0,mov=0; /P3口查询，模式值，调整位/显示缓冲区,依次为正常、调时、闹钟设定、调整位带点标记uchar temp8,temp18,temp28,temp38;/*函数声明*void initialize(void); /初始化void show(void); /正常走时显示void show1(void); /时间设定显示void show2(void); /闹钟设定显示void show3(void); /调整位标记void show4(void); /闹钟开关标记void keyscan(void); /键盘扫描void add(void); /调时调闹钟加数程序void confirm(void); /调时确认，闹钟开关void alarm_judge(void); /闹钟定时到达判定void beep(void); /闹钟响铃程序/*主函数*void main() initialize(); while(1) keyscan(); alarm_judge(); switch(moshi) case 0:show(); show4();break; /显示正常走时 case 1:show1();show3();break; /显示设置时间 case 2:show2();show3();break; /显示闹钟时间 if(alarm_flag=1 & alarm_en=1) /定时时间到达且闹钟打开 beep(); /*定时器初始化*void initialize(void) TMOD = 0x01; TH0 = 0X3C; TL0 = 0XB0; /50ms ET0 = 1; EA = 1;TR0 = 1;P1=0X7F; /初始化时关掉蜂鸣器 alarm_flag=alarm_en=0;/*定时器T0中断服务程序*void Timer0(void) interrupt 1 TL0 = 0XB0; TH0 = 0X3C; t+; if(t=20) / (50ms*20=1s) t=0; sec+; if(sec=60) / 秒为60，则清零，分加1 sec=0; min+; if(min=60) / 分为60，则清零，时加1 min=0; hour+; if(hour=24) / 时为24，则清零 hour=0; if(sec1=60) sec1=0; min1+; if(min1=60) min1=0; hour1+; if(hour1=24) hour1=0; if(sec2=60) sec2=0; min2+; if(min2=60) min2=0; hour2+; if(hour2=24) hour2=0;/*正常时间显示程序*void show(void) uchar i=0; temp0=sec%10;temp1=sec/10;temp2=10; temp3=min%10; temp4=min/10;temp5=10;temp6=hour%10;temp7=hour/10; for(i=0;i8;i+) P2=weii; P0=duantempi; delay(100); /*调时模式显示程序*void show1(void) uchar i=0; temp10=sec1%10;temp11=sec1/10;temp12=10; temp13=min1%10; temp14=min1/10;temp15=11;temp16=hour1%10;temp17=hour1/10; for(i=0;i8;i+) P2=weii; P0=duantemp1i; delay(100); /*闹钟设定模式显示程序*void show2(void) uchar i=0; temp20=sec2%10;temp21=sec2/10;temp22=11; temp23=min2%10; temp24=min2/10;temp25=10;temp26=hour2%10;temp27=hour2/10; for(i=0;i=3) moshi=0; while(p3=0XFE) / key_mode键按下到弹起期间 p3=P3; switch(moshi) case 0:show(); break; /显示正常走时 case 1:show1();break; /显示设置时间 case 2:show2();break; /显示闹钟时间 if(p3=0XFD) /key_add键 delay(10);if(p3=0XFD) add(); while(p3=0XFD) / key_add键按下到弹起期间 p3=P3; switch(moshi) case 0:show(); break; /显示正常走时 case 1:show1();break; /显示设置时间 case 2:show2();break; /显示闹钟时间 if(p3=0XFB) /key_move键 delay(10);if(p3=0XFB) mov+; if(mov=3) mov=0; while(p3=0XFB) / key_move键按下到弹起期间 p3=P3; switch(moshi) case 0:show(); break; /显示正常走时 case 1:show1();break; /显示设置时间 case 2:show2();break; /显示闹钟时间 if(p3=0XF7) /key_confirm键 delay(10);if(p3=0XF7) confirm(); while(p3=0XF7) / key_confirm键按下到弹起期间 p3=P3; switch(moshi) cas