基于单片机的电子时钟设计-(带定时功能和温度显示)

1、精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业基于单片机的电子时钟设计带定时功能和温度显示班 级: 11 级质量 2 班 学 号: 姓 名: 詹超 专 业: 产品质量 指导老师: 王正家 二零一四年六月精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业摘 要 传统的数字电子时钟采用了较多的分立元器件，不仅占用了很大的空间而且利用率也比很低，随着系统设计复杂度的不断提高，用传统时钟系统设计方法很难满足设计需求。 单片机是集 CPU、RAM、ROM、定时器/计数器和多种接口于一体的微控制器。它体积小、成本低、功能强，广泛应用于智能产品和工业自动化上。而 51 系列的单片机是各单片机中最为典型和最有代表性的一种

2、。 ，本次设计提出了系统总体设计方案，并设计了各部分硬件模块和软件流程，在用 C 语言设计了具体软件程序后，将各个模块完全编译通过过后,结果证明了该设计系统的可行性。该设计给出了以 AT89C51为核心，利用单片机的运算和控制功能，并采用系统化 LED 显示模块实时显示数字的设计方案，适当地解决了实际生产和日常生活中对计时高精确度的要求，因此该设计在现代社会中具有广泛的应用性。关键词： 电子时钟，单片机,C 语言。精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业AbstractConventional digital electronic clock USES more discrete compo

3、nent, not only takes up a lot of space but also utilization ratio is low, with the constant improvement of the system design complexity, using traditional clock system design method is difficult to meet the design requirements.SCM is a set of CPU, RAM, ROM and timer/counter and a variety of interfac

4、e in the integration of micro controller. Small volume, low cost, strong function, it is widely used in intelligent products and industrial automation. And 51 series microcontroller is the single chip microcomputer in one of the most typical and most representative. , the design put forward the syst

5、em overall design scheme, and designs the hardware modules and software process, the parts after using C language design a specific software program, the various modules after fully compiled through, the results proved the feasibility of the design system.This design USES AT89C51 as the nucleus is p

6、resented, the calculation and control function of microcontroller, and USES the systematic design of real-time display of digital LED display module, appropriate solutions to the practical production and daily life to the requirement of high precision timing, therefore the design has wide applicatio

7、n in the modern society.Keywords: Electronic clock, SCM, C language。精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业目 录A1133445精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业第一章第一章前言前言 计时工具自问世至今已经有很长一段历史了，一直以来它都在人们日常生活生产中发挥着十分重要的作用。科学技术的不断发展为各种新型时钟的问世提供了先决条件，数字时钟就是其中之一。数字时钟能够精确地表示时、分、秒，至今已经普遍应用到各类行业以及公共场所，时钟的数字化更为人们的生活带来了极大的便利，所以对时钟进行研究有着十分重要的现实意义。 时钟

8、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：DS1302，DS12887，X1203 等都可以满足高精度的要求。 而传统的温度采集系统包含温度采集电路和 AD 转换电路

9、，在外加这些电路比较繁琐，这里选用的 DS18B20 数字温度传感器，它集合和温度采集和 AD 转换电路，在使用中不需要任何外围元件，接线方便。体积小，使用方便，封装形式多样，适用于各种狭小空间设备数字测温和控制领域。 本文主要介绍用单片机内部的定时/计数器来实现电子时钟的方法，同时具备时间调整以及定时提醒的功能。本设计由单片机 AT89C51 芯片和 LED 数码管为核心，辅以必要的电路，构成了一个单片机电子时钟。精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业第二章第二章方案论证与比较方案论证与比较2.1 数字时钟方案数字时钟方案数字时钟是本设计的最主要的部分。根据需要，可利用两种方案实现。方案

10、一：本方案采用 Dallas 公司的专用时钟芯片 DS12887A。该芯片内部采用石英晶体振荡器，其芯片精度不大于 10ms/年，且具有完备的时钟闹钟功能，因此，可直接对其以用于显示或设置，使得软件编程相对简单。为保证时钟在电网电压不足或突然掉电等突发情况下仍能正常工作，芯片内部包含锂电池。当电网电压不足或突然掉电时，系统自动转换到内部锂电池供电系统。而且即使系统不上电，程序不执行时，锂电池也能保证芯片的正常运行，以备随时提供正确的时间。方案二：本方案完全用软件实现数字时钟。原理为：在单片机内部存储器设三个字节分别存放时钟的时、分、秒信息。利用定时器与软件结合实现 1 秒定时中断，每产生一次中

11、断，存储器内相应的秒值加 1；若秒值达到 60，则将其清零，并将相应的分字节值加 1；若分值达到 60，则清零分字节，并将时字节值加 1；若时值达到 24，则将十字节清零。该方案具有硬件电路简单的特点。但由于每次执行程序时，定时器都要重新赋初值，所以该时钟精度不高。而且，由于是软件实现，当单片机不上电，程序不执行时，时钟将不工作。基于硬件电路的考虑，本设计采用方案二完成数字时钟的功能。2.2 数码管显示方案数码管显示方案方案一：静态显示。所谓静态显示，就是当显示器显示某一字符时，相应的发光二极管恒定的导通或截止。该方式每一位都需要一个 8 位输出口控制。静态显示时较小的电流能获得较高的亮度，且

12、字符不闪烁。但当所显示的位数较多时，静态显示所需的 I/O 口太多，造成了资源的浪费。方案二：动态显示。所谓动态显示就是一位一位的轮流点亮各个位，对于显示器的每一位来说，每隔一段时间点亮一次。利用人的视觉暂留功能可以看到整个显示，但必须保证扫描速度足够快，字符才不闪烁。显示器的亮度既与导通电流有关，也于点亮时间与间隔时间的比例有关。调整参数可以实现较高稳定度的显示。动态显示节省了 I/O 口，降低了能耗。从节省 I/O 口和降低能耗出发，本设计采用方案二。精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业第三章第三章系统设计系统设计3.1 总体设计总体设计3.1.1 系统说明系统说明 利用单片机（AT

13、89C51）制作带温度显示功能和定时功能的电子时钟。由六个 LED数码管分别显示小时十位、小时个位、分钟十位、分钟个位、秒钟十位、秒钟个位，两个LED 数码管来显示环境实时温度。四个按键进行时间的调节和定时调节。3.1.2 系统框图系统框图图 3-1 系统框图3.2 模块设计模块设计3.2.1RESETR210kC310uFK5图 3-3 复位电路控制部分单片机（AT89C51）按键部分（k1,k2,k3,k4)）温度传感器（DS18B20）时间显示部分（六个个共阴极数码管）温度显示部分（两个共阴极数码管）复位电路闹钟电路精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业 如图 3-3 所示，复位电路

14、主要型号为 10UF/16V 的电解电容，型号为 104 的瓷片电容，10K 的电阻以及按键 K5 构成，RESET 接芯片的第 9 引脚，当开关按下时引脚 9 为高电平1，断开时引脚为低电平 0。3.2.2 按键调时间部分K1K2K3K4K1K2K3K4图 34 按键电路图 34 为按键电路，采用的是低电平触发。通过扫描的方式来进行识别单片机引脚的信号。例如，当按下 k1 时，将 P1.4 口置零，此时将执行相应的程序，即让 F_K1 加 1。3.2.3 29.0DQ2VCC3GND1U4DS18B20图 35 温度采集电路精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业 如图 35 为温度传感器

15、 DS18B20 的电路。DS18B20 是 DALLAS 公司生产的一线式数字温度传感器，具有 3 引脚 TO92 小体积封装形式；温度测量范围为55125,可编程为 9 位12 位 A/D 转换精度，测温分辨率可达 0.0625，被测温度用符号扩展的16 位数字量方式串行输出；其工作电源既可在远端引入，也可采用寄生电源方式产生；多个 DS18B20 可以并联到 3 根或 2 根线上，CPU 只需一根端口线就能与诸多 DS18B20 通信，占用微处理器的端口较少，可节省大量的引线和逻辑电路。表 1 DS18B20 温度与数字关系表3.2.4 数码管位选部分ABC0WX7WX6WX5WX4WX

16、3WX2WX1WXA1B2C3E16E24E35Y015Y114Y213Y312Y411Y510Y69Y77U274LS138图 3-5 数码管位选电路精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业 图 3-5 为位选电路，这里采用的是 74HC138 译码器，由于 3-8 译码器的特点是每次输入对应一位高电平输出。这样，在同一时刻，8 位共阴极数码管中只有译码器输出为高电平的那位显示出字符，而其他 7 位则是熄灭的。同样，在下一时刻，只让下一位的位选线处于选通状态，而其他个位的位选线处于关闭状态，在段码线上输出将要显示字符的段码，则同一时刻，只有选通位显示出相应的字符，而其他各位则是熄灭的。如此

17、循环下去，就可以使各位显示出将要显示的字符。虽然这些字符是在不同时刻出现的，而在同一时刻，只有一位显示，其他各位熄灭，但由于 LED 的余辉和人眼的视觉暂留作用，只要每位显示间隔足够短，则可以造成多位同时亮的假象，达到同时显示的效果。表 2 74HC138 译码器码表精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业3.2.5 数码管段选部分0D1D2D3D4D5D6D7D0DX7DX6DX5DX4DX3DX2DX1DXD03Q02D14Q15D27Q26D38Q39D413Q412D514Q515D617Q616D718Q719OE1LE11U374HC373图 3-6 数码管段选电路如图 3-6

18、为数码管段选电路，采用的是 74HC373 锁存器进行字模的传输。373 的输出端 O0O7 可直接与总线相连。当三态允许控制端 OE 为低电平时，O0O7 为正常逻辑状态，可用来驱动负载或总线。当 OE 为高电平时，O0O7 呈高阻态，即不驱动总线，也不为总线的负载，但锁存器内部的逻辑操作不受影响。当锁存允许端 LE 为高电平时，O 随数据 D 而变。当 LE 为低电平时，O 被锁存在已建立的数据电平。当 LE 端施密特触发器的输入滞后作用，使交流和直流噪声抗扰度被改善 400mV。表 3 74HC37 功能表精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业3.2.6 数码管显示部分图 3-6 数

19、码管显示如图 3-6 为数码管显示情况，这里采用的是 8 个共阴极数码，前 6 位显示时间，分别为时、分、秒，后 2 位为温度。其中时钟与分钟和分钟和秒钟之间有点隔开。表 4 共阴极数码管字模表显示=dpgfedcba=编码0001111110 x3f1000001100 x062010110110 x5b3010100110 x4f4011001100 x665011011010 x6d6011111010 x7d7000001110 x078011111110 x7f9011011110 x6fA011101110 x77b011111000 x7cC001110010 x39d01011

20、1100 x5eE011110010 x79F011100010 x71精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业3.2.7 单片机控制部分K1K2K3K4SPEAKERABC0D1D2D3D4D5D6D7DSPEAKERRESETXTAL218XTAL119ALE30EA31PSEN29RST9P0.0/AD039P0.1/AD138P0.2/AD237P0.3/AD336P0.4/AD435P0.5/AD534P0.6/AD633P0.7/AD732P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78P3.0/RXD10P3.1/TXD11P3.2/INT012

21、P3.3/INT113P3.4/T014P3.7/RD17P3.6/WR16P3.5/T115P2.7/A1528P2.0/A821P2.1/A922P2.2/A1023P2.3/A1124P2.4/A1225P2.5/A1326P2.6/A1427U1AT89C51C122uFC222uFX1CRYSTALR010k图 3-7 如图 3-7，这里选用的单片机型号是 AT89C51。AT89C51 是美国 ATMEL 公司生产的低功耗，高性能 CMOS 8 位单片机，片内含 4K bytes 的可系统编程的 Flash 只读程序存储器，器件采用 ATMEL 公司的高密度，非易失性存储技术生产，

22、兼容标准 8051 指令系统及引脚。AT89C51 提供以下标准功能：4K 字节 Flash 闪速存储器，128 字节内部RAM，32I/O 口线，看门狗（WDT） ，两个数据指针，两个 16 位定时/计数器，一个 5 向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。如图 3-7 所示，AT89C51 有 40 引脚，双列直插（DIP）封装，所用引脚功能如下：1.VCC 运行时加4.5V2.GND 接地3.XTAL1 振荡器反相放大器及内部时钟发生器的输入端4.XTAL2 振荡器反相放大器的输出端5.RST 复位输入，高电平有效，在晶振工作时，在 RST 引脚上作用 2 个机器周

23、期以上的高电平，将使单片机复位。WDT 溢出将使该引脚输出高电平，设置 SFT AUXR 的 DISRTO 位（地址 8EH）可打开或关闭该功能。DISRTO 位缺省为 RESET 输出高电平打开状态。6.EA/VPP 片外程序存储器访问允许信号。欲使 CPU 仅访问外部程序存储器（地址为 0000H-FFFFH） ，EA 端必须保持低电平（接地） ，如果 EA 端为高电平（接 Vcc 端） ，CPU 则执行内部程序存储器中的指令。7.P1 口,P2 口P1，P2 是一组带内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口。运行时通过 P1口控制驱动电路的工作，将数据送到数码管，显示相应的段码，为了达到减

24、少功耗或满足端口对最大电流的限制，应加上一限流电阻。P2.0P2.5 口控制数码管的位选，使六个数码管轮流显示数据，等于 1 时位选三极管导通，等于 0 时位选三极管截止。精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业8.无自锁开关（S2P3.7）开关接相应引脚 P3.7，当开关按下时，相应引脚为低电平 0，断开时引脚为高电平 1。精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业第四章第四章原理图与原理图与 PCBPCB 图图 4.14.1 原理图原理图K1K2K3K4K1K2K3K4SPEAKERABCABC0D1D2D3D4D5D6D7D0D1D2D3D4D5D6D7D0DX7DX0WX7WX1DX

25、2DX3DX4DX5DX6DX1WX2WX3WX4WX5WX6WX0WX7WX0DX7DX6DX5DX4DX3DX2DX1DX6WX5WX4WX3WX2WX1WXSPEAKERRESETRESETXTAL218XTAL119ALE30EA31PSEN29RST9P0.0/AD039P0.1/AD138P0.2/AD237P0.3/AD336P0.4/AD435P0.5/AD534P0.6/AD633P0.7/AD732P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78P3.0/RXD10P3.1/TXD11P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/T0

26、14P3.7/RD17P3.6/WR16P3.5/T115P2.7/A1528P2.0/A821P2.1/A922P2.2/A1023P2.3/A1124P2.4/A1225P2.5/A1326P2.6/A1427U1AT89C51C122uFC222uFX1CRYSTALR010kLS1SOUNDERK1K2K3K4Q1PNPR1100A1B2C3E16E24E35Y015Y114Y213Y312Y411Y510Y69Y77U274LS138D03Q02D14Q15D27Q26D38Q39D413Q412D514Q515D617Q616D718Q719OE1LE11U374HC37327.0

27、DQ2VCC3GND1U4DS18B20R210kC310uFK5湖湖北北工工业业大大学学制制作作人人：詹詹超超 于于波波涛涛2014年年6月月10日日图 4-1 原理图如图 4-1 为时钟电路总的原理图。分为最小单片机系统、单片机复位电路、按键电路、数码管位选电路、数码管段选电路、数码管显示电路、蜂鸣器电路、温度采集电路。使用单片机的 P2 口进行数模的输出，P14、P15、P16 与 74HC138 连接实现数码管位选，按键电路接入 P10、P11、P12、P13 四个 IO 口，通过程序控制，扫描该四个引脚的信号实现时间的调节。蜂鸣器通过与三极管 8550 连接，最终接入 P17，时间设

28、定启动使其发声。温度传感器接入 P37，将采集到的模拟信号转化为数字信号后传到单片机。精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业 4.24.2 PCBPCB 图图图 4-2 PCB 图 如图 4-2 为电路的 PCB 图，我使用的是 Altium designer 进行绘制。首先创建相应的元件库和 PCB 库，并进行封装。然后按照电路绘制原理图，绘制完成后就可以执行更改，生成 PCB 图，然后进行布线。分为自动布线和手动布线，一般虽然自动布线速度快，但相对于手动布线而言，不是那么美观。对于一些简单的原理图，提倡进行手动布线。精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业第五章软件设计软件设计5.1

29、 程序流程图 开开始始 K1是否为0？K1=1？按键次数加一按键次是否等于4延时，防抖清零按键次数是否传感器数据处理送入单片机内读取温度显示温度图 5-1 时间位选择流程图图 5-2 温度流程图精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业开始K2=0？开定时K2=1？F-K=1? 秒加一 秒60？ 秒清零F-K=2?分加一 分60？分清零 F-K=3? 、 时加一时=24？时清零图 5-3 时间调整流程图精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业 保护现场重装定时器初值 循环次数减1 满20次？ 秒单元加1 60s到？ 秒单元清0，分单元加1 60分到？ 分单元清0，时单元加1 24小时到？ 时

30、单元清0 恢复现场返回YesNoNoYesYesNoNoYes图 5-4 定时中断流程图精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业5.2 源程序源程序#include#include#define uchar unsigned char#define uint unsigned int/此表为 LED 的字模, 共阴数码管 0-9 uchar code Disp_Tab = 0 x3f,0 x06,0 x5b,0 x4f,0 x66,0 x6d,0 x7d,0 x07,0 x7f,0 x6f,0 x40; /段码控制uint LedOut10;bit flag;sbit ds=P37;sbit

31、 LS138A=P14;sbit LS138B=P15;sbit LS138C=P16;sbit beep=P17;sbit k1=P10;sbit k2=P11;sbit k3=P12;sbit k4=P13;uchar hour=12,minite=0,second=0;uchar h,m,s;uint i,a,temp;uchar F_k1=0,F_k3=0,ahour=0,aminite=0,asecond=0;/延时函数void delay(uint z)uint x,y;for(x=z;x0;x-)for(y=200;y0;y-);/延时函数 usvoid delayus(uint

32、 t)while(t-);精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业 /复位函数void ds_reset()ds=1;delayus(5);ds=0;delayus(80);ds=1;delayus(14);if(ds=0)flag=1; /18b20 存在elseflag=0; /18b20 不存在delayus(20);/位读取函数bit ds_read_bit()bit dat;ds=0;_nop_();_nop_();ds=1;_nop_();dat=ds;delayus(10);return dat;uchar ds_read_byte()/把位转化为字节函数uchar i,j,k

33、;for(i=0;i8;i+)j=ds_read_bit();k=(j1);return k;void ds_write_byte(uchar dat)/写字节函数精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业uchar i;for(i=0;i1;delayus(6);uint read_temperature()/读取温度值函数uchar a,b; ds_reset();ds_write_byte(0 xcc);ds_write_byte(0 xbe); a=ds_read_byte();b=ds_read_byte();temp=b;temp=temp=100) num=0; LedOut0=

34、Disp_Tabh/10; LedOut1=Disp_Tabh%10+0 x80; LedOut2=Disp_Tabm/10; LedOut3=Disp_Tabm%10+0 x80; LedOut4=Disp_Tabs/10; LedOut5=Disp_Tabs%10; LedOut6=Disp_Tabtemp/100; LedOut7=Disp_Tabtemp%100/10; for(i=0; i8; i+) 精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业 P2=LedOuti ; switch(i) case 0:LS138A=0; LS138B=0; LS138C=0; break; cas

35、e 1:LS138A=1; LS138B=0; LS138C=0; break; case 2:LS138A=0; LS138B=1; LS138C=0; break; case 3:LS138A=1; LS138B=1; LS138C=0; break; case 4:LS138A=0; LS138B=0; LS138C=1; break; case 5:LS138A=1; LS138B=0; LS138C=1; break; case 6:LS138A=0; LS138B=1; LS138C=1; break; case 7:LS138A=1; LS138B=1; LS138C=1; br

36、eak; delay(1); /*定时函数*/void timer0() interrupt 1 TH0=(65535-50000)/256; TL0=(65535-50000)%256; a+; if(a=20)a=0;second+;if(second=60)second=0;minite+;if(minite=60)minite=0;hour+;if(hour=24)hour=0;精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业 /*按键 1 函数 */void key1() if(k1=0)delay(1);if(k1=0)TR0=0;while(!k1);F_k1+;if(F_k1=4)F

37、_k1=0;TR0=1;/*按键 2 函数*/void key2()if(k2=0) delay(1);while(!k2);if(F_k1=1)second+;if(second=60)second=0; if(F_k1=2)minite+;if(minite=60)minite=0; if(F_k1=3)hour+;精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业if(hour=24)hour=0;if(F_k3=1)asecond+;if(asecond=60)asecond=0;if(F_k3=2)aminite+;if(aminite=60)aminite=0;if(F_k3=3)ahou

38、r+;if(ahour=24)ahour=0;/*按键 3 函数 */void key3() if(k3=0)delay(1);if(k3=0)while(!k3);F_k3+;if(F_k3=4) F_k3=0;精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业/*按键 4 函数 */void key4()if(k4=0)delay(1);while(!k4);if(F_k1=1)second-;if(second=0)second=59;if(F_k1=2)minite-;if(minite=0)minite=59;if(F_k1=3)hour-;if(hour=0)hour=23;if(F_k3

39、=1)asecond-;if(asecond=0)asecond=59;if(F_k3=2)aminite-;if(aminite=0)aminite=59;if(F_k3=3)ahour-;if(ahour=0)ahour=23;精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业/主函数void main()TMOD=0X01;TH0=(65535-50000)/256;TL0=(65535-50000)%256;EA=1;TR0=1;ET0=1;P1=0 xff;while(1)ds_reset();ds_write_byte(0 xcc); /跳过 ROMds_write_byte(0 x44); /温度转换 key1(); key2(); key3(); key4(); if(ahour=hour&aminite=minite&second1000 次）ISP Flash ROM 32 个可编程 I/O 口 4.0-5.5V 工作电压范围 2 个 16 位可编程定时/计数器 全静态工作模式：时钟频率 0-33MHz 全双工 UART 串行中断口线 128x8bit 内部 RAM 6 个中断源