多功能电子钟设计

-.z摘要本论文设计一个基于单片机的集电子钟、流水灯多种功能于一体的多功能电子钟。单片机具有强大的控制功能和灵活的编程实现特性，它已经溶入现代人们的生活中，成为不可替代的一局部。本文的主要内容是用AT89C52单片机为核心控制元件，设计一个电子钟。以单片机作为主控核心，与键盘、开关、扬声器等模块组成核心主控制模块，在主控模块上设有3个按键，四个开关，数码管关键词：AT89C52单片机电子钟流水灯目 录1.引言22.总体设计32.1根本原理32.2系统总体框图及设计思路43.详细设计53.1硬件设计53.2软件设计.10程序设计思路113.2.2程序流程图123.2.3程序代码134.系统调试及分析265.心得体会29参考文献301引言单片微型计算机是大规模集成电路技术开展的产物，属第四代电子计算机，它具有高性能、高速度、体积小、价格低廉、稳定可靠、应用广泛的特点。它的应用必定导致传统的控制技术从根本上发生变革。因此，单片机的开发应用已成为高科技和工程领域的一项重大课题。1957年,Ventura创造了世界上第一个电子表，从而奠定了电子时钟的根底，电子时钟开场迅速开展起来。现代的电子时钟是基于单片机的一种计时工具，采用延时程序产生一定的时间中断，用于一秒的定义，通过计数方式进展满六十秒分钟进一，满六十分小时进一，满二十四小时小时清零。从而到达计时的功能，是人民日常生活补课缺少的工具。现在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、石英钟、石英表都采用了石英技术，因此走时精度高，稳定性好，使用方便，不需要经常调试，数字式电子钟用集成电路计时时，译码代替机械式传动，用LED显示器代替指针显示进而显示时间，减小了计时误差，这种表具有时、分、秒显示时间的功能，还可以进展时和分的校对，片选的灵活性好。2总体设计2.1根本原理数字时钟是本设计的最主要的局部。根据需要，可利用两种方案实现。方案一：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缺乏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。当电网电压缺乏或突然掉电时，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，每产生一次中断，存储器内相应的秒值加1；假设秒值到达60，则将其清零，并将相应的分字节值加1；假设分值到达60，则清零分字节，并将时字节值加1；假设时值到达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。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*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。2.2系统总体框图及设计思路3详细设计3.1硬件设计电源局部 图3-2如图3-2所示，从外部引入5.0V的直流电，为单片机、复位电路提供电源。复位电路图3-3如图3-3所示，复位电路主要由型号为1N4148的二极管，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S1构成，S1接芯片的相应引脚RST，当开关按下时引脚RST为高电平1，断开时引脚为低电平0。位选局部图3-5图3-5为位选电路，三极管的集电极接数码管的公共端，当P2口对应的引脚输出高电平时三极管导通，对应的数码管显示数据。这样，在同一时刻，6位LED中只有选通的那1位显示出字符，而其他5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，到达同时显示的效果。数码管的连接电路-.z图3-6图3-6为数码管的引脚图，每位的段码线〔a,b,c,d,e,f,g,dp〕分别与1个8位的锁存器输出相连，由AT89S51控制组合0－9十个数据，如令其显示1则b,c引脚〔即2，3引脚〕送高电平，此时数码管显示1。由于各位的段码线并联，8位I/O口输出段码对各个显示位来说都是一样的。AT89S51是美国ATMEL公司生产的低功耗，高性能CMOS8位单片机，片内含4Kbytes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，兼容标准8051指令系统及引脚。AT89S51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向量两级中断构造，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，AT89S51有40引脚，双列直插〔DIP〕封装，所用引脚功能如下：VCC——运行时加＋4.5VGND——接地*TAL1——振荡器反相放大器及内部时钟发生器的输入端*TAL2——振荡器反相放大器的输出端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SFTAU*R的DISRTO位〔地址8EH〕可翻开或关闭该功能。DISRTO位缺省为RESET输出高电平翻开状态。EA/VPP——片外程序存储器允许信号。欲使CPU仅外部程序存储器〔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。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，为了到达减少功耗或满足端口对最大电流的限制，应加上一限流电阻。P2.0——P2.5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。无自锁开关——〔S2－P3.7〕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。PCB图：流水灯硬件原理图3．2软件设计.程序设计思路流水灯局部为由八个灯分时点亮，并由一个开关控制其变换方式。从硬件原理图中可以看出，如果要让接在P1.0口的LED1亮起来，则只要把P1.0口的电平变为低电平就可以了；相反，如果要接在P1.0口的LED1熄灭，就要把P1.0口的电平变为高电平；同理，接在P1.1～P1.7口的其他7个LED的点亮和熄灭的方法同LED1。因此，要实现流水灯功能，我们只要将发光二极管LED1～LED8依次点亮、熄灭，8只LED灯便会一亮一暗的做流水灯了。在此我们还应注意一点，由于人眼的视觉暂留效应以及单片机执行每条指令的时间很短，我们在控制二极管亮灭的时候应该延时一段时间，否则我们就看不到“流水〞效果了。单片机的应用系统由硬件和软件组成，上述硬件原理图搭建完成上电之后，我们还不能看到流水灯循环点亮的现象，我们还需要告诉单片机怎么来进展工作，即编写程序控制单片机管脚电平的上下变化，来实现发光二极管的一亮一灭。软件编程是单片机应用系统中的一个重要的组成局部，是单片机学习的重点和难点。下面我们以最简单的流水灯控制功能即实现8个LED灯的循环点亮，来介绍实现流水灯控制的几种软件编程方法。在主程序的开场定义了一组固定单元用来存储计数的分、秒、时的存储单元。在主程序中，对不同的按键进展扫描，实现秒表，时间调整。系统总体流程图如图3所示。程序流程图程序代码1、预定义局部 *include<reg52.h>*definecharunsignedcharcodechartmpled[90]={0*01,0*02,0*04,0*08,0*10,0*20,0*40,0*80,0*81,0*82, 0*84,0*88,0*90,0*A0,0*C0,0*C1,0*C2,0*C4,0*C8,0*D0, 0*E0,0*E1,0*E2,0*E4,0*E8,0*F0,0*F1,0*F2,0*F4,0*F8, 0*F9,0*FA,0*FC,0*FD,0*FE,0*FF,0*FF,0*00,0*FF,0*00,0*00,0*FF,0*FF,0*00,0*00,0*80,0*40,0*20,0*10,0*08,0*04, 0*02,0*01,0*81,0*41,0*21,0*11,0*09,0*05,0*03,0*83,0*43,0*23,0*13, 0*0B,0*07,0*87,0*47,0*27,0*17,0*0F,0*8F,0*4F,0*2F,0*1F,0*9F,0*5F,0*3F, 0*BF,0*7F,0*FF,0*FF,0*00,0*FF,0*00 }; //定义数组常量,表示流水灯的变换方式，前面加"code"表示常量在程序代码中存放，不占用RAM。该数组为发光二极管的输出数据Codecharli[33]={0*81,0*42,0*24,0*18,0*99,0*5A,0*3C,0*BD,0*7E,0*FF,0*FF,0*E7,0*C3,0*81,0*00,0*18,0*00,0*18,0*24,0*42,0*81,0*99,0*A5,0*C3,0*DB,0*E7,0*FF,0*FF,0*00,0*FF,0*00};//此数组表示流水灯的另一种变换方式charcodedis_7[11]={0*C0,0*F9,0*A4,0*B0,0*99,0*92,0*82,0*F8,0*80,0*90,0*ff};charcodescan_con[8]={0*fe,0*fd,0*fb,0*f7,0*ef,0*df,0*bf,0*7f};chardatatimedata[6]={0*00,0*00,0*00,0*00,0*00,0*00};chardatadis[8]={0*00,0*00,0*00,0*00,0*00,0*00,0*00,0*00};chardataconls=0*00,con04s=0*00,con=0*00;sbitkey0=P1^0;sbitkey1=P1^1;sbitkey2=P1^2;sbitbeen=P1^3;sbitkey3=P1^4;sbitkey4=P1^5;sbitkey5=P1^6;2、功能控制通过开关控制闹铃局部voidwen(void){if(timedata[0]>=5&&timedata[1]<=4&&timedata[2]==0&&timedata[3]==0&&timedata[4]==0&&timedata[5]==0&&key3==0)been=~been; else been=1;3、数码管显示局部本段采用的是共阴极LED数码管：scan(){chark;for(k=0;k<6;k++){ if(key5==0){P0=dis_7[dis[k]];P2=scan_con[k];delay1ms(1);P2=0*ff;} else {P0=0*ff; break; }}}4、按键局部：、利用3个按键调节时钟keyscan(){EA=0;if(key0==0){delay1ms(10);while(key0==0);if(dis[con]==10){dis[7]=dis[con];dis[con]=dis[6];dis[6]=dis[7];}con++;TR0=0;ET0=0;TR1=1;ET1=1;if(con>=6){con=0;TR1=0;ET1=0;TR0=1;ET0=1;}}if(con!=0){if(key1==0){delay1ms(10);while(key1==0);timedata[con]++;if(timedata[con]>=10){timedata[con]=0;}dis[con]=timedata[con];dis[6]=0*0a;}}if(con!=0){if(key2==0){delay1ms(10);while(key2==0);if(timedata[con]==0){timedata[con]=0*09;}else{timedata[con]--;}dis[con]=timedata[con];dis[6]=0*0a;}}EA=1;}5、产生时钟局部：对晶振周期计数，记满一秒产生中断，计数显示秒位加一voidtime_intt0(void)interrupt1{ET0=0;TR0=0;TH0=0*3C;TL0=0*B0;TR0=1;conls++;if(conls==20){conls=0*00;timedata[0]++;if(timedata[0]>=10){timedata[0]=0;timedata[1]++;if(timedata[1]>=6){timedata[1]=0;timedata[2]++;if(timedata[2]>=10){timedata[2]=0;timedata[3]++;if(timedata[3]>=6){timedata[3]=0;timedata[4]++;if(timedata[4]>=10){timedata[4]=0;timedata[5]++;}if(timedata[5]==2){if(timedata[4]==4){timedata[4]=0;timedata[5]=0;}}}}}}dis[0]=timedata[0];dis[1]=timedata[1];dis[2]=timedata[2];dis[3]=timedata[3];dis[4]=timedata[4];dis[5]=timedata[5];}ET0=1;}voidtime_intt1(void)interrupt3{EA=0;TR1=0;TH1=0*3C;TL1=0*B0;TR1=1;con04s++;if(con04s==8){con04s=0*00;dis[7]=dis[con];dis[con]=dis[6];dis[6]=dis[7];}EA=1;}6、流水灯控制局部：共两个开关，一个切换数码管与流水灯的亮灭，一个用来切换流水灯自身的点亮方式voidlsd(void){ charn; chari;iii:for(n=0;n<100;n++) {if(key5==1) //循环输出40个数据 {if(key4==1) {P3=~tmpled[n]; //"~"这个符号是取反，因发光二极管采用共阳极，所以将数据取反再输出 delay1ms(110); //调用延时子函数，改变参数大小，调整变化速度 } else {P3=0*FF; delay1ms(30); goto; } } else {P3=0*ff; break;} }:for(i=0;i<40;i++) { if(key5==1) {if(key4==0) {P3=~li[i]; //"~"这个符号是取反，因发光二极管采用共阳极，所以将数据取反再输出 delay1ms(200); //调用延时子函数，改变参数大小，调整变化速度 } else {P3=0*FF; delay1ms(30); gotoiii; } } else {P3=0*FF; break; } } }整体程序局部：*include<reg52.h>*definecharunsignedcharcodechartmpled[90]={0*01,0*02,0*04,0*08,0*10,0*20,0*40,0*80,0*81,0*82, 0*84,0*88,0*90,0*A0,0*C0,0*C1,0*C2,0*C4,0*C8,0*D0, 0*E0,0*E1,0*E2,0*E4,0*E8,0*F0,0*F1,0*F2,0*F4,0*F8, 0*F9,0*FA,0*FC,0*FD,0*FE,0*FF,0*FF,0*00,0*FF,0*00,0*00,0*FF,0*FF,0*00,0*00,0*80,0*40,0*20,0*10,0*08,0*04, 0*02,0*01,0*81,0*41,0*21,0*11,0*09,0*05,0*03,0*83,0*43,0*23,0*13, 0*0B,0*07,0*87,0*47,0*27,0*17,0*0F,0*8F,0*4F,0*2F,0*1F,0*9F,0*5F,0*3F, 0*BF,0*7F,0*FF,0*FF,0*00,0*FF,0*00 }; //定义数组常量,前面加"code"表示常量在程序代码中存放， //不占用RAM。该数组为发光二极管的输出数据Codecharli[33]={0*81,0*42,0*24,0*18,0*99,0*5A,0*3C,0*BD,0*7E,0*FF,0*FF,0*E7,0*C3,0*81,0*00,0*18,0*00,0*18,0*24,0*42,0*81,0*99,0*A5,0*C3,0*DB,0*E7,0*FF,0*FF,0*00,0*FF,0*00};charcodedis_7[11]={0*C0,0*F9,0*A4,0*B0,0*99,0*92,0*82,0*F8,0*80,0*90,0*ff};charcodescan_con[8]={0*fe,0*fd,0*fb,0*f7,0*ef,0*df,0*bf,0*7f};chardatatimedata[6]={0*00,0*00,0*00,0*00,0*00,0*00};chardatadis[8]={0*00,0*00,0*00,0*00,0*00,0*00,0*00,0*00};chardataconls=0*00,con04s=0*00,con=0*00;sbitkey0=P1^0;sbitkey1=P1^1;sbitkey2=P1^2;sbitbeen=P1^3;sbitkey3=P1^4;sbitkey4=P1^5;sbitkey5=P1^6;voidwen(void){if(timedata[0]>=5&&timedata[1]<=4&&timedata[2]==0&&timedata[3]==0&&timedata[4]==0&&timedata[5]==0&&key3==0)been=~been; else been=1;}delay1ms(intt) {inti,j;for(i=0;i<t;i++)for(j=0;j<120;j++);}keyscan(){EA=0;if(key0==0){delay1ms(10);while(key0==0);if(dis[con]==10){dis[7]=dis[con];dis[con]=dis[6];dis[6]=dis[7];}con++;TR0=0;ET0=0;TR1=1;ET1=1;if(con>=6){con=0;TR1=0;ET1=0;TR0=1;ET0=1;}}if(con!=0){if(key1==0){delay1ms(10);while(key1==0);timedata[con]++;if(timedata[con]>=10){timedata[con]=0;}dis[con]=timedata[con];dis[6]=0*0a;}}if(con!=0){if(key2==0){delay1ms(10);while(key2==0);if(timedata[con]==0){timedata[con]=0*09;}else{timedata[con]--;}dis[con]=timedata[con];dis[6]=0*0a;}}EA=1;}scan(){chark;for(k=0;k<6;k++){ if(key5==0){P0=dis_7[dis[k]];P2=scan_con[k];delay1ms(1);P2=0*ff;} else {P0=0*ff; break; }}}clearmen(){inti;for(i=0;i<6;i++){dis[i]=timedata[i];}TH0=0*3C;TL0=0*B0;TH1=0*3C;TL1=0*B0;TMOD=0*11;ET0=1;ET1=1;TR1=0;TR0=1;EA=1;}voidlsd(void){ charn; chari;iii:for(n=0;n<100;n++) {if(key5==1) //循环输出40个数据 {if(key4==1) {P3=~tmpled[n]; //"~"这个符号是取反，因发光二极管采用共阳极，所以将数据取反再输出 delay1ms(110); //调用延时子函数，改变参数大小，调整变化速度 } else {P3=0*FF; delay1ms(30); goto; } } else {P3=0*ff; break;} }:for(i=0;i<40;i++) { if(key5==1) {if(key4==0) {P3=~li[i]; //"~"这个符号是取反，因发光二极管采用共阳极，所以将数据取反再输出 delay1ms(200); //调用延时子函数，改变参数大小，调整变化速度 } else {P3=0*FF; delay1ms(30); gotoiii; } } else {P3=0*FF; break; } } }main(){ clearmen();while(1){scan();keyscan(); wen(); lsd();}}voidtime_intt0(void)interrupt1{ET0=0;TR0=0;TH0=0*3C;TL0=0*B0;TR0=1;conls++;if(conls==20){conls=0*00;timedata[0]++;if(timedata[0]>=10){timedata[0]=0;timedata[1]++;if(timedata[1]>=6){timedata[1]=0;timedata[2]++;if(timedata[2]>=10){timedata[2]=0;timedata[3]++;if(timedata[3]>=6){timedata[3]=0;timedata[4]++;if(timedata[4]>=10){timedata[4]=0;timedata[5]++;}if(timedata[5]==2){if(timedata[4]==4){timedata[4]=0;timedata[5]=0;}