第八组多功能数字电子表设计方案

多功能数字电子表设计报告组员：齐俊斌寇延飞陈斌斌班级：08-12班一、课程设计的目的和要求单片机具有稳定可靠、体积小、价格低廉等特点，成为设计智能化仪器仪表的首选微控制器，因此本次设计我们采用了AT89C52芯片，此款单片机可以使用软件对其进行在线编程，其灵活性和可靠性都相对提高。通过此次课程设计,增强了我们的动手能力,把理论与实践融合在一起；熟悉和掌握EWB、Proteus等电子设计编程软件。同时，也进一步加深了对单片机的硬件结构的理解和巩固，提高分析并解决实际问题的能力。1、基本要求：（1）、计时功能：显示时、分、秒；（2）、定闹功能；（3）、秒表功能；（4）、倒计时功能。2、提高要求：（1）、增加“语音报时”功能；、增加“电子日历”功能。二、课题分析在进行课题设计前，我们应该确定一些基本的设计原则，然后再根据这些原则去寻找思路。在设计系统时，我们主要考虑以下一些原则：节约元器件，尽量降低系统实现的成本；硬件电路尽量简单，使得硬件实现、问题检查、软件编程以及系统调试的难度都降低；能在软件上实现的，不采取软件实现，使芯片利用率尽可能高；软件设计方案要优化，使得编程尽可能简单，方便仿真与测试；设计方案要和当前的试验平台相应；充分利用各种资料，尽量采用成熟与经典的电路。首先考虑“语音报时”。由于语音报时要用到语音芯片，使用语音芯片后，系统的电路复杂性增加，不仅在电路设计和硬件电路实现方面难度加大，而且系统调试的难度也加大。因而，经过综合考虑，我们决定选择仅通过蜂鸣器来实现报时功能。再考虑“电子日历”。由于电子表显示时分秒需要六位数码管，日历显示的年月日也可以采用六位显示，而且日历设计在数学原理上和钟表设计一样。为了锻炼和提高自己，我们决定尽量减少功能按键，即在不增加硬件的条件下实现“电子日历”。综上所述，我们要设计的电子表，其所能实现的功能为：计时、闹钟、秒表、倒计时、报时与日历。三、设计原理本次课程设计是基于单片机的设计，因而是软硬件结合的实现方式。整个电路系统分为六个子模块：作为控制处理器的AT89C52单片机；显示模块；功能按键模块；响铃模块；时钟产生模块；复位模块。AT89C52是低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含8k可反复擦写的只读程序存储器（PEROM）和256字节的随机存储器（RAM），与标准MCS—51指令系统及8052产品引脚兼容，片内置8位中央处理器（CPU）和Flash单元。3个16位定时/计数器，8个中断源，32个可编程I/O口线。根据AT89C52的引脚功能，我们选择P0口为功能切换输入口（P1.0,P1.1与P1.2）与蜂鸣器驱动信号输出口（P1.7），P1口为显示电路的段选输出口，P2口为显示电路的位选输出口。由于采用数码管显示电路，为使得显示稳定，需对段选信号进行锁存，即在AT89C52的P0口接缓冲器。为了电路连接方便，应该选择8输入8输出缓冲器。经过对比各种缓冲器后，选择74LS244。74LS244是三态输出的八组缓冲器和总线驱动器，能驱动数码管的各段稳定工作。硬件设计方案显示模块采用6位8段共阳数码管进行显示，单片机的P0口位显示输出端口。数码管显示的关键是要有足够的显示亮度和显示稳定。因而，选择线缓冲器74LS244作为单片机的显示输出信号的缓冲器。由74LS244的功能可知，只需要一片该芯片即可以让数码管显示稳定。要保证数码管有足够的亮度，必须要有合适的位选电压。因而，让单片机的位选输出信号通过三极管放大再接到数码管上。系统的各个功能的切换，是通过功能按键实现的。按键电路要考虑去抖动的问题。按键电路去抖动的实现方式有硬件实现与软件实现两种方式。根据设计原则，应该尽量降低成本和硬件电路的复杂性，提高对单片机的功能利用率。因而，在设计中采用软件去抖动方式。为尽量减少按键数量，还需要确定按键所对应的单片机引脚，以便根据引脚进行软件设计。单片机的RST管脚接复位开关，P1.0、P1.1、P1.2管脚分别接功能开关。为了叙述方便，以下行文过程均用管脚名称代指对应开关。复位后，系统的初始状态为：时钟从00：00：00开始计时，日期从10：10：10开始计时。系统的正常显示为时间显示。由于功能按键少，必须采用按键组合的方式，才能实现系统的所有功能。按键组合的方式，不仅关系到软件实现的难易程度，还关系系统调试的难易与系统实现的成败。因而，必须优化按键功能组合方案。以下是经过优化得到的一个按键功能组合方案，我们采用该方案来进行系统实现：（1）在时钟状态下，短按P1.0，时钟仍然计时，但LED熄灭，晚上防止灯光刺眼，再短按P1.0，LED重新点亮。（2）在时钟状态下长按P1.0，时钟单元清零，分单元闪烁，进入分调整，再短按P1.0，分加1，短按P1.1，分减1；再长按P1.0,时单元闪烁，进入时调整状态，再短按P1.0，时加1，短按P1.1, 时减1，再长按P1.0，退出时间调整状态，进入时钟显示状态。（3）在时钟状态短按P1.1，显示日期，再长按P1.1，进入日期调整状态，短按P1.0，日加1，短按P1.1，日减1；再长按P1.0，进入月调整状态，短按P1.0,月加1，短按P1.1，月减1；再长按P1.0，进入年调整状态，短按P1.0，年加1，短按P1.1，年减1.再长按P1.0，退出日期显示调整状态，进入时钟显示状态。（4）在时钟状态长按P1.1，进入秒表状态，秒表开始计时。再按下P1.2，秒表暂停；再按P1.2，秒表清零；再按P1.2，秒表又开始计时；再按P1.2，秒表清零，秒表清零后短按P1.1，可退出秒表功能，回到时钟显示状态。（5）在时钟状态，短按P1.2，进入闹钟/倒计时调整状态，LED显示“00：00：灭—”，可分调整，按P1.0，分加1，按P1.1，分减1；再按P1.2，LED显示“00：00：—灭”，进入闹钟时调整，按P1.0，时加1。闹钟调整好后，按下P1.1，LED显示“00：00：—0”，表明闹钟有效；如再按下P1.1，LED又显示“00：00：—灭：，表明闹钟无效，再按P1.2，LED显示为“00：00：00”，开始倒计时。倒计时到零时，蜂鸣器报警，同时回到时钟状态。（6）在闹铃响时，可按P1.2停闹，不按则闹钟响1分钟。整点报时，闹铃响的次数即为整点数。响铃模块蜂鸣器：用以整点报时、闹铃发声。系统时钟电路采用的晶振的频率为12MHz，定时器采用的是定时器0工作在方式1定时，用于实现时、分、秒的计时。单片机的RST管脚接复位开关五、软件设计定时器T0、T1溢出周期为50ms，T0为秒计数用，T1为调整时闪烁及秒表定时用。P1.0、P1.1、P1.2为调整按键。单片机的P0口为字符输出口，P2口为扫描口，P1.7为蜂鸣器接口。单片机存储单元分配如下：50H~55H为闹钟定时单元；60H~65H为秒表计时单元；79H~75H为显示时间单元；76H~79H为分时计时单元；40H~45H为倒计时单元；30H~35H为日期单元；03H标志位为0时，时钟闪烁，为1时秒表状态；05H标志位为0时，不闹铃，为1时，闹铃；07H每秒改变一次，使蜂鸣器的间隔鸣叫。(1)主程序秒计数由定时器T0中断完成，秒表定时及时调整闪烁由定时器T1中断完成，主程序循环调用显示子程序和查键子程序，当端口有开关按下时，转入相应功能程序。程序流程如图1。（2）显示子程序时间显示子程序每次显示6个连续内存单元的十进制的BCD码数据，首地址在调用显示子程序时先指定内存单元中50H~55H为闹钟定时单元，70H~75H为时钟显示单元，由于采用7段共阳LED动态扫描实现数据显示，所以显示用十进制BCD码数据的对应段码存放在ROM表中。显示时，先取出内存在地址中的数据，然后查得对应显示用段码从P0口输出，P2口将对应的数码管选通，就能显示该地址单元的数据值，为了显示小数点等特殊字符，显示和计时应采用不同的显示子程序。（3）定时器T0中断服务程序定时器T0用于时间计时，定时溢出中断周期为50ms，中断进入后先进行中断初值校正，当中断累计20次（即50ms×20=1s）时，对秒计数单元进行加1操作，时钟计数单元地址分别在70H~71H（秒）、76H~77H（分）、78H~79H（时）中，最大计时值为23时59分59秒。7A单元存放“熄灭符”数据（#0AH），用于时间调整时的闪烁功能，在计数单元中，采用十进制BCD码计数，满10进位。T0中断程序流程如图3。（4）闹钟时间设定功能程序在正常时钟状态下，若按下口的按键开关，则进入设定闹时调分状态，显示首地址改为50H，LED显示50H~55H中的闹钟设定时间，显示式样为00：00：—，其中高2位代表时，低2位代表分，定时闹铃精确到分。按，分加1，按，时减1，按，闹铃有效，显示式样为00：00：—0；再按，闹铃无效，显示式样变为00：00：—，再按，调整闹钟时间结束，恢复正常时间显示。在闹铃时，可按下的按键开关使蜂鸣器停止，不按则蜂鸣器将鸣叫1min后自行终止；在设定闹钟后，若要取消闹时功能，则可按下，当听到“滴”一声时表明已取消了闹铃功能。（5）定时器T1中断服务程序T1中断程序用于指示时间调整单元数字的闪亮或秒表计数；在时间调整状态下，每过左右，将对应的调整单元的显示数据换成“熄灭符”数据（#0AH）。这样，在调整时间时，对应调整单元的显示数据会间隔闪亮；在做秒表计时时，每过10ms中断1次，计数单元加1，每10次为1s。秒表计数单元地址在60H~61H（10ms）、62H~63H（s）、64H~65H（min），最大计数值为99分秒。T1中断服务程序流程如图4。（6）调时功能程序在时钟状态下长按，时钟单元清零，分单元闪烁，进入分调整，再短按，分加1，短按，分减1；再长按P1.0,时单元闪烁，进入时调整状态，再短按，时加1，短按P1.1, 时减1，再长按，退出时间调整状态，进入时钟显示状态。（7）秒表功能程序在时钟状态长按，进入秒表状态，秒表开始计时。再按下，秒表暂停；再按，秒表清零；再按，秒表又开始计时；再按，秒表清零，秒表清零后短按，可退出秒表功能，回到时钟显示状态。（8）日期调整功能程序在时钟状态短按，显示日期，再长按，进入日期调整状态，短按，日加1，短按，日减1；再长按，进入月调整状态，短按P1.0,月加1，短按，月减1；再长按，进入年调整状态，短按，年加1，短按，年减1.再长按，退出日期显示调整状态，进入时钟显示状态。（9）闹钟/倒计时调整程序在时钟状态，短按，进入闹钟/倒计时调整状态，LED显示“00：00：灭—”，可分调整，按，分加1，按，分减1；再按，LED显示“00：00：—灭”，进入闹钟时调整，按，时加1。闹钟调整好后，按下，LED显示“00：00：—0”，表明闹钟有效；如再按下，LED又显示“00：00：—灭：，表明闹钟无效，再按，LED显示为“00：00：00”，开始倒计时。倒计时到零时，蜂鸣器报警，同时回到时钟状态。2、软件设计流程图开始开始初始化调用显示子程序键按下？整点到？按时间鸣叫次数进入功能程序图2系统流程图TT中断保护现场1S到？加1S处理恢复现场，中断返回定时初值校正图3T0中断 TT中断保护现场秒表/闪烁？闪烁处理恢复现场，中断返回加1处理图4T1中断六、单元电路介绍本系统所用器件的工作电压为+5V，为保证本系统能够正常工