电子时钟系统设计说明Word下载.docx
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完成期限：
2015年1月17日
指导教师签名：
课程负责人签名：
2015年1月4日
摘要
单片机自20世纪70年代问世以来，以其极高的性能价格比，受到人们的重视和关注，应用很广泛、发展很快。
Intel公司生产的MCS-8051系列单片机是各单片机中最为典型和最有代表性的一种。
本次设计以MCS-8051芯片为核心，辅助以必要的外围电路，设计了一个结构简单功能齐全的数值时钟。
在硬件方面，单片机外接12MHz芯片进行驱动。
通过数码管能够准确明亮的显示时、分、秒；
四个简单的按键实现对时间的调整；
蜂鸣器实现闹钟响铃功能；
软件方面采用c语言编程。
整个电子钟系统能完成时间的显示、调试和一组定时闹钟的功能。
关键词：
51单片机定时器闹钟数码管
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。
1.2按键模块
方案一：
4×
4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
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。
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
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。
单片机部定时/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174LS245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
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
图7主函数程序流程图
3.2定时器T0中断服务程序流程图
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
图9闹钟响应程序流程图
3.4键盘扫描程序流程图
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0000-00，闹钟初值为00-0000。
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。
总结
在这次课程设计中，运用到了很多以前的专业知识，虽然过去从未独立应用过它们，但在学习的过程中带着问题去学我发现效率很高，这是我做这次课程设计的一大收获。
另外，要做好一个课程设计，就必须做到：
在设计程序之前，对所用单片机的部结构有一个系统的了解，知道该单片机有哪些资源；
要有一个清晰的思路和一个完整的的软件流程图；
在设计程序时，不能妄想一次就将整个程序设计好，反复修改、不断改进是程序设计的必经之路；
要养成注释程序的好习惯，一个程序的完美与否不仅仅是实现功能，而应该让人一看就能明白你的思路，这样也为资料的保存和交流提供了方便；
在设计课程过程中遇到问题是很正，但我们应该将每次遇到的问题记录下来，并分析清楚，以免下次再碰到同样的问题的课程设计结束了，但是从中学到的知识会让我受益终身。
发现、提出、分析、解决问题和实践能力的提高都会受益于我在以后的学习、工作和生活中。
设计过程，好比是我们人类成长的历程，常有一些不如意，但毕竟这是第一次做，难免会遇到各种各样的问题。
在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固，不能灵活运用。
参考文献
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君里，应启珩，为理.信号与系统（第二版）上册[M].高等教育,2000
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君里，应启珩，为理.信号与系统（第二版）下册[M].高等教育,2000
[3]
谭浩强.C程序设计（第二版）[M].清华大学,2003
[4]于京．
51系列单片机C程序设计与应用案例[M]．：
中国电力，2006．
[5]育才．
ATMEL新型AT89S52系列单片机及其应用[M]．：
清华大学，2005．
[6]
吴坚，高平.基于GPRS网络的点对点图像传输方案[J].计算机应用研究，2004，
附录
附录1总体设计电路图
附录2PCB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
AT89C51
2
显示驱动三极管
Q1
3
晶振
12MHz
4
电容
33pF
10μF
5
按键
S1
6
排阻
102
7
电阻
10K
4.7K
8
蜂鸣器
LS1
9
数码管
4BIT_8SEG_LED
10
驱动芯片
74LS245
附录4总程序
//****************头文件及宏定义*******************************
#include<
reg51.h>
#defineucharunsignedchar
#defineuintunsignedint
//****************软件延时程序*********************************
voiddelay（uintii）
{while（--ii）;
}
//****************定义数码管驱动码******************************
ucharduan[]={0XC0,0XF9,0XA4,0XB0,0X99,0X92,0X82,0XF8,0X80,0X90,
0XBF,0XFF,0X7F};
//段选，0123456789-灭.
ucharwei[]={0X01,0X02,0X04,0X08,0X10,0X20,0X40,0X80};
//位选，共阳，从右至左
//****************定义变量**************************************
uchart=0,sec=0,min=0,hour=0;
//正常走时时间变量
uch
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