电子钟设计多功能.docx
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电子钟设计多功能
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，成为不可替代的一部分。
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，数码管和扬声器。
本系统运行稳定，其优点是硬件电路简单，软件功能完善，控制系统可靠，性价比较高等，具有一定的实用和参考价值。
关键词：
AT89C52单片机电子钟流水灯
目录
1.引言3
2.总体设计4
2.1基本原理4
2.2系统总体框图及设计思路5
3.详细设计6
3.1硬件设计6
3.2软件设计.10
3.2.1程序设计思路11
3.2.2程序流程图12
3.2.3程序代码13
4.系统调试及分析26
5.心得体会29
参考文献30
1引言
单片微型计算机是大规模集成电路技术发展的产物，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发明了世界上第一个电子表，从而奠定了电子时钟的基础，电子时钟开始迅速发展起来。
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，通过计数方式进行满六十秒分钟进一，满六十分小时进一，满二十四小时小时清零。
从而达到计时的功能，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，还可以进行时和分的校对，片选的灵活性好。
2总体设计
2.1基本原理
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。
2.1.1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
3.1.1电源部分
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。
3.1.2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。
3.1.3位选部分
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，达到同时显示的效果。
3.1.4数码管的连接电路
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相同的。
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，AT89S51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＋4.5V
2.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SFTAUXR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。
8.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。
9.PCB图：
流水灯硬件原理图
3．2软件设计.
3.2.1程序设计思路
流水灯部分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，那么只要把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行工作，即编写程序控制单片机管脚电平的高低变化，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部分，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。
在主程序的开始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，对不同的按键进行扫描，实现秒表，时间调整。
系统总体流程图如图3所示。
3.2.2程序流程图
3.2.3程序代码
1、预定义部分
#include
#definecharunsignedchar
codechartmpled[90]={0X01,0X02,0X04,0X08,0X10,0X20,0X40,0X80,0X81,0X82,
0X84,0X88,0X90,0XA0,0XC0,0XC1,0XC2,0XC4,0XC8,0XD0,
0XE0,0XE1,0XE2,0XE4,0XE8,0XF0,0XF1,0XF2,0XF4,0XF8,
0XF9,0XFA,0XFC,0XFD,0XFE,0XFF,0XFF,0X00,0XFF,0X00,
0X00,0XFF,0XFF,0X00,0X00,0X80,0X40,0X20,0X10,0X08,0X04,
0X02,0X01,0X81,0X41,0X21,0X11,0X09,0X05,0X03,0X83,0X43,0X23,0X13,
0X0B,0X07,0X87,0X47,0X27,0X17,0X0F,0X8F,0X4F,0X2F,0X1F,0X9F,0X5F,0X3F,
0XBF,0X7F,0XFF,0XFF,0X00,0XFF,0X00};//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]={0X81,0X42,0X24,0X18,0X99,0X5A,0X3C,0XBD,0X7E,0XFF,0XFF,0XE7,0XC3,0X81,0X00,0X18,0X00,0X18,0X24,0X42,0X81,
0X99,0XA5,0XC3,0XDB,0XE7,0XFF,0XFF,0X00,0XFF,0X00};//此数组表示流水灯的另一种变换方式
charcodedis_7[11]={0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90,0xff};
charcodescan_con[8]={0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf,0xbf,0x7f};
chardatatimedata[6]={0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00};
chardatadis[8]={0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00};
chardataconls=0x00,con04s=0x00,con=0X00;
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
通过开关控制闹铃部分
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、数码管显示部分
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=0xff;}
else
{P0=0xff;
break;
}
}
}
4、按键部分：
、
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]=0x0a;
}
}
if（con!
=0）
{
if（key2==0）
{
delay1ms（10）;
while（key2==0）;
if（timedata[con]==0）
{timedata[con]=0x09;}
else{timedata[con]--;}
dis[con]=timedata[con];dis[6]=0x0a;
}
}
EA=1;
}
5、产生时钟部分：
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=0x3C;TL0=0XB0;TR0=1;
conls++;
if（conls==20）
{
conls=0x00;
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=0x3C;TL1=0xB0;TR1=1;
con04s++;
if（con04s==8）
{
con04s=0x00;
dis[7]=dis[con];dis[con]=dis[6];dis[6]=dis[7];
}
EA=1;
}
6、流水灯控制部分：
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=0XFF;
delay1ms（30）;
gotowww;
}
}
else
{P3=0xff;
break;
}
}
www:
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=0XFF;
delay1ms（30）;
gotoiii;
}
}
else
{P3=0XFF;
break;
}
}
}
整体程序部分：
#include
#definecharunsignedchar
codechartmpled[90]={0X01,0X02,0X04,0X08,0X10,0X20,0X40,0X80,0X81,0X82,
0X84,0X88,0X90,0XA0,0XC0,0XC1,0XC2,0XC4,0XC8,0XD0,
0XE0,0XE1,0XE2,0XE4,0XE8,0XF0,0XF1,0XF2,0XF4,0XF8,
0XF9,0XFA,0XFC,0XFD,0XFE,0XFF,0XFF,0X00,0XFF,0X00,
0X00,0XFF,0XFF,0X00,0X00,0X80,0X40,0X20,0X10,0X08,0X04,
0X02,0X01,0X81,0X41,0X21,0X11,0X09,0X05,0X03,0X83,0X43,0X23,0X13,
0X0B,0X07,0X87,0X47,0X27,0X17,0X0F,0X8F,0X4F,0X2F,0X1F,0X9F,0X5F,0X3F,
0XBF,0X7F,0XFF,0XFF,0X00,0XFF,0X00};//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]={0X81,0X42,0X24,0X18,0X99,0X5A,0X3C,0XBD,0X7E,0XFF,0XFF,0XE7,0XC3,0X81,0X00,0X18,0X00,0X18,0X24,0X42,0X81,
0X99,0XA5,0XC3,0XDB,0XE7,0XFF,0XFF,0X00,0XFF,0X00};
charcodedis_7[11]={0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90,0xff};
charcodescan_con[8]={0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf,0xbf,0x7f};
chardatatimedata[6]={0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00};
chardatadis[8]={0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00};
chardataconls=0x00,con04s=0x00,con=0X00;
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;ifor（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]=0x0a;
}
}
if（con!
=0）
{
if（key2==0）
{
delay1ms（10）;
while（key2==0）;
if（timedata[con]==0）
{timedata[con]=0x09;}
else{timedata[con]--;}
dis[con]=timedata[con];dis[6]=0x0a;
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