多功能电子钟.docx

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多功能电子钟

物理与信息工程系

课程设计报告

课程名称

课题名称

专业

年班级

学号

姓名

指导教师

目录

摘要1

关键词1

0前言1

1总体方案设计2

2硬件电路设计3

2.1单片机最小系统3

2.2时钟电路设计5

2.3LCD显示电路设计6

2.4按键选择电路设计7

2.5蜂鸣器电路设计8

3软件仿真9

4系统软件设计10

4.1主程序设计10

4.2时钟模块设计11

5调试及性能分析12

5.1调试步骤12

5.2性能分析13

6总结13

7元件清单……………………………………………………………..14

参考文献15

多功能数字钟的设计

摘要：

本文设计了一种基于单片机控制的多功能数字钟系统。

该系统主要以单片机芯片AT89C52为核心控制器，通过硬件电路的制作以及软件程序的编制，主要由单片机最小系统、LCD液晶显示模块、按键选择模块、蜂鸣器模块组成。

可以实现准确显示时间且能显示到秒，可随时进行时间及闹铃调整。

设计以硬件软件化为指导思想，充分发挥单片机功能，大部分能通过软件编程来实现，电路简单明了，系统稳定性高。

同时，该数字钟系统还具有功耗小、成本低的特点，具有很强的实用性。

由于系统所用的元器件较少，单片机被占用的I/O口不多，因此具有一定的可扩展性。

关键词：

AT89C52单片机；LCD液晶显示；

0前言

近年来随着科技的飞速发展，单片机的应用正在不断的走向深入，同时带动着传统控制检测日新月异更新。

在实时检测和自动控制的单片机应用系统中，单片机往往是作为一个核心部件来使用，仅单片机方面的知识是不够的，还要根据具体的硬件结构，以及针对具体的应用对象的软件结合，加以完善。

单片机的应用的重要意义在于，它从根本上改变了传统意义设计理念和设计方法。

曾经必须要通过模拟电路或者是数字电路实现的功能，单片机应用软件技术就可以实现，这种微控技术不仅简化了电路，而且还可以改变软件程序或者参数实现不同的设计。

数字钟已经成为人们日常生活中不可缺少的必需品，广泛的应用于家庭以及办公室等公共场所。

给我们生活、学习、工作、娱乐带来了极大的方便。

由于数字集成电路技术的发展和采用了先进的石英技术，使数字钟具有走时准确、性能稳定、携带方便等优点，它还用于计时、自动报时及自动控制等各个领域。

尽管目前市场上已有现成的数字中集成电路芯片出售，价格便宜、使用也方便，但鉴于单片机的定时功能也可以完成数字钟的电路设计，因此进行数字钟的设计是必要的。

本次设计的多功能数字钟就是应用单片机的计时功能为设计核心，当计时器满则实行中断程序，当设定的闹铃时间与当前显示的时间相同时，则蜂鸣器和闹铃灯开始工作，达到提醒时间的作用。

1总体方案设计

针对本课题的设计任务，进行分析得到：

本次设计用单片机做为总控制系统，由LCD进行数字显示，由5个开关键作为键盘进行对时间的调整和闹铃设定。

根据设计要求采用AT89S52单片机做为控制器，时钟电路方案设计有两种：

方案一：

直接采用单片机定时计数器提供的秒信号，使用软件编程实现时、分、秒计数。

采用此种方案可以减少芯片的使用，节约成本，实现的时间误差较小，但软件编程比较麻烦。

方案二：

采用时间专用芯片实现时钟，时钟芯片是一种高性能的针对时钟的芯片，可自动对秒、分、时、日、周、月、年进行计数，而且精度比较高，芯片用的多，成本高，但软件程序设计较易实现。

综合各方面因素，针对此次多功能数字钟的设计，我采用方案一来实现本次设计的要求。

该多功能数字钟的设计，总体上大致可分为以下几个部分组成：

①时钟电路部分；②LCD显示电路部分；③按键选择电路部分；④蜂鸣器电路部分。

系统原理框图如图1所示。

图1系统原理框图

整个电路的工作原理是由晶振芯片提供准确的时钟电路，由键盘调整数字钟的功能，并通过软件编程把时间数字通过LCD显示出来。

2硬件电路设计

2.1单片机最小系统

单片机最小系统电路主要包括复位电路和时钟电路，是单片机工作的基础，但本设计电路开机自动复位，。

所谓最小系统，是指一个真正可用的单片机的最小配置系统。

对于单片机内部资源已能够满足系统的需要的，可直接采用最小系统。

由于MCS—51系列单片机片内不能集成时钟电路所需要的晶体振荡器，因此在构成最小系统时，必须外接这些部件。

根据片内有无程序存储器，MCS—51的单片机最小系统分为两种情况。

第一种情况：

8051/8751片内有4KB的ROM/EPROM,因此，只需要外接晶体振荡器和复位电路就可以构成最小系统。

第二种情况：

8031片内无程序存储器，因此，在构成最小系统时，不仅要外接晶体振荡器，还应在外扩展程序存储器。

本设计采用的89S52单片机，故无需外扩程序存储器。

所需的电路如图2所示。

图2单片机最小系统

主控器（AT89S52）的主要性能特点是：

（1）与MCS-51单片单片机产品兼容；

（2）8K字节在系统可编程Flash存储器；

（3）1000次擦写周期；

（4）全静态操作：

0Hz-33MHz；

（5）三级加密程序存储器；

（6）32个可编程I/O口线；

（7）三个16位定时器/计数器；

（8）六个中断源；

（9）全双工UART串行通道；

（10）低功耗空闲和掉电模式；

（11）掉电后中断可唤醒；

（12）看门狗定时器；

（13）双数据指针；

（14）掉电标识符。

2.2时钟电路设计

MCS-51单片机内部的振荡电路是一个到增益反相放大器，引线XTAL1和XTAL2分别为反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入和来自反向振荡器的输出，该反向放大器可以配置为片内振荡器。

单片机内部虽然有震荡电路，但要形成时钟，外部还需要附加电路。

石晶振荡和陶瓷振荡均可采用.有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。

51单片机的时钟产生方式有两种，分别为：

内部时钟方式和外部时钟方式。

利用其内部的震荡电路XTAL1和XTAL2引线上外接定时元件，内部震荡电路便产生自激震荡，用示波器可以观察到XTAL2输出的时钟信号。

在MCS-51单片机一般常用内部时钟方式，也就是在XTAL1和XTAL2之间连接晶体震荡器与电容构成稳定的自激震荡器，电路如下图3所示：

图3时钟电路

电路中，电容器C1和C2对振荡器有微调作用，通常的取值范围是30+/-10PF;石英晶体选择6MHZ或12MHZ都可以。

其结果只是机器周期时间不同，影响计数器的计数初值。

2.3LCD显示电路设计

单片机应用系统中，通常都需要进行人-机对话。

这包括人对应用系统的状态干预与数据输入，以及应用系统向人们显示运行状态与运行结果。

显示器和键盘电路就是用来完成人-机对话活动的人-机通道。

由于单片机的并行口不能直接驱动LED显示器，必须采用专用的驱动电路芯片，使之产生足够大的电流，显示器才能够正常工作，所以采用LED显示装置较为麻烦。

本设计采用LCD显示装置。

液晶显示器简称LCD显示器，它是利用液晶经过处理后能改变光线的传输方向的特性实现显示信息的。

液晶显示器具有体积小、重量轻、功耗极低、显示内容丰富等特点。

液晶显示器按其功能可分为三类：

笔段式液晶显示器、字符点阵式液晶显示器和图形点阵式液晶显示器。

本设计采用的是字符点阵式液晶显示器，它是一种专门用于显示字母、数字、符号等的点阵式液晶显示模块。

它是由若干个5x7或5x11等点阵符位组成的，每一个点阵字符位都可以显示一个字符。

点阵字符位之间有一定点距的间隔，这样就起到了字符间距和行距的作用。

此显示器接法简单，即把时钟信号显示在液晶显示器上，不仅结构简单清晰可见，而且又容易控制。

LCD液晶显示电路如下图4所示。

图4LCD液晶显示电路

其中，数据的传输采用P0口进行控制，其引脚VSS/VEE接地，VDD接+5V电压，E和RS端由P3.2和P3.0口进行控制。

2.4按键选择电路设计

数字钟的应用系统工作应具备两个基本功能，一是随时输入定时（闹钟）时间，二是随时对当前时间进行调整。

要实现这两项功能，可以接入键盘输入电路。

键盘结构可以分为独立式键盘和行列式键盘（矩阵式）两类，本设计中需要五个按键，因此选择独立式键盘，按键分别命名为：

调整时间按键，调整闹钟时间按键，调整时针按键，调整分针按键，开闹钟按键、关闹钟按键，按键可以采用轻触开关。

按键选择电路如下图5所示。

图5按键选择电路

其中，调整时间按键的功能是设置当前时间，即当数字钟的时间有误差时，随时对它进行调整；调整闹钟时间按键的功能是设置定时（闹钟）时间；调整时针按键的功能是对时间值的小时位进行调整，每按一次+1；调整分针按键的功能是对时间值的分位进行调整每按一次+1；开闹钟按键的功能是开闹钟；关闹钟按键的功能是关闹钟。

2.5蜂鸣器电路设计

设计要求定时（闹钟）时间到时要有声音提醒信号产生，可选择一只蜂鸣器来实现这个功能。

蜂鸣器有长声和短声两种，本设计中选择短声蜂鸣器--压电式蜂鸣器（HA）即可。

工作时约需10MA的驱动电流，具体驱动电路如下图6所示。

图6蜂鸣器电路

蜂鸣器（HA）一端接单片机的P3.3引脚，另一端接+5V的高电平，所以只要P3.3引脚上为低电平时，蜂鸣器就会发出鸣叫声音，否则，蜂鸣器不发声。

3软件仿真

根据设计方案要求，应用Keil软件和Proteus软件对电路进行仿真，实现了设计的要求，具备了对时间即时的显示，对时间和闹铃的设定。

该课题的软件设计采用了模块化设计的思想即将程序划分为若干个相对独立的功能模块，接着画出每一个功能模块的详细流程图，并根据流程图编写程序，最后按照软件设计的总体结构框图，将各模块连接成一个完整的主程序。

软件的设计主要采用模块化的程序设计方法。

采用自顶向下的设计方法。

从总体到局部，再到细节，按要求将各功能以子模块的形式实现。

采用模块化设计可使程序的可读性好，修改与完善比较方便。

本设计中数字钟的系统软件程序由主程序和子程序组成，主程序包含初始化参数设置、按键处理、数码管显示模块等，在设计时各个模块都采用子程序结构设计，在主程序中调用。

由于定时器/计数器采用中断方式处理，因此还要编写定时器/计数器中断服务子程序，在定时器/计数器中断虎屋子程序中对时钟进行调整。

软件仿真图7如下：

图7软件仿真图

4系统软件设计

软件设计主要由时钟模块，按键控制模块，显示模块等组成

4.1主程序设计（图8）

图8主程序框图

4.2时钟模块设计

时钟模块采用单片机自身的定时中断进行设计。

定时器T0用于时间计时。

定时溢出中断周期设为50ms，中断进入后先进行定时中断初值校正，当中断累计20次（即50ms*20=1s）时，对秒计数单元进行加以操作。

最大计数值为23时59分59秒。

在计数单元中，采用十进制BCD码计数，满10进位。

T0中断计时程序流程图如图9所示。

图9T0中断计时程序流程图

5调试及性能分析

5.1调试步骤

系统的调试分为硬件调试和软件调试。

其中硬件调试主要是检测硬件电路是否有短路、断路、虚焊现象。

时钟等其他部分的硬件电路很简单，主要是检测引脚晶振和电源是否接好。

另外可以通过软件来调试硬件，如编写一个简单的显示程序来测试显示电路连接是否正确。

接下来可进行软件调试，。

最后调试日历、时间、闹钟、报警程序。

主要步骤如下：

（1）开闹铃时显示闹铃符号，关时不显示；

（2）设置选择调节项进入设置状态，定时器停止计时；按第一次时进行年的调节，按第二次时进行月的调节，按第三次时进行日的调节，按第四次时进行星期调节，按五次时进行小时调节，按第六次时进行分钟调节，按