基于单片机的电子钟设计报告.docx
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基于单片机的电子钟设计报告
物理机电学院课程设计报告
课程名称：
基于单片机的电子钟
系部：
物理与机电工程学院
专业班级：
09电子信息工程
（2）班
学生姓名：
///////////
指导教师：
王清辉
完成时间：
2012年3月18日
报告成绩：
评阅意见：
评阅教师日期
基于单片机的电子钟设计报告
一、设计任务与要求
基于单片机的电子钟，设计要求是
（1）具有小时分秒时间显示。
（2）能够设置闹钟至少5次闹钟时间。
（3）可利用按键修改时间，具有上午下午的提示信息。
二、方案设计与论证
本次方案的设计以单片机中的定时为主，分别实现时、分、秒、时、年、月、日上的显示和正常进位，在此基础上，总体方案可分为以下四个功能模块：
模块一：
计时功能模块，以微机开发系统中51单片机的定时功能为主，本次设计采用的计时方式为方式2，并且采用中断方式进行一秒计时，由于51单片机的功能特性的限制，计时的方案由采用100ms计时并且在这个基础上连续循环10次进行秒钟计时，在秒的基础上再分别进行其他时间单位的转化，如此逐渐递进实现总体时间计时的实现。
时进制采用24小时进制，年份显示只能实现0~~99之间的显示。
模块二：
显示功能模块，主要以微机开发系统中的七段液晶显示实现，显示的主要格式为“时/年—分/月—秒/日”，其中，年、月、日的显示由微机开发系统中的按键实现切换。
模块三：
闹钟功能模块：
以蜂鸣器的蜂鸣为标志，蜂鸣器工作则表示预定时间到达。
闹钟的设定由按键开关实现，闹钟的开关有拨键开关控制。
模块四：
控制功能模块：
主要以微机开发系统中的按键和拨键开关实现，按键开关主要用作时间设置，日期设置和闹钟设置以及对时间和日期的显示的转换。
拨键开关主要用来实现闹钟的开关设置。
在按键开关的防抖动处理上，以在程序中进行10ms的延时来进行处理。
电子钟的总体功能原理是以AT89S51单片机为主要的控制核心，通过外接8个独立式键盘作为控制信号源，两个四位一体数码管作为显示器件，单片机实时的去执行相应的功能。
在数码管上显示出来，此时通过不同的按键来观察和调节各种数据
三、硬件电路设计
3.1硬件功能模块介绍
3.1.1时钟功能模块
时钟电路用于产生MCS-51单片机工作时所需要的时钟控制信号，MCS-51单片机的内部电路在时钟信号控制下，严格地按照时序执行指令进行工作，而时序所研究的是指令执行中各个信号在时间上的关系。
单片机各个功能部件的运行都是以时钟控制信号为基准，有条不紊的一拍一拍地工作。
因为，时序频率直接影响单片机的速度。
时钟电路通过在芯片的外部XTAL1和XTAL2两个引脚跨接晶体振荡器和微调电容，形成反馈电路，就构成了一个稳定的自激振荡电路。
时钟电路为单片机产生时钟脉冲序列，晶振频率为12MHz。
3.1.2键盘功能模块
为了方便时钟调整与秒表的控制，在单片P1口口线上接了独立键盘，采用低电平有效地方法。
在本次电子钟设计中，调整是与键盘脱不了关系的，因为键盘是机械按钮，所以在触点闭合及释放的瞬间将出现电压抖动，所以在键扫描时应该要消除抖动，而且对于一键多功能的按钮必须要判释放，以免某个程序段多次执行。
3.1.3数码管显示模块
数码管显示器是单片机重要的输出设备，它不仅具有发光响应快，高频特性好，而且机械性能好，工作电压低，随着工艺发展，可以发出不同颜色的光。
在本次设计中，采用共阳极数码管，利用三极管驱动器段控口以便LED发出较亮的光。
在本次设计中采用了两个四位一体数码管，数码管的段控接在AT89S52单片机的P0口线上，从a到dp与P0.0到P0.7对应连接，位控制线接在AT89S52单片机的P2口线上，从LED0到LED7与P2.0到P2.7对应连接
3.1.4复位电路模块
复位是单片机的初始操作，其主要功能是把PC初始化为0000H，使单片机从0000H单元开始执行程序。
除了进入系统的正常初始化之外，当由于程序运行出错或操作错误使系统处于死锁状态时，为摆脱困境，也需安装复位键以重新启动。
复位操作有上电自动复位和按键手动复位两种方式。
复位电路通过极性电容和1个电阻串联，电容接VCC，电阻接地完成了上电复位，在电容两端并联一个电阻就可以实现按键电平复位。
3.2原理图、PCB图、元器件布局图
3.2.1电路原理图
3.2.2PCB图
3.2.3原件清单
元件序号
型号
主要参数
数量
1
电阻
1K
1个
2
电阻
200欧
1个
3
瓷片电容
104
1个
4
瓷片电容
30PF
2个
5
三极管
Pnp9012
1个
6
蜂鸣器
5V
1个
7
晶振
12M
1个
8
轻触按键
6个
9
单片机
STC89S51
1个
10
排阻
10K
1排
11
排针
4个
12
IC座
40脚
1个
13
蓝白可调
1个
14
LCD1602
1个
15
1602液晶插针
1个
四、软件设计
4.1单片机资源使用说明
（1）单片机片内定时/计数器0：
用于定时50ms。
（2）单片机片内定时/计数器1：
用于定时10ms。
（3）单片机P1口接按键：
用于对电子钟、秒表调整与控制
（4）单片机P0口接数码管段控口：
P0.0～P0.7对应于LED的a～dp
（5）单片机P2口接数码管位控：
P2.7～P2.0对应于LED的7～0
（6）单片机P3.1接蜂鸣器：
作为电子钟调整时提醒信号
4.2软件系统各模块功能介绍
（1）主程序模块：
程序的初始化及复位后显示P.，此时进入功能选择状态，按下K0选择电子钟并同时启动电子钟，按下K1选择秒表并进入秒表等待状态。
两功能中一种功能被选择与令外一种功能无半点关系，两者是互不影响。
（2）电子钟程序模块：
当电子钟选择键按下时，先给缓冲区内清零，在通过查表给缓冲区一次送00-00-00并实现让00-00-00从左向右显示，一旦显示完则开启定时器开始计时，如果没有键按下则不断计时一直从00-00-00到23-59-59,然后重新从00-00-00开始。
这里采用定时器中断完成计时功能。
如果有键按下则启动2s定时，累计2s内K0按下的次数，按下1次则进入调秒状态，按下2次则进入调分状态，按下3次则进入调时，按下多次则无效，进入调整状态时，调整的改两位闪动显示并且蜂鸣器鸣叫以示提醒，次数按下K0键作为确认，按下K1就加1，按下K2就减1。
（3）秒表程序模块：
当秒表选择键按下时，先给缓冲区送灭代码序号。
再依次送00H代码序号以实现00000000依次从右向左显示，显示到最左端则进入秒表等待状态。
按下K1开始计时，秒表最小计时单元是0.01s，采用定时器中断的方法。
秒表运行时再次按下K1键则暂停计时，此时可以选择继续和重新计时，分别按K1和K0。
（4）主要子程序模块：
为了方便软件程序编写，编写了许多子程序，有键扫描程序，用来判是否有键按下；有显示子程序，用于数码管的显示；有加1、减1子程序，用于对电子钟时分秒的调整；还有延时程序，用于数码管动态显示、键扫描消抖动、延时。
4.3软件系统程序流程框图
主程序流程框图如图3.1所示
电子钟功能程序流程框图如下图3.2所示，左半部分为定时器0中断服务程序，右部分为电子钟主体程序。
图3.2整个电子钟程序框图
4.4软件系统的程序
#include
#defineucharunsignedchar
#defineuintunsignedint
sbitlcden=P3^4;
sbitrs=P3^5;
sbitFM=P2^3;
sbits4=P1^3;
sbits1=P1^0;
sbits2=P1^1;
sbits3=P1^2;
ucharcount,date,s1num,temp,csnum;
uintnian=2012;
charyue=03,ri=22,xq=2,shi,fen,miao,shi_c,fen_c,s_c[5],f_c[5],num_c=1,ri_c;
bitflag,setpage,shuaxin;
ucharcodetable[]="2012.03.22Thu";
ucharcodetable1[]="00:
00:
00";//初始化要在这里改数值
ucharcodetable3[]="HELLO!
!
^_^!
!
!
";//
ucharcodetable4[]="welcome!
";
ucharcodetable5[]="Successfully";
ucharcodetable6[]="Saved!
!
^_^";
ucharcodetable7[]="am";
ucharcodetable8[]="pm";
ucharcodetable9[]="";
voidkeyscan（）;
voiddelay（uintz）;
voidwrite_com（ucharcom）;
voidwrite_date（uchardate）;
voidwrite_sfm（ucharadd,uchardate）;
voidword（ucharadd,unsignedchar*str）;//写字符串
voidwrite_nyr（ucharadd,uchardate）;
voidwrite_nian（）;
voidinit（）;
voidclock（）;
voidwelcome（）;
voidbeep（uchart）;
voiddelay1（uintz）;
voidsave（）;
voidmyupdate（）;
voidcolon（）;
voidmychar（）;
voidmain（）
{
welcome（）;
delay（500）;
init（）;
while
（1）
{
keyscan（）;
clock（）;//执行闹钟程序
//以下为时钟程序
if（（miao%2）&&csnum==0）
{
colon（）;
mychar（）;
}
if（count>=20）
{
count=0;
miao++;
if（miao==60）//如果秒不到60，则只刷新秒
{
miao=0;
fen++;
if（fen==60）
{fen=0;
shi++;
if（shi==24）
{
shi=0;
xq++;
write_com（0x80+12）;
if（xq==8）xq=1;if（xq==1）word（12,"Mon"）;
if（xq==2）word（12,"Tue"）;
if（xq==3）word（12,"Wed"）;
if（xq==4）word（12,"Thu"）;
if（xq==5）word（12,"Fri"）;
if（xq==6）word（12,"Sat"）;
if（xq==7）word（12,"Sun"）;
ri++;//接下来要大小月，在二月时要判断是否闰年
//如果是闰年，则为29天
if（yue<=7）
{
temp=yue%2;
switch（temp）
{
case0:
//0为小月
if（yue==2）//如果为二月，则判断是不是闰年，是为29天，不是为28天
{
if（（nian%4==0）&&nian%100!
=0||（nian%400==0））
{
if（ri==30）
{
ri=1;
yue++;
write_nyr（6,yue）;
}
}
else
{
if（ri==29）
{
ri=1;
yue++;
write_nyr（6,yue）;
}
}
}//if（yue==2）
if（ri==31）
{
ri=1;//yue++
yue++;
if（yue==13）
{
yue=1;
nian++;
write_nian（）;
}
write_nyr（6,yue）;
}
break;
case1:
//1为大月
if（ri==32）
{
ri=1;
yue++;
if（yue==13）
{
yue=1;
nian++;
write_nian（）;
}
write_nyr（6,yue）;
}
break;
}
}//if（yue<=7）
if（yue>7）
{
temp=yue%2;
switch（temp）
{
case0:
//0为大月
if（ri==32）
{
ri=1;//yue++
yue++;
if（yue==13）
{
yue=1;
nian++;
write_nian（）;
}
write_nyr（6,yue）;
}
break;
case1:
//1为小月
if（ri==31）
{
ri=1;//yue++
yue++;
if（yue==13）
{
yue=1;
nian++;
write_nian（）;
}
write_nyr（6,yue）;
}
break;
}
}//if（yue>7）
write_nyr（9,ri）;
}//if（shi==24）
if（shuaxin==0）write_sfm（4,shi）;
}//if（fen==60）
if（shuaxin==0）write_sfm（7,fen）;
}//if（miao==60）
if（shuaxin==0）write_sfm（10,miao）;
}//if（count==20）
}//while
（1）
}
voiddelay（uintz）
{
intx,y;
for（x=110;x>0;x--）
for（y=z;y>0;y--）;
}
voidwrite_com（ucharcom）//写指令函数
{
rs=0;
lcden=0;
P0=com;
delay
（2）;
lcden=1;
delay
（2）;
lcden=0;
}
voidwrite_date（uchardate）//写数据函数
{
rs=1;
lcden=0;
P0=date;
delay
（2）;
lcden=1;
delay
（2）;
lcden=0;
}
voidinit（）
{
ucharnum;
write_com（0x38）;//显示模式设置
write_com（0x0c）;//光标设置
write_com（0x06）;//光标指针设置
write_com（0x01）;//显示清屏
write_com（0x80）;//从第一行开始写
for（num=0;num<15;num++）
{
write_date（table[num]）;
delay
（2）;
}
write_com（0x80+0x40）;//从第二行开始写
for（num=0;num<12;num++）
{
write_date（table1[num]）;
delay
（2）;
}
for（num=0;num<5;num++）//初始化闹钟存放数组
{
s_c[num]=0;
f_c[num]=0;
}
RCAP2H=（65536-50000）/256;
RCAP2L=（65536-50000）%256;//设置自动重装初值
T2CON=0x04;//启动定时器
EA=1;//总中断
ET2=1;//开定时器中断
TH0=（65536-50000）/256;
TL0=（65536-50000）%256;
TR0=0;
ET0=1;
}
voidwrite_sfm（ucharadd,uchardate）//写时分秒
{
ucharshi,ge;
shi=date/10;
ge=date%10;
write_com（0x80+0x40+add）;
write_date（0x30+shi）;
write_date（0x30+ge）;
}
voidwrite_nyr（ucharadd,uchardate）//写月日
{
ucharshi,ge;
shi=date/10;
ge=date%10;
write_com（0x80+add）;
write_date（0x30+shi）;
write_date（0x30+ge）;
}
voidwrite_nian（）
{
ucharshi,ge;
shi=nian%100/10;
ge=nian%10;
write_com（0x80+1）;
write_date（0x30+2）;
write_date（0x30）;
write_date（0x30+shi）;
write_date（0x30+ge）;
}
voidword（ucharadd,unsignedchar*str）//写字符串，如"MON"
{
while（*str!
='\0'）
{
write_date（*str++）;
}
*str=0;
write_com（0x80+add）;
}
voidkeyscan（）
{
if（s1==0）//ok
{
delay（5）;
if（s1==0）
{
shuaxin=1;
s1num++;
while（!
s1）;//为假就退出,松手后即为假
beep
（1）;
if（csnum==1）
{
csnum=2;
}
if（csnum==0）//刚开始一定要执行的
{
write_com（0x01）;
write_com（0x0f）;
write_com（0x80+4）;
word（4,"a.Time"）;
write_com（0xc0+4）;
word（0x44,"b.Clock"）;
write_com（0x84）;//光标停在时间那里
csnum=1;
flag=1;
}
if（csnum==2）//调时间
{
//************************//调时间画面初始化
while（setpage==0）
{
flag=0;
write_com（0x01）;//显示清屏
myupdate（）;
write_com（0x0f）;//光标闪烁
setpage=1;//setpage为1,则不用再次初始化调时画面
}//while（setpage==0）
//*************************
if（s1num==1）//调秒
{
TR2=0;
shuaxin=1;
write_com（0x80+0x40+10）;
write_com（0x0f）;//光标闪烁
}
if（s1num==2）//调时
{
write_com（0x80+0x40+7）;
}
if（s1num==3）//调分
{
write_com（0x80+0x40+4）;
}
if（s1num==4）//调星期
{
write_com（0x80+12）;
}
if（s1num==5）//调日
{
write_com（0x80+9）;
}
if（s1num==6）//调月份
{
write_com（0x80+6）;
}
if（s1num==7）//调年
{
write_com（0x80+3）;
}
if（s1num==8）
{
save（）;
myupdate（）;
TR2=1;
s1num=0;
csnum=0;//调完会到初始状态
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