电子钟设计.docx
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电子钟设计
第一章电子时钟功能及设计方案
1.1电子时钟功能
1.1.1时钟简介
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。
1.1.2时钟的基本特点及原理
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。
该电子时钟由89C51，BUTTON，LCD等构成，采用晶振电路作为驱动电路，由延时程序和循环程序产生的一秒定时，达到时分秒的计时，六十秒为一分钟，六十分钟为一小时，满二十四小时为一天。
而电路中唯一的一个控制键却拥有多种不同的功能，按下又松开，可以实现屏蔽数码管显示的功能，达到省电的目的；直接按下不松开，则可以通过按键实现分钟的累加，每按一次分钟加一；而连续两次按下按键不放松，则可实现小时的调节，同样每按一次小时加一。
1.1.3闹钟设计的基本特点及原理
当所设的闹钟时间与在液晶屏上所显示的时间是一样时，闹铃功能将被启动。
操作过程：
将时间与闹铃切换开关提起，LCD所显示的时间为00：
00：
00，即为闹铃的起始设计时间，当按下开关‘天++’键可实现天数的增加，没按一次，则增加一天，当按下开关‘时天++’可实现对小时的增加或调整，则增加一个小时，当按下‘分++’可实现对分钟的调整或增加，每按一次就可增加一分钟。
如闹铃设定时间为‘09:
08:
12’即9日08:
12。
当此时的时间与其相同，闹铃即被启动。
1.2设计方案
1.2.1计时方案
利用AT89S51单片机内部的定时/计数器进行中断定时，配合软件延时实现时、分、秒的计时。
该方案节省硬件成本，且能使读者在定时/计数器的使用、中断及程序设计方面得到锻炼与提高，对单片机的指令系统能有更深入的了解，从而对学好单片机技术这门课程起到一定的作用。
1.2.2显示方案
AT89S51的P0口和P2口外接由8个LED数码管（LED7～LED0）构成的显示器，用P0口作LED的段码输出口，P2口作LCD的位控输出线，P1口外接四个按键A、B、C、D构成键盘电路。
简易电子钟的功能不复杂，采用其现有的I/O便可完成。
第二章硬件介绍
2.1单片机简介
2.1.1单片机的特点
1.单片机的存储器ROM和RAM时严格区分的。
ROM称为程序存储器，只存放程序，固定常数，及数据表格。
RAM则为数据存储器，用作工作区及存放用户数据。
2.采用面向控制的指令系统。
为满足控制需要，单片机有更强的逻辑控制能力，特别是单片机具有很强的位处理能力。
3.单片机的I/O口通常时多功能的。
由于单片机芯片上引脚数目有限，为了解决实际引脚数和需要的信号线的矛盾，采用了引脚功能复用的方法，引脚处于何种功能，可由指令来设置或由机器状态来区分。
4.单片机的外部扩展能力很强。
在内部的各种功能部件不能满足应用的需求时，均可在外部进行扩展，与许多通用的微机接口芯片兼容，给应用系统设计带来了很大的方便。
2.1.289C51单片机介绍
VCC：
电源。
GND：
接地。
P0口：
P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。
当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。
P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。
在FIASH编程时，P0口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。
P1口：
P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。
P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。
在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。
P2口：
P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。
并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。
这是由于内部上拉的缘故。
P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。
在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。
P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。
89C51单片机
P3口：
P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。
当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。
作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。
P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：
口管脚备选功能
P3.0RXD（串行输入口）
P3.1TXD（串行输出口）
P3.2/INT0（外部中断0）
P3.3/INT1（外部中断1）
P3.4T0（记时器0外部输入）
P3.5T1（记时器1外部输入）
P3.6/WR（外部数据存储器写选通）
P3.7/RD（外部数据存储器读选通）
P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。
RST：
复位输入。
当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。
ALE/PROG：
当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。
在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。
在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。
因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。
然而要注意的是：
每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。
如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。
此时，ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。
另外，该引脚被略微拉高。
如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。
PSEN：
外部程序存储器的选通信号。
在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。
但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。
EA/VPP：
当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。
注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。
在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。
2.3晶振电路
每个单片机系统里都有晶振，全程是叫晶体震荡器，在单片机系统里晶振的作用非常大，他结合单片机内部的电路，产生单片机所必须的时钟频率，单片机的一切指令的执行都是建立在这个基础上的，晶振的提供的时钟频率越高，那单片机的运行速度也就越快。
晶振用一种能把电能和机械能相互转化的晶体在共振的状态下工作，以提供稳定，精确的单频振荡。
在通常工作条件下，普通的晶振频率绝对精度可达百万分之五十。
高级的精度更高。
有些晶振还可以由外加电压在一定范围内调整频率，称为压控振荡器（VCO）。
晶振的作用是为系统提供基本的时钟信号。
通常一个系统共用一个晶振，便于各部分保持同步。
有些通讯系统的基频和射频使用不同的晶振，而通过电子调整频率的方法保持同步。
晶振通常与锁相环电路配合使用，以提供系统所需的时钟频率。
如果不同子系统需要不同频率的时钟信号，可以用与同一个晶振相连的不同锁相环来提供。
图晶振电路
2.4、定时器/计数器T0中断服务程序
T0用于计时，选中方式一，重复定时，定时时间设为50ms，定时时间到则中断，在中断服务程序中用一个计数器对50ms计数，计20次则对秒单元加一。
秒单元加到60则对分单元加一，同时秒单元清0；分单元加到60则对时单元加一，同时分单元清0；时单元加到24则对时单元清0，标
志一天时间计满。
在对各单元计数的同时，把他们的值放到存储器单元的指定位置。
2.5按键处理模块
时间按键设置：
如果按下K1键，则为当前时间，此时按下K2，则进入调时间分状态，时钟停止走动，依次按下K2可分别对年-月-星期-天-时-分-的调整，按K+和K-按键可以进行加一和减一操作；继续按K3键启动计时，即为当前调整的时间。
第三章软件仿真
3.1protues软件
3.1.1protues软件简介
ProteusISIS是英国Labcenter公司开发的电路分析与实物仿真软件。
它运行于Windows操作系统上，可以仿真、分析（SPICE）各种模拟器件和集成电路，该软件的特点是：
①实现了单片机仿真和SPICE电路仿真相结合。
具有模拟电路仿真、数字电路仿真、单片机及其外围电路组成的系统的仿真、RS232动态仿真、I2C调试器、SPI调试器、键盘和LCD系统仿真的功能；有各种虚拟仪器，如示波器、逻辑分析仪、信号发生器等。
②支持主流单片机系统的仿真。
目前支持的单片机类型有：
68000系列、8051系列、AVR系列、PIC12系列、PIC16系列、PIC18系列、Z80系列、HC11系列以及各种外围芯片。
③提供软件调试功能。
在硬件仿真系统中具有全速、单步、设置断点等调试功能，同时可以观察各个变量、寄存器等的当前状态，因此在该软件仿真系统中，也必须具有这些功能；同时支持第三方的软件编译和调试环境，如KeilC51uVision2等软件。
④具有强大的原理图绘制功能。
总之，该软件是一款集单片机和SPICE分析于一身的仿真软件，功能极其强大。
本章介绍ProteusISIS软件的工作环境和一些基本操作。
3.1.2电路功能仿真
在PROTUES绘制好原理图后，调入已编译好的目标代码文件：
*.HEX，可以在PROTUES的原理图中看到模拟的实物运行状态和过程。
PROTUES是单片机课堂教学的先进助手。
PROTUES不仅可将许多单片机实例功能形象化，也可将许多单片机实例运行过程形象化。
前者可在相当程度上得到实物演示实验的效果，后者则是实物演示实验难以达到的效果。
它的元器件、连接线路等却和传统的单片机实验硬件高度对应。
这在相当程度上替代了传统的单片机实验教学的功能，例：
元器件选择、电路连接、电路检测、电路修改、软件调试、运行结果等。
课程设计、毕业设计是学生走向就业的重要实践环节。
由于PROTUES提供了实验室无法相比的大量的元器件库，提供了修改电路设计的灵活性、提供了实验室在数量、质量上难以相比的虚拟仪器、仪表，因而也提供了培养学生实践精神、创造精神的平台
随着科技的发展，“计算机仿真技术”已成为许多设计部门重要的前期设计手段。
它具有设计灵活，结果、过程的统一的特点。
可使设计时间大为缩短、耗资大为减少，也可降低工程制造的风险。
相信在单片机开发应用中PROTUES也能茯得愈来愈广泛的应用。
3.2电路原理图
3.3源程序代码
#include
#include
#defineucharunsignedchar
#defineuintunsignedint
sbitzhuan=P1^5;//dingyiyinjiao
sbitLED2=P2^6;sbitLED1=P1^7;//声音引脚
sbitLED=P2^7;
//时钟引脚
sbitSDA=P1^0;
sbitCLK=P1^1;
sbitRST=P1^2;
//液晶显示屏引脚
yejingpinyinjiao
sbitRS=P2^0;
sbitRW=P2^1;
sbitEN=P2^2;//K按键
sbitk1=P3^4;
sbitk2=P3^5;
sbitk3=P3^6;
sbitk4=P3^7;
ucharcodedis_alarm0[]="ALARMDHM";//定义一个字符串
uchardis_alarm1[]="TM:
00:
00:
00";//56天89时1112分
uchartian=0;
ucharshi=0;
ucharfen=0;
uchartcount=0;//一年中每个月份天数,二月天数有年份决定
ucharmonthdays[]={0,31,0,31,30,31,30,31,31,30,31,30,31};
uchar*week[]={"sun","mon","tus","wen","thu","fri","sat"};
//LCDhuanchongxianshi
ucharidatalcd_dis_buffer1[]={"DT:
2000-00-00"};
ucharidatalcd_dis_buffer2[]={"TM:
00:
00:
00"};
uchardatetime[7];//读取日期时间
uch
aradjust_index=-1;
ucharchange_flag[]="-MHDM-Y";//年-月-星期-天-时-分调整
//yanshi
//-----------------------------------------------
voiddelay（uintx）
{
uchari;
while（x--）for（i=0;i<120;i++）;//空语句1us
}
//*************************驱动程序*DS_1302************8
//xieruyigezijieDS1302
voidwrite_to_DS（ucharx）
{
uchari;
for（i=0;i<8;i++）
{
SDA=x&1;CLK=1;CLK=0;x>>=1;
}
}
//-----------------------------------------------------------------
//getabytefromDS1302
ucharget_from_DS（）
{
uchari,b,t;
for（i=0;i<8;i++）
{
b>>=1;t=SDA;b|=t<<7;CLK=1;CLK=0;
}
//BCDmazhuanhuan
returnb/16*10+b%16;
}
ucharread_data（ucharaddr）
{
uchardat;
RST=0;CLK=0;RST=1;
write_to_DS（addr）;
dat=get_from_DS（）;
CLK=1;RST=0;
returndat;
}
//xiangDSmouzhidingweizhixierushuju
voidwrite_DS（ucharaddr,uchardat）
{
CLK=0;RST=1;
write_to_DS（addr）;
write_to_DS（dat）;
CLK=0;RST=0;
}
//settime
voidset_DS（）
{
uchari;
write_DS（0x8E,0x00）;//writecontrol,deleteprotete
//fen,shi,ri,yue,nian,yicixieru
for（i=1;i<7;i++）
{
write_DS（0x80+2*i,（datetime[i]/10<<4）|（datetime[i]%10））;
}
write_DS（0x8E,0x80）;//addprotect
}
//readcurrenttime
voidgettime（）
{
uchari;
for（i=0;i<7;i++）
{
datetime[i]=read_data（0x81+2*i）;
}
}
//---------***********DS_驱动结束********-------------------
//LCD控制
//读lcd状态
ucharread_lcd_state（）
{
ucharstate;
RS=0;RW=1;EN=1;delay
（1）;state=P0;EN=0;delay
（1）;
returnstate;
}
//忙等待
voidlcd_busy_wait（）
{
while（（read_lcd_state（）&0x80）==0x80）;
delay（5）;
}
//向LCD写数据
voidwrite_lcd_data（uchardat）
{
lcd_busy_wait（）;
RS=1;RW=0;EN=0;P0=dat;EN=1;delay
（1）;EN=0;
}
//向LCD写指令
voidwrite_lcd_cmd（ucharcmd）
{lcd_busy_wait（）;
RS=0;RW=0;EN=0;P0=cmd;EN=1;delay
（1）;EN=0;
}
//LCD初始化
voidInit_lcd（）
{
write_lcd_cmd（0x38）;delay
（1）;
write_lcd_cmd（0x01）;delay
（1）;
write_lcd_cmd（0x06）;delay
（1）;
write_lcd_cmd（0x0C）;delay
（1）;
}
//设置液晶显示位置
voidset_lcd_pos（ucharp）
{
write_lcd_cmd（p|0x80）;
}
//在LCDzhidinghang上显示字符串
voiddis_lcd_string（ucharp,uchar*s）//位置,字符指针
{
uchari;
set_lcd_pos（p）;
for（i=0;i<16;i++）//16*2
{
write_lcd_data（s[i]）;
delay
（1）;
}
}
//LCD驱动结束
//闹钟显示
voidalarm_xs（）//将闹钟时间转换成字符串
{
dis_alarm1[5]=tian/10+'0';
dis_alarm1[6]=tian%10+'0';
dis_alarm1[8]=shi/10+'0';
dis_alarm1[9]=shi%10+'0';
dis_alarm1[11]=fen/10+'0';
dis_alarm1[12]=fen%10+'0';
dis_lcd_string（0x00,dis_alarm0）;//第一行显示字符串
dis_lcd_string（0x40,dis_alarm1）;//第二行显示字符串
}//datetimechangtostring
voidformat_datetime（uchard,uchar*a）
{
a[0]=d/10+'0';a[1]=d%10+'0';
}
//-------------------------------------------------------
//瑞年判断
ucharisleapyear（uinty）
{
return（y%4==0&&y%100!
=0||（y%400==0））;
}
//求weekday
voidrefreshweekday（）
{
uinti,d,w=5;
for（i=2000;i<2000+datetime[6];i++）
{
d=isleapyear（i）?
366:
365;
w=（w+d）%7;
}
d=0;
for（i=1;id+=monthdays[i];d+=datetime[3];
datetime[5]=（w+d）%7+1;
}
//setyearmonthdayhourminscend++/--
voiddatetime_adjust（ucharx）
{
switch（adjust_index）
{
case6:
//nian00-99
if（x==1&&datetime[6]<99）datetime[6]++;
if（x==-1&&datetime[6]>0）datetime[6]--;
//geteryuetianshu
monthdays[2]=isleapyear（2000+datetime[6]）?
29:
28;
if（datetime[3]>monthdays[datetime[4]]）
datetime[3]=monthdays[datetime[4]];
refreshweekday（）;//refreshweekday
break;
case4:
//yue01-12
if（x==1&&datetime[4]<12）datetime[4]++;
if（x==-1&&datetime[4]>1）datetime[4]--;
//geteryuetianshu
monthdays[2]=isleapyear（2000+datetime[6]）?
29:
28;
if（datetime[3]>monthdays[datetime[4]]）
datetime[3]=monthdays[datetime[4]];
refreshweekday（）;//refreshweekday
break;
case3:
//ri
monthdays[2]=isleapyear（2000+datetime[6]）?
29:
28;
if（x==1&&datetime[3]if（x==-1&&datetime[3]>0）datetime[3]--;
refreshweekday（）;//refreshweekday
break;
case2:
//hour
if（x==1&&datetime[2]<23）datetime[2]++;
if（x==-1&&datetime[2]>0）datetime[2]--;
break;
case1:
//minut
if（x==1&&datetime[1]<59）datetime[1]++;
if（x==-1&&datetime[1]>0）datetime[1]--;
break;
}
}
//--------------------------------------------------------------
//T0per1srefreshtheLCDT0中断
voidT0_int（）
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