基于AVR单片机的电子闹钟设计.docx

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基于AVR单片机的电子闹钟设计

基于AVR单片机的

数字电子闹钟设计

此处按务老师要求填写即可

摘要

本文主要讲述基于AVR单片机的数字电子闹钟，能够显示年月日时分秒，具备闰年平年补偿及闹铃功能。

时钟信号源采用单片机内部定时器中断实现，该系统原理简单，成本低廉，操作简单。

控制核心为Atmel公司的AVR高性能单片机，程序基于C语言开发，可读性强。

显示核心为字符液晶LCD1602，显示效果稳定。

输入模块为6个独立式按键，可操作性强，便于使用。

关键词：

AVR单片机、LCD1602、数字电子闹钟

Abstract

ThispapermainlydescribedthedigitalelectronicbasedonAVRmicrocontrollerabletodisplaywhenthealarmclock,dateofFebruaryalone,havealeapyearprovidescompensationandalarmfunction.Theclocksignalsourceadoptssinglechipinternaltimerinterruptachieve,thissystemtheoryissimple,lowcost,simpleoperation.AtmelcompanycontrolcorefortheAVRhigh-performancesinglechipmicrocomputerbasedonClanguage,programdevelopment,readable.ShowLCD1602coretocharactersLCDdisplayeffect,stable.Inputmoduleforsixindependenttypekey,themaneuverabilityisstrong,easytouse.

Keywords:

AVRmicrocontroller,LCD1602,digitalelectronicalarmclock

一系统构造

根据系统设计要求，本设计由电源模、用户设置键盘、报警模块、显示模块组成，形成实时时钟系统。

总体的框图如下：

方案论证

一.1单片机的的选择：

方案一：

使用功能较为简单的89C51单片机作为控制器，其优点是价格便宜。

但是功能相对较为简单，烧录比较复杂，不便于程序调试。

方案二：

使用功能齐全的ATMEGA16单片机作为控制器，内部资源多，价格相对51稍贵，程序烧录容易，便于系统调试。

根据我们设计的实际要求，我需要一个性能较高，稳定性好的单片机，我们选择了ATMEGA16单片机实现设计。

一.2电源模块

方案一：

使用具有反馈保护的集成开关电源芯片LM2575，其能够提供1A的稳定5V电源输出，发热量少；但是外围电路比较复杂，价格较高。

常用于电源能耗相对较高，发热量少的系统中。

方案二：

使用三端集成稳压芯片LM7805,其输出电流为1A，但是经过测试知道，芯片输出电压在500mA发热量较小，超过500mA发热量较大，不能运用于功耗较大的电路中。

但是其外围电路简单，价格便宜，比较适合小功率电路使用。

经分析，由于系统中使用的是低功耗的8位单片机，能耗较高的是液晶显示器。

但是总电流不超过500mA。

综上我选择使用三端集成稳压芯片LM7805。

一.3时钟信号源;

方案一：

采用单片机内部定时器实现时钟，不需要外接芯片，成本较低，但是时间精度不高，时间掉电会丢失，只适合一般场合使用；

方案二：

使用时钟芯片DS1302作为时钟源，该芯片断电后需要通过外接电池或者电容供电，因此电路相对比较复杂，成本也较高。

结合我们使用的实际情况，我们一般要求时钟精度不是很高，只用于一般使用，故选择成本较低的方案一实现。

一.4显示器

方案一：

使用数码管扫描，显示效果一般，只能显示数字，显示效果单一，不易于使用。

方案二：

使用LCD1602液晶显示，可以显示一些字符，显示效果较好，易于使用。

综上，我们考虑到用户的使用方便，选择用LCD1602作为显示终端。

一.5报警

方案一：

通过使用语音芯片实现语音播报来实现报时和闹钟功能。

但是接口比较麻烦，同时需要录音和实现地址检索。

方案二：

通过三极管控制蜂鸣器发出BEEP声报警，电路简单，价格便宜。

比较适合我们这个设计的使用。

二硬件电路：

二.1电源电路设计

使用LM7805制作的5V系统稳压电源可以满足系统电源的使用，电路构造简单。

在电源输入端有两个滤波电容，处理输入电源的纹波，输出端根据负载使用470uF的电容可以满足输出电流的纹波滤除。

其中D3为电源信号指示灯。

D1为稳压芯片保护，防止突然断电，导致稳压芯片的损坏，D2在电路中实现了反向保护功能，防止输入电源方向接反导致了电源模块损坏。

二.2按键输入模块

使用六个按键设计，分别为闹钟/时钟切换键，设置键，修改切换键，加，减，确认。

人性化设计，将调节按键分开，使用加、减键分离，更加便于调试。

二.3控制器最小系统：

系统使用ATmega16L作为系统主控芯片，主要接受到按键设置信号。

对报警蜂鸣器和显示器做出相应控制。

单片机不断的扫描按键信息，通过LCD显示时钟和实现设置、闹钟的功能。

二.4显示模块：

使用1602液晶的4线控制方法，减少端口使用，提高硬件资源的充分利用。

偏置电压使用RP1对电源分压输入，可以对液晶对比度进行调节。

4线控制需要对一个字节的数据分两次写入液晶，所以在程序设计中每个字节需要使用2次传输完成。

二.5报警电路设置：

使用PNP三极管驱动蜂鸣器报警。

当单片机输出为低电平时，三级管导通，蜂鸣器发声报警。

这样设计的原因在于，AVR单片机在上电时的电平输出为高电平，这样可以防止在单片机上电时发出蜂鸣声。

三程序设计框图：

三.1主流程图：

三.2按键设置程序：

四液晶屏驱动：

四.1模块说明：

1602引脚说明

主要技术参数：

四.2通信时序图

读时序

写时序

4线式数据传送共分两次实现一个字节数据的传输。

时序参数

四.3字符显示坐标

五AVR定时器CTC模式介绍

CTC（比较匹配时清零定时器）模式

本设计的时间采用AVR单片机内部定时器0的CTC模式实现。

六系统调试

经过分阶段的调试，成功完成系统的调试。

六.1可以显示时间

六.2调节时间

六.3系统整体运行正常。

a.开机正常显示初始化时间2011年5月14号星期一，00:

00:

00闹铃关。

b.通过按键可以设置时间和闹钟。

c.闹钟响起时按下除功能键、设置键外其他键，闹钟停止。

d.显示信息正常。

七附录

七.1电路总图

七.2全部程序

#include

#definebeePORTB.0

#include

#include

ints,year;

intsec,min,hour,date,month,xuanze,flog,flog1,week;

intsec0,min0,hour0,bee_0,bee_turn;

unsignedcharkey,moshi;

unsignedcharkey_scan（）;

unsignedconstdate_run[12]={31,28,31,30,31,30,31,31,30,31,30,31};//闰年月份

unsignedconstdate_pin[12]={31,29,31,30,31,30,31,31,30,31,30,31};//平年月份

unsignedcharleapyear（intyear1）;

unsignedcharbee_clock（）;

interrupt[TIM0_COMP]voidtimer0_comp_isr（void）

{

unsignedchartemp,temp1,tt;

s++;

if（s==1000）

{

s=0;

sec++;

tt=bee_clock（）;

if（bee_turn）

{

if（tt==1）

{

bee=0;

bee_0=1;

}

}

if（bee_0>0）

{

bee_0++;

if（bee_0==20）

{

bee=1;

bee_0=0;

}

}

if（sec==60）

{

sec=0;

min++;

if（min==60）

{

min=0;

hour++;

if（hour==24）

{

hour=0;

temp=leapyear（year）;

if（temp==0）

{

temp1=date_pin[month+1];

}

if（temp==1）

{

temp1=date_run[month+1];

}

date++;

week++;

if（week==8）

{

week=1;

}

if（date==temp1）

{

date=0;

month++;

if（month==13）

{

month=0;

year++;

if（year==2099）

{

year=1899;

}

}

}

}

}

}

}

}

unsignedcharleapyear（intyear1）//判断某年是否闰年闰年返回1，平年返回0　　

{

if（（year1%400==0）||（year1%100!

=0）&&（year1%4==0））

return1;

else

return0;

}

voidguangbaioshanshuo（）//光标闪烁函数

{

switch（xuanze）

{

case0:

lcd_gotoxy（14,1）;_lcd_write_data（0x0d）;break;

case1:

lcd_gotoxy（9,1）;_lcd_write_data（0x0d）;break;

case2:

lcd_gotoxy（6,1）;_lcd_write_data（0x0d）;break;

case3:

lcd_gotoxy（3,1）;_lcd_write_data（0x0d）;break;

case4:

lcd_gotoxy（14,0）;_lcd_write_data（0x0d）;break;

case5:

lcd_gotoxy（10,0）;_lcd_write_data（0x0d）;break;

case6:

lcd_gotoxy（7,0）;_lcd_write_data（0x0d）;break;

case7:

lcd_gotoxy（4,0）;_lcd_write_data（0x0d）;break;

}

}

voiddisplay_0（）

{

chari;

unsignedchardis[2];

lcd_gotoxy（4,0）;

lcd_putsf（"Alarm"）;

//显示时

dis[0]=hour0/10;

dis[1]=hour0%10;

lcd_gotoxy（2,1）;

for（i=0;i<2;i++）

{

lcd_putchar（dis[i]+'0'）;

}

lcd_putchar（':

'）;

//显示分

dis[0]=min0/10;

dis[1]=min0%10;

lcd_gotoxy（5,1）;

for（i=0;i<2;i++）

{

lcd_putchar（dis[i]+'0'）;

}

lcd_putchar（':

'）;

//显示秒

dis[0]=sec0/10;

dis[1]=sec0%10;

lcd_gotoxy（8,1）;

for（i=0;i<2;i++）

{

lcd_putchar（dis[i]+'0'）;

}

lcd_gotoxy（12,1）;

switch（bee_turn）

{

case0:

lcd_putsf（"off"）;break;

case1:

lcd_putsf（"on"）;break;

}

}

voiddisplay（）

{

chari;

unsignedchardis[4];

//显示年

dis[0]=year/1000;

dis[1]=year%1000/100;

dis[2]=year%1000%100/10;

dis[3]=year%1000%100%10;

lcd_gotoxy（1,0）;

for（i=0;i<4;i++）

{

lcd_putchar（dis[i]+'0'）;

}

lcd_putchar（'-'）;

//显示月份

dis[0]=month/10;

dis[1]=month%10;

lcd_gotoxy（6,0）;

for（i=0;i<2;i++）

{

lcd_putchar（dis[i]+'0'）;

}

lcd_putchar（'-'）;

//显示日期

dis[0]=date/10;

dis[1]=date%10;

lcd_gotoxy（9,0）;

for（i=0;i<2;i++）

{

lcd_putchar（dis[i]+'0'）;

}

lcd_gotoxy（12,0）;

switch（week）

{

case1:

lcd_putsf（"Mon"）;break;

case2:

lcd_putsf（"Tues"）;break;

case3:

lcd_putsf（"Wed"）;break;

case4:

lcd_putsf（"Thur"）;break;

case5:

lcd_putsf（"Fri"）;break;

case6:

lcd_putsf（"Sat"）;break;

case7:

lcd_putsf（"Sun"）;break;

}

//显示时

dis[0]=hour/10;

dis[1]=hour%10;

lcd_gotoxy（2,1）;

for（i=0;i<2;i++）

{

lcd_putchar（dis[i]+'0'）;

}

lcd_putchar（':

'）;

//显示分

dis[0]=min/10;

dis[1]=min%10;

lcd_gotoxy（5,1）;

for（i=0;i<2;i++）

{

lcd_putchar（dis[i]+'0'）;

}

lcd_putchar（':

'）;

//显示秒

dis[0]=sec/10;

dis[1]=sec%10;

lcd_gotoxy（8,1）;

for（i=0;i<2;i++）

{

lcd_putchar（dis[i]+'0'）;

}

lcd_gotoxy（12,1）;

switch（bee_turn）

{

case0:

lcd_putsf（"off"）;break;

case1:

lcd_putsf（"on"）;break;

}

}

voidadjust（unsignedchari,unsignedcharj）//切换修改i为选择位j为加或减判断

{

inttemp1;//临时变量用于计算日期的上限

switch（i）

{

case1:

//调秒

{

if（j==0）

{

sec++;

if（sec>=60）

{

sec=0;

}

else

{

}

}

else

{

sec--;

if（sec<=0）

{

sec=59;

}

}

break;

}

case2:

{

if（j==0）

{

min++;

if（min>=60）

{

min=0;

}

else

{

}

}

else

{

min--;

if（min<0）

{

min=59;

}

}

break;

}

case3:

{

if（j==0）

{

hour++;

if（hour>=24）

{

hour=0;

}

else

{

}

}

else

{

hour--;

if（hour<0）

{

hour=23;

}

}

break;

}

case4:

{

if（j==0）

{

week++;

if（week>7）

{

week=1;

}

else

{

}

}

else

{

week--;

if（week<1）

{

week=7;

}

}

break;

}

case5:

{

if（j==0）

{

date++;

temp1=leapyear（year）;

if（temp1==0）

{

if（date>date_pin[month+1]）

{

date=0;

}

else

{

}

}

else

{

if（date>date_run[month+1]）

{

date=0;

}

else

{

}

}

}

else

{

date--;

if（date<=0）

{

temp1=leapyear（year）;

if（temp1==0）

{

date=date_pin[month+1];

}

else

{

date=date_run[month+1];

}

}

}

break;

}

case6:

{

if（j==0）

{

month++;

if（month>=12）

{

month=1;

}

else

{

}

}

else

{

month--;

if（month<1）

{

month=12;

}

}

break;

}

case7:

{

if（j==0）

{

year++;

if（year>=2099）

{

year=1899;

}

else

{

}

}

else

{

year--;

if（year<1899）

{

year=2099;

}

}

break;

}

}

lcd_clear（）;

display（）;

}

voidadjust_0（unsignedchari,unsignedcharj）//切换修改i为选择位j为加或减判断

{

switch（i）

{

case0:

{

if（bee_turn）

{

bee_turn=0;

}

else

{

bee_turn=1;

}

break;

}

case1:

//调秒

{

if（j==0）

{

sec0++;

if（sec0>=60）

{

sec0=0;

}

else

{

}

}

else

{

sec0--;

if（sec0<=0）

{

sec0=59;

}

}

break;

}

case2:

{

if（j==0）

{

min0++;

if（min0>=60）

{

min0=0;

}

else

{

}

}

else

{

min0--;

if（min0<0）

{

min0=59;

}

}

break;

}

case3:

{

if（j==0）

{

hour0++;

if（hour0>=24）

{

hour0=0;

}

else

{

}

}

else

{

hour0--;

if（hour0<0）

{

hour0=23;

}

}

break;

}

}

lcd_clear（）;

display_0（）;

}

voidclock（）

{

display（）;

key=key_scan（）;

switch（key）

{

case1:

//时钟闹铃

{

moshi=1;

flog=0;

break;

}

case2:

//设置

{

flog1=1;

xuanze=1;

guangbaioshanshuo（）;

TIMSK=0x00;

while（flog1）

{

key=key_scan（）;

switch（key）

{

case3:

//切换

{

xuanze++;

if（xuanze==8）

{

xuanze=1;

}

guangbaioshanshuo（）;

break;

}

case4:

//加

{

adjust（xuanze,0）;

guangbaioshanshuo（）;

break;

}

case5:

//减

{

adjust（xuanze,1）;

guangbaioshanshuo（）;

break;

}

case6:

//确认

{

flog1=0;

TIMSK=0x02;

_lcd_write_data（0x0c）;

break;

}

}

}

break;

}

case3:

case4:

case5:

case6:

{

if（bee_0!

=0）

{

bee=1;

bee_0=0;

}

break;

}

}

}

voidalarm_clock（）

{

display_0（）;

key=key_scan（）;

switch（key）

{

case1:

//时钟闹铃

{

moshi=0;

flog=0;

break;

}

case2:

//设置

{

flog1=1;

xuanze=0;

guangbaios