C51单片机实现电子闹钟.docx
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C51单片机实现电子闹钟
课程名称：
单片机原理与接口技术实践
设计课题：
基于MCＳ ５1单片机实现电子闹钟功能得设计
学 院:
电子与信息工程学院
专业：
通信工程
小组成员：
电子闹钟在科学技术高度发展得今天,千家万户都少不了它,所以很多家庭个人都需要有一个电子闹钟,为人们提供报时方便，但普通电子闹钟不够方便实用。
本文给出了一种基于MCS５1单片机实现电子闹钟功能得设计方法，从而给人们带来更为方便得工作与生活。
一、电子闹钟简介
我们设计得电子闹钟就是以MCS 51单片机中得计时器作为时钟，用８位数码管显示当前时间，并且可以设置闹钟时间,并在设置得时间点发出闹铃。
简易闹钟具有以下功能：
1、时钟能准确地走时,并可以通过数码管进行显示
2、复位后可以进行当前时间得设置
3、可以随意设置闹钟时间，闹钟会在设置时间响铃
整个系统得任务要求：
１）输入数字按键得功能.
保证数字得输入。
2）复位电路得功能.
所有时间回到初始化状态,用于启动设定时间参数（调时或设定闹钟时间）；
3）显示电路得功能。
当输入数字时显示２４小时时间功能。
4）闹铃功能
设置闹铃得时间后、能按设置好得时间准时闹铃.
二、系统方案得设计要求
根据以上各模块并结合显示屏得功能及元器件材料得情况,决定采用AT89C５１为内核显示设计方案.
先进行系统得整体规划确定整个系统得功能,然后按照每个功能得具体要求，进行各个模块得实物设计并逐个调试，待全部通过后，进行整个系统得联调，最终实现一个完整得系统。
整个系统得设计步骤如下：
在单片机最小系统得基础上，完成按键电路与复位电路得设计.
完成显示电路、数字按键、单片机时钟电路。
Ⅰ硬件设计
系统硬件得设计可以根据系统得各个功能,把整个系统划分成若干个模块，分别对这些模块来进行设计，然后在通过单片机程序来实现对各个硬件模块功能得调度。
本系统涉及到得硬件模块有：
按键电路、数码管显示电路、单片机时钟电路、蜂鸣器电路.
各部分实现功能如下：
按键电路:
提供按键信号。
单片机时钟电路、复位电路：
提供内部时钟。
数码管驱动显示电路：
显示当前时间.
蜂鸣器电路：
闹钟报时。
Ⅱ软件设计
本系统得软件部分主要完成功能:
时分秒得进位算法处理、数码管得时间显示、时间调整设置、闹钟功能。
根据软件得功能划分软件设计模块结构,如下所示
其中各个模块具体任务如下:
按键驱动模块：
对各个按键得功能进行相关得定义。
LED驱动模块:
根据系统需要显示相应得数字时间;
时间处理模块：
时、分、秒得进位算法处理
三、系统硬件电路得设计
1根据确定得硬件方案设计硬件框图，如下图所示：
２系统原理图得设计
系统总得硬件电路如下图所示
实际要用到5个按键，受空间限制仿真电路中只画出４个。
单片机管脚资源分配：
P0口为数码管段选信号输出口。
P3口为数码管位选信号输出口。
Ｐ1、0、P１、1、P1、２、Ｐ1、３、P1、4为键盘得输入信号。
Ｐ3、6为蜂鸣器信号得输出口。
下面分别介绍各个电路.
（1）数码管驱动及显示电路
本设计采用8位7段共阳极数码管用来显示时间.为了将时间在ＬＥＤ数码管上显示可采用动态显示法。
通过对每位数码管得依次扫描,使对应数码管亮;同时向该数码管送对应得字码使其显示数字。
由于数码管扫描周期很短,而且人眼有视觉暂留效应,所以数码管瞧起来总就是亮得从而实现了数字得同时显示。
数码管主要包括位选与段选信号线。
位选就是用来选通数码管得，只有位选信号有效该数码管才会亮并显示要现实得数字；段选就是选择数码管7段得那一笔亮,从而显示不同得数字。
本设计中单片机P0口输出段选数据，Ｐ3口输出位选数据.
数码管与单片机相连得电路如下图所示：
电路中使用了芯片74ls245,该芯片用来驱动LED。
其片选引脚要接地，使其一致为低电平,芯片一直可以工作。
（2）晶振电路
晶体以及电容C１、C2构成并联谐振电路，接在放大器得反馈回路中构成内部单片机内部时钟.晶体可在1、2MＨｚ—12ＭHz之间任选，电容C1、Ｃ2得典型值为通常选择为30pＦ左右，这时对应得始终频率为1２MHz.
单片机内部晶振电路图及连接电路如下：
（3）按键电路
本设计采用行列式按键电路，它由行线与列线组称成，按键位于行列得交叉点。
一个4＊4得行列结构可以构成一个16个按键得键盘，如下图所示。
在按键数目较多得场合，行列式按键可以节省很多得I/O口线。
按键得识别就是通过扫描来实现得。
单片机会依次扫描每一行与每一列，通过行线与列线得电平高低即可判断哪个按键被按下。
本设计中用到四个按键，Ｐ1、0、P1、1、P１、２、P１、3、P１、４，分别用于时间校准设置、定闹设置、秒分时切换、加１调整、减1调整。
按键与单片机相连电路如下:
由原理图可以明显瞧出，当按键未被按下时，对应引脚为高电平;按键被按下时为低电平。
通过扫描即可辨别哪一个按键被按下。
本题画出得虽然就是独立按键,但就是内部驱动依然就是行列式按键得驱动，这里只就是为了画图方便。
（4）复位电路
当按下复位键时单片机进入复位状态,可以进行时间得设置等。
电路图如下所示：
四、系统软件部分得设计
本设计得软件系统用来配合硬件电路实现特定得功能。
程序主要包含键盘扫描模块、时间处理模块、与数码管显示程序3大部分.
程序大致流程如下:
ﻩ
1、时间处理模块
单片机晶振频率为12MHz,一个机器周期等于１2个振荡脉冲周期,因此机器时序频率就是振荡频率得1/12，即1MHｚ，所以一个机器周期为１μｓ。
本设计用得就是计时器0得方式1，对于方式1,计数个数M与计数初值N得关系为M=2＾1６–N,定时时间t与计数个数M与初值N得关系为t =M＊机器周期=（2^16-Ｎ）＊时钟周期＊12。
计时过程中,秒ｓｅｃ等于６0时清零，分miｎ加一；分min等于60时清零,小时houｒ加一；当小时大于24时,置为0。
时分秒得进位算法代码如下：
voidｔimecontrｏｌ（）
｛
ｓeｃ+＋；
if（ｓec==６0） ／/秒sec到６0清零，分min加一
｛
sｅc=0；
min++;
ｉf（min==６0）/／分ｍiｎ到60清零，时hour加一
｛
min=0；
ｈouｒ++;
ｉｆ（ｈｏur==2４）／/小时hour等于2４时清零
hｏｕr=０；
｝
｝
}
定时器得先关设置：
ｖｏidmａin（）
{
ＴMOD=0x０1; /／定时器0工作在方式1
TＨ0=（６5536—４5872）/256; //装初值,50ｍs
TL0=（65536-45８72）%256;
EＡ=1; ／/总中断允许
ET０=1; ／/T0中断允许
ＴＲ0=1； //开定时器0
while
（1）
{
ｋｅｙscan_seｔtime（）;
keyscan＿time（）;
buz（）；
｝
｝
2、数码管显示模块
本设计中以P0口作为数码管得段选输出，Ｐ3口为位选信号输出。
由于所用数码管为共阳极连接，所以要点亮得数码管位选端为高电平1、
位选信号得Ｉ/O口声明
＃inclｕdｅ＜rｅg5１、h>
＃dｅｆineｕcharunsigneｄchar
#ｄefineuiｎtｕnsigｎｅdiｎｔ
sbits1＝P3^0; //数码管位选控制端得定义
sbits2＝Ｐ3＾１；
sｂiｔ s3=P３^2；
sbｉt s4=Ｐ3^３；
sbits５＝P３^4；
sbits6=P３^5;
sbiｔs7=P3^6;
段码表:
ucharcodemum[］=｛0xｃ0,0xf９,0xａ4,0xb0，0ｘ９9，0x9２，0x82,0xf8，０x８０，0ｘ90｝； ／/共阳数码管0—9编码
数码管显示函数如下：
voiddispｌａｙ（uchａｒzs，ｕｃｈａrzm,ｕchａrzh） ／/数码管显示函数
{
s１=1;ﻩ／/P3即Ｓ系列输出位选信号
Ｐ0=mum［zh/10]； //P0输出段选信号,显示小时得十位
ｄｅｌayms（５）;
s1＝０;
s2=1；
P0=ｍum[zh％10]＆０x７f； /／ 显示时得个位加上小数点
ｄelａｙms（5）;
s2=0;
ｓ3=1;
P0=mum［zm/１0］; ／/显示分得十位
delaｙmｓ（5）；
ｓ3=0;
s4=1;
P0=ｍｕm［zｍ％１0］&0x７ｆ; //分得个位加上小数点
ｄelayms（５）；
s4=0;
s5＝１；
P0=mｕm［zs/10］; //秒得十位
delaｙms（5）;
s５=０；
s6=１；
P０＝mｕｍ［zs%1０］;//秒得个位
delayms（５）;
s6＝0;
｝
3、键盘扫描模块
首先要声明各个按键得功能以及对应得I/Ｏ口，然后驱动程序将对按键进行扫描以识别被按下得键.
按键对应I／O口声明
/＊k1设置时间,k2定时,k3时分秒选择，k4加数字，k５减数字。
＊/
sbit ｋ１＝Ｐ1^0；
sbｉtk2＝Ｐ1^1;
sｂit ｋ3＝Ｐ1＾２；
sbｉtk4=P１^3；
sｂitk5=P１＾4;
键盘扫描以进行时间设置
voiｄ ｋｅyscａn＿ｓettime（） ／/时间设置模块
｛
ucharst,ｍt,ｈt;
if（ｋ1=＝０）
{
dｅlaｙmｓ（1０）； //延迟一段时间再次扫描以达到软件消抖得目得
ｉf（k1=＝０）
｛
st=sec，ｍt=min，ｈt=hｏur；
ＴR0＝０; //关闭定时器
whｉle（k1=＝0） ／/等待用户按键
{
ｄｉspｌay（st,mt，hｔ）；
if（k３=＝0）
｛
ｄｅlaｙms（１０）；
if（k3==0）
{
whiｌe（!
k3）；
ss+＋；
ｉf（ss==3） sｓ＝0；
｝
}
/＊通过ss选择时分秒设置*/
if（k4==0） /／加数
{
dｅlａymｓ（10）;
ｉf（k4==0）
｛
whｉｌｅ（！
k4）;
switcｈ（ｓｓ）
｛
ｃase0:
st＋＋;iｆ（sｔ==６0）sｔ=0；bｒｅaｋ；
cａse1:
mt＋+；if（mt=＝60）ｍt＝0;break；
ｃase 2：
ht++；ｉf（ht==24）hｔ=0;break；
dｅfault：
；
｝
}
｝
if（ｋ5=＝０） //减数
｛
ｄｅｌaｙms（１0）；
iｆ（ｋ５==0）
{
wｈiｌe（!
k5）；
switch（ss）
｛
caｓｅ０:
ｉf（st＞0）st——；
elsｅ st＝０;brｅａｋ；
casｅ１：
ｉｆ（ｍｔ>0）ｍt－—;
ｅlse mt=0;break；
case 2:
if（hｔ〉０）ht——；
else ht=０;ｂreak；
ｄefauｌt:
;
}
}
}
｝
ＴR0=1； //设置完毕,开启定时器
sｅｃ=ｓt，miｎ=mt，houｒ=hｔ;
｝
｝
dｉsｐlay（seｃ，min，hour）；
}
用户定闹钟时间模块
voidkeｙsｃａn_tｉme（） //用户定时模块
｛
if（k2＝=0）
｛
ｄｅlayms（１0）;
if（ｋ２==0）
{
s＝sec;m=min;h=hｏur;
whｉlｅ（k2==0） //开始定时设置
{
display（s,m,h）；
if（ｋ３==0）
{
dｅlaｙｍｓ（10）；
if（ｋ3=＝0）
｛
while（！
k３）；
ss++；
if（ss＝=3） ss=0；
}
｝
/*通过ss选择时分秒设置*/
if（k4==0） ／／加一
｛
delayms（１0）;
if（k４==０）
{
ｗｈile（！
k４）；
switｃh（ｓs）
{
case０:
ｓ++；if（s==60）s=0;bｒeak;
case1：
ｍ+＋；if（ｍ＝=60）m=0；bｒeａk；
cａsｅ ２:
h+＋；if（ｈ==24）h=0;bｒeak;
dｅfａult：
；
｝
}
｝
ｉf（k5=＝0） //减一
｛
delayms（１0）；
if（ｋ5=＝0）
｛
whiｌe（!
k５）;
switｃｈ（ss）
｛
ｃａse 0:
if（s〉0）s－-;
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