电子时钟系统设计.docx

1、电子时钟系统设计课 程 设 计 任 务 书题目 电子时钟系统设计 专业、班级 电信11-02 学号 541101030218 姓名 李瑞 主要内容、基本要求、主要参考资料等:一、主要内容:熟悉单片机应用系统的设计方法和规范,达到综合的目的。学习文件检索和查找数据手册的能力、学习protel软件的使用。学会整理和总结设计文档报告。二、基本要求: 以MCS-51系列单片机为核心,组成一个电子时钟系统、 系统显示由6位数码管显示组成,分别显示时间值的时、分、秒。 能够随时对当前时间进行调整。 能够随时输入定时(闹钟)时间。 定时(闹钟)时间到,发出闹钟提醒信号。 闹钟提醒信号的声音为断续形式,最长不

2、超过1分钟。三、主要参考资料: 张毅坤等 单片微型计算机原理及应用 西安 西安电子科技大学出版社 李建忠编著 单片机原理及应用 西安 西安电子科技大学出版社完 成 期 限:2015年1月17日 指导教师签名: 课程负责人签名: 2015年 1月 4 日摘 要单片机自20世纪70年代问世以来,以其极高的性能价格比,受到人们的重视和关注,应用特别广泛、发展特别快。Intel公司生产的MCS-8051系列单片机是各单片机中最为典型和最有代表性的一种。本次设计以MCS8051芯片为核心,辅助以必要的外围电路,设计了一个结构简单功能齐全的数值时钟、在硬件方面,单片机外接12MHz芯片进行驱动。通过数码管

3、能够准确明亮的显示时、分、秒;四个简单的按键实现对时间的调整;蜂鸣器实现闹钟响铃功能;软件方面采纳c语言编程。整个电子钟系统能完成时间的显示、调试和一组定时闹钟的功能。关键词:51单片机 定时器 闹钟 数码管1 设计方案选择1、1 单片机选型 依照选题芯片采纳MCS-8051单片机,Intel公司生产的 51 系列 8 位单片机,凭借其成熟的技术标准和特别高的性价比得到了广泛的普及与应用,其功能强大,用来做电子表硬件易实现,编程规范。1、2 按键模块 方案一:44行列式键盘假如选择此方案,那么在修改时钟或设置闹铃时间时就能够直截了当从键盘输入,方便、快捷。缺点也特别明显,一是浪费按键,用全键盘

4、来实现设定时间的小功能不免大材小用;二是从实用性考虑,全键盘体积大,明显不经济不方便。故放弃。 方案二:独立式按键假如设置过多按键,将会占用较多I/O口,而且会给布线带来不便,同时浪费按键,不高效,程序繁琐、本次设计适用于按键较少的情况。为了尽量实现按键的高效性,此次设计采纳四个独立式按键,分别定义为key_mode、key_add、key_move,key_confirm,依次是模式键、加数键、移位键、确认键。1、3 显示模块方案一:液晶显示器LCD假如选择此方案,将会降低系统的功耗,能够用电池供电,便于携带,但液晶显示器的驱动电路复杂,使用起来有一定的难度。 方案二:数码管LED数码管的驱

5、动电路简单,使用方便,假如选择了此方案,那么在夜间看时间的时候就不需要有光源,特别方便、其缺点是功耗较大。 依照此次任务书设计要求,选择两个4位一体七段数码管用于显示。1。4 计时参考模块方案一:专用时钟芯片假如使用时钟芯片,系统就不怕掉电且时间精确,但这种芯片比较贵,浪费资源不经济、方案二:单片机内部定时/计数器由于本次设计本主要是为了学习单片机程序的编写和调试,以及设计硬件电路的一些方法,因此采纳软件的方法来计时、本次设计用单片机内部定时/计数器T0作为电子时钟参考、1、5 显示器驱动模块 由于通过数码管公共极的电流较大,单片机I/O口驱动能力是不够的,故LED驱动模块必不可少、为幸免过多

6、地使用分立元件,本次设计采纳一片 74LS245来驱动位码,用P2口进行位选扫描。 图1 74LS245元件封装图74LS245是常用来驱动LED或者其他的设备,它是 8 路同相三态双向总线收发器,可双向传输数据,74LS245还具有双向三态功能。片选端,接低电平时传输数据,接高电平常A、B均为高阻态。方向选择端AB/,接高电平常信号由A向B传输(发送),接低电平常信号由B向A传输(接收)、1、6 闹钟响铃模块 通过三极管放大后驱动蜂鸣器工作,单片机I/O接三极管基极。1。7 电源模块本系统采纳了数码管作为显示器,功耗较大,不便于使用电池供电、况且本系统的体积较大,即使使用电池供电也不便于随身

7、携带,因此用5V外部稳压电源来供电、2 硬件接线及设计图2 系统硬件框图2。1 单片机晶振配置图3 单片机晶振配置和复位电路晶振选择 12MHz ,接到如图所示引脚。2。2复位电路设计图4 复位电路复位电路兼具上电复位功能以及按键复位功能,接到如图所示引脚。2、3 按键电路设计图5 按键电路采纳4个独立按键配以4个上拉电阻实现对时钟和闹钟的设定及修改。四个独立式按键分别定义为key_mode、key_add、key_move、key_confirm,依次是模式键、调时加键、调时移位键、确认键。2、4 蜂鸣器驱动电路设计图6 蜂鸣器驱动电路蜂鸣器采纳NPN三极管放大电路驱动,接到如图所示引脚。2

8、。5 显示模块电路设计显示设备为共阳7段数码管(LED),用单片机P0口作为LED段选控制端,用单片机P2口作为LED位选控制端,并采纳集成块74LS245作为位驱动模块、片选端接地,方向选择端AB/接电源。3 软件部分3。1 主函数流程图图7 主函数程序流程图3、2 定时器T0中断服务程序流程图图8 定时器T0中断服务程序流程图3。3 闹钟响应程序流程图图9 闹钟响应程序流程图3、4 键盘扫描程序流程图图10 键盘扫描程序流程图4 系统综述4、1 上电界面电子表上电后自动初始化,接着从 00-00-00 开始走时,显示正常走时界面,此时闹钟默认关掉。按下key_mode键,可依次切换到调时界

9、面、调闹钟界面、正常走时界面,如此循环往复。上电初始化后,调时初值为00 00-00,闹钟初值为0000 00。4、2 调时界面调时界面,从左至右依次显示时、分、秒,数字右下角小点代表调整位到达位置。在调时界面下,按下key_move键能够移动调整位,数字下标小点用以指示当前操作的数位,按下key_add键能够对调整位进行加数操作。当且仅当在调时界面下,按下key_confirm键可确认设定,电子表按设定时间更新并走时,同时自动清零设定时间。此时再按 key_mode键切换回正常走时界面即能看到时间差不多更新。假如调时后没有按下key_confirm键确认,而是直截了当按key_mode键切换

10、回正常走时界面,则设置时间被保存,当前时间并不更新。4。3 闹钟设定界面闹钟设定界面,从左至右依次显示时、分、秒,数字右下角小点代表调整位到达位置。在闹钟设定界面下,按下key_move键能够移动调整位,数字下标小点用以指示当前操作的数位,按下key_add键能够对调整位进行加数操作。闹钟设置好后直截了当按key_mode键返回正常正常走时界面即可,无需按key_confirm键确认,闹钟设定值会自动保存。4、4 正常走时界面正常走时界面,从左至右依次显示时、分、秒,小点亮灭代表闹钟开闭。在正常走时界面下,按下key_add键和key_move键不产生操作,LED显示无变化;按下key_con

11、firm键可循环开闭闹钟,LED显示对应变换提示闹钟的开闭;按下key_mode键可依次切换到调时模式、闹钟设定模式、正常走时模式,循环往复。4。5 闹钟响应当正常走时到达闹铃设定值后,闹铃响应,正常情况下持续蜂鸣一分钟后自动关闭蜂鸣器。闹铃响铃过程中,若按下key_confirm键可立刻关闭蜂鸣器。闹铃响应后自动等待下次响应。总 结在这次课程设计中,运用到了特别多往常的专业知识,尽管过去从未独立应用过它们,但在学习的过程中带着问题去学我发现效率特别高,这是我做这次课程设计的一大收获、另外,要做好一个课程设计,就必须做到:在设计程序之前,对所用单片机的内部结构有一个系统的了解,明白该单片机内有

12、哪些资源;要有一个清楚的思路和一个完整的的软件流程图;在设计程序时,不能妄想一次就将整个程序设计好,反复修改、不断改进是程序设计的必经之路;要养成注释程序的好习惯,一个程序的完美与否不仅仅是实现功能,而应该让人一看就能明白您的思路,如此也为资料的保存和交流提供了方便;在设计课程过程中遇到问题是特别正常德,但我们应该将每次遇到的问题记录下来,并分析清楚,以免下次再碰到同样的问题的课程设计结束了,然而从中学到的知识会让我受益终身。发现、提出、分析、解决问题和实践能力的提高都会受益于我在以后的学习、工作和生活中。设计过程,好比是我们人类成长的历程,常有一些不如意,但毕竟这是第一次做,难免会遇到各种各

13、样的问题。在设计的过程中发现了自己的不足之处,对往常所学过的知识理解得不够深刻,掌握得不够牢固,不能灵活运用、参考文献1郑君里,应启珩,杨为理。 信号与系统(第二版)上册M、 高等教育出版社,20002郑君里,应启珩,杨为理。 信号与系统(第二版)下册M。 高等教育出版社,20003谭浩强、 C程序设计(第二版)M。 清华大学出版社,20034 于京、51系列单片机C程序设计与应用案例M、北京:中国电力出版社,2006、5 孙育才、ATMEL新型AT89S52系列单片机及其应用M、北京:清华大学出版社, 2005、6吴坚,刘高平。基于GPRS网络的点对点图像传输方案J。计算机应用研究,2004

14、,附 录附录1 总体设计电路图附录2 PCB图附录3 元件清单序号元件名称规格型号/参数数量(个)1单片机AT89C5112显示驱动三极管Q113晶振12MHz14电容33pF210F15按键S116排阻10217电阻10K14。7K18蜂鸣器LS119数码管4BIT_8SEG_LED210驱动芯片74LS2451附录4 总程序/*头文件及宏定义*include reg51、hdefine uchar unsigned char#define uint unsigned int/*软件延时程序*void delay(uint ii) while(-ii); /*定义数码管驱动码*uchar d

15、uan=0XC0,0XF9,0XA4,0XB0,0X99,0X92,0X82,0XF8,0X80,0X90,0XBF,0XFF,0X7F; /段选,0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 灭 。uchar wei=0X01,0X02,0X04,0X08,0X10,0X20,0X40,0X80;/位选,共阳,从右至左/*定义变量*uchar t=0,sec=0,min=0,hour=0; /正常走时时间变量uchar sec1=0,min1=0,hour1=0; /时间设定值变量uchar sec2=0,min2=0,hour2=0; /闹钟设定值变量uchar alarm_en=0; /闹钟开

16、关变量uchar alarm_flag=0; /闹钟定时到达标志变量uchar p3=0,moshi=0,mov=0; /P3口查询,模式值,调整位/显示缓冲区,依次为正常、调时、闹钟设定、调整位带点标记uchar temp8,temp18,temp28,temp38;/*函数声明*void initialize(void); /初始化void show(void); /正常走时显示void show1(void); /时间设定显示void show2(void); /闹钟设定显示void show3(void); /调整位标记void show4(void); /闹钟开关标记void key

17、scan(void); /键盘扫描void add(void); /调时调闹钟加数程序void confirm(void); /调时确认,闹钟开关void alarm_judge(void); /闹钟定时到达判定void beep(void); /闹钟响铃程序/*主函数*void main() initialize(); while(1) keyscan(); alarm_judge(); switch(moshi) case 0:show(); show4();break; /显示正常走时 case 1:show1();show3();break; /显示设置时间 case 2:show2(

18、);show3();break; /显示闹钟时间 if(alarm_flag=1 & alarm_en=1) /定时时间到达且闹钟打开 beep(); /*定时器初始化*void initialize(void) TMOD = 0x01; TH0 = 0X3C; TL0 = 0XB0; /50ms ET0 = 1; EA = 1;TR0 = 1; P1=0X7F; /初始化时关掉蜂鸣器 alarm_flag=alarm_en=0;/*定时器T0中断服务程序*void Timer0(void) interrupt 1 TL0 = 0XB0; TH0 = 0X3C; t+; if(t=20) /

19、(50ms*20=1s) t=0; sec+; if(sec=60) / 秒为60,则清零,分加1 sec=0; min+; if(min=60) / 分为60,则清零,时加1 min=0; hour+; if(hour=24) / 时为24,则清零 hour=0; if(sec1=60) sec1=0; min1+; if(min1=60) min1=0; hour1+; if(hour1=24) hour1=0; if(sec2=60) sec2=0; min2+; if(min2=60) min2=0; hour2+; if(hour2=24) hour2=0;/*正常时间显示程序*vo

20、id show(void) uchar i=0; temp0=sec10; temp1=sec/10; temp2=10; temp3=min10; temp4=min/10; temp5=10; temp6=hour10; temp7=hour/10; for(i=0;i=3) moshi=0; while(p3=0XFE) / key_mode键按下到弹起期间 p3=P3; switch(moshi) case 0:show(); break; /显示正常走时 case 1:show1();break; /显示设置时间 case 2:show2();break; /显示闹钟时间 if(p3

21、=0XFD) /key_add键 delay(10); if(p3=0XFD) add(); while(p3=0XFD) / key_add键按下到弹起期间 p3=P3; switch(moshi) case 0:show(); break; /显示正常走时 case 1:show1();break; /显示设置时间 case 2:show2();break; /显示闹钟时间 if(p3=0XFB) /key_move键 delay(10); if(p3=0XFB) mov+; if(mov=3) mov=0; while(p3=0XFB) / key_move键按下到弹起期间 p3=P3;

22、 switch(moshi) case 0:show(); break; /显示正常走时 case 1:show1();break; /显示设置时间 case 2:show2();break; /显示闹钟时间 if(p3=0XF7) /key_confirm键 delay(10); if(p3=0XF7) confirm(); while(p3=0XF7) / key_confirm键按下到弹起期间 p3=P3; switch(moshi) case 0:show(); break; /显示正常走时 case 1:show1();break; /显示设置时间 case 2:show2();br

23、eak; /显示闹钟时间 /*调时调脑钟增数程序*void add(void) /模式1,调时模式,调时增数 if(moshi=1 mov=0) sec1+; if(moshi=1 & mov=1) min1+; if(moshi=1 mov=2) hour1+; /模式2,闹钟设定模式,闹钟增数 if(moshi=2 & mov=0) sec2+; if(moshi=2 & mov=1) min2+; if(moshi=2 & mov=2) hour2+; /*确认键服务函数*void confirm(void) if(moshi=1) /模式1,调时环境下校正时间 t=TF0=0; sec=sec1; min=min1; hour=hour1; sec1=