数字电子钟的设计.docx

1、数字电子钟的设计引言：本设计通过对一个能实现按键开关可调整时、分、秒，定时报警的24小时制的时间系统的设计学习。详细叙述了51单片机应用中的定时中断原理、数码管显示原理、动态扫描显示原理等，进一步学习、应用单片机C语言系统的实现了各种功能。从而使自身明白使用单片机汇编语言和C语言之间的效率、整体性问题。该系统由AT89C51、独立式按键、二极管、LED数码管、蜂鸣器等部分构成，能实现24小时制时、分、秒的时钟显示，18B20温度、能实现时钟简单的功能。同时也可进行时、分、秒的校准、定时报警和LED二极管流水灯显示。本系统主要是和实际生活的数字钟结合起来，可用1功能键进入时间校准等。可用3个带有

2、不同按键分别对时钟的时、分、秒进行校准。每个按键伴有不同的声响以示区别。1 设计方案1.1软件实现数字时钟原理为：利用定时器0与软件结合实现1秒定时中断，每产生一次中断，存储器内相应的秒值加1；若秒值达到60，则将其清零，并将相应的分字节值加1；若分值达到60，则清零分字节，并将时字节值加1；若时值达到24，则将时字节清零。该方案具有硬件电路简单的特点，但当单片机不上电，程序将不执行。且由于每次执行程序时，定时器都要重新赋初值，所以该时钟精度不高。1.2采用美国DALLAS公司的专用时钟芯片DS1302该芯片主要特点是采用串行数据传输，可为掉电保护电源提供可编程的充电功能，并且可以关闭充电功能

3、。其内部采用石英晶体振荡器，其芯片精度不大于10ms/年，且具有完备的时钟闹钟功能，因此，可直接对其以用于显示或设置，使得软件编程相对简单。为保证时钟在电网电压不足或突然掉电等突发情况下仍能正常工作，芯片内部包含锂电池。当电网电压不足或突然掉电时，系统自动转换到内部锂电池供电系统。而且即使系统不上电，程序不执行时，锂电池也能保证芯片的正常运行，以备随时提供正确的时间。1.3最终方案选择鉴于以上两种方案，时钟芯片DS1302具有更多的优点，本设计采用方案二完成数字时钟的功能。2 硬件详细设计2.1主板电路系统整体硬件电路包括温度显示电路，上下限报警调整电路，单片机主板电路等，如图1 所示。图1中

4、有三个独立式按键可以分别调整温度计的上下限报警设置，图中蜂鸣器可以在被测温度不在上下限范围内时，发出报警鸣叫声音，同时LED数码管将没有被测温度值显示，这时可以调整报警上下限，从而测出被测的温度值。图1 单片机数字钟硬件系统的总体设计框图2.2显示电路显示电路是使用的串口显示，这种显示最大的优点就是使用口资源比较少，只用p3口的RXD,和TXD,串口的发送和接收，四只数码管采用74LS164右移寄存器驱动，显示比较清晰。显示电路如图2所示。图2 温度显示电路3 软件设计3.1 程序主要模块数字钟的模块主要包括：时钟模块，温度模块，显示模块，键盘模块，报警模块六大模块组成。图3列出了主要模块的关

5、系。数字时钟温度模块时钟模块温度显示时间计算温度报警显示日期图3 模块关系图3.2 主程序流程主程序的主要工作是：初始化DS1302时钟芯片和DS18B20温度芯片，以及单片机的初始工作状态，然后进入读取时间和温度的流程，用户课根据按键的功能进行选择其工作状态。主程序流程如图4所示。开始初始化Y有按键N需要响应NY松开键Y扫描计数加1按键处理松开键处理N图4 主程序流程图3.3 DS1302时钟芯片程序分析DS1302数据读取函数分析 ，程序源码如下所示：unsigned char i; unsigned char temp=0; for(i=8;i0;i-) temp=temp1;在控制指令

6、字输入后的下一个SCLK时钟的上升沿时，紧跟8位的控制指令字后的下一个SCLK脉冲的下降沿读出DS1302的数据，读出数据时从低位0位到高位7。 DS1302数据写入函数分析 ，程序源码如下所示：unsigned char i; for(i=8;i0;i-) ds1302_io=(bit)(byte1&0x01);/先进最低位 ds1302_clk=1; if(ds1302_io)在控制指令字输入后的下一个SCLK时钟的上升沿时，数据被写入DS1302，数据输入从低位即位0开始。3.4 数据显示与刷新更新显示涉及到两个操作：发数据和改片选信号。但实践发现，代码中无论是先改片选信号还是先发数据信

7、号，都会出现重影（即相邻两位显示差不多）这也是动态扫描引起的。实践先该片选，则前一位的数据会在下一位显示一段时间；先发数据，则后一位的数据会在前一位显示一段时间。因而出现重影。解决这个问题的办法是先进行一个消影操作，然后再发片选，最后发数据。这样就很好地解决了重影问题。这样做的关键在于，在极短的一段时间内让显示器都不亮，等一切准备工作都做好了以后再发数据，只要显示频率足够快，是看不出显示器有闪烁的，这段显示程序代码如下： P1=0x00; / 消影 P2=选择选择;/ 发片选信号codetmp=acode echoarray选择;如果 (选择 =2&mod=0&dotflag)/ 判断是否显示

8、 .codetmp|=0x80; P1=codetmp; / 发数据 选择=+选择%4; / 片选计数器下移3.5键盘响应键盘处理程序流程相对简单，只是简单的判键与处理。所谓键盘消抖就是一次按建的多次响应问题。当然，一般一次按建只须响应一次，但有的时候需要多次响应，如系统进入修改模式，数字的增减。当出现这种问题时，用户的一次击键是作为一次还是多次处理，必须有一个标准。程序中我用到了一个标志位，相当于中断系统的中断标志。当用户按下键时，标志清零，松开键时，标志恢复；键按下超过一定时间（靠一扫描计数器判定）后，恢复标志，则经过一定的时间延迟（也靠一扫描计数器判定）可以响应一次按键（即一次按键的多次

9、响应）。而事实上，键盘响应程序就是一个事件触发器，键盘的每一个状态（按下，松开, 点击）都可能引发一段响应程序（如：重新设定键按下 = 准备复位；松开= 系统复位）。这里的时间延迟靠的是指令计数，由于受硬件中断等不确定因素影响，这个延迟一般不准确，但通过实践测试，可以找到一些合适的值。4结论本文通过对一个能实现按键开关可调整时、分、秒，定时报警的24小时制的时间系统的设计学习。详细介绍了51单片机应用中的定时中断原理、数码管显示原理、动态扫描显示原理等，进一步学习、应用单片机C语言系统的实现了各种功能。从而使自身明白使用单片机汇编语言和C语言之间的效率、整体性问题。该系统由AT89C51、独立

10、式按键、二极管、LED数码管、蜂鸣器等部分构成，能实现24小时制时、分、秒的时钟显示，18B20温度、能实现时钟简单的功能。同时也可进行时、分、秒的校准、定时报警和LED二极管流水灯显示。5课程设计体会通过此次单片机课程设计，我掌握单片机应用系统的有关知识，加深了解单片机的工作原理。初步掌握简单单片机应用系统的设计、制作、调试的方法。提高动手实践能力。以下是我的心得体会。首先，我们组员首先根据自己所掌握的知识集合老师推荐的参考资料，逐次设计没个部分的电路。计时功能主要用DS1302芯片的实现，至于报时则要要把符合要求的时刻信号输入给相关器件，让它在老师所要求的时刻让灯泡亮灯，校时系统就是要在随

11、意时刻让电路产生进位信号，对分、时进行调节，使数字钟显示系统与标准时间相同。在这样的思路下，我们设计出数字电子钟的电路。随后我们根据自己正确的仿真图来连接实物图并且连接成功。我的主要任务是进行系统的调试功能。在调试时遇到了一些问题，比如，刚开始进行按键输入检测时，我们直接用万用表测量按键两端的电平，刚测时，万用表显示高电平，当有按键按下时，则万用表显示低电平，这说明了按键是正常的，但当直接用按键时，系统板则不能正常使用按键。后面重新焊接了按键，系统板则才能正常使用按键。原先焊接时发现了电阻的管脚比之前看到的同阻值电阻管脚细。后面经过万用表调试后，重新焊接了电阻，问题就解决了。通过整个电路设计与

12、制作的整个过程，掌握了对电子钟的一些简单的基本的设计，组装与调试方法。熟悉了COMS系列中、小规模集成电路的使用；更教会了我在以后的学习和工作中要养成严谨、耐心的工作态度，遇到困难要主动出击，而不是坐着等人指导。通过理论与实际的相结合，进一步深入的体会到一种学习的方法，特别是对电子设计方面。首先，要明确总体的设计方案与方法；其次，对各个部分进行设计与改进；最后，将各个部分整合到一起进行比较、观察。最后，要进行严格的调试过程才能最终完成。这次课程设计锻炼了我们的动手能力，激发了我们的创新思维，培养了我们勇于面对困难克服困难的坚强意志和不懈的精神，使我们又一次体味到团队的力量和合作的重要性;更重要

13、的是使我们深深的体会到理论结合实际的重要性，体会到知识的海洋是无穷无尽，激发我们去追求。 temp=temp|0x80; /先出最低位参考文献1李朝青.单片机原理及接口技术（简明修订版）.杭州：北京航空航天大学出版社，19982李广弟.单片机基础.北京：北京航空航天大学出版社，19943阎石.数字电子技术基础（第三版）. 北京：高等教育出版社，19894廖常初.现场总线概述J.电工技术，1999. ds1302_clk=1; _nop_(); ds1302_clk=0; _nop_(); ds1302_clk=0; byte1=1;附录1 程序清单C51 COMPILER V7.09 ZG_1

14、302_18B20 11/24/2009 17:05:18 PAGE 1 C51 COMPILER V7.09, COMPILATION OF MODULE ZG_1302_18B20OBJECT MODULE PLACED IN ZG-1302-18B20.OBJCOMPILER INVOKED BY: C:KeilC51BINC51.EXE ZG-1302-18B20.c BROWSE DEBUG OBJECTEXTENDline level source 1 #include 2 #include 3 4 #define uchar unsigned char 5 #define uin

15、t unsigned int 6 7 sbit QUEDING = P17; 8 sbit FANHUI = P13; 9 sbit SHANG = P15; 10 sbit XIA = P14; 11 sbit QIEHUAN = P16; /按键 12 13 sbit ds1302_rst = P12; 14 sbit ds1302_clk = P10; 15 sbit ds1302_io = P11; /1302 16 17 18 sbit wei1 = P30; 19 sbit wei2 = P31; 20 sbit wei3 = P32; 21 sbit wei4 = P34; 22

16、 sbit wei5 = P35; 23 sbit wei6 = P33; /数码管位选位 24 25 sbit DQ = P37; /定义DS18B20端口DQ 26 27 sbit BEEP = P27; /蜂鸣器 28 29 /18b20/ 30 31 unsigned char presence ; 32 33 unsigned char code LEDData = 0x81,0xED,0xA2,0xA8,0xCC,0x98,0x90,0xAD,0x80,0x88,0xff; 34 unsigned char code dispbitcode=0x01,0x02,0x04,0x10,

17、0x20,0x08; 35 unsigned char data temp_data2 = 0x00,0x00; 36 unsigned char data display5 = 0x00,0x00,0x00,0x00,0x00; 37 unsigned char code ditab16 = 0x00,0x01,0x01,0x02,0x03,0x03,0x04,0x04, 38 0x05,0x06,0x06,0x07,0x08,0x08,0x09,0x09; 39 40 41 /bit wendu; 42 43 44 /uchar init2 =0x11,0x26,0x18,0x21,0x1

18、1,0x07,0x09; /初始时间数组 45 /秒， 分， 时， 日， 月，星期，年 46 47 显示缓存区 48 unsigned char dispbuf6=0,0,0,0,0,0; 49 定义全局变量 50 unsigned char hour=0,minute=0,second=0,year=0,mounth=0,date=0,week=0; 51 unsigned char hor=0,min=0,sec=0,yer,mnth,dat,wk; 52 /unsigned char time=0x06,0x03,0x14,0x03,0x00,0x00,0x00; /初始时间数组 53

19、/unsigned char id,temp,num; 54 unsigned char mscnt,flag_shan=0;/闪动标志； 55 /unsigned char flag_qiehuan=0;/时分秒年月日星期的显示切换C51 COMPILER V7.09 ZG_1302_18B20 11/24/2009 17:05:18 PAGE 2 56 unsigned char temp,i; 57 /unsigned char shan_qiehuan=0;/闪烁切换；停止时分秒年月日星期的显示切换 58 unsigned char flag_tiaoshi_sfm,flag_tiao

20、shi_nyr,flag_tiaoshi_bj;/调时间标志 59 60 uchar bj_time2 =0x00,0x00; 61 unsigned char dispbuf_bj4=0,0,0,0; 62 / 分， 时 报警时间 63 bit alarm_flag=0; 64 uchar qiehuan; 65 66 bit flag=0; 67 bit flag_jinzhi=0;/时钟跑时禁止其他键盘调时间 68 bit flag_qd_zt=0;/启动跟暂停标志; 69 70 71 /BEEP 数码管显示/ 72 void Delay(unsigned int num)/延时函数 7

21、3 74 1 while( -num ); 75 1 76 77 void delayms(unsigned int ms) 78 79 1 unsigned char y; 80 1 while(ms-) 81 1 82 2 for(y = 0; y 0; i-) 151 1 152 2 DQ = 0; / 给脉冲信号 153 2 dat = 1; 154 2 DQ = 1; / 给脉冲信号 155 2 156 2 if(DQ) 157 2 dat |= 0x80; 158 2 Delay(4); 159 2 160 1 161 1 return (dat); 162 1 163 164 1

22、65 WriteOneChar(unsigned char dat)/写一个字节 166 167 1 unsigned char i = 0; 168 1 for (i = 8; i 0; i-) 169 1 170 2 DQ = 0; 171 2 DQ = dat&0x01; 172 2 Delay(5); 173 2 174 2 DQ = 1; 175 2 dat=1; 176 2 177 1 178 179 C51 COMPILER V7.09 ZG_1302_18B20 11/24/2009 17:05:18 PAGE 4 180 181 Read_Temperature(void)/

23、读取温度 182 183 1 Init_DS18B20(); 184 1 if(presence=1) 185 1 beep(20); /DS18B20不正常，蜂鸣器报警 186 1 else 187 1 188 2 /flash=0; 189 2 WriteOneChar(0xCC); / 跳过读序号列号的操作 190 2 WriteOneChar(0x44); / 启动温度转换 191 2 192 2 Init_DS18B20(); 193 2 WriteOneChar(0xCC); /跳过读序号列号的操作 194 2 WriteOneChar(0xBE); /读取温度寄存器 195 2

24、196 2 temp_data0 = ReadOneChar(); /温度低8位 197 2 temp_data1 = ReadOneChar(); /温度高8位 198 2 199 1 200 201 Disp_Temperature()/显示温度 202 203 1 unsigned char n=0; 204 1 205 1 display4=temp_data0&0x0f; 206 1 display0=ditabdisplay4; /查表得小数位的值 207 1 208 1 display4=(temp_data0&0xf0)4)|(temp_data1&0x0f)4); 209 1

25、 display3=display4/100; 210 1 display1=display4%100; 211 1 display2=display1/10; 212 1 display1=display1%10; 213 1 214 1 if(!display3) /高位为0，不显示 215 1 216 2 display3=0x0a; 217 2 if(!display2) /次高位为0，不显示 218 2 display2=0x0a; 219 2 220 1 221 1 /*P0 = 0xc6; /显示 C 222 1 P2 = 0x7f; 223 1 Delay(300); 224 1 225 1 P0 = 0x9c; /显示