基于單片機的數字鐘的設計--畢業設計(論文)(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 就可以用來驅動蜂鳴器了。比如為 2500Hz 的蜂鳴器的驅動，可以知道周期為 400μs ，這樣只需要驅動蜂鳴器的 I/O 口每 200μs 翻轉一次電平就可以產生一個頻率為 2500Hz，占空比為 1/2duty 的方波，再通過三極管放大就可以驅動這個蜂鳴器了 。 更新顯示器 涉及到兩個操作：發數據和改片選信號 。 使用單片機的 p2口的 、 、 。 第四章 原理 系統總體方案選擇與說明 本系統利用單片機實現具有計時、校時等功能的數字時鐘，是以單片機 AT89C51 為核心元件同時采用 LED 數碼管顯示器動態顯示“時”，“分”，“秒”的現代計時裝置。另外具有校時功能，秒表功能，和定時器功能，利用單片機實現的數字時鐘具有編程靈活，便于功能的擴充等優點。 本次設計時鐘電路，使用了 AT89C51 單片機芯片控制電路，單片機控 制電路簡單且省去了很多復雜的線路，使得電路簡明易懂，使用鍵盤鍵上的按鍵來調整時鐘的時、分、秒， 四個按鍵的功能： A 鍵用于電子鐘啟動 /調整； B 鍵用于調時 ,范圍 023,0 為 24 點 ,每按一次時加 1； C 鍵用于調分 ,范圍 059， 0 為 60 分 ,每按一次分加 1； D 鍵用于調秒 , 范圍 059， 0 為60 秒 ,每按一次秒加 1，同時使用 C 語言程序來控制整個時 鐘顯示，使得編程變得更容易，這樣通過四個模塊：鍵盤、芯片、蜂鳴器 、 LED 顯示屏即可滿足設計要求。 總體方案設計細想 秒的設置利用單片機的 T0 定時器工作方式 1，定時 50 秒，并利用一個軟件計數器 (R0到 R7 中的任意一個 ),本程序中選用 R4 做計數器，并附初值為 20，作減法計數，每次 T0 溢出時，計數器減一，當計數為零時，定時一秒完成 . 時鐘的時分秒秒的個位以一為進制計數滿 10 后向秒的十位進一，秒的十位計數滿 6后向分的個位進一；分的個位滿 10 后向分的十位進一，分的十位滿 6 后向小時的個位進一；小時同前一步。 鬧鐘的設置取時分秒的存儲單元的數值與設定值相比較，當數值相等時，鬧鐘輸出端口打開 顯示輸出顯示器即 LED 顯示的是十進制的數，故需要數據進制轉換功能 DA。本程序中選用的是共陰 極七段六管 LED。用單片機芯片 AT89C51 的 P3；口輸出控制共陰極七段六管 LED 的位選信號；用 P1 口輸出共陰極七段六管 LED 的碼段信號 說明 系統由 AT89C5 LED 數碼管、按鍵、電容、電阻等部分構成，能實現時間的調整、輸出、調時間時能閃爍等功能。系統中按鈕 S1 能對時間進行調整功能的按鈕，采用單鍵控制調時功能，運用軟件去抖判斷按鍵的時間從而選擇完成相對應的功能 時鐘顯示在此部分的設計中，設置專用顯示數據緩沖區 70h75h，與分，時及其他數據緩沖區數據區別，在其中存放的是顯示段碼，而其他 緩沖區存放的是時間數據。在顯示時，首先將時間十進制數據轉化為顯示段碼，然后送往數碼管顯示。顯示段碼采用動態掃描的方式。在要求改變顯示數據的類別時，只須改變 @R0（指向數據緩沖區的指針）指向的十進制數據緩沖區即可。 數據調整數據調整有多種方式。一 、可以直接進入相關狀態進行有關操作； 二 、 將調整分兩步，先進入狀態，然后執行操作，這兩步分別由兩個鍵控制。方式一，比較直接，設計思想也比較簡單，但是，這種方式存在操作時間和控制鍵數目的矛盾。如果用比較少的鍵， 那么可能會在進入狀態后處于數據調整等待狀態，這樣會影響到顯示的 掃描速度（顯示部分可以采用 8279 芯片來控制，可以解決此問題）。 當然在這種方式下，還可以使用多個狀態鍵，每個狀態鍵，完成一個對應數據的調整。如果采用二的方式，就不會出現這種情況。因為狀態的調整，與狀態的操作可以分別由兩個鍵控制，其狀態的調整數可以多達 256 個（理論上），操作的完成是這樣的，一鍵控制狀態的調整，一鍵控制數據的調整。以上兩種方式的實現都可以采用查詢和中斷的方式。兩種方式必須注意的問題是兩者進行相關操作的過程不能太長否則會影響顯示的掃描。利用查詢的方式，方法傳統，對此就不作過多的討論，以下是采用 中斷的方式實現的數字鐘的一些討論和有關問題作的一些處理。基于以上的討論可以設計如下將調整分為狀態調整和數據調整兩部分，每次進入中斷只執行一次操作，然后返回，這樣，就不必讓中斷處于調整等待狀態，這樣，可以使中斷的耗時很小。將定時器中斷的優先級設置為最高級，那么中斷的方式和查詢的方式一樣不會影響到時鐘的記數。基于以上的討論，數據修改的具體操作如下 ： 在狀態進入后，調整指針的指向 中 @R1 表示指向數據緩沖區的指針，它主要是為數據的調整而設立的，在圖中 MBF ， HOUR，分別表示時鐘的分，時的數據緩沖區。狀態 3 是秒表進入狀態，狀態 4 是時鐘正常顯示狀態。 在程序中 @R0 為專用指針，它的值只在狀態調整時改變，每次運行圖示模塊，只改變一次狀態，就跳出程序。調整數據只須改變 @R0中的數據即可。 圖 41 狀態圖 工作原理 電子鐘的工作原理： 簡易電子鐘的設計有很多種方法，本設計采用單片機技術。簡易電子鐘設計的關鍵是如何產生秒的時間基準。本設計利用單片機的定時器 /計數器和中斷系統，通過軟件計數的方法，獲得秒的時間基準。具體方法如下單片機晶振頻率 fosc=6MHZ,設定定時器 /計數器 T0、 T1的工作方式為工作方式 1，軟件控制定制器 /計數器 T0、 T1的運行、停止，定時間為 50ms，則定時器 /計數器 T0、 T1溢出中斷 20次即可得到 1 秒的時間基準，定時器 /計數器 T0、 T1計數初值 X應滿足 （ 216 － X） 2=50000us, X=40536(十進制 )， 3CB0H（十六進制）。定時器/計數器 T0、 T1 采用中斷控制方式，溢出次數在定時器 /計數器的中斷服務程序中，通過軟件計數累加器計數，累計次數滿 8次，則表明產生了 1秒的時間基準。 @R0—MIN @R0—HOU 正常計數 狀態 1 狀態 2 狀態 3 狀態 4 簡易電子鐘的顯示器采用 LED數碼管顯示器 ，由 6個 LED數碼管組成，從左到右依次顯示位時（十位、個位）、分（十位、個位）、秒（十位、個位）。 電子鐘鍵盤應由四個鍵構成，一個鍵用控制電子鐘的運行、停止，另外按鈕用于調整電子鐘的時分秒值。本設計中采用一個按鈕，用于控制時鐘的運行、停止，調整時分值 。 總體方案及硬件設計 ： 電子鐘硬件系統的設計，關鍵是鍵盤、顯示器接口電路的設計，本設計采用 AT89C51的并行 I/O口構成電子鐘的鍵盤、顯示接口電路，其硬件系統原理框圖如下圖所示，主要包括單片機、時鐘電路。復位電路及顯示接口 電路。 圖 42 單片機設計 需要用的硬件芯片 AT89C51,七段六管 LED供陰極顯示器，按鈕，電容，晶振管。采用晶振電路產生秒脈沖，采用 AT89C51芯片的 P1 口輸出對七段 LED顯示器的碼段進行控制。運用 LED顯示器的位選控制。運用 功能輸入 軟件設計功能部分包括一秒計時程序 INTT0，加一程序 ADD1，顯示程序 DISPLAY，延時程序，中斷，調時程序 SETMM， 閃爍程序 INTT1，清零程序 CLR0，等。 其中一秒計時程序、加一程序、中斷程序、清零程序及顯示程序是是時鐘的核心程序，完成時鐘的正常走時功能，也是時鐘的基本功能。 延時程序在本系統中主要起兩個主用，第一就是顯示的短暫延時，使顯示更加完善，作用二就是在按按鈕時根據時間來選擇相應的功能以及起軟件消斗功能。 閃爍程序能使顯示功能更加人性化，以及同步顯示正在執行的功能 。 調時程序主要完成設置時間的功能 時鐘電路 復位電路 單片機 AT89C51 驅動電路 鍵 盤 顯示器 從單片機開始清零 開始清零 70H 到 7AH 單元 ，在 清零 20H0A 放入 7A 單元 ，定 T0、T1 為工總方式 1 T0T1 定 時器賦初值 3CB0， EA、 ET0、 TR0置位，開中斷開啟 T0定時器 ，顯示程序 ，如果正確繼續顯示，如何錯誤可以重新調時。 本課程設計調試是采用經典畫圖及仿真工具 PROTEUS軟件完成 首次調試出現顯示不正常，顯示位不對，理論上應為，七段六管 LED從左到右顯示位秒的個位，秒的十位，分的個位，分的十位，小時的個位，小時的十位，對應的端口應為 P3口的 ，但秒的個位向后推移了一位，且有應為秒的顯示位反而不顯示。剛剛開始就排除了軟件問題，以為是用錯了顯示器，結 果換來換去沒有用錯。采用一位一位測試法進行排除，發現 ，無論怎么改都是顯示‘ 0’和‘ 8’兩個數。后來問老師，并找到了出錯的原因，程序中顯示器的號碼段有錯誤，應選用共陰極的碼段。程序中七段六段 LED顯示的位的初值為 0FEH，及‘ 11111110B’，為共陰極初值。而代碼用的是共陽極的代碼段，故顯示不正常。把號碼段改為共陰極代碼后，顯示正常。顯示正常后，長按鍵 SB0釋放后進入調分狀態，在每快速按鍵后分顯示位加一，能調到 59 后再次按鍵自動清零，說明能準確完成分的 60計時；再次長按 SB0釋放后，進入 調時狀態，每短按一次 SB0后時顯示位加一，能調到 23后再次按鍵自動清理，說明能準確完成小時 24小時計時；第三次長按鍵后，退出調時，進入正常計時狀態，說明能準確完成狀態循環。 系統的時間調整功能采用單鍵控制，其操作為 —— 長按 S1一次松開后，退出時鐘正常走秒，并進入對時鐘的分鐘未進行調整，每短按 SB0按鈕一次，時鐘分鐘顯示數值加一，滿六十后制動歸零；再次長按 S1按鈕松開后，退出分鐘調整，進入時鐘小時調整，每短按 SB0一次，時鐘小時位加一，滿二十四后制動歸零；再次長按 SB0，退出小時調整，并進入 正常走時功能。 第五章 軟件設計 圖 51主程序 圖 52鬧鈴程序 圖 53中斷程序 第 六 章 調試 過程 元件 與元件 特性 圖 61 DP51DPROC 單片機實驗箱 表 61 AT89S51 功能特性： 兼容 MCS51 指令系統 4k 可反復擦寫 (1000 次） ISP Flash ROM 32 個 可編程 I/O 口 工作電壓 范圍 2 個 16 位可編程定時 /計數器 全靜態工作模式： 時鐘頻率 033MHz 全雙工 UART 串行中斷口線 128x8bit 內部 RAM 6 個中斷源 低功耗空閑和 掉 電模式 實驗儀模塊分布圖 DP51PRO 單片機綜合仿真實驗儀由多個相對獨立的功能模塊組成，每個功能模塊都有一個編號，如 C3， D8。以下是各模塊位置分布圖。 圖 62 單片機綜合仿真實驗儀 使用到的 功能模 塊簡介 DP51PRO 單片機綜合仿真實驗儀上每個功能模塊的主要功能如下表所示 表 62 編號 功能塊名稱 功能說明 A1 MON51 仿真調試運行模塊 內帶 MON51 監控程序，支持與 KEIL C51 聯機仿真調試，支持單步、斷點、跟蹤、運行等方式。調試完成可以直接運行，無需仿真器和編程器。實現 PHILIPS 單片機的 64Kflash 的 ISP下載編程功能。另外， RS232 串口通訊實驗也用這個功能塊來進行。 中斷喚醒省電模式 3 級 程序 加密 鎖 看門狗（ WDT）電路 掉電標識和快速編程特性 A1區 MON51仿真模塊 該區除了下載仿真功能外，還包含了 RS232 實驗的功能。電路結 構如下圖所示。 短接 A1 區的 JP15 跳線組的 1和 2， 3和 4（出廠默認設置），就把單片機鎖緊座的 Rxd 和 Txd 腳與 RS232 電平轉換芯片 MAX232 連接起來了。如果用戶想外接 RS232 接口，可以把短路器去掉，這時 JP15 的 3那邊是連接到 MAX232 芯片的， 4那邊是連接到單片機鎖緊座的。 A1 區的 J76 可以通過 40針排線與 A2區的 J79 相連，把單片機的功能管腳外引出去。 圖 63 D7 I2C 實驗區 該區包含一片 24WC02 256 字節的 EEPROM，一片 PCF8563 實時 時鐘芯片及外圍電路，一片ZLG7290 鍵盤 LED 驅動芯片及 8 段 8 位數碼管和 16 個按鍵。 D4 蜂鳴器區 該區包含一個交流蜂鳴器及其驅動電路 表 63 D4 蜂鳴器區 該區包含一個交流蜂鳴器及其驅動電路 D8 接觸式 IC 卡實驗區 該區包含一個可連接 SLE4442 卡的讀卡頭。 D4 區為蜂鳴