电子时钟系统设计

1、电子时钟系统设计作者: 日期:课程设计任务书题目电子时钟系统设计、主要内容：、基本要求：西安西安电子科技大学出版社 西安西安电子科技大学出版社完成期限：2015年1月17日专业、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: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。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

2、）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 李建忠编著单片机原理及应用指导教师签名:课程负责人签名:2015年1月4日摘要1设计方案选择1.1单片机选型1.2按键模块.1.3 显示模块1.4计时参考模块.1.5显示器驱动模块1.6闹钟响铃模块.1.7电源模块2 硬件接线及设计2.1单片机晶振配置.2.2复位电路设计2.3 按键电路设计 2.4 蜂鸣器驱动电路设计2.5 显示模块电路设计3 软件部分3.1主函数流程图3.2 定时器T0中断服务程序流程图3.3 闹钟响应程序流程图 3.4 键盘扫描程序流程图 4

3、系统综述9104.1 上电界面4.2 调时界面10104.3 闹钟设定界面4.4 正常走时界面10114.5闹钟响应附录1总体设计电路图附录2 PCB图附录3元件清单附录4总程序1114151617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，应用很广泛、发展很快。In tel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MCS-8051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

4、调整；蜂鸣器实现闹钟响铃功能；软件方面采用 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单片机选型根据选题芯片采用MCS-8051单片机，In tel公司生产的51系列8 位单片机，凭借其成熟的技术标准和很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按键模块方案一：4X 4行列式键盘如果选择此方案，那么在修改时钟或设置闹铃时间时就可以直接从 键盘输入，方便、快捷。缺点也很明显，一是浪费按键，用全键盘来实 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,

5、明显不经济不方便。故放弃。方案二：独立式按键如果设置过多按键，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，此次设计采用四个独立式按键，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如果选择此方案，将会降低系统的功耗，可以用电池供电，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数码管的驱动电路简单，使用方便，如果选择了此方案，那么在夜间看时间的时候

6、就不需要有光源，非常方便。其缺点是功耗较大。按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：专用时钟芯片如果使用时钟芯片，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，因此采用软件的方法来计时。本次设计用单片机内部定时/计数器TO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。为避免过多地使用分立元件，本次设计 采用一片74LS245来驱动位码，

7、用P2 口进行位选扫描。U2A0B0A1B1A2B2A3B3A4B4A5B5A6B6A7B7CE AB/BA192卫74LS245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CE，接低电平时传输数据，接高电平时 A B均为高阻态。方向选择端AB/BA，接高电平时信号由A向B传输（发送），接低电 平时信号由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电源模块本系统采用了数码管作为显示器， 功耗较大，不便于使用电池供电。

8、况且本系统的体积较大，即使使用电池供电也不便于随身携带，因此用5V外部稳压电源来供电。2硬件接线及设计2.1单片机晶振配置晶振选择12MHz ,接到如图所示引脚。2.2复位电路设计P1.4 Ph? Pl.tiPl VESTP P 34舐P3.LTS pj.JiKrP3 3>INP3.4.T(1P3.?;T1 卩3.6 W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VCCGND图5按键电路采用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

9、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| GNDU14."K12P1.0PL1LSIR6Wv图6蜂鸣器驱动电路蜂鸣器采用NPN极管放大电路驱动，接到如图所示引脚。2.5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，并采用集成块74LS245作为 位驱动模块。片选端 百接地，方向选择端AB/BA接电源。3软件部分3.1主函数流程图3.2 定时器TO中断服务程序流程图TO重装3.3闹钟响应程序流程图开图9闹钟响应程序流程图3.4键盘扫描程序流程图I开始，I键盘扫描key aaddmos

10、h1ke厶士key十co ifTcon fir图10祸扫描程序流程图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 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00-00 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键可以移动调整位，数字下标小点用 以指示当前操作的数位，按下 key_add键可以对调整位进行加数操作。当且仅当在调时界面下，按

11、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已经更新。如果调时后没有按下key_confirm键确认，而是直接按key_mode键切换回正常走时界面，贝U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键可以移动调整位，数字下标小 点用以指示当前操作的数位，按下 key_add键可以对调整位进行加数操 作。闹钟设置好后直接按key_mode键返回正常正常走时界面即可，无需

12、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_confirm 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。在这次课程设计

13、中，运用到了很多以前的专业知识，虽然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很高，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， 知道该单片机内有哪些资源；要有一个清晰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你的思路，这 样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很 正常德，但我们应该将每次遇到的问题记录下来

14、，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，但是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，难免会遇到各种各样的问题。在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前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。1 郑君里，应启珩,教育出版社，20002 郑君里，应启珩,教育出版社,2000参考文献杨为理.信号与系统（第二版）上册M.高等杨为理.信号与系统（第二版）下册M.高等3 谭浩强.C程序设计（第二版）M.清华大学出版社,

15、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.孙育才.ATME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GPR网络的点对点图像传输方案J.计算机应用研究，2004,附录附录1总体设计电路图S VfTc二-亶HOT-53三* czoII:IE.7 6 5 4 sm 0fl芒4 -*口乡anmc P甘云& F TE wm FmvT- 2、T0 F3T- P32.R F 二 HD 片TA訂 vri -匕咨:弋浅ft"g -OPPP-OFPFWJ5>PPPPPP-OP 疙 I-J I-

16、J Vi-u IJ PPhrt Ceeoppppor 1 iN " N T N 二 p J * i/h 4 i_H ii 二 M *n囹s附录2 PCB图” k /三5w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Q1113晶振12MHz14电容33 pF2P10pF115按键S116排阻10217电阻10K14.7K18蜂鸣器LS11r9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.h>#define uchar unsigned char#d

17、efine uint unsigned int/*件延时程，序 *void delay(uint ii) while(-ii); /*定义数码管驱动码 *uchar duan=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 -位选，共阳，从右至左uchar wei=0X01,0X02,0X04,0X08,0X10,0X20,0X40,0X80;/*定义变量*uchar t=0,sec=0,min=0,hour=0;/正常走时时间变量uchar sec1=0,min

18、1=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;/闹钟开关变量uchar alarm_flag=0;/闹钟定时到达标志变量uchar p 3=0,moshi=0,mov=0;/P3口查询，模式值，调整位uchar temp 8,tem p18,tem p28,tem p38;函数声明 */显示缓冲区，依次为正常、调时、闹钟设定、调整位带点标记voidinitialize(void);/初始化voidshow(void);/正常走时显示voidshowl(void);/时间设定显示voidshow2

19、(void);/闹钟设定显示voidshow3(void);/调整位标记voidshow4(void);/闹钟开关标记voidkeyscan(void);/键盘扫描voidadd(void);/调时调闹钟加数程序voidconfirm(void);/调时确认，闹钟开关voidalarm_judge(void);/闹钟定时到达判定voidbee p( void);/闹钟响铃程序/*主函数*void main()/*initialize。;while(1)keyscan();alarmudge();switch(moshi)case 0:show(); show4();break;/显示正常走时c

20、ase 1:show1();show3();break;/显示设置时间显示闹钟时间if(alarm_flag=1 && alarm_en=1)/定时时间到达且闹钟打开 bee p(); /*定时器初始化 *void initialize(void)TMOD = 0x01;TH0 = 0X3C;TL0 = 0XB0;/50msET0 = 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) interru pt 1TL0 = 0XB0;TH0 = 0X3C;

21、t+;/case 2:show2();show3();break;if(t=20)/ (50ms*20=1s) t=0; sec+; if(sec=60)/秒为60,则清零，分加1 sec=0; min+; if(min=60) min=0; hour+;/分为60,则清零，时加1if(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

22、(hour2=24) hour2=0; void show(void)/*正常时间显示程序*uchar i=0;tem p 0=sec%10;te mp 1=sec/10;tem p 2=10;tem p 3=min%10;tem p 4=min/10;tem p 5=10;tem p 6=hour%10;tem p7=hour/10;for(i=0;i<8;i+)P 2=weii;PO=duante mp i;delay(IOO);/*调时模式显示程序 * void showl(void)uchar i=0;tem p10=sec1%10;te mp 11=sec1/10;tem p1

23、2=10;tem p13=min1%10;te mp 14=min1/10;tem p15=11;tem p1 6=hour1%10;temp 17=hour1/10;for(i=0;i<8;i+)P 2=weii;P0=duantem p1i;delay(100);/*闹钟设定模式显示程序* void show2(void)uchar i=0;tem p20=sec2%10;te mp 21=sec2/10;tem p22=11;tem p23=min2%10;te mp 24=min2/10;tem p25=10;tem p2 6=hour2%10;tem p27=hour2/10;

24、for(i=0;iv8;i+)P 2=weii;P0=duantem p2i;delay(100);/*调整位标记显示程序*void show3(void)uchar movv=0;switch(mov)case 0:movv=0;break;case 1:movv=3;break;case 2:movv=6;break;P2=weimovv;P 0=duan12;delay(100);/*闹钟开闭显示程序*void show4(void)if(alarm_en=1)P 2=wei2+wei5;P 0=duan12;delay(100);/*键盘扫描程序 *void keyscan(void)

25、P 3=0XFF;p3=P3;if(p 3=0XFF) return;if(p 3=0XFE)/key_modedelay(10);if(p 3=0XFE)moshi+;if(moshi>=3) moshi=0;键按下到弹起期间while( p3=0XFE) / key_modep3=P3;switch(moshi)if(p 3=0XFD)case 0:show(); break;case 1:show1();break;case 2:show2();break;/key_add 键/显示正常走时显示设置时间显示闹钟时间delay(10);if(p 3=0XFD)add();键按下到弹起期间while( p3=0XFD)/ key_addp3=P3;switch(moshi)case 0:show(); break;case 1:show1();break;/显示正常走时显示设置时间case 2:show2();break;/显示闹钟时间if(p 3=0XFB)/key_movedelay(IO);if(p 3=0XFB)mov+;if(mov>=3) mov=0;键按下到弹起期间while( p3=0XFB) / key_movep3=P3;switch(moshi)if(p 3=0XF7)case 0:show(); break