基于单片机的数字式电子钟的设计与制作

1、收稿日期:2006-01-13作者简介:刘盛雄(1978-,男,福建宁德人,硕士研究生,主要从事智能传感器系统以及数字医疗仪器方面的研究.计算机与自动化基于单片机的数字式电子钟的设计与制作刘盛雄a,周 奇b,韦云隆b(重庆工学院a.电子信息与自动化学院;b.生物工程学院,重庆 400050摘要:介绍了基于ATMEL 公司的AT 89C51系列单片机的数字式电子钟的路设计与制作,包括硬件电路原理、设计与制作,并分析了相应的软件的设计及其要点,包括软件设计流程、整机仿真与调试.关 键 词:单片机;数字式电子钟;蜂鸣器;数码管中图分类号:TP23 文献标识码:A文章编号:1671-0924(2006

2、08-0090-03The Design and Realization of A Digital Electronic Clockbased on S inglechipLIU Sheng_xiong a ,Z HOU Qi b ,WEI Yun_long b(a.School of Electronic Information and Automati on;b.School of Biological Engineeri ng ,Chongqing Institute of T echnology,Chongqi ng 400050,ChinaAbstract:This paper in

3、troduces a digital electronic clock based on a singlechip of AT89C51series made by the ATMEL corporation,including the designing and making of the electrocircuit principles,and also analy -ses the designing and the key of the corresponding software including software design flow,overall machine e mu

4、lation and debugging.Key words:singlechip;digital electronic clock;buzzer;alphanumeric display0 引言本文中通过使用ATMEL 公司的AT89C51系列单片机制作了一个数字式电子钟.该数字式电子钟由单片机控制并通过6个共阳极的高亮度LED 数码管动态地显示秒、分钟以及小时1-2,误差控制到每小时20ms 以内.另外还有准点报时的功能,每当到达准点时蜂鸣器就会发出有节奏的提示音.1 硬件电路原理及设计如图1所示,以AT 89C51单片机作为控制部件.该型号单片机一共有40个引脚,P1口进行数据传送,P2

5、口进行数码管的选通,另外还有时间基准电路部分、时间调整电路部分和准点报时电路部分.第20卷 第8期Vol.20 No.8重 庆 工 学 院 学 报Journal of Chongqing Institute of Technology2006年8月Aug.2006以P1口的7个引脚(P1.0P1.63作为小时、分钟和秒显示的数据传送通道.因为单个数码管是由7段发光二级管构成的,在本设计中不使用小数点,所以使用P1口的7个引脚就可以进行数据传送及显示,将6个数码管按相同的管脚功能串联在一起,并通过限流电阻连到P1口的7个引脚(P1.0P1.6,当数据信息从P1口输出时各个数码管都能接收到该数据信

6、息 .图1 硬件电路原理图P2口(P2.0P2.2以及P2.5P2.73分别接到6个三级管的基极,6个三级管的集电极与电源相连,而各发射极则通过限流电阻分别接到相应的6个数码管的阳极.P2口(P2.0P2.2以及P2.5P2.7作为各数码管的选通控制信号通道,各引脚接上拉电阻,当某一管脚输出高电平时,则使相应的三级管导通,从而将高电平通过限流电阻加到了相应的数码管,此时,该数码管即被选中执行显示功能.在此6个数码管中,其中2个数码管轮流分别显示秒钟的个位和十位,另2个数码管显示分钟的个位和十位,余下2个数码管显示小时的个位和十位.由12M 晶振与两个30pf 的电容2构成的时钟电路作为整个电子

7、钟的时间基准,在此值得一提的是所选晶振的频率必须与程序中所引用的时间基准频率相致,这样才能保证电子钟走时准确.P3口的2个引脚(P3.0P3.13分别用来做分钟和小时调整.这2个引脚通过开关与地相接,按下相应的按钮会使相应的引脚变成低电平,同时,单片机获得该信号并发出指令使分钟或时间的显示数字增加;在复位电路中,采用两个电阻分压的接法接到单片机RST 引脚4.蜂鸣器接在P0.7脚上3,该脚接以上拉电阻,并由一个三级管作放大,当准点到达时P0.7给出高电平使三级管导通,蜂鸣器通电后就发出有节奏的提示音,未到达准点时,P0.7给出低电平,蜂鸣器不发音.2 软件设计流程 程序框图如图2所示:图2 程

8、序框图在具体的汇编语言程序中5-7,采用定时器T 0,并工作于方式1,由于采用了12M 的晶振,所以该种方式下的最大定时间隔为216 1 m =65.536ms,所以在本设计中采用的定时间隔为50ms 2,这样经过20个定时间隔恰好是1s 的时间.在计时程序中,用20H 表示50ms 单元,用21H 表示s 单元,用22H 表示min 单元,用23H 表示h 单元.当20H 中的数据为14h(转为十进制即为20时,表明1s 时间到了,此时将21H 内容加1,同时将20H 内容清零;当21H 中的数据为60h,表明1min 时间到了,此时将22H 内容加1,同时将21H 内容清零;当22H 中的

9、数据为60h,表明1h 时间到了,此时将23H 内容加1,同时将22H 内容清零;当23H 中的数据为24h,表明1d 时间到了,此时将23H 内容清零,重新开始计时.在显示程序中,每个数码管显示时间控制在5ms,当显示秒数字时,把秒数字的个位对应的2进制码1送往P1口的7个脚(P1.0P1.6,同时选通显示秒的个位数据的数码管,保持5ms;之后把秒数字的十位对应的2进制码1送往P1口的7个脚(P1.0P1.6,同时选通显示秒的十位数据的数码管,也保持5ms;这样,在这2个5ms 内只有负责秒显示的2个数码管显示相应的秒数据,而其余的4个数码管因未选通而不显示任何的数据信息,同样,显示小时和分

10、钟时也采用这样的控制方法,一共6个数码管轮流发91刘盛雄,等:基于单片机的数字式电子钟的设计与制作光显示,这样总的频率就是1000ms/(5ms 6=33.33Hz,这种频率人眼感觉比较舒服,对数码管发出的光不会产生跳跃的感觉.在时间调整程序中,在P3.0口或P3.1获得低电平信号时要用软件设计成延时10ms,以确认确实有键被按下.先判断P3.0口是否为低,是则将22h(分钟计时单元内容加1,同时要用软件设计150ms的调整后的分钟数据显示,然后再次检测P3.0口是否为低(即隔150ms检测一次P3.0口的电平,是则继续调整分钟数据;否则接下来判断P3.1口是否为低,是则将23h(小时计时单元

11、内容加1,同时也要用软件设计150ms的调整后的小时数据显示,然后再次检测P3.1口是否为低(即隔150ms检测一次P3.1口的电平,是则继续调整小时数据,否则退出时间调整程序.在复位程序中,当单片机检测到RS T引脚为高电平时,则对单片机进行复位操作.在闹铃子程序中,首先看22H(分钟计时单元是否为0,然后看21H(秒计时单元是否为0,只有这两个计时单元同时为0时才表明准点到了,同时启动闹铃程序.在本设计中,设置闹铃响时的各数码管显示数字为0,闹铃次数置初值12次,发音时间持续150毫秒,不发音时间也持续150 ms,这样一共12个发音循环,通过修改程序中的循环次数寄存器r2的值就可以方便地

12、对发音次数进行修改设定.3 整机仿真及调试在硬件电路焊接完毕及单片机程序初步编完之后,就要利用单片机仿真器进行在线仿真,同时对程序进行适当的修改.在该电子钟的仿真及调试过程中以下几点起着重要作用:1单片机时间基准振荡电路中振荡晶体频率的选择必须要和程序中的时间基准相一致,也就是说要采用振荡频率为12M的振荡晶体,否则若采用了11.59M的振荡晶体就会使得单个振荡周期变长,故而使单个时间间隔变长,最终会导致实际上的电子钟走时变 慢 .2由于单片机处理数据过程中要响应中断等原因,而中断服务程序所花费的时间必须在中断返回后在计时单元中扣除掉,否则实际上制作出来的电子钟会变 慢 .在本次程序设计中将中

13、断服务程序所花费的时间直接从定时间隔(50ms中扣除,也就是说将定时间隔设置得比50 ms小一些,必须不断地通过软件调试该时间间隔,这样才能使得电子钟的走时误差达到最小.3在调试每个数码管的发光时间时,必须反复修改程序中的给定的时间,直到整体上的显示效果较好,不会有闪烁的现象产生.4 结束语此次基于单片机的数字式电子钟的设计与制作独特之处在于采用了动态显示的形式,将6个数码管串联起来,这一点与一般的电子钟采用静态显示的方法不同,这样的设计使得单片机的管脚得到了充分的利用,也使得本设计中的电路显得小巧,省去了相应的芯片,节约了成本.参考文献:1 李及,赵利民.MCS-51系列单片机原理与应用M.长春:吉林科学技术出版社,1995.2 闫玉德,俞虹.MCS-51单片机原理与应用M.北京:机械工业出版社,2003