基于單片機的多功能數(shù)字鐘的設計學士學位論文

1、<p>　　淮北煤炭師范學院 </p><p>　　2014屆學士學位論文 </p><p>　　基于單片機的多功能數(shù)字鐘的設計 </p><p>　　院別、專業(yè) 物理與電子信息學院 </p><p>　　電子信息科學與技術

2、 </p><p>　　研 究 方 向 單 片 機 </p><p>　　學 生 姓 名 李山 </p><p>　　學 號 20101342051 </p><p>　　指導教師姓名

3、 竇 德 召 </p><p>　　指導教師職稱 講 師 </p><p>　　2014 年 5 月 4日</p><p>　　基于單片機的多功能數(shù)字鐘的設計 </p><p><b>　　李山</b></p><

4、p>　　淮北煤炭師范學院物理系 235000 </p><p>　　摘 要 近年來隨著計算機在社會領域的滲透和大規(guī)模集成電路的發(fā)展，單片機的應用正在不斷地走向深入，適合于與控制有關的系統(tǒng)，越來越廣泛地應用于自動控制，智能化儀器，儀表，數(shù)據(jù)采集，軍工產(chǎn)品以及家用電器等各個領域。</p><p>　　單片機往往是作為一個核心部件來使用，在根據(jù)具體硬件結(jié)構(gòu)，以及針對具體應用對象特點的軟

5、件結(jié)合，以作完善。本文主要內(nèi)容是利用單片機的接口技術設計一個電子時鐘，用數(shù)碼管實現(xiàn)時鐘的計時顯示，讓時鐘信號通過LED數(shù)碼管顯示出來，并且還可以通過獨立按鍵修改時分秒，能夠?qū)崿F(xiàn)準確計時，以數(shù)字形式顯示時分秒的時間；小時的計時要求為“24翻一”，分和秒的計時要求為60進制進位；校正時間；定時控制；仿廣播電臺正點報時；報整點時數(shù)；能夠顯示月日星期。</p><p>　　關鍵詞: 單片機；電子鐘；數(shù)碼管顯示；<

6、/p><p>　　The design of digital electronic clock base on SCM Liu Chengzhi</p><p>　　Huaibei Coal Industuy Teachers College, 235000</p><p>　　Abstract In recent years,

7、 along with the penetration of computers in the social field and large-scale integrated circuit development, and SCM applications are continually deepening, suitable in relation to control of the system, more and more wi

8、dely used in automatic control, intelligent instruments, instrumentation, data acquisition, military products, and home appliances and other fields. </p><p>　　SCM is often used as a core component, in accord

9、ance with a specific hardware architecture, as well as specific features of the software application objects combine for the purpose of perfecting. In this paper, the content is the use of MCU interface technical design

10、of an electronic clock, with digital control to achieve timing clock display, so that the clock signal through the LED digital tube display, and can also be modified through independent keypad when minutes and seconds, t

11、o achieve ac</p><p>　　Keywords: Microcontroller; Electronic Clock; Digital Cube Display</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1 緒 論1</b></p><p>　　1

12、.1 課題背景1</p><p>　　1.2 課題來源2</p><p>　　1.3 本章小結(jié)2</p><p>　　2 MCS-51單片機的結(jié)構(gòu)3</p><p><b>　　2.1 控制器3</b></p><p>　　2.2 存儲器的結(jié)構(gòu)3</p><p&

13、gt;　　2.3 并行I/O口4</p><p>　　2.4 時鐘電路與時序5</p><p>　　2.5 單片機的應用領域5</p><p>　　2.6 本章小結(jié)6</p><p>　　3 電路的硬件設計7</p><p>　　3.1 復位電路7</p><p>　　3.2

14、時鐘電路7</p><p>　　3.3 按鍵電路8</p><p>　　3.4 相關控制電路9</p><p>　　3.5 數(shù)碼管顯示電路10</p><p>　　3.6 電源電路設計11</p><p>　　3.7 本章小結(jié)11</p><p>　　4 電路的軟件設計12&l

15、t;/p><p>　　4.1 軟件程序內(nèi)容12</p><p>　　4.2 軟件流程圖12</p><p>　　4.3 定時程序設計13</p><p>　　4.4程序說明14</p><p>　　4.5單片機數(shù)字鐘主要程序15</p><p>　　4.6 本章小結(jié)18</p>

16、;<p>　　5 結(jié)論與展望19</p><p><b>　　5.1 結(jié)論19</b></p><p>　　5.2 單片機數(shù)字鐘的發(fā)展趨勢19</p><p><b>　　參考文獻21</b></p><p><b>　　附錄A22</b></p

17、><p>　　各功能正常顯示圖片22</p><p><b>　　附錄B23</b></p><p>　　基于C語言的單片機數(shù)字鐘程序23</p><p><b>　　致 謝42</b></p><p><b>　　1 緒 論</b></p

18、><p><b>　　1.1 課題背景</b></p><p>　　單片機自1976年由Intel公司推出MCS-48開始，迄今已有二十多年了。由于單片機集成度高、功能強、可靠性高、體積小、功耗地、使用方便、價格低廉等一系列優(yōu)點，目前已經(jīng)滲入到人們工作和生活的方方面面，幾乎“無處不在，無所不為”。單片機的應用領域已從面向工業(yè)控制、通訊、交通、智能儀表等迅速發(fā)展到家用消費

19、產(chǎn)品、辦公自動化、汽車電子、PC機外圍以及網(wǎng)絡通訊等廣大領域。</p><p>　　單片機有兩種基本結(jié)構(gòu)形式:一種是在通用微型計算機中廣泛采用的，將程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器合用一個存儲器空間的結(jié)構(gòu)，稱為普林斯頓結(jié)構(gòu)。另一種是將程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器截然分開，分別尋址的結(jié)構(gòu)，一般需要較大的程序存儲器，目前的單片機以采用程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器截然分開的結(jié)構(gòu)為多。</p><p>　　本文討論的單

20、片機多功能定時器的核心是目前應用極為廣泛的51系列單片機，配置了外圍設備，構(gòu)成了一個可編程的計時定時系統(tǒng)，具有體積小，可靠性高，功能強等特點。不僅能滿足所需要求而且還有很多功能可供開發(fā)，有著廣泛的應用領域。</p><p>　　20世紀80年代中期以后，Intel公司以專利轉(zhuǎn)讓的形式把8051內(nèi)核技術轉(zhuǎn)讓給許多半導體芯片生產(chǎn)廠家，如ATMEL、PHILIPS、ANALOG、DEVICES、DALLAS等。這些廠家

21、生產(chǎn)的芯片是MCS-51系列的兼容產(chǎn)品，準確地說是與MCS-51指令系統(tǒng)兼容的單片機。這些兼容機與8051的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（主要是指令系統(tǒng)）相同，采用CMOS工藝，因而，常用80C51系列來稱呼所有具有8051指令系統(tǒng)的單片機，它們對8051單片機一般都作了一些擴充，更有特點。其功能和市場競爭力更強，不該把它們直接稱呼為MCS-51系列單片機，因為MCS只是Intel公司專用的單片機系列型號。MCS-51系列及80C51單片機有多種品種。它們

22、的引腳及指令系統(tǒng)相互兼容，主要在內(nèi)部結(jié)構(gòu)上有些區(qū)別。目前使用的MCS-51系列單片機及其兼容產(chǎn)品通常分成以下幾類：基本型、增強型、低功耗型、專用型、超8位型、片內(nèi)閃爍存儲器型。</p><p><b>　　1.2 課題來源</b></p><p>　　在日常生活和工作中，我們常常用到定時控制，如擴印過程中的曝光定時等。早期常用的一些時間控制單元都使用模擬電路設計制作的

23、，其定時準確性和重復精度都不是很理想，現(xiàn)在基本上都是基于數(shù)字技術的新一代產(chǎn)品，隨著單片機性能價格比的不斷提高，新一代產(chǎn)品的應用也越來越廣泛，大可構(gòu)成復雜的工業(yè)過程控制系統(tǒng)，完成復雜的控制功能。小則可以用于家電控制，甚至可以用于兒童電子玩具。它功能強大，體積小，質(zhì)量輕，靈活好用，配以適當?shù)慕涌谛酒?，可以?gòu)造各種各樣、功能各異的微電子產(chǎn)品。</p><p>　　隨著電子技術的飛速發(fā)展，家用電器和辦公電子設備逐漸增多，

24、不同的設備都有自己的控制器，使用起來很不方便。根據(jù)這種實際情況，設計了一個單片機多功能定時系統(tǒng)，它可以避免多種控制器的混淆，利用一個控制器對多路電器進行控制，同時又可以進行時鐘校準和定點打鈴。它可以執(zhí)行不同的時間表（考試時間和日常作息時間）的打鈴，可以任意設置時間。這種具有人們所需要的智能化特性的產(chǎn)品減輕了人的勞動，擴大了數(shù)字化的范圍，為家庭數(shù)字化提供了可能。</p><p><b>　　1.3 本章小

25、結(jié)</b></p><p>　　本文介紹的設計是針對教學所用的多功能定時器，可以完成教學所需的功能。該定時器操作簡單，功能齊全，是單片機智能化的一種應用。</p><p>　　2 MCS-51單片機的結(jié)構(gòu)</p><p>　　MCS-51單片機是把那些作為控制應用所必需的基本內(nèi)容都集成在一個尺寸有限的集成電路芯片上。如果按功能劃分，它由如下功能部件組成

26、，即微處理器（CPU）、數(shù)據(jù)存儲器（RAM）、程序存儲器（ROM/EPROM）、并行I/O口、串行口、定時器/計數(shù)器、中斷系統(tǒng)及特殊功能寄存器（SFR）。它們都是通過片內(nèi)單一總線連接而成，其基本結(jié)構(gòu)依舊是CPU加上外圍芯片的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)模式。但對各種功能部件的控制是采用特殊功能寄存器（SFR）的集中控制方式。</p><p><b>　　2.1 控制器</b></p><p&

27、gt;　　控制器是單片機的指揮控制部件，控制器的主要任務是識別指令，并根據(jù)指令的性質(zhì)控制單片機各功能部件，從而保證單片機各部分能自動而協(xié)調(diào)地工作。</p><p>　　單片機執(zhí)行指令是在控制器的控制下進行的。首先從程序存儲器中讀出指令，送指令寄存器保存，然后送至指令譯碼器進行譯碼，譯碼結(jié)果送定時控制邏輯電路，由定時控制邏輯產(chǎn)生各種定時信號和控制信號，再送到單片機的各個部件去進行相應的操作。這就是執(zhí)行一條指令的全過

28、程，執(zhí)行程序就是不斷重復這一過程?？刂破髦饕ǔ绦蛴嫈?shù)器、程序地址寄存器、指令寄存器IR、指令譯碼器、條件轉(zhuǎn)移邏輯電路及時序控制邏輯電路。</p><p>　　2.2 存儲器的結(jié)構(gòu)</p><p>　　MCS-51單片機存儲器采用的是哈佛結(jié)構(gòu),即程序存儲器空間和數(shù)據(jù)存儲器空間截然分開,程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器各有自己的尋址方式,尋址空間和控制系統(tǒng)。</p><p>

29、　　這種結(jié)構(gòu)對于單片機面向控制的實際應用極為方便,有利.在8051/8751彈片擊中,不僅在片內(nèi)集成了一定容量的程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器及眾多的特殊功能寄存器,而且還具有極強的外存儲器的擴展能力,尋址能力分別可達64KB,尋址和操作簡單方便.MCS-51的存儲器空間可劃分為如下幾類:</p><p><b>　　程序存儲器</b></p><p>　　單片機系統(tǒng)之所以能

30、夠按照一定的次序進行工作,主要是程序存儲器中存放了經(jīng)調(diào)試正確的應用程序和表格之類的固定常數(shù)。程序?qū)嶋H上是一串二進制碼,程序存儲器可以分為片內(nèi)和片外兩部分。8031由于無內(nèi)部存儲器,所以只能外擴程序存儲器來存放程序。</p><p>　　MCS-51單片機復位后,程序存儲器PC的內(nèi)容為0000H,故系統(tǒng)必須從0000H單元開始取指令,執(zhí)行程序.程序存儲器中的0000H地址是系統(tǒng)程序的啟動地址.一般在該單元存放一條絕

31、對跳轉(zhuǎn)指令,跳向用戶設計的主程序的起始地址。</p><p><b>　　內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器</b></p><p>　　MCS-51單片機內(nèi)部有128個字節(jié)的隨機存取存儲器RAM,作為用戶的數(shù)據(jù)寄存器,它能滿足大多數(shù)控制型應用場合的需要,用作處理問題的數(shù)據(jù)緩沖器。</p><p>　　MCS-51單片機的片內(nèi)存儲器的字節(jié)地址為00H-7FH.MC

32、S-51單片機對其內(nèi)部RAM的存儲器有很豐富的操作指令,從而使得用戶在設計程序時非常方便。地址為00H-1FH的32個單元是4組通用工作寄存器區(qū),每個區(qū)含8個8位寄存器,編號為R7-R0。用戶可以通過指令改變PSW中的RS1,RS0這二位來切換當前的工作寄存器區(qū),這種功能給軟件設計帶來極大的方便,特別是在中斷嵌套時,為實現(xiàn)工作寄存器現(xiàn)場內(nèi)容保護提供了極大的方便。</p><p>　　特殊功能寄存器(SFR-Spe

33、cial Function Register)</p><p>　　特殊功能寄存器反映了MCS-51單片機的狀態(tài),實際上是MCS-51單片機各功能部件的狀態(tài)及控制寄存器.SFR綜合的,實際的反應了整個單片機基本系統(tǒng)內(nèi)部的工作狀態(tài)及工作方式.SFR實質(zhì)上是一些具有特殊功能的片內(nèi)RAM單元,字節(jié)地址范圍為80H-FFH.特殊功能寄存器的總數(shù)為21個,離散的分布在該區(qū)域中,其中]有些SFR還可以進行位尋址.128個字節(jié)

34、的SFR塊中僅有21個字節(jié)是由定義的.對于尚未定義的字節(jié)地址單元,用戶不能作寄存器使用,若訪問沒有定義的單元,則將得到一個不確定的隨機數(shù).</p><p>　　2.3 并行I/O口</p><p>　　MCS-51單片機共有4個雙向的8位并行I/O端口（Port），分別記作P0-P3，共有32根口線，各口的每一位均由鎖存器、輸出驅(qū)動器和輸入緩沖器所組成。實際上P0-P3已被歸入特殊功能寄

35、存器之列。這四個口除了按字節(jié)尋址以外，還可以按位尋址。由于它們在結(jié)構(gòu)上有一些差異，故各口的性質(zhì)和功能有一些差異。</p><p>　　P0口是雙向8位三態(tài)I/O口，此口為地址總線（低8位）及數(shù)據(jù)總線分時復用口，可驅(qū)動8個LS型TTL負載。P1口是8位準雙向I/O口，可驅(qū)動4個LS 型負載。P2口是8位準雙向I/O口，與地址總線（高8位）復用，可驅(qū)動4個LS型TTL負載。P3口是8位準雙向I/O口，是雙功能復用口，

36、可驅(qū)動4個LS型TTL負載。P1口、P2口、P3口各I/O口線片內(nèi)均有固定的上拉電阻，當這3個準雙向I/O口做輸入口使用時，要向該口先寫“1”，另外準雙向I/O口無高阻的“浮空”狀態(tài)，故稱為雙向三態(tài)I/O 口。</p><p>　　2.4 時鐘電路與時序</p><p>　　時鐘電路用于產(chǎn)生MCS-51單片機工作時所必需的時鐘信號。MCS-51單片機本身就是一個復雜的同步時序電路，為保證

37、同步工作方式的實現(xiàn)，MCS-51單片機應在唯一的時鐘信號控制下，嚴格地按時序執(zhí)行進行工作，而時序所研究的是指令執(zhí)行中各個信號的關系。</p><p>　　在執(zhí)行指令時，CPU首先要到程序存儲器中取出需要執(zhí)行的指令操作碼，然后譯碼，并由時序電路產(chǎn)生一系列控制信號去完成指令所規(guī)定的操作。CPU發(fā)出的時序信號有兩類，一類用于片內(nèi)對各個功能部件的控制，這列信號很多。另一類用于片外存儲器或I/O端口的控制，這部分時序?qū)τ诜?/p>

38、析、設計硬件接口電路至關重要。這也是單片機應用系統(tǒng)設計者普遍關心的問題。</p><p>　　2.5 單片機的應用領域</p><p>　　單片機應用領域可以歸納為以下幾個方面。</p><p><b>　　1．智能儀表</b></p><p>　　用單片機系統(tǒng)取代老式的測量、控制儀表，實現(xiàn)從模擬儀表向數(shù)字化、智能化儀表

39、的轉(zhuǎn)化，如各種溫度儀表、壓力儀表、流量儀表、電能計量儀表等。</p><p><b>　　2. 測控系統(tǒng)</b></p><p>　　用單片機取代原有的復雜的模擬數(shù)字電路，完成各種工業(yè)控制、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等工作。</p><p><b>　　3．電能變換</b></p><p>　　應用單片機設計變頻

40、調(diào)速控制電路。</p><p><b>　　4．通信</b></p><p>　　用單片機開發(fā)通信模塊、通信器材等。</p><p><b>　　5．機電產(chǎn)品</b></p><p>　　應用單片機檢測、控制傳統(tǒng)的機械產(chǎn)品，使傳統(tǒng)的機械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)簡化，控制智能化，提高了機電產(chǎn)品的可靠性，增強了產(chǎn)品的功

41、能。</p><p><b>　　6．智能接口</b></p><p>　　在數(shù)據(jù)傳輸中，用單片機實現(xiàn)外部設備與微機通信。</p><p><b>　　2.6 本章小結(jié)</b></p><p>　　本章介紹了單片機的一些基本硬件結(jié)構(gòu)。單片機是微計算機的一個分支，在原理和結(jié)構(gòu)上，單片機與微型機之間沒

42、有根本性的差別，而且微計算機的許多技術都被單片機繼承下來。單片機的基本結(jié)構(gòu)依然是CPU加上外圍芯片的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)模式，但對各種功能部件的控制是采用特殊功能寄存器的集中控制方式。</p><p><b>　　3 電路的硬件設計</b></p><p><b>　　3.1 復位電路</b></p><p>　　MCS-51單片機的

43、復位是由外部的復位電路來實現(xiàn)的。復位引腳RST通過一個斯密特觸發(fā)器與復位電路相連，斯密特觸發(fā)器用來抑制噪聲，在每個機器周期的S5P2，斯密特觸發(fā)器的輸出電平由復位電路采樣一次，然后才能得到內(nèi)部復位操作所需要的信號。</p><p>　　上電復位：上電復位電路是—種簡單的復位電路，只要在RST復位引腳接一個電容到VCC，接一個電阻到地就可以了。上電復位是指在給系統(tǒng)上電時，復位電路通過電容加到RST復位引腳一個短暫的

44、高電平信號，這個復位信號隨著VCC對電容的充電過程而回落，所以RST引腳復位的高電平維持時間取決于電容的充電時間。為了保證系統(tǒng)安全可靠的復位，RST引腳的高電平信號必須維持足夠長的時間。</p><p><b>　　電路圖如下：</b></p><p><b>　　圖1 復位電路</b></p><p>　　上電自動復位

45、是通過外部復位電路的電容充電來實現(xiàn)的。只要Vcc的上升時間不超過1ms，就可以實現(xiàn)自動上電復位。</p><p><b>　　3.2 時鐘電路</b></p><p>　　時鐘是單片機的心臟，單片機各功能部件的運行都是以時鐘頻率為基準，有條不紊的一拍一拍地工作。因此，時鐘頻率直接影響單片機的速度，時鐘電路的質(zhì)量也直接影響單片機系統(tǒng)的穩(wěn)定性。常用的時鐘電路有兩種方式：一

46、種是內(nèi)部時鐘方式，另一種為外部時鐘方式。本文用的是內(nèi)部時鐘方式。</p><p><b>　　電路圖如下：</b></p><p>　　圖2 時鐘電路</p><p>　　MCS-51單片機內(nèi)部有一個用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，該高增益反向放大器的輸入端為芯片引腳XTAL1，輸出端為引腳XTAL2。這兩個引腳跨接石英晶體振蕩器和微調(diào)

47、電容，就構(gòu)成一個穩(wěn)定的自激振蕩器。</p><p><b>　　3.3 按鍵電路</b></p><p>　　按鍵的開關狀態(tài)通過一定的電路轉(zhuǎn)換為高、低電平狀態(tài)。按鍵閉合過程在相應的I/O端口形成一個負脈沖。閉合和釋放過程都要經(jīng)過一定的過程才能達到穩(wěn)定，這一過程是處于高、低電平之間的一種不穩(wěn)定狀態(tài)，稱為抖動。抖動持續(xù)時間的常長短與開關的機械特性有關，一般在5-10ms之

48、間。為了避免CPU多次處理按鍵的一次閉合，應采用措施消除抖動。本文采用的是獨立式按鍵，直接用I/O口線構(gòu)成單個按鍵電路，每個按鍵占用一條I/O口線，每個按鍵的工作狀態(tài)不會產(chǎn)生互相影響。</p><p><b>　　電路圖如下：</b></p><p><b>　　圖3 按鍵電路</b></p><p>　　按鍵s1依次

49、選擇調(diào)整時間-顯示月日星期-調(diào)整月日星期-顯示鬧鐘定時時間-調(diào)整鬧鐘定時按鍵S2依次選中時分秒(月日星期)數(shù)碼管,S3按鍵依次加1,S4按鍵依次減1。</p><p>　　3.4 相關控制電路</p><p>　　本次控制電路主要用到的有控制鬧鈴電路，時間表顯示電路；</p><p>　　3.4.1 控制鬧鈴電路</p><p>　　P2.

50、3口控制繼電器進而控制電鈴工作。當時鐘當前的時間和當前所執(zhí)行的時間表的時間一致時，相應得標志位為1，P2.3口輸出高電平，控制繼電器閉合，從而合上開關，啟動電鈴進行打鈴。打鈴一定時間，標志位置0，P2.3輸出低電平，繼電器打開，電鈴停止工作。</p><p><b>　　電路圖如下：</b></p><p>　　圖4 鬧鈴電路圖</p><p

51、>　　3.4.2 時間表顯示電路</p><p>　　因為該電路可以執(zhí)行兩個時間表，即正常作息時間表和考試時間表。為了能夠從外觀上看出當前正在執(zhí)行的是那種時間表。為此，在電路中加上了紅、綠兩個不同的發(fā)光二極管，當紅發(fā)光二極管接通時，表示當前正在執(zhí)行日常作息時間表；當綠發(fā)光二極管接通時則表示當前正在執(zhí)行的是考試時間表。有了紅綠兩發(fā)光二極管表示，就可以明顯看出當前執(zhí)行的是何種時間表，不會混淆。</p>

52、;<p><b>　　電路圖如下頁所示：</b></p><p>　　圖5 發(fā)光二極管顯示電路</p><p>　　3.5 數(shù)碼管顯示電路</p><p>　　數(shù)碼管顯示器成本低，配置靈活，與單片機接口簡單，在單片機應用系統(tǒng)中廣泛應用。</p><p>　　1.數(shù)碼管的工作原理</p>

53、<p>　　圖6 數(shù)碼管顯示電路</p><p>　　數(shù)碼管是由8個發(fā)光二極管構(gòu)成的顯示器件。在數(shù)碼管中，若將二極管的陽極連在一起，稱為共陽極數(shù)碼管；若將二極管的陰極連在一起，稱為共陰極數(shù)碼管。本文用到的6個數(shù)碼管均是共陰極的。當發(fā)光二極管導通時，它就會發(fā)光。每個二極管就是一個筆劃，若干個二極管發(fā)光時，就構(gòu)成了一個顯示字符。將單片機的I/O口控制相應的芯片與數(shù)碼管的a-g相連，高電平的位對應的發(fā)光

54、二極管亮，這樣，由I/O口輸出不同的代碼，就可以控制數(shù)碼管顯示不同的字符。本文的6個數(shù)碼管均采用動態(tài)顯示方式，顯示當前的時間。整個顯示電路應用了2個573芯片這六位數(shù)據(jù)經(jīng)過573芯片以后是片選信號，即控制動態(tài)顯示的是哪一位數(shù)碼管。在片選信號和段選信號的控制下如下圖所示，數(shù)碼管就正確的動態(tài)顯示當前的時間。</p><p>　　圖7 驅(qū)動電路</p><p>　　3.6 電源電路設計&l

55、t;/p><p>　　電源電路包括變壓器、橋式整流器、電容和穩(wěn)壓器。通過變壓器變壓，使得220V電壓變?yōu)? V，在通過橋式整流，電容的濾波作用，穩(wěn)壓器的穩(wěn)壓作用，可輸出5V的穩(wěn)定電壓。</p><p><b>　　3.7 本章小結(jié)</b></p><p>　　本章介紹的是本設計的硬件結(jié)構(gòu)，單片機的相關I/O口輸入輸出就可以實現(xiàn)相應的控制功能。還介紹

56、了單片機的復位電路和時鐘電路。</p><p>　　4 電路的軟件設計</p><p>　　4.1 軟件程序內(nèi)容</p><p>　　本設計的軟件程序包括主程序、中斷子程序、鬧鈴程序、時鐘顯示子程序、查詢時間表切換程序和延時子程序等等。另外由于電路中有四個按鍵，還另外設計了防抖動程序來防止干擾。</p><p><b>　　4.2

57、 軟件流程圖</b></p><p>　　軟件程序整個流程圖如下：</p><p>　　4.3 定時程序設計</p><p>　　單片機的定時功能也是通過計數(shù)器的計數(shù)來實現(xiàn)的，此時的計數(shù)脈沖來自單片機的內(nèi)部，即每個機器周期產(chǎn)生一個計數(shù)脈沖，也就是每經(jīng)過1個機器周期的時間，計數(shù)器加1。如果MCS-51采用的12MHz晶體，則計數(shù)頻率為1MHz，即每過1us

58、的時間計數(shù)器加1。這樣可以根據(jù)計數(shù)值計算出定時時間，也可以根據(jù)定時時間的要求計算出計數(shù)器的初值。MCS-51單片機的定時器/計數(shù)器具有4種工作方式，其控制字均在相應的特殊功能寄存器中，通過對特殊功能寄存器的編程，可以方便的選擇定時器/計數(shù)器兩種工作模式和4種工作方式。</p><p>　　定時器/計數(shù)器工作在方式0時，為13位的計數(shù)器，由TLX(X=0、1)的低5位和THX的高8位所構(gòu)成。TLX低5位溢出則向TH

59、X進位，THX計數(shù)溢出則置位TCON中的溢出標志位TFX.</p><p>　　當定時器/計數(shù)器工作于方式1，為16位的計數(shù)器。本設計師單片機多功能定時器，所以MCS-51內(nèi)部的定時器/計數(shù)器被選定為定時器工作模式，計數(shù)輸入信號是內(nèi)部時鐘脈沖，每個機器周期產(chǎn)生一個脈沖使計數(shù)器增1。</p><p>　　4.3.1實時時鐘實現(xiàn)的基本方法</p><p>　　時鐘的最小

60、計時單位是秒，但使用定時器的方式1，最大的定時時間也只能達到131ms。我們可把定時器的定時時間定為50ms。這樣，計數(shù)溢出20次即可得到時鐘的最小計時單位：秒。而計數(shù)20次可以用軟件實現(xiàn)。</p><p>　　秒計時是采用中斷方式進行溢出次數(shù)的累積，計滿20次，即得到秒計時。從秒到分，從分到時是通過軟件累加并進行比較的方法來實現(xiàn)的。要求每滿1秒，則“秒”單元中的內(nèi)容加1；“秒”單元滿60，則“分”單元中的內(nèi)容加

61、1；“分”單元滿60，則“時”單元中的內(nèi)容加1；“時”單元滿24，則將時、分、秒的內(nèi)容全部清零。</p><p>　　4.3.2 實時時鐘程序設計步驟</p><p>　?。?）選擇工作方式，計算初值；</p><p>　?。?）采用中斷方式進行溢出次數(shù)累計；</p><p>　?。?）從秒——分——時的計時是通過累加和數(shù)值比較實現(xiàn)的；<

62、;/p><p>　?。?）時鐘顯示緩沖區(qū)：時鐘時間在方位數(shù)碼管上進行顯示，為此在內(nèi)部</p><p>　　RAM中要設置顯示緩沖區(qū)，共6個地址單元。顯示緩沖區(qū)從左到右依次存放時、分、秒數(shù)值；</p><p>　　（5）主程序：主要進行定時器/計數(shù)器的初始化編程，然后反復調(diào)用顯示</p><p>　　子程序的方法等待中斷的到來。</p>

63、<p>　?。?）中斷服務程序：進行計時操作</p><p>　?。?）加1子程序：用于完成對時、分、秒的加操作，中斷服務程序在秒、</p><p>　　分、時加1時共有三種條調(diào)用加1子程序，包括三項內(nèi)容：合字、加1并進行十進制調(diào)整、分字。</p><p><b>　　4.4程序說明</b></p><p>

64、;　　在整個系統(tǒng)中，在單片機的30H、31H和32H中存儲當前時間的小時、分鐘和秒。由于要用數(shù)碼管顯示當前的時間，必須用到分字和合字，因此在33H、34H、35H、36H、37H和38H中存儲當前時間的時十位、時個位、分十位、分個位、秒十位和秒個位，方便顯示。</p><p>　　本設計有由四個輕觸按鍵組成的小鍵盤，這些按鍵可以任意改變當前的狀態(tài)。按功能移位鍵一次，表示當前要校對小時的十位；按第二次，表示當前校對

65、的是小時的個位；按第三次，則表示校對的是分鐘的十位；第四次，表示的校對的是分鐘的個位。按下數(shù)字“+” 鍵和數(shù)字“-”鍵可在當前校對的數(shù)字上相應加上1或者減去1。</p><p>　　本設計采用查表方式，在程序里預先存儲兩個表格，即日常作息時間表和考試時間表，可以通過手動按鍵來選擇所要執(zhí)行的時間表。并且用紅、綠發(fā)光二極管來區(qū)別當前所執(zhí)行的時間表。系統(tǒng)開機后，按功能移位鍵就可以調(diào)整當前的時間，整個系統(tǒng)操作簡單，功能明

66、確。</p><p>　　顯示數(shù)據(jù)時，先把要顯示的數(shù)據(jù)送到數(shù)據(jù)緩沖區(qū)SBUF中，再從SBUF中顯示。串行口緩沖寄存器SBUF器是可直接尋址的專用寄存器。在物理上，它對應著兩個寄存器，一個發(fā)送寄存器，一個接收寄存器。CPU寫SBUF，就是修改發(fā)送寄存器；讀SBUF，就是讀接收寄存器。接收器是雙緩沖的，以避免在接收下一幀數(shù)據(jù)之前，CPU未能及時響應接收器的中斷，沒有把上一幀數(shù)據(jù)讀走，而產(chǎn)生兩幀數(shù)據(jù)重疊的問題。對于發(fā)送

67、器，為了保持最大的傳輸速率，一般不需要雙緩沖，因為發(fā)送時CPU是主動的，不會產(chǎn)生寫重疊的問題。</p><p>　　4.5單片機數(shù)字鐘主要程序</p><p>　　本次數(shù)字鐘是基于C語言的六位數(shù)碼管顯示HH.MM.SS(時分秒),MM.DD-W(月日-星期),鬧鐘定時時間的設計。按鍵1依次選擇調(diào)整時間-顯示月日星期-調(diào)整月日星期-顯示鬧鐘定時時間-調(diào)整鬧鐘定時按鍵S2依次選中時分秒(月日星

68、期)數(shù)碼管,S3按鍵依次加1,S4按鍵依次減1具有整點報時,鬧鐘定時顯示功能。</p><p>　　4.5.1走時中斷函數(shù)</p><p>　　timer0()實現(xiàn)走時中斷。定時器方式控制寄存器TMOD工作方式選擇1。</p><p>　　void timer0() interrupt 1 //50ms中斷函數(shù)</p><p><b&g

69、t;　　{</b></p><p>　　TMOD=0x01;</p><p>　　TH0=0x4c; //50ms初值 晶振11.0592</p><p><b>　　TL0=0x00;</b></p><p><b>　　count++;</b></p><p>

70、;　　if(count==20)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　count=0;</b></p><p><b>　　sec++;</b></p><p>　　jishi(); //調(diào)計時函數(shù)</p><p><

71、;b>　　}} </b></p><p><b>　　4.5.2計時函數(shù)</b></p><p>　　Jishi（）實現(xiàn)的系統(tǒng)的時間計時功能。當sec=60，minu加1，當minu=60，hour加1，同理加到day，week。</p><p>　　void jishi() //計時函數(shù)</p><p&g

72、t;　　{if(sec==60)</p><p><b>　　{sec=0;</b></p><p><b>　　minu++;</b></p><p>　　if(minu==60) </p><p><b>　　{minu=0;</b></p><p>

73、;<b>　　hour++;</b></p><p>　　if(hour==24)</p><p><b>　　{ hour=0;</b></p><p><b>　　day++;</b></p><p><b>　　week++;</b></p&g

74、t;<p>　　if(week==8)</p><p><b>　　{week=0;}</b></p><p>　　if(year%4==0&&year%100!=0||year%400==0) //閏年</p><p><b>　　{</b></p><p>　　if

75、(day==table1[mon]+1)</p><p><b>　　{day=0;</b></p><p><b>　　mon++;</b></p><p>　　if(mon==13)</p><p>　　{mon=0;year++;}</p><p><b>　

76、　}}</b></p><p><b>　　4.5.3顯示函數(shù)</b></p><p>　　函數(shù)disp（）實現(xiàn)系統(tǒng)日期或時間的顯示功能。</p><p>　　void disp(uchar a1,uchar a2,uchar a3,uchar a4,uchar a5,uchar a6) //顯示函數(shù)</p><

77、p>　　{dula=1; //選定段選</p><p>　　P0=table[a1]; //段碼送P0口</p><p>　　dula=0; //關段選</p><p><b>　　P0=0xff;</b></p><p>　　wela=1; //選定位選</p><p>　　P0=0xfe

78、; //位選(第1個數(shù)碼管)送P0</p><p>　　wela=0; //關位選</p><p>　　delay(3); //延時一小會</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　4.5.4鬧鐘函數(shù)</b></p><p>　　函數(shù)nz_clock

79、用于啟動系統(tǒng)報警，通過控制PNP三極管導通實現(xiàn)。Fm=0啟動鬧鈴，fm=1鬧鈴結(jié)束。</p><p>　　void nz_clock() //鬧鐘函數(shù)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　if((hour==n_hour)&&(minu==n_minu))</p><p><

80、b>　　{fm=0;</b></p><p>　　delay(50);</p><p><b>　　fm=1;</b></p><p>　　delay(50);}</p><p><b>　　}</b></p><p>　　4.5.5整點報時函數(shù)</p

81、><p>　　zd_clock()實現(xiàn)整點報時，fm=0開始報時 ，fm=1報時結(jié)束。</p><p>　　void zd_clock() //整點報時函數(shù)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　if(minu==59&&(sec==53||sec==55||sec==57))</

82、p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　fm=0;</b></p><p><b>　　delay(1);</b></p><p><b>　　fm=1;</b></p><p><b>　　delay

83、(1);</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　if(minu==59&&sec==59)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　fm=0;</b></p><p>

84、<b>　　delay(1);</b></p><p><b>　　fm=1;</b></p><p><b>　　delay(1);</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p

85、><p><b>　　4.5.5延時函數(shù)</b></p><p>　　函數(shù)delay(uint k)實現(xiàn)的延時功能。</p><p>　　void delay(uint k) //延時函數(shù)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　uint i

86、,j;</b></p><p>　　for(i=k;i>0;i--)</p><p>　　for(j=110;j>0;j--);</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　4.6 本章小結(jié)</b></p><p>　　這一章介

87、紹了本設計的軟件設計，所有的功能在流程圖里清晰的表現(xiàn)了出來，體現(xiàn)了設計的合理性、可實現(xiàn)性。</p><p><b>　　5 結(jié)論與展望</b></p><p><b>　　5.1 結(jié)論</b></p><p>　　單片機多功能定時系統(tǒng)理論上能很好的達到了學校教學要求，發(fā)揮了單片機在智能化方面的應用。該系統(tǒng)的設計很好的滿足

88、當前學校教學的需要，是一個理想的智能化的設計。它具有一個走時精確的實時鐘，可以任意設置時間，可以控制時間表的轉(zhuǎn)換，時鐘的顯示功能等?？梢酝ㄟ^按鍵操作和數(shù)字顯示。該系統(tǒng)規(guī)模小，但是功能較多，操作簡單，造價低，應用非常廣泛。該系統(tǒng)的設計為向家庭數(shù)字化方向發(fā)展又前進了一步。同時又擴大了單片機的應用領域。</p><p>　　5.2 單片機數(shù)字鐘的發(fā)展趨勢</p><p>　　自數(shù)字鐘出現(xiàn)至今，它

89、已經(jīng)經(jīng)歷了由電路實現(xiàn)簡單顯示功能到基于單片機技術實現(xiàn)多功能數(shù)字顯示功能階段，已走過了百年的發(fā)展路程，雖然單片機技術應用到數(shù)字鐘方面僅僅幾十年的時間，但是我們?nèi)匀豢梢哉f單片機數(shù)字鐘已經(jīng)走到相當成熟的地步了。從幾十年來單片機發(fā)展歷程可以看出，單片機技術的發(fā)展以微處理器（MPU）技術及超大規(guī)模集成電路技術的發(fā)展為先導，使單片機數(shù)字鐘的功能更加齊全、應用領域更多、智能化更加突出。將來單片機數(shù)字鐘的的發(fā)展趨勢更加明顯，尤其在：</p>

90、<p><b>　　1.進一步降低功耗</b></p><p>　　基于80C51的飛利浦低功率、低系統(tǒng)成本微控制器51LPC系列是業(yè)界推動單片機向低功耗方向發(fā)展的主導單片機系列之一，這樣可以使單片機數(shù)字鐘尤其是多功能的單片機數(shù)字鐘的耗電能力變得更低。51LPC系列單片機采用以下三種方法降低功耗：（1）使系統(tǒng)進入空閑模式，在空閑模式下，只有外圍器件在工作，任意的復位及中斷均可結(jié)

91、束空閑模式；（2）使系統(tǒng)進入低功耗模式，在低功耗模式下，振蕩器停止工作，是功耗降到最?。?）使系統(tǒng)進入低電壓EPROM操作；EPROM包含了模擬電路，當Vcc高于4V時，可通過軟件使這些模擬電路掉電以降低功耗，在上電情況下可使系統(tǒng)退出該模式。</p><p>　　2.采用Flash Memory實現(xiàn)單片機數(shù)字鐘</p><p>　　隨著半導體工藝技術的不斷進步，MPU的Flash版本逐漸替

92、代了原有的OTP版本。Flash MPU具有以下優(yōu)點：與多次可編程的窗口式EPROM相比，F(xiàn)lash MPU的成本要低得多；在系統(tǒng)編程能力以及產(chǎn)品生產(chǎn)方面提供了靈活性，因為Flash MPU可在編程后面再次以新代碼重新編程；可減少已編程器件的報廢和庫存；有助于生產(chǎn)廠商縮短設計周期，使終端用戶產(chǎn)品更具有競爭力。</p><p>　　3.集成更多功能及兼容性</p><p>　　目前單片機數(shù)字

93、鐘的另一個發(fā)展趨勢是集成更多的功能。如測試環(huán)境溫度、語音報時等。具體表現(xiàn)在：兼容性作為設計的第一考慮；額外的新的特點是透明的；使用同一種編程器；OTP使器件快速提升及標準化成為可能。</p><p><b>　　4.應用</b></p><p>　　由于生活水平的提高，當今的人們更加會享受生活，裝飾品更多的受到人們的喜愛，因此我們可以把它包裝成裝飾品進行銷售。<

94、/p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 劉坤 送戈.51單片機C語言應用開發(fā)技術大全[M].人民郵電出版社.</p><p><b>　　2008</b></p><p>　　[2] 張景元.基于單片機的多用途定時器的設計與實現(xiàn)[J].電子工程師2000年第8期</

95、p><p>　　[3] 李洪濤.一種單片機控制的定時打鈴器[J].電子世界.1990年第2期 </p><p>　　[4] 何業(yè)軍 李超.基于單片機控制的高精度定時打鈴器的設計[J].電子技</p><p>　　術.2001年第7期 </p><p>　　[5] 關宗安 仲叢久.基于單片機實現(xiàn)的多路定時控制器的設計[J].沈陽航空工業(yè)學院

96、學報.2004年6月.第21卷第3期</p><p>　　[6] ATMEL.Microcontroller Data book[M].2002</p><p>　　[7] Mark1.Montrose.PRINTED Circuit Board Design Techniques for EMC</p><p>　　Compliance[J].IEE Press

97、series.2000</p><p>　　[8] 范立南.單片微機接口與控制技術[M].沈陽：遼寧大學出版社.1996</p><p>　　[9] 張友德.單片微型機原理、應用與實踐[M].上海：復旦大學出版社.1992</p><p>　　[10]李華.MCS-51系列單片機實用接口技術[M].北京：北京航空航天大學出版</p><p>

98、<b>　　社.1993</b></p><p>　　[11]何希慶,高偉.MCS-51單片機原理、實驗、實例[M].山東:山東大學出版</p><p><b>　　社.1989</b></p><p>　　[12]張毅剛,彭喜源，潭曉昀.MCS-51單片機應用設計[M].哈爾濱：哈爾濱工</p><p

99、>　　業(yè)大學出版社.1997</p><p>　　[13]胡漢才.單片機原理及接口技術[M]，北京：清華大學出版社.1996</p><p>　　[14]余永權(quán)，單片機與家用電器智能化設計[M].北京：電子工業(yè)出版社.1995</p><p>　　[15]房小翠，王金鳳.單片微型計算機與機電接口技術[M].北京國防工業(yè)出版</p><p&g

100、t;<b>　　社.2002</b></p><p>　　[16]皮紅梅,李英順.單片機開發(fā)中的定時方法[J].沈陽石油化工高等專科學校學報.2002年12月</p><p>　　[17]Maxim公司.Newreleases Data Book[M].1996</p><p><b>　　附錄A</b></p>

101、;<p><b>　　各功能正常顯示圖片</b></p><p>　　附圖一：正常顯示時間</p><p>　　附圖二：鬧鐘定時時間 附圖三：正常顯示月日星期</p><p><b>　　附錄B</b></p><p>　　基于C語言的單片機數(shù)字鐘程序</p>

102、<p>　　#include<reg52.h></p><p>　　#define uint unsigned int</p><p>　　#define uchar unsigned char</p><p>　　sbit dula=P2^6; //數(shù)碼管段選</p><p>　　sbit wela=P2^7; //數(shù)

103、碼管位選</p><p>　　sbit fm=P2^0; //蜂鳴器</p><p>　　sbit s2=P3^4; //s2按鍵,設置調(diào)時</p><p>　　sbit s3=P3^5; //s3按鍵,加1</p><p>　　sbit s4=P3^6; //s4按鍵,減1</p><p>　　sbit s5=P3^

104、7; //s5按鍵,切換顯示</p><p>　　sbit led1=P1^0;</p><p>　　sbit led2=P1^1;</p><p>　　sbit led3=P1^2;</p><p>　　//sbit led4=P1^3;</p><p>　　//sbit led5=P1^4;</p>

105、<p>　　//sbit led6=P1^5;</p><p>　　//sbit led7=P1^6;</p><p>　　//sbit led8=P1^7;</p><p>　　uchar count;</p><p>　　uchar sec,minu,hour,day,week,mon;</p><p>

106、　　uchar n_sec,n_minu,n_hour; </p><p>　　uint year;</p><p>　　uchar set_2=1,set_5=1;</p><p>　　uchar hs,hg,mis,mig,ss,sg;</p><p>　　uchar nhs,nhg,nms,nmg,nss=0,nsg=0;</p&

107、gt;<p>　　uchar ms,mg,ds,dg,w;</p><p>　　//uchar code table[]={0XC0,0XF9,0XA4,0XB0,0X99,0X92,0X82,0XF8,0X80,</p><p>　　//0X90,0X88,0X83,0XC6,0XA1,0X8E,0X86,0xbf}; //0~F,-,共陽</p><p

108、>　　uchar code table[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,</p><p>　　0x07,0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71};//0-F,-,共陰</p><p>　　//uchar code table_d[]={0xbf,0x86,0xdb,0xcf,0xe6,0xed,0xf

109、d,</p><p>　　//0x87,0xff,0xef}; //0~9數(shù)組，帶小數(shù)點</p><p>　　uchar table1[]={31,31,29,31,30,31,30,31,31,30,31,30,31}; //閏年</p><p>　　uchar table2[]={31,31,28,31,30,31,30,31,31,30,31,30,31};

110、//非閏年</p><p>　　void delay(uint); //延時函數(shù)</p><p>　　void timer0(); //走時中斷函數(shù)</p><p>　　void jishi(); //計時函數(shù)</p><p>　　void key_change(); //切換顯示按鍵函數(shù)</p><p>　　void

111、 key_set(); //設置時間按鍵函數(shù)</p><p>　　void disp(uchar,uchar,uchar,uchar,uchar,uchar); //顯示函數(shù)</p><p>　　void zd_clock(); //整點報時函數(shù)</p><p>　　void nz_clock(); //鬧鐘函數(shù)</p><p>　　ucha

112、r incone(uchar); //加1函數(shù)</p><p>　　uchar decone(uchar); //減1函數(shù)</p><p>　　void set_time(); //設置時間函數(shù)</p><p>　　void set_clock(); //設置鬧鐘函數(shù)</p><p>　　void set_mdw(); //設置月日星期函數(shù)&

113、lt;/p><p>　　void main() //主函數(shù)</p><p><b>　　{ </b></p><p><b>　　EA=1;</b></p><p><b>　　ET0=1;</b></p><p><b>　　TR0=1;<

114、/b></p><p>　　TMOD=0x01;</p><p>　　TH0=0x4c; //50ms初值 晶振11.0592</p><p><b>　　TL0=0x00;</b></p><p>　　hour=23;minu=59;sec=49; //賦初值：23點59分49秒</p><p

115、>　　n_hour=12;n_minu=56;n_sec=13; //鬧鐘賦初值12點56分13秒</p><p>　　year=2009;mon=5;day=14;week=3;//年月日星期賦初值2009年5月14日星期四；</p><p><b>　　while(1)</b></p><p><b>　　{</b&g

116、t;</p><p>　　hs=hour/10; //時分秒HH.MM.SS</p><p>　　hg=hour%10;</p><p>　　mis=minu/10;</p><p>　　mig=minu%10;</p><p>　　ss=sec/10;</p><p>　　sg=sec%10;

117、</p><p>　　ms=mon/10; //月日-星期MM.DD.-W</p><p>　　mg=mon%10;</p><p>　　ds=day/10;</p><p>　　dg=day%10;</p><p><b>　　w=week;</b></p><p>　　

118、nhs=n_hour/10; //鬧鐘定時HH.MM.SS</p><p>　　nhg=n_hour%10;</p><p>　　nms=n_minu/10;</p><p>　　nmg=n_minu%10;</p><p>　　nss=n_sec/10;</p><p>　　nsg=n_sec%10;</p&g

119、t;<p>　　key_change(); //s5按鍵掃描</p><p>　　key_set(); //s2按鍵掃描</p><p>　　set_time(); //設置時間</p><p>　　set_mdw(); //設置月日星期</p><p>　　set_clock(); //設置鬧鐘 </p>&

120、lt;p>　　if(set_5==1) //正常走時顯示</p><p><b>　　{</b></p><p>　　disp(hs,hg,mis,mig,ss,sg);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　if(set_5==2) //設置時間,LED1閃亮</