多功能数字电子钟的设计与实现.doc
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1、 目录1 引言41.1 多功能电子钟的研究背景和选题意义42 方案设计与选择:53 整体设计思路64、主要元件介绍74.1 AT89C51单片机芯片74.2 数码管84.3 7407驱动器95 电路设计105.1整体设计105.2 分块设计1052.1 输入模块1052.2 输出模块1152.3 晶振与复位电路:125.3 整体电路图126.1程序思路146.2程序设计步骤156.3程序的主要模块156.3.1延迟程序156.3.2 中断服务子程序:156.3.3 主程序166.3.4显示程序176.3.5 闹铃程序和定时程序186.4程序调试187 日历功能的实现188 电子钟设计中遇到的问
2、题及其解决方法20参考文献22致谢25声 明26摘要:本文所要论述的课题,主要使用以AT89C51芯片作为核心,运用12MHZ晶振与单片机AT89C51相连接,采用动态扫描方式显示作为主要论述中心。通过使用单片机和在显示电路加上7407驱动电路,以达到实现在6个LED数码管上显示出时间,日期,定时,闹钟四大功能,并通过键位操作,达到日期设定,时间调整,闹钟设定,倒计时的功能。在实现各个功能的时候数进行相对应的显示,蜂鸣器的启动和键位控制声音停止。软件部分,本设计主要采用微机汇编语言进行实现,其中分为显示,调时,延迟,闹钟,日起调整等部分。关键词:多功能电子钟;单片机技术;微机汇编语言;动态扫描
3、技术 Design of LED Show Electric Clock Based on Microprocessor This design uses a 12 MHZ crystal to connect with the machine AT89C51, takes AT89C51 chips as core. It adopts the dynamic state of the scanning method to show. Using this MCU and 7407 drive electric circuit, we are able to show date, time,
4、 fix the time, make bell on 6 LED figures tubes. We can use 6 key to constitute date, adjust time, enact the bell and set the countdown timer. When the electric carrying out each function, the figures tube show the tight function .When the alarm clock and the countdown timer were reached, the voice
5、begins. While 3 or 4 is pressed, the voice stops. The software part is realized by assembler language. It was divided into to show, delay, adjust, make bell, in fixed time, adjust date etc. part. We get the end purpose combining the software and the hardware.Keyword: Electric clock MCU Dynamic state
6、 scaning assembler language1 引言1.1 多功能电子钟的研究背景和选题意义 时间对于人类的重要意义不言而喻,正如郭沫若老先生曾经说过的一样:时间就是生命,时间就是速度,时间就是力量。 而伴随这人类发展的历史,我们可以发现人们对于时间的认识和利用。从远古时代的日月交替,影长变化到封建时期的圭表,水漏计时,从18世纪的机械钟表时代到现在被广泛应用的电子钟时代,人们对于时间的认识和利用都在不断的深化。 从十八世纪初期开始的工业革命时代到今天的数字电子时代,一直被誉为人类历史上的又一大重要革命,对于钟表的发展来说,从机械手表进入到数字电子时钟时代,这也同样是一场伟大的变革。
7、 伴随着十九世纪末,二十世纪初电子技术作为一门新兴技术的发展,电子钟的问世成为了必然。机械式钟表虽然同样能告诉我们时间,但是因为其自身的发展因素,在对于时间精准度的把握和多样性的应用中受到极大的限制,而电子钟自问世以来正以前所未有的速度不断优化和创新,向着时间精准化,功能多样化,体积最小化和能耗最低化的方向迅速发展。 到了今天,电子钟采用数字电子电路的技术实现对时、分、秒的数字化显示被广泛应用于个人生活,家庭室内,室外广场,各大交通车站等公共场所,成为人们日常生活中必不可少的生活必需品。因为数字集成电路的发展和石英晶体震荡技术的广泛使用,使得数字电子钟对于时间要求的精准度远远超过历史所有计时工
8、具,并且其新增的各种报时功能、响应功能、日历功能、定时功能给人们日常生活带来了极大的便利,所以,多功能数字电子钟在以后的社会生活市场中具有广泛的应用前景和极大的竞争力。本文选题以多功能电子钟为切入点,才用电路集成技术,以单片机和微机汇编语言作为软硬件的技术基础,采用AT89C51芯片作为核心不仅保障了时间精准度,而且可以不断进行更新换代,加入更多的生活需求功能,降低了数字电子钟的开发和制造成本,大大提高了其社会竞争能力。2 方案设计与选择:方案一:脉冲信号源的选择。用555定时器制作的多谐振荡器,信号发生器,脉冲芯片等方式都可以作为脉冲信号源,在此我选择的是多谐振荡器,主要考虑的是它的易于制作
9、和很好的稳定性。 方案二:以石英晶体振荡器和分频器组成脉冲发生器,以六十进制秒,分计数器及二十进制时计数器组成校对电路,辅以使用晶体管显示电路,通过脉冲波分别控制时,分,秒,日期四个计数器,分别显示组成电子钟电路。方案三:以AT89C51为芯片,采用单片机技术,作为核心,以7407驱动器为输入标准装置,用数码管显示电路,组成电路。该电路连接清晰,方便,同时对于各功能的具体使用可以采用汇编程序,分块编程,对于功能处理方便,本次设计主要选用的主要方案。3 整体设计思路 本文主要的介绍对于文章的整体设计思路,具体如下:认真复习单片机原理和微机汇编语言 参阅资料 选择最佳元件,熟悉各部件的功能和使用
10、分析各部分电路主要功能和实现可能性设计各部分电路并进行整合完成整体电路图确定各软件编程结构 思路编辑各个功能的单元编辑模块整合各个单元模块,编辑完成整体程序对主体程序进行调试,及时修改实际动手 组装实物完成实物,进行实物测试,进行最后调整完成任务书 撰写论文完成 要实现上述功能,本文主要采用单片机中AT89C51芯片作为主要处理器。AT89C51芯片是一款低功耗,高性能的CMOS8位单片机,其中含有4KB可以在线编程的可反复擦写的Flash只读程序存储器,使用高密度,非易失性存储技术,兼容标准MCS- 51指令系统及80C51引脚结构,既能够达到需求目标,又可以大大降低经济成本。 关于软件方面
11、,本次主要采用单元模块程序设计方法,将主要功能分解,这样能够大大减小其编写难度,使程序各功能有条不紊,又便于添加各种需求功能。将程序单元主要分解为显示单元,调时单元,闹钟单元,定时单元,此方法关键在于各功能单元之间的兼容性和配合,认真处理此处为软件部分的重中之重。本次设计主要依照此流程图操作,能够保证有条不紊的执行。 首先,在编程之前必须了解硬件结构尤其是各引脚的用法,以及内部寄存器、存储单元的用法,否则,编程无从下手,电路也无法设计。这是前期准备工作。第二部分是硬件部分:依据想要的功能分块设计设计,比如输入需要开关电路,输出需要显示驱动电路和数码管电路等。第三部分是软件部分:先学习理解汇编语
12、言的编程方法再根据设计的硬件电路进行分块的编程调试,最终完成程序设计。第四部分是软件画图部分:设计好电路后进行画图,包括电路图和仿真图的绘制。第五部分是软件仿真部分:软硬件设计好后将软件载入芯片中进行仿真,仿真无法完成时检查软件程序和硬件电路并进行修改直到仿真成功。第六部分是硬件实现部分:连接电路并导入程序检查电路,若与设计的完全一样一般能实现想要的功能。最后进行功能扩展,本设计加进了日期显示与调整功能。4、主要元件介绍 关于本文中需要使用到的主要元器件进行简单介绍,了解包括AT89C51单片机、74LS07芯片、以及数码管在内的各元件功能特性。4.1 AT89C51单片机芯片 作为本次设计中
13、使用的核心元件,其结构如下:图4.1.1 单片机引脚图引脚介绍:VCC为电源电压引脚 GED为接地引脚 P0,P1,P2,P3为输入输出端口引脚 RST为复位引脚 XTAL1和XTAL2为复位电路引脚gfabeddpc87109612345abcdefg4.2 数码管gfabeddpc87109612345abcdefg 图4.2 数码管 使用共阴极数码管时将6个数码管按相同功能连接起来,3与8相连,当选通端所接管脚为低电平时该数码管选通。 单片机的P2口作为选通端,连接各数码管的3、8引脚轮流显示,连接时要加7407和上拉电阻。 单片机的P1口作为功能段,通高电平的引脚会使相应段亮起,同样的
14、也要与7407和电阻连接使用。4.3 7407驱动器 此驱动器是集电极开路六正相高压驱动器,1入2出,3进4出,5进6出,9进8出,11进10出,13进12出,7接地,14接高电平。其引脚图如下: 其逻辑图如下: 5 电路设计5.1整体设计 此次设计主要是应用单片机来设计电子时钟,硬件部分主要分以下电路模块:显示电路用六个数码管分别显示小时(年份)、分钟(月份)和秒(日),通过动态扫描进行显示,从而避免了译码器的使用,使电路更加简单。单片机采用AT89C51系列,这种单片机应用简单,适合电子钟设计。电路的总体设计框架如下:单片机输入部分晶振和复位输出部分图4.1.1 电路模块图 5.2 分块设
15、计 这部分主要对总体电路设计中各模块电路的分析和分块电路设计。52.1 输入模块 在电子钟的设计与实现中,时间调整,日期调整和闹铃调整都需要手动输入,需要一定的外部设备来与之匹配,譬如,使用手动按键调整。在选用输入端口时可以与主芯片的P3引脚进行输入连接。 图4.21 输入电路设计52.2 输出模块 显示电路主要是讲六个数码管与主芯片的输出引脚连接,在实际电路中采用单个数码管相连进行显示,先把数码管的1、2、4、5、6、7、9、10对应相连,然后把各晶体管的3和8引脚各自相连,P1.6P1.0分别接ag,P2作为选通端P2.0P2.5分别从左到右接各数码管的3、8端。采用动态显示, 即一位一位
16、地轮流点亮各位显示器18,因此P2.0P2.5轮流置0。持续时间为1ms,这点在程序部分还会讲到。具体电路连接如下:图4.2.2 显示模块电路52.3 晶振与复位电路: 晶振与复位电路主要作用是保证电子钟时间的走时精准度和其复位,是电子钟使用与设计中最主要的模块,也是校验时钟是否合格的硬性标准。具体电路如下:图4.2.3 晶振与复位电路5.3 整体电路图 将以上三部分模块电路整合,以AT89C51主芯片为核心进行总体连接,组成本次整体电路图。具体电路如下: 图4.4 整体电路图6 程序设计6.1程序思路初始化判断按键显示按下3键按下1键按下2键若无按键调时调闹钟调定时显示所调时间显示闹铃时间显
17、示定时时间调整时限到 或有其他输入图5.1.1 程序设计思路以电路为基准,程序的总体思路是: 1、按键复位,将时间清零,以0时0分0秒作为操作起点。 2、将复位下分三个功能键,键1为时间调整,键2为闹铃调整,键3为定时调整。进行时间调整时在键1功能下细分两个功能键,键4为调时,键5为调分,若3秒钟没有进行键位的继续操作,则自动去取消键位操作,恢复走时,下同。 3、在键位操作时启用键2进行闹铃调整,键4与键5同样为时,分调整。此时只有前四位进行显示,即闹铃功能精确到分,2秒钟无按键则返回时间显示,时间到达闹铃所定时间时P0.7输出高电平,蜂鸣器响,按下按键2或3时蜂鸣器停止。 4、按3键时进行定
18、时的设定,同样,分别通过4、5调整分和秒,若两秒未按键则不进行定时,设定之后再次按下3键则进行倒计时,倒计时时间未到时若按下1键则进行时间显示;若倒计时时间到则P0.7为高电平,蜂鸣器响。定时的最大值为59分59秒。 在程序设计时,尽量改进算法,算法的改进可以使相对误差减小,或者可以使占用空间减小。另外,分块的设计思想要贯穿始终,整个程序较为繁杂,某些程序段会反复用到,因此采取的方法是写出多个程序段,通过跳转指令进行调用。6.2程序设计步骤 首先,在定时器设计之中,计数器作为重要组成部分,本次主要选择计时器T0作为主计时器。 T0的主要工作方式: 方式0:不推荐 方式1:16位计数器,常用 方
19、式2:自动重装初值的8位定时/计数器 方式3:T0相当于两个独立的8位定时/计数器 其次,此程序采用方式1,方式1的定时时间t为t=(216-M)*12/fosc。其中M为定时器初值,fosc为12MHz,若M为0则t=65536*12/2*106=65.536ms。因此可取50ms为计时单位16,初值M应为50*10-3*106=216-M。M=15536=11110010110000=3CB0。即定时器初值为TH0=03CH,TL0=0B0H。定时器中断20次为一秒,这部分在中断程序中用到。 第三步就是进行具体的程序编写工作。6.3程序的主要模块6.3.1延迟程序 在动态扫描时,必然用到延
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