基于單片機的數(shù)字時鐘設(shè)計

1、單片機數(shù)字時鐘一、總體概述摘 要本設(shè)計采用89s52系列單片機作為時鐘的控制核心，電路使用了八個數(shù)碼管作為時鐘顯示，用計數(shù)器中斷程序作為了一秒鐘的精確計數(shù)，并用按鈕實現(xiàn)了調(diào)鬧鐘時間和時鐘時間的校對功能。關(guān)鍵詞：單片機、控制、顯示、調(diào)時。abstractthis designs adopting a single slice of the 89 s52 serieses machine is the control core of the clock, the electric circuit used eight piece code tubes as the clock manifestat

2、ions,the precision that used to count the machine interruption procedure conduct and actions for a second count, counteracting a button to carry out to adjust check of the alarm clock time and the clock time function.二、 競賽賽題及要求單片機音樂演奏基本要求：1、利用單片機演奏一和諧的音樂，音樂時長不少于兩分鐘；2、能夠隨時實現(xiàn)中斷； 3、能夠手動調(diào)節(jié)音樂重復(fù)次數(shù)。 發(fā)揮部分：1

3、、音樂演奏時同時有彩燈閃爍伴奏。 2、用按鍵實現(xiàn)多首音樂間的選擇，且任何時間都能選擇本時鐘程序采用了c語言與匯編語言相結(jié)合的方案，使用c主要是考慮到本人學(xué)習(xí)單片機的時間很短，而此次競賽又迫在眉睫，對于開發(fā)時間如此緊的競賽， c語言有著匯編無可比擬的優(yōu)勢。c語言是一種編譯型程序設(shè)計語言，它兼顧了多種高級語言的特點，并具備匯編語言的功能。c語言有功能豐富的庫函數(shù)、運算速度快、編譯效率高、有良好的可移植性，而且可以直接實現(xiàn)對系統(tǒng)硬件的控制。c語言是一種結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計語言，它支持當(dāng)前程序設(shè)計中廣泛采用的由頂向下結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計技術(shù)。此外，c語言程序具有完善的模塊程序結(jié)構(gòu)，從而為軟件開發(fā)中采用模塊化程序設(shè)

4、計方法提供了有力的保障。因此，使用c語言進行程序設(shè)計已成為軟件開發(fā)的一個主流。用c語言來編寫目標系統(tǒng)軟件，會大大縮短開發(fā)周期，且明顯地增加軟件的可讀性，便于改進和擴充，從而研制出規(guī)模更大、性能更完備的系統(tǒng)。三、方案選擇與論證 根據(jù)題目要求，電路總共可分為以下幾個基本模塊，對于各個模塊的實現(xiàn)，有以下一些設(shè)計方案，均進行了可行性分析，最終選擇了最實際可行的方案。軟件部分：1、 計時控制方案方案一：使用專用時鐘芯片。使用微控制器控制專用時鐘芯片實現(xiàn)計時控制，這種方案有著計時精度高、控制簡單的優(yōu)點，而且更易于實現(xiàn)日期/時間顯示、定時烹調(diào)等計時擴展功能。方案二：采用mcu內(nèi)部定時器。at89s52內(nèi)部含

5、有2個定時器，可以利用一個定時器與程序計數(shù)器相結(jié)合的方式，在系統(tǒng)晶振的驅(qū)動下，產(chǎn)生標準時鐘頻率。由于方案二具有較好的靈活性、較少的電路器件和較高的性價比，而且通過精確的軟件補償使精度完全可以滿足控制需要，所以我們選擇該方案完成設(shè)計。2、主控制器模塊主控制器的選擇對電路功能的實現(xiàn)尤為重要方案一：單片機和數(shù)字芯片結(jié)合使用，這樣的好處是能減少單片機的工作量，使電路不單純的只依賴于單片機工作，但是如果使用數(shù)字芯片，就有點違背題目初忠，單片機的功能也不能直觀的顯現(xiàn)出來。而且相對來說成本要高。電路也不夠簡略。方案二：單獨使用單片機控制，它的好處是外圍電路比較簡單直觀，所有的控制都只需用軟件程序來實現(xiàn)，對于

6、單片機來說，時鐘程序遠不夠它自身的承受量，所以只要程序編的合理，就能比較方便的實現(xiàn)?；谏鲜隼碚摲治?，擬選擇方案二。3、顯示電路模塊(1)顯示器件的選擇：方案一：采用點陣顯示，可做成表盤顯示，但是點陣顯示成本較高，同時所需資源也較多，控制比較繁瑣，編程較繁瑣。方案二：采用數(shù)碼管顯示，這種顯示方法比較直觀，也比較切合現(xiàn)實生活，而且對于電路的設(shè)計來說比較方便，節(jié)省了電路板的空間，使用三極管驅(qū)動后所需電壓也相對較低，穩(wěn)定性也相對較高，而且編程較簡單。方案三：使用點陣式lcd點陣液晶可以顯示多種字符及圖形，擁有友好的人機界面及強大的顯示功能。特別適用于智能控制的可編程人性化顯示。但是技術(shù)含量過高，實現(xiàn)

7、非常復(fù)雜，需要完成大量的顯示工作，其功能也是最強大的。采用點陣式lcd，可以將用戶需求及時顯示出來，使用戶自定義輸入變得非常方便。但由于我們所設(shè)計系統(tǒng)無須如此復(fù)雜便可加以實現(xiàn)，而且考慮到市場價格問題。權(quán)衡之后方案二作為顯示電路的實現(xiàn)。 (2)顯示器件個數(shù)的選擇：方案一：十六個數(shù)碼管顯示，這樣可以把時鐘時間和日期分開顯示，直觀性很強，但是資源比較浪費。方案二：八個數(shù)碼管顯示，用按鍵實現(xiàn)對時鐘和日期的顯示，因為在實際生活中我們對日期顯示的需求并不在每時每刻，所以大可在需要時再顯示。這樣就減少了八個數(shù)碼管的占用空間和成本。綜上理論分析，擬選擇了第二種方案。(3)數(shù)碼管與單片機的接口選擇方案一：用74

8、138和7447集成芯片連接,對輸出端口進行擴展，這樣可以減少輸出端口，但在時鐘電路中所需控制的輸出設(shè)備不多，用這種方案會使外圍電路復(fù)雜，而且一些p口閑置浪費。方案二：直接與端口連接，使得外圍電路直觀簡單，在編程序時也會顯得簡單明了?；谏鲜隹紤]，擬采用方案二。4、調(diào)試按鍵模塊方案一：使用鍵盤控制，它的效果比較直觀，能直接根據(jù)需要按鍵，直接得出所需的數(shù)值，而且對程序的要求也不需很大，但使用的按鈕量較多，占的空間也較大，而且實際實用性不強。方案二：采用獨立式按鍵電路，每個鍵單獨占有一根i/o接口線，每個i/o口的工作狀態(tài)互不影響，此類鍵盤采用端口直接掃描方式。缺點是當(dāng)按鍵較多時占用單片機的i/o

9、數(shù)目較多，優(yōu)點是電路設(shè)計簡單，且編程極其容易?？紤]到時鐘控制在實際使用時的資源量并不大，使用按鈕控制可以大大減少按鍵的使用量。綜上理論分析，由于該系統(tǒng)采用了常規(guī)鐘表式的校對方式，用鍵較少，系統(tǒng)資源足夠用，擬選擇了第二種方案作為調(diào)時電路的實現(xiàn)。5、電源模塊方案一：取用單片三端穩(wěn)壓集成7805，電路簡單、穩(wěn)定可靠，且成本低，穩(wěn)壓效果好。6、鬧鐘聲光報警模塊方案一：取用蜂鳴器和數(shù)只發(fā)光二極管組成，電路簡單，單片機編程容易，調(diào)試簡單，但電路的可觀性與娛樂性不高。方案二：取用單片機編程音樂輸出，數(shù)十只不同顏色的發(fā)光二極管排列成不同的圖形，利用單片機編程控制發(fā)光管作不同的閃爍，可觀性與娛樂性都大大提高，又

10、能突出單片機在多功能控制的特點。四、系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)電路圖工作原理：利用單片機89s52作為本系統(tǒng)的中控模塊。電路設(shè)有四個按鍵，一個為功能選擇開關(guān)，能夠選擇調(diào)節(jié)時間、日期、第一個鬧鐘、第二個鬧鐘；第二個為“加”按鈕，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)字的累加；第三個為“減”按鈕，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)字的遞減；第四個為確定選擇開關(guān)。電路程序取用單片機內(nèi)部其中一個定時中斷系統(tǒng)作為基準秒頻，這樣能夠使cpu達到最大利用。功能調(diào)節(jié)時顯示電路仍然能夠達到同步顯示。當(dāng)調(diào)節(jié)的鬧鐘時間與時鐘顯示的時間相等時，聲光報警電路動作，取用lm386能夠放大單片機輸出的音頻信號，推動揚聲器發(fā)出樂耳的音樂；利用80只不同顏色的發(fā)光二極管排列成奧運五環(huán)，在單片

11、機的驅(qū)動下能夠以不同方式閃爍發(fā)光，使人耳目一新。三、系統(tǒng)的硬件設(shè)計與實現(xiàn)時鐘程序的整體設(shè)計方案是用單片機驅(qū)動電路控制時鐘顯示，為顯示提供電源，用軟件程序控制時種運行和各種調(diào)節(jié)功能。1、電源電路取用單片三端穩(wěn)壓集成7805，電路簡單、穩(wěn)定可靠，且成本低，穩(wěn)壓效果好。圖12 電源電路設(shè)計2、顯示電路采用八只共陽數(shù)碼管作為時鐘電路的顯示。數(shù)碼管的ah分別并聯(lián)在一起，由單片機的p0口控制，每只數(shù)碼管的共陽極分別接一只pnp三極管驅(qū)動，三極管具有電流放大作用。3、單片機基本電路單片機基本電路是使單片機正常工作所需要的最基本的電路，包括有復(fù)位電路，時鐘電路,電源電路。4、按鍵電路五、單片機軟件程序：1、時

12、鐘程序（單片機一）#includesbit a0=p10;sbit a1=p11;sbit a2=p12;sbit a3=p13;sbit a4=p36;sbit a5=p31;static char jp10=0xee,0xde,0xbe,0x7e,0xed,0xdd,0xbd,0x7d,0xeb,0xdb;static char lie4=0xef,0xdf,0xbf,0x7f;char ledxs8;static char ledwei8=0x7f,0xbf,0xdf,0xef,0xf7,0xfb,0xfd,0xfe;static char led10=0xc0,0xf9,0xa4,0x

13、b0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90;unsigned char hour,minute,second;unsigned int c100us; /100us計數(shù)單元unsigned int m,h,key,j=1,k=1,kk=1,mo,da,ye,m1=61,h1=25,m2=61,h2=25;/void wait(unsigned int i) /延時函數(shù)unsigned int j; for(j=0;ji;j+);/anniu() /按鈕函數(shù)key+; wait(2000);/void displayled(void) /顯示函數(shù)unsigned char

14、i; for(i=0;i4)q=0; if(key7)p=0; w+; if(w=100)key=0;w=0; if(k=1) if(minute=m1)&(hour=h1) a5=0;a4=1; /達到鬧鈴時間響鈴 if(kk=1)if(minute=m2)&(hour=h2) a5=0;a4=1; if(a1=0)a5=1;a4=0;if(minute=m1)k=0;if(minute=m2)kk=0; if(minute=(m1+1)&(minute!=m2) a5=1;a4=0;k=1;if(a5=1)m=minute;h=hour; /過一分鐘后停 if(minute=(m2+1)&

15、(minute!=m1) a5=1;a4=0;kk=1;if(a5=1)m=minute;h=hour; if(a3=0) /顯示鬧鐘時間 anniu();if(key=1) ledxs0=ledh1/10; ledxs1=ledh1%10; ledxs2=0xbf; ledxs3=ledm1/10; ledxs4=ledm1%10; ledxs5=0xbf; ledxs6=led0; ledxs7=led0; while(1) if(a3=1)key=2;goto aa; displayled(); aa: if(key=2) ledxs0=ledh2/10; ledxs1=ledh2%10

16、; ledxs2=0xbf; ledxs3=ledm2/10; ledxs4=ledm2%10; ledxs5=0xbf; ledxs6=led0; ledxs7=led0; while(1) if(a3=0)key=3;goto aa; displayled();key=0; 六、功能測試及結(jié)果分析 時鐘最主要的是精度的調(diào)節(jié)，對此我們做了多次試驗來調(diào)節(jié)時鐘的精度。精度的實現(xiàn)主要是由單片機的計數(shù)器控制，我們所用的晶振是12m的，即周期為(1/12000000)s，經(jīng)過計算，將一秒鐘分割成20000*600個晶振周期，所以在計數(shù)器的高低位參數(shù)設(shè)定時，用了(ffff-600)來計數(shù)，但是由于實際運用中，這樣的計算還是有挺大的誤差，因此，在調(diào)試過程中，做了多次的修改。具體測試如下：測試次數(shù)測試時間誤差備注第一次一小時快三秒修改第二次一小時慢兩秒修改第三次兩小時快兩秒修改第四次三小時快兩秒修改第五次三小時快一秒半修改第六次三小時慢一秒修改第七次三小時快不到半秒修改自行發(fā)揮部分：用了奧運五