基于單片機的定時報時系統(tǒng)

1、摘 要時間是現(xiàn)代社會中不可缺少的一項參數(shù),無論是平時生活還是社會生產都需要對時間進行控制,有的場合對其精確性還有很高的要求.采用單片機進行計時，對于社會生產有著十分重要的作用。本文首先介紹了單片機和時鐘的概念，然后根據設計要求提出系統(tǒng)總體設計方案，并設計各部分硬件模塊和軟件模塊，再用設計的具體軟件程序，用PROTEUS軟件進行仿真和調試,結果證明該設計系統(tǒng)的可行性。由于AT89S51系列單片機的控制器運算能力強，處理速度快，可以精確計時，很好地解決了實際生產生活中對計時高精確度的要求，因此該設計在現(xiàn)代社會中具有廣泛的適用性。關鍵詞：單片機；定時；報時；設計目 錄 第1章 簡介1一、基于單片機的

2、數(shù)字鐘介紹1 二、本系統(tǒng)的特點和功能介紹1第2章 硬件設計1 一、 總體設計方案1 二、 硬件結構設計2 1、51單片機的最小系統(tǒng) 2 2、顯示部分設計3 3、電源部分設計4 4、串口通信部分設計4 5、報時部分的設計4 6、鍵盤部分的設計5 7、總體硬件電路圖5第3章 軟件設計6 一、部分設計思想的說明6 二、參考程序9總結12參考文獻1316第一章 簡介一、基于單片機的數(shù)字鐘介紹1.單片機定義：“單片機”就是將計算機的基本部件集成到一塊芯片上，包括CPU（Central Processing Unit）、ROM(Read Only Memory)、RAM（Random Access Mem

3、ory）、并行口（Parallel Port）、串行口(Serial Port)、定時器計數(shù)器(Timer/Counter)、中斷系統(tǒng)(Interrupt System)、系統(tǒng)時鐘及系統(tǒng)總線等。2數(shù)字鐘介紹：時鐘是將小時、分鐘、秒鐘顯示于人的肉眼的計時裝置。而單片機模塊中最常見的正是數(shù)字鐘，數(shù)字鐘是一種用數(shù)字電路技術實現(xiàn)時、分、秒計時的裝置，與機械式時鐘相比具有更高的準確性和直觀性，且無機械裝置，具有更長的使用壽命，因此得到了廣泛的使用。而LED電子定時時鐘是以單片機為基礎的數(shù)字電路實現(xiàn)對時、分、秒的數(shù)字顯示的數(shù)字計時裝置,它的計時周期為12小時，另外應有校時功能和一些顯示日期、鬧鐘等附加功能

4、。由于時鐘的實用性和在人們生活中的重要性，所以嘗試設計以單片機為核心的數(shù)字時鐘是很有意義的。鐘表原先的報時功能已經原不能滿足人們日益增長的要求，現(xiàn)代的電子時鐘多帶有類似自動報警、按時自動打鈴、時間程序自動控制、定時廣播、自動起閉路燈、通斷動力設備、甚至各種定時電氣的自動啟用等功能。 二、本系統(tǒng)的特點和功能介紹1 特點：我所設計的是LED顯示的自動報時系統(tǒng)，是一種基于單片機技術的電子產品，用到的單片機芯片是AT89C52芯片，除此之外還包括晶振電路和復位電路構成單片機最小應用系統(tǒng)，還有按鍵電路，顯示電路，報時電路等等。計時方案采用軟件控制利用AT89C52單片機內部的定時/計數(shù)器進行定時，配合軟

5、件延時實現(xiàn)時、分的計時。2本單片機報時控制系統(tǒng)具備以下功能（1）有電子時鐘，定時鬧鈴功能。（2）時鐘顯示功能：4位LED從左到右依次顯示“分分秒秒”，采用12小時制顯示。（3）采用4個獨立按鍵（移位鍵、加1鍵、減1鍵、校時置入鍵）移位鍵：每按動移位鍵一次，小數(shù)點從左向右移動1位。加1鍵：對小數(shù)點所在位的數(shù)什進行十進制加1。減1鍵：對小數(shù)點所在位的數(shù)值進行十進制減1。校時置入鍵：將顯示的時間值置入實時時鐘的計時緩沖區(qū)。（4）預設定時時間到則發(fā)出鬧鈴聲第二章 硬件設計一、總體設計方案本LED定時鬧鐘，是以單片機及外圍接口電路為核心硬件，輔以其他外圍硬件電路，用軟件程序來實現(xiàn)的。單片機定時報時控制系

6、統(tǒng)硬件原理圖見設計原理圖如下圖所示。主控制器AT89C52晶振LED顯示電路復位電路報時電路鍵盤電路圖2-1 總體設計方框圖二、硬件結構設計 1、51單片機的最小系統(tǒng) （見圖2-2、2-3、2-4所示）在晶振電路中XTAL1、XTAL2為AT89C52中連接晶振的管腳，本系統(tǒng)中所使用的晶振頻率為12MHZ 。XTAL1為振蕩器反相放大器及內部時鐘發(fā)生器的輸入端，XTAL2為振蕩器反相放大器的輸出端。其中電容C18、C19起著系統(tǒng)時鐘頻率微調的作用，因此，在本定時報時系統(tǒng)的實際應用中一定要注意正確選擇參數(shù)（30±10PF），并保證對稱性（盡可能匹配），可能的話，溫度系數(shù)要盡可能的低。實

7、驗表明這兩個電容元件對時鐘走時誤差有較大關系。本系統(tǒng)采用了RC復位電路，其實現(xiàn)簡單，成本低，但復位可靠性相對較低。當振蕩器工作時，RST引腳出現(xiàn)兩個機器周期以上高電平將使單片機復位。2、顯示部分設計用4位LED七段數(shù)碼管作為顯示器，到達定時時根據計時系統(tǒng)的輸出狀態(tài)產生一脈沖信號，然后去觸發(fā)一音頻發(fā)生器實現(xiàn)報時。其驅動電路簡單。采用了兩片74HC595來驅動段碼，8個510歐姆的限流電阻。圖2-2 引腳圖 圖2-3 晶振 圖2-4 復位電路 圖2-4 LED顯示器圖2-5 顯示驅動部分 3、電源部分設計如果是用電池供電，就比較方便攜帶，但是本系統(tǒng)，采用了數(shù)碼管作為顯示器，功耗較大，需要經常更換電

8、池。況且，本系統(tǒng)的體積較大，即使使用電池供電也不能隨身攜帶，因此，用電池供電不大合適，所以用外部穩(wěn)壓電源來供電。應當說明的是，盡管有很多型號的7805三端穩(wěn)壓集成芯片，其標稱最大輸出電流均為1.5v，但在實際應用中，該最大的輸出電流值往往取決于兩個方面：足夠的散熱面積和不同的成產廠家。在設計中必須保證7805的輸入電壓Vi和輸出電壓Vo的壓差大于2.5v，否則會失去穩(wěn)壓能力；同時考慮到功耗問題，此壓差有不宜太大，太大則增加7805本身的功率消耗，增加芯片的溫升，不利于安全。因此，本系統(tǒng)采用9v直流穩(wěn)壓源。圖2-6 電源電路 4、串口通部分塊設計軟件程序可通過此口寫入51單片機中，其原理圖如圖2

9、-7所示。5、報時部分的設計報時指示可以有聲或光兩種形式，本系統(tǒng)采用聲音指示。關鍵元件是蜂鳴器，蜂鳴器有無源和有源兩種，前者需要輸入聲音頻率信號才能正常發(fā)聲，后者則只需外加適當直流電源電壓即可，元件內部已封裝了音頻震蕩電路，在得電狀態(tài)下即起振發(fā)聲。市場上的有源蜂鳴器分為3V、5V、6V等系列，以適應不同的應用需要，本系統(tǒng)采用5V有源蜂鳴器實現(xiàn)報時。由軟件產生方波輸出經三極管放大后驅動蜂鳴器發(fā)音，不用硬件振蕩電路，電路圖如圖2-8所示。圖2-7 串口通信電路 圖2-8 報時電路 6、鍵盤部分的設計如果設置過多按鍵，將會占用較多I/O口，而且會給布線帶來不便，因此采用4個獨立按鍵。由于按鍵較少，在

10、修改時間時就不能直接輸入，只能通過加或減完成，稍為麻煩一些，但其程序簡單，而且并不需要經常修改時間。圖2-9 鍵盤電路 7、總體硬件電路圖 通過Proteus畫出的總體硬件電路圖如下所示。圖2-10 總體硬件電路圖第三章 軟件設計一、部分設計思想的說明軟件設計的重點在于秒脈沖信號的產生、顯示的實現(xiàn)、以及按鍵的處理等?；谲浖拿朊}沖信號通常有延時法和中斷法。延時法一般采用查詢方式，在延時子程序前后必然需要查詢和處理的程序，導致誤差的產生，因此其秒脈沖精度不高；中斷法的原理是，利用單片機內部的定時器溢出中斷來實現(xiàn) 。本系統(tǒng)中所使用的晶振頻率為12MHZ，采用中斷的方法實現(xiàn)計時操作。根據工作流程，

11、軟件設計可分為以下幾個功能模塊：1、主程序：是系統(tǒng)軟件的主框架。結構化程序設計一般有“自上而下”和“自下而上”兩種方式，“自上而下”法的核心就是主框架的構建。它的合理與否關系到程序最終的功能的多少和性能的好壞。其流程圖見圖3-12、計時：系統(tǒng)定時采用定時器與軟件循環(huán)相結合的方法。定時器0每隔100MS溢出中斷1次，則循環(huán)中斷10次延時時間為1S，上述過程重復60次為1MIN，分計時60次為1H，小時計時12次則時間重新回到00：00，如果使用時鐘芯片，系統(tǒng)就不怕掉電且時間精確。但這種芯片比較貴，況且，設計本系統(tǒng)主要是為了學習單片機程序的編寫和調試以及設計硬件電路的一些方法，因此采用軟件的方法來

12、計時而沒有采用價格較高的時鐘芯片系統(tǒng)初始化定時器初始化定時器初始化串口初始化顯示待機指示符設定鬧鈴時間判設置鬧鈴時間否？顯示刷新啟動走時有關變量初始化刷新顯示判斷日期是否變化化否？秒指示判斷時間是否變化鬧鈴判是否到鬧鈴時間？延時YYYY圖3-1 主函數(shù)流程圖3、時間設置：由鍵盤出入設置當前時間4、LED數(shù)碼管掃描顯示：完成4位LED顯示5、鍵盤掃描：判斷是否有鍵按下，無鍵按下則循環(huán)等待，有鍵按下則求承諾鍵號并將鍵號送累加器A返回。程序中的去抖延時和循環(huán)等待延時都用顯示子程序來代替，從而保證隨時刷新顯示，軟件的去抖動的實質是軟件延時，即檢測到某一鍵狀態(tài)發(fā)生變化后延時一段時間，再檢測該按鍵的狀態(tài)是

13、否還保持著，如是則作為按鍵處理，否則，視為抖動，不予理睬。去抖中的延時時間一般參考資料多描述為10ms，實際應用中，應大于20ms，會導致按一次作多次處理，影響程序正常執(zhí)行。鍵盤管理程序的功能是檢測有無鍵閉和，如有鍵閉和，消除抖動，根據鍵號轉接到相應的鍵處理程序。其程序流程圖如圖3-26、報時處理：判斷時間是否到否，如時間到，則啟動報時處理程序。鬧鈴判別與鬧鈴處理的關鍵在于判別何時要進行鬧鈴，當任一位發(fā)生改變（進位）時，就必須進行鬧鈴判別，比較當前計數(shù)時間與定時時間是否相等，若相等則將鬧鈴標志位置數(shù)，開始響鈴。為了避免響鈴影響顯示，采用了每顯示幾屏以后在顯示程序中出現(xiàn)脈沖，驅動蜂鳴器，不會影響

14、顯示。之后對按鍵進行判斷，程序設計思想如圖3-3。開始置P2口為輸入方式延時12ms消除鍵抖動0#鍵功能程序有鍵閉合否P2.0=0?P2.1=0?P2.2=0?1#鍵功能程序2#鍵功能程序有鍵閉合否NNNNNYYYYY 圖3-2 鍵盤管理程序流程圖 分十位、個位，秒十位、個位改變了設置鬧鈴標志是否設置了鬧鈴清除鬧鈴標志判當前時間是設定時間中斷返回中斷返回鬧鈴判別處理 圖3-3 鬧鈴實現(xiàn)思想流程圖二、參考程序#include<reg52.h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned intucharcode seg17=0xfc

15、,0x60,0xda,0xf2,0x66,0xb6,0xbe,0xe0,0xfe,0xf6,0xee,0x3e,0x9c,0x7a,0x9e,0x8e,0x00;uint min,sec,hour,sec1,sec2,min1,min2,n,hour1,hour2;sbit beep=P14; ；位尋址，P1.4接的蜂鳴器void delay(uchar tt) ；延時處理 uchar i;for(;tt>0;tt-)for(i=0;i<200;i+);void LED(uchar d1,uchar d2) ；顯示部分 INT0=0;SBUF=d2;while(!TI);TI=0;

16、SBUF=d1;while(!TI);TI=0;INT0=1;void init1() ；初始化變量 min=0;sec=0;hour=0;sec1=0;sec2=0;min1=0;min2=0;hour1=0;hour2=0;TMOD = 0x01;TH0 = (0xffff-50000)/256;TL0 = (0xffff-50000)%256;IE=0x82;TR0 = 1;void clock() ；報時處理 if(min=00&sec=04)beep=0;delay(100);beep=1;void TT() interrupt 1 ；定時器0中斷處理函數(shù)入口 TH0 = (

17、0xffff-50000)/256;TL0 = (0xffff-50000)%256; n+; if( 20=n ) n=0; sec+; if(sec=60) sec=0; min+; if(min=60) min=0; hour+; if(hour=12) hour=0; sec1=sec/10; sec2=sec%10; min1= min/10; min2=min%10; hour1= hour/10; hour2= hour%10; main() ；主函數(shù)入口 SCON=0x00;init1();while(1) clock（）；LED(segmin1,0xef);delay(10)

18、;LED(segmin2,0xdf);delay(10);LED(segsec1,0xbf);delay(10);LED(segsec2,0x7f);delay(10);總 結由于時間，還有能力與精力的關系，對程序還不完善，鍵盤處理部分的程序未能加入進去，該系統(tǒng)還需要以后進行完善。 通過本次的課程設計，我學會了單片機的一般設計過程，通常都要進行系統(tǒng)擴展與配置，因此，要完成一個單片機的設計工作，必須依次做到下述工作：1、硬件電路的設計、組裝與調試；2、應用軟件的編寫、調試；3、完整應用軟件的調試、固化和脫機運行。而在進行硬件系統(tǒng)設計時我們應當盡量做到：（1）、盡可能的選擇典型電路，并符合單片機的常規(guī)使用方法；（2）、在充分滿足系統(tǒng)功能要求前提下，留余地以便于二次開發(fā)；（3