基于單片機(jī)的數(shù)字式電子鐘的設(shè)計(jì)與制作

1、收稿日期:2006-01-13作者簡介:劉盛雄(1978-,男,福建寧德人,碩士研究生,主要從事智能傳感器系統(tǒng)以及數(shù)字醫(yī)療儀器方面的研究.計(jì)算機(jī)與自動(dòng)化基于單片機(jī)的數(shù)字式電子鐘的設(shè)計(jì)與制作劉盛雄a,周 奇b,韋云隆b(重慶工學(xué)院a.電子信息與自動(dòng)化學(xué)院;b.生物工程學(xué)院,重慶 400050摘要:介紹了基于ATMEL 公司的AT 89C51系列單片機(jī)的數(shù)字式電子鐘的路設(shè)計(jì)與制作,包括硬件電路原理、設(shè)計(jì)與制作,并分析了相應(yīng)的軟件的設(shè)計(jì)及其要點(diǎn),包括軟件設(shè)計(jì)流程、整機(jī)仿真與調(diào)試.關(guān) 鍵 詞:單片機(jī);數(shù)字式電子鐘;蜂鳴器;數(shù)碼管中圖分類號(hào):TP23 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):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 引言本文中通過使用ATMEL 公司的AT89C51系列單片機(jī)制作了一個(gè)數(shù)字式電子鐘.該數(shù)字式電子鐘由單片機(jī)控制并通過6個(gè)共陽極的高亮度LED 數(shù)碼管動(dòng)態(tài)地顯示秒、分鐘以及小時(shí)1-2,誤差控制到每小時(shí)20ms 以內(nèi).另外還有準(zhǔn)點(diǎn)報(bào)時(shí)的功能,每當(dāng)?shù)竭_(dá)準(zhǔn)點(diǎn)時(shí)蜂鳴器就會(huì)發(fā)出有節(jié)奏的提示音.1 硬件電路原理及設(shè)計(jì)如圖1所示,以AT 89C51單片機(jī)作為控制部件.該型號(hào)單片機(jī)一共有40個(gè)引腳,P1口進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送,P2

5、口進(jìn)行數(shù)碼管的選通,另外還有時(shí)間基準(zhǔn)電路部分、時(shí)間調(diào)整電路部分和準(zhǔn)點(diǎn)報(bào)時(shí)電路部分.第20卷 第8期Vol.20 No.8重 慶 工 學(xué) 院 學(xué) 報(bào)Journal of Chongqing Institute of Technology2006年8月Aug.2006以P1口的7個(gè)引腳(P1.0P1.63作為小時(shí)、分鐘和秒顯示的數(shù)據(jù)傳送通道.因?yàn)閱蝹€(gè)數(shù)碼管是由7段發(fā)光二級(jí)管構(gòu)成的,在本設(shè)計(jì)中不使用小數(shù)點(diǎn),所以使用P1口的7個(gè)引腳就可以進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送及顯示,將6個(gè)數(shù)碼管按相同的管腳功能串聯(lián)在一起,并通過限流電阻連到P1口的7個(gè)引腳(P1.0P1.6,當(dāng)數(shù)據(jù)信息從P1口輸出時(shí)各個(gè)數(shù)碼管都能接收到該數(shù)據(jù)信

6、息 .圖1 硬件電路原理圖P2口(P2.0P2.2以及P2.5P2.73分別接到6個(gè)三級(jí)管的基極,6個(gè)三級(jí)管的集電極與電源相連,而各發(fā)射極則通過限流電阻分別接到相應(yīng)的6個(gè)數(shù)碼管的陽極.P2口(P2.0P2.2以及P2.5P2.7作為各數(shù)碼管的選通控制信號(hào)通道,各引腳接上拉電阻,當(dāng)某一管腳輸出高電平時(shí),則使相應(yīng)的三級(jí)管導(dǎo)通,從而將高電平通過限流電阻加到了相應(yīng)的數(shù)碼管,此時(shí),該數(shù)碼管即被選中執(zhí)行顯示功能.在此6個(gè)數(shù)碼管中,其中2個(gè)數(shù)碼管輪流分別顯示秒鐘的個(gè)位和十位,另2個(gè)數(shù)碼管顯示分鐘的個(gè)位和十位,余下2個(gè)數(shù)碼管顯示小時(shí)的個(gè)位和十位.由12M 晶振與兩個(gè)30pf 的電容2構(gòu)成的時(shí)鐘電路作為整個(gè)電子

7、鐘的時(shí)間基準(zhǔn),在此值得一提的是所選晶振的頻率必須與程序中所引用的時(shí)間基準(zhǔn)頻率相致,這樣才能保證電子鐘走時(shí)準(zhǔn)確.P3口的2個(gè)引腳(P3.0P3.13分別用來做分鐘和小時(shí)調(diào)整.這2個(gè)引腳通過開關(guān)與地相接,按下相應(yīng)的按鈕會(huì)使相應(yīng)的引腳變成低電平,同時(shí),單片機(jī)獲得該信號(hào)并發(fā)出指令使分鐘或時(shí)間的顯示數(shù)字增加;在復(fù)位電路中,采用兩個(gè)電阻分壓的接法接到單片機(jī)RST 引腳4.蜂鳴器接在P0.7腳上3,該腳接以上拉電阻,并由一個(gè)三級(jí)管作放大,當(dāng)準(zhǔn)點(diǎn)到達(dá)時(shí)P0.7給出高電平使三級(jí)管導(dǎo)通,蜂鳴器通電后就發(fā)出有節(jié)奏的提示音,未到達(dá)準(zhǔn)點(diǎn)時(shí),P0.7給出低電平,蜂鳴器不發(fā)音.2 軟件設(shè)計(jì)流程 程序框圖如圖2所示:圖2 程

8、序框圖在具體的匯編語言程序中5-7,采用定時(shí)器T 0,并工作于方式1,由于采用了12M 的晶振,所以該種方式下的最大定時(shí)間隔為216 1 m =65.536ms,所以在本設(shè)計(jì)中采用的定時(shí)間隔為50ms 2,這樣經(jīng)過20個(gè)定時(shí)間隔恰好是1s 的時(shí)間.在計(jì)時(shí)程序中,用20H 表示50ms 單元,用21H 表示s 單元,用22H 表示min 單元,用23H 表示h 單元.當(dāng)20H 中的數(shù)據(jù)為14h(轉(zhuǎn)為十進(jìn)制即為20時(shí),表明1s 時(shí)間到了,此時(shí)將21H 內(nèi)容加1,同時(shí)將20H 內(nèi)容清零;當(dāng)21H 中的數(shù)據(jù)為60h,表明1min 時(shí)間到了,此時(shí)將22H 內(nèi)容加1,同時(shí)將21H 內(nèi)容清零;當(dāng)22H 中的

9、數(shù)據(jù)為60h,表明1h 時(shí)間到了,此時(shí)將23H 內(nèi)容加1,同時(shí)將22H 內(nèi)容清零;當(dāng)23H 中的數(shù)據(jù)為24h,表明1d 時(shí)間到了,此時(shí)將23H 內(nèi)容清零,重新開始計(jì)時(shí).在顯示程序中,每個(gè)數(shù)碼管顯示時(shí)間控制在5ms,當(dāng)顯示秒數(shù)字時(shí),把秒數(shù)字的個(gè)位對(duì)應(yīng)的2進(jìn)制碼1送往P1口的7個(gè)腳(P1.0P1.6,同時(shí)選通顯示秒的個(gè)位數(shù)據(jù)的數(shù)碼管,保持5ms;之后把秒數(shù)字的十位對(duì)應(yīng)的2進(jìn)制碼1送往P1口的7個(gè)腳(P1.0P1.6,同時(shí)選通顯示秒的十位數(shù)據(jù)的數(shù)碼管,也保持5ms;這樣,在這2個(gè)5ms 內(nèi)只有負(fù)責(zé)秒顯示的2個(gè)數(shù)碼管顯示相應(yīng)的秒數(shù)據(jù),而其余的4個(gè)數(shù)碼管因未選通而不顯示任何的數(shù)據(jù)信息,同樣,顯示小時(shí)和分

10、鐘時(shí)也采用這樣的控制方法,一共6個(gè)數(shù)碼管輪流發(fā)91劉盛雄,等:基于單片機(jī)的數(shù)字式電子鐘的設(shè)計(jì)與制作光顯示,這樣總的頻率就是1000ms/(5ms 6=33.33Hz,這種頻率人眼感覺比較舒服,對(duì)數(shù)碼管發(fā)出的光不會(huì)產(chǎn)生跳躍的感覺.在時(shí)間調(diào)整程序中,在P3.0口或P3.1獲得低電平信號(hào)時(shí)要用軟件設(shè)計(jì)成延時(shí)10ms,以確認(rèn)確實(shí)有鍵被按下.先判斷P3.0口是否為低,是則將22h(分鐘計(jì)時(shí)單元內(nèi)容加1,同時(shí)要用軟件設(shè)計(jì)150ms的調(diào)整后的分鐘數(shù)據(jù)顯示,然后再次檢測(cè)P3.0口是否為低(即隔150ms檢測(cè)一次P3.0口的電平,是則繼續(xù)調(diào)整分鐘數(shù)據(jù);否則接下來判斷P3.1口是否為低,是則將23h(小時(shí)計(jì)時(shí)單元

11、內(nèi)容加1,同時(shí)也要用軟件設(shè)計(jì)150ms的調(diào)整后的小時(shí)數(shù)據(jù)顯示,然后再次檢測(cè)P3.1口是否為低(即隔150ms檢測(cè)一次P3.1口的電平,是則繼續(xù)調(diào)整小時(shí)數(shù)據(jù),否則退出時(shí)間調(diào)整程序.在復(fù)位程序中,當(dāng)單片機(jī)檢測(cè)到RS T引腳為高電平時(shí),則對(duì)單片機(jī)進(jìn)行復(fù)位操作.在鬧鈴子程序中,首先看22H(分鐘計(jì)時(shí)單元是否為0,然后看21H(秒計(jì)時(shí)單元是否為0,只有這兩個(gè)計(jì)時(shí)單元同時(shí)為0時(shí)才表明準(zhǔn)點(diǎn)到了,同時(shí)啟動(dòng)鬧鈴程序.在本設(shè)計(jì)中,設(shè)置鬧鈴響時(shí)的各數(shù)碼管顯示數(shù)字為0,鬧鈴次數(shù)置初值12次,發(fā)音時(shí)間持續(xù)150毫秒,不發(fā)音時(shí)間也持續(xù)150 ms,這樣一共12個(gè)發(fā)音循環(huán),通過修改程序中的循環(huán)次數(shù)寄存器r2的值就可以方便地

12、對(duì)發(fā)音次數(shù)進(jìn)行修改設(shè)定.3 整機(jī)仿真及調(diào)試在硬件電路焊接完畢及單片機(jī)程序初步編完之后,就要利用單片機(jī)仿真器進(jìn)行在線仿真,同時(shí)對(duì)程序進(jìn)行適當(dāng)?shù)男薷?在該電子鐘的仿真及調(diào)試過程中以下幾點(diǎn)起著重要作用:1單片機(jī)時(shí)間基準(zhǔn)振蕩電路中振蕩晶體頻率的選擇必須要和程序中的時(shí)間基準(zhǔn)相一致,也就是說要采用振蕩頻率為12M的振蕩晶體,否則若采用了11.59M的振蕩晶體就會(huì)使得單個(gè)振蕩周期變長,故而使單個(gè)時(shí)間間隔變長,最終會(huì)導(dǎo)致實(shí)際上的電子鐘走時(shí)變 慢 .2由于單片機(jī)處理數(shù)據(jù)過程中要響應(yīng)中斷等原因,而中斷服務(wù)程序所花費(fèi)的時(shí)間必須在中斷返回后在計(jì)時(shí)單元中扣除掉,否則實(shí)際上制作出來的電子鐘會(huì)變 慢 .在本次程序設(shè)計(jì)中將中

13、斷服務(wù)程序所花費(fèi)的時(shí)間直接從定時(shí)間隔(50ms中扣除,也就是說將定時(shí)間隔設(shè)置得比50 ms小一些,必須不斷地通過軟件調(diào)試該時(shí)間間隔,這樣才能使得電子鐘的走時(shí)誤差達(dá)到最小.3在調(diào)試每個(gè)數(shù)碼管的發(fā)光時(shí)間時(shí),必須反復(fù)修改程序中的給定的時(shí)間,直到整體上的顯示效果較好,不會(huì)有閃爍的現(xiàn)象產(chǎn)生.4 結(jié)束語此次基于單片機(jī)的數(shù)字式電子鐘的設(shè)計(jì)與制作獨(dú)特之處在于采用了動(dòng)態(tài)顯示的形式,將6個(gè)數(shù)碼管串聯(lián)起來,這一點(diǎn)與一般的電子鐘采用靜態(tài)顯示的方法不同,這樣的設(shè)計(jì)使得單片機(jī)的管腳得到了充分的利用,也使得本設(shè)計(jì)中的電路顯得小巧,省去了相應(yīng)的芯片,節(jié)約了成本.參考文獻(xiàn):1 李及,趙利民.MCS-51系列單片機(jī)原理與應(yīng)用M.長春:吉林科學(xué)技術(shù)出版社,1995.2 閆玉德,俞虹.MCS-51單片機(jī)原理與應(yīng)用M.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2003