基于單片機89C52定時鬧鐘的課程設(shè)計

前言20世紀末，電子技術(shù)獲得了飛速的發(fā)展。在其推動下，現(xiàn)代電子產(chǎn)品幾乎滲透了社會的各個領(lǐng)域，有力地推動了社會生產(chǎn)力的發(fā)展和社會信息化程度的提高。同時也使現(xiàn)代電子產(chǎn)品性能進一步提高，產(chǎn)品更新?lián)Q代的節(jié)奏也越來越快。時間對人們來說總是那么寶貴，工作的忙碌性和繁雜性容易使人忘記當前的時間。忘記了要做的事情，當事情不是很重要的時候，這種遺忘無傷大雅。但是，一旦重要事情，一時的耽誤可能釀成大禍。例如，許多火災都是由于人們一時忘記了關(guān)閉煤氣或是忘記充電時間。所以有必要制作一個定時系統(tǒng)。隨時提醒這些容易忘記時間的人。而鐘表的數(shù)字化給人們生產(chǎn)生活帶來了極大的方便，而且大大地擴展了鐘表原先的報時功能。諸如定時自動報警、按時自動打鈴、時間程序自動控制、定時廣播、定時啟閉電路、定時開關(guān)烘箱、通斷動力設(shè)備，甚至各種定時電氣的自動啟用等等。所有這些，都是以鐘表數(shù)字化為基礎(chǔ)的。因此，研究數(shù)字鐘及擴大其應用，有著非常現(xiàn)實的意義。隨著生活水平的提高，人們越來越追求人性化的事物。傳統(tǒng)的時鐘已不能滿足人們的需求。而現(xiàn)代的時鐘不僅需要模擬電路技術(shù)和數(shù)字電路技術(shù)而且更需要單片機技術(shù)，增加數(shù)字鐘的功能。利用軟件編程盡量做到硬件電路簡單穩(wěn)定，減小電磁干擾和其他環(huán)境干擾,減小因元器件精度不夠引起的誤差，但是數(shù)字鐘還是可以改進和提高如選用更精密的元器件。但與機械式時鐘相比已經(jīng)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。數(shù)字鐘通過數(shù)字電路實現(xiàn)時、分、秒。數(shù)字顯示的計時裝置,廣泛用于個人家庭、車站、碼頭辦公室等公共場所成為人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢缮俚谋匦杵?。由于?shù)字集成電路的發(fā)展和石英晶體振蕩器的廣泛應用,使得數(shù)字鐘的精度遠遠超過老式鐘表。多功能數(shù)字鐘的應用非常普遍。由單片機作為數(shù)字鐘的核心控制器，通過它的時鐘信號進行實現(xiàn)計時功能，將其時間數(shù)據(jù)經(jīng)單片機輸出，利用顯示器顯示出來。通過鍵盤可以進行校時、定時等功能。輸出設(shè)備顯示器可以用液晶顯示技術(shù)和數(shù)碼管來顯示技術(shù)。

本系統(tǒng)利用單片機實現(xiàn)具有計時、校時等功能的數(shù)字時鐘，是以單片機STC89C52為核心元件同時采用LCD1602顯示“時”、“分”、“秒”的現(xiàn)代計時裝置。另外具有校時功能，秒表功能，定時器功能和繼電器控制外圍電路功能，利用單片機實現(xiàn)的數(shù)字時鐘具有編程靈活，便于功能的擴充等優(yōu)點。目錄前言 1摘要 I第1章課題的背景 11.1課題的來源 11.2課題研究的目的和意義 11.3應解決的主要問題及達到的技術(shù)要求 2第2章方案的選擇和論證 32.1單片機型號的選擇 32.2按鍵的選擇 32.3顯示器的選擇 32.4計時部分的選擇 32.5發(fā)音部分的設(shè)計 42.6顯示器驅(qū)動電路 42.7電源的選擇 4第3章數(shù)字電子鐘的設(shè)計原理和方法 53.1設(shè)計原理 53.2硬件電路的設(shè)計 53.2.1STC89C52單片機簡介 53.2.2鍵盤電路的設(shè)計 63.2.3時鐘電路 63.2.4蜂鳴器驅(qū)動電路 63.2.5繼電器電路 73.2.6LCD1602電路 73.2.7復位電路 83.3軟件部分的設(shè)計 83.3.1主程序部分的設(shè)計 8總結(jié) 11附錄 12PAGEPAGE11.3應解決的主要問題及達到的技術(shù)要求使用STC89C52單片機結(jié)合字符型LCD顯示器設(shè)計一個簡易的定時鬧鐘LCD時鐘，若LCD選擇有背光顯示的模塊，在夜晚或黑暗的場合中也可使用。定時鬧鐘的基本功能如下：同時設(shè)置一個夜晚的全芯片休眠功能，當定時時間到后，激活單片機同時啟動報警，以起到一個節(jié)能的作用。顯示格式為“時時：分分”。由LED閃動來做秒計數(shù)表示。一旦時間到則發(fā)出聲響，同時繼電器啟動，可以擴充控制家電開啟和關(guān)閉。程序執(zhí)行后工作指示燈LED閃動，表示程序開始執(zhí)行，LCD顯示“00：00”，按下操作鍵K1～K4動作如下：K1—設(shè)置現(xiàn)在的時間。K2—顯示鬧鐘設(shè)置的時間。K3—設(shè)置鬧鈴的時間。K4—鬧鈴ON/OFF的狀態(tài)設(shè)置，設(shè)置為ON時連續(xù)三次發(fā)出“嘩”的一聲，設(shè)置為OFF發(fā)出“嘩”的一聲。設(shè)置當前時間或鬧鈴時間如下。K1—時調(diào)整。K2—分調(diào)整。K3—設(shè)置完成。K4—鬧鈴時間到時，發(fā)出一陣聲響，按下本鍵可以停止聲響。

第2章方案的選擇和論證2.1單片機型號的選擇通過對多種單片機性能的分析，最終認為STC89C52是最理想的電子時鐘開發(fā)芯片。STC89C52是STC公司生產(chǎn)的一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程Flash存儲器。STC89C52使用經(jīng)典的MCS-51內(nèi)核，但做了很多的改進使得芯片具有傳統(tǒng)51單片機不具備的功能。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash，使得STC89C52為眾多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。2.2按鍵的選擇方案一：4×4矩陣式鍵盤。如果選擇此方案，那么在修改時鐘或設(shè)置鬧鈴時間時就可以直接從鍵盤輸入，方便、快捷，但程序較為復雜。

方案二：獨立式按鍵。如果設(shè)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，此方案適用于按鍵較少的情況。如果選擇此方案，由于按鍵較少，在修改時間或設(shè)置鬧鈴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。

由于并不需要經(jīng)常修改時間和設(shè)置鬧鈴時間，而且方案二的程序簡單，按鍵少、成本低，因此，選擇方案二。2.3顯示器的選擇方案一：液晶顯示器。如果選擇此方案，將會降低系統(tǒng)的功耗，這樣就可以用電池供電，便于攜帶。但液晶顯示器的驅(qū)動電路復雜，使用起來有一定的難度。

方案二：用數(shù)碼管作為顯示器。數(shù)碼管的驅(qū)動電路簡單，使用方便，其缺點是功耗較大。 由于液晶顯示器功耗低，顯示的內(nèi)容靈活，因此選擇方案一。2.4計時部分的選擇如果使用時鐘芯片，系統(tǒng)就不怕掉電且時間精確。但這種芯片比較貴，況且，設(shè)計本系統(tǒng)主要是為了學習單片機程序的編寫和調(diào)試以及設(shè)計硬件電路的一些方法，因此采用軟件的方法來計時而沒有采用價格較高的時鐘芯片。2.5發(fā)音部分的設(shè)計通過三極管放大后驅(qū)動蜂鳴器工作。2.6顯示器驅(qū)動電路采用LCD1602顯示所需顯示的字符，需要用電位器調(diào)節(jié)背光。2.7電源的選擇如果是用電池供電，就比較方便攜帶，但需要經(jīng)常更換電池。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5V外部穩(wěn)壓電源來供電。

第3章數(shù)字電子鐘的設(shè)計原理和方法3.1設(shè)計原理系統(tǒng)原理圖STC89C52STC89C52LCD1602晶振繼電器LCD1602晶振繼電器蜂鳴器蜂鳴器按鍵按鍵圖3-1系統(tǒng)原理圖3.2硬件電路的設(shè)計3.2.1STC89C52單片機簡介STC89C52是STC公司生產(chǎn)的一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程Flash存儲器。STC89C52使用經(jīng)典的MCS-51內(nèi)核，但做了很多的改進使得芯片具有傳統(tǒng)51單片機不具備的功能。具有以下標準功能：8k字節(jié)Flash，512字節(jié)RAM，32位I/O口線，看門狗定時器，內(nèi)置4KBEEPROM，MAX810復位電路，3個16位定時器/計數(shù)器，4個外部中斷，一個7向量4級中斷結(jié)構(gòu)（兼容傳統(tǒng)51的5向量2級中斷結(jié)構(gòu)），全雙工串行口。3.2.2鍵盤電路的設(shè)計鍵盤采用4個獨立按鍵實現(xiàn)對時鐘和鬧鐘的設(shè)定及修改。3.2.3時鐘電路單片機的時鐘產(chǎn)生方法有兩種:內(nèi)部時鐘方式和外部時鐘方式。本系統(tǒng)中STC89C52單片機采用內(nèi)部時鐘方式。最常用的內(nèi)部時鐘方式是采用外接晶體和電容組成的并聯(lián)諧振回路。振蕩晶體可在1.2MHz～12MHz之間。電容值無嚴格要求，但電容取值對振蕩頻率輸出的穩(wěn)定性、大小和振蕩電路起振速度有少許影響，一般可在20pF～100pF之間取值3.2.4蜂鳴器驅(qū)動電路發(fā)音部分是通過三極管放大驅(qū)動蜂鳴器工作，當鬧鐘開啟時響三聲,鬧鐘關(guān)閉時響一聲。圖3-6蜂鳴器驅(qū)動電路3.2.5繼電器電路當單片機的引腳輸出高電平時，三極管截止，繼電器線圈兩端沒有電位差，繼電器銜鐵釋放，同時狀態(tài)指示的發(fā)光二極管也熄滅，繼電器的常開觸點釋放，相當于開關(guān)斷開。在三極管截止的瞬間，由于線圈中的電流不能突變?yōu)榱?，繼電器線圈兩端會產(chǎn)生一個較高電壓的感應電動勢，線圈產(chǎn)生的感應電動勢則可以通過二極管IN4148釋放，從而保護了三極管免被擊穿，也消除了感應電動勢對其他電路的干擾，這就是二極管的保護作用。3.2.6LCD1602電路3.2.7復位電路復位電路工作原理如上圖所示，VCC上電時，電容充電，在電阻上出現(xiàn)電壓，使得單片機復位；幾個毫秒后，電容充滿，電阻上電流降為0，電壓也為0，使得單片機進入工作狀態(tài)。工作期間，按下按鍵，電容放電。松手，電容又充電，在電阻上出現(xiàn)電壓，使得單片機復位。 總電路圖3.3軟件部分的設(shè)計3.3.1主程序部分的設(shè)計主程序流程圖如下圖3-7。初始化設(shè)置開始與鬧鐘時間相同顯示時間蜂鳴器響,繼電器開啟初始化設(shè)置開始與鬧鐘時間相同顯示時間蜂鳴器響,繼電器開啟否否是圖3-7主程序流程圖 4個按鍵每個都具有兩個功能，以最終實現(xiàn)菜單化的輸入功能。采用通過逐層嵌套的循環(huán)掃描，實現(xiàn)嵌套式的鍵盤輸入。當?shù)竭_所設(shè)定的時間之后,蜂鳴器發(fā)出聲音,并且繼電器啟動,以此控制連接的外圍器件。 要達到按鍵具有多個功能，需在程序內(nèi)設(shè)置變量，當按鍵按下與變量的值同時滿足實現(xiàn)一個功能，不同時滿足時實現(xiàn)另一個功能。

第4章實驗結(jié)果此電子鬧鐘設(shè)計是先利用Proteus仿真軟件進行仿真，實現(xiàn)了課程設(shè)計要求實現(xiàn)的功能。然后在使用AltiumDesigner繪制原理圖和PCB，圖3-14運行仿真圖實際電路運行圖

總結(jié)通過自己的不懈努力，我完成了單片機課程設(shè)計上的任務要求。功能上達標：時鐘的顯示，調(diào)時功能、校時功能、鬧鈴功能、鬧鐘設(shè)功能。其精確度完全可以滿足日常生活顯示時間的需要；調(diào)時功能，方便快捷；校時功能保證了時鐘準確和可靠性，通過繼電器可以擴展多種外圍電路的可能。硬件設(shè)施合乎要求，軟件設(shè)計可以配合硬件實現(xiàn)要求的功能?？梢娂夹g(shù)在不斷進步，機械式時鐘已經(jīng)被淘汰，取而代之的是具有高度準確性和直觀性且無機械裝置，具有更長的使用壽命等優(yōu)點的數(shù)字時鐘。數(shù)字時鐘更具人性化，更能提高人們的生活質(zhì)量，更受人們歡迎。

無可否認機械時代已經(jīng)過去，電子時代已經(jīng)到來。做為新時代的我們，更應該提高自身能力，適應新時代的發(fā)展。知識來自實踐，多去生活中探詢所需要的。對于上述所提到的研究課題，我們應盡量考慮到人的因素，增強時鐘的實用性和操作性，為使用者提供切實的方便，營造一種舒適的生活氛圍。所以，在設(shè)計的時候，應該從多方面、多角度去考慮問題，而且應該進一步提高時鐘的質(zhì)量。另外，在本次設(shè)計的過程中，我發(fā)現(xiàn)很多的問題，雖然以前沒有做過這樣的設(shè)計但通過這次設(shè)計我學會了很多東西，單片機課程設(shè)計重點就在于軟件算法的設(shè)計，需要有很巧妙的程序算法，雖然以前寫過幾次程序，但我覺的寫好一個程序并不是一件簡單的事，比如寫一個程序看其功能很少認為編寫程序簡單，但到編程的時候才發(fā)現(xiàn)一些細微的知識或低級錯誤經(jīng)常犯做不到最后常常失敗，所以有些東西只有學精弄懂并且要細心才行，只學習理論有些東西是很難理解的，更談不上掌握。從這次的課程設(shè)計中，我們真真正正的意識到，在以后的學習中，要理論聯(lián)系實際，把我們所學的理論知識用到實際當中，學習單機片機更是如此，程序只有在經(jīng)常的練習的過程中才能提高，我想這就是我在這次課程設(shè)計中的最大收獲。

附錄相關(guān)的程序代碼：#include<reg52.h>#include<intrins.h>#defineuintunsignedint#defineucharunsignedchar#defineLCD1602_DBP0ucharcodetable[]="CurrentTime";ucharcodetable1[]="00:00:00";ucharkey1Flag=0;ucharkey2Flag=0;ucharkey3Flag=0;ucharkey4Flag=0;uchartemp=0;ucharsec=0;ucharmin=0;ucharhour=0;ucharclkHour=0;ucharclkMin=0;ucharclkFlag=0;ucharbeepNum=0;ucharrelayFlag=1;sbitLCD1602_RS=P2^0; //數(shù)據(jù)/命令選擇端(電平H/L)sbitLCD1602_RW=P2^1; //數(shù)據(jù)/命令選擇端(電平H/L)sbitLCD1602_E=P2^2; //使能信號sbitKey1=P1^0;sbitKey2=P1^1;sbitKey3=P1^2;sbitKey4=P1^3;sbitLed=P2^4;sbitSpeaker=P2^5;sbitRelay=P2^3;voidDelay1ms() //@12.000MHz{ unsignedchari,j; i=12; j=169; do { while(--j); }while(--i);}voidDelay20ms() //@12.000MHz{ unsignedchari,j,k; _nop_(); _nop_(); i=1; j=234; k=113; do { do { while(--k); }while(--j); }while(--i);}voidBeep(){ Speaker=0; Delay20ms(); Speaker=1;}voidLcdWaitReady() { unsignedcharsta; LCD1602_DB=0xFF; LCD1602_RS=0; LCD1602_RW=1; do { LCD1602_E=1; sta=LCD1602_DB; LCD1602_E=0; }while(sta&0x80);}voidLcdWriteCmd(unsignedcharcmd) { LcdWaitReady(); 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