基于AT89S51單片機的數(shù)字電子時鐘設(shè)計與實現(xiàn)

基于AT89S51單片機的數(shù)字電子時鐘設(shè)計與實現(xiàn)摘要電子時鐘具有長遠的發(fā)展歷史，它的出現(xiàn)使得人們對時間的概念有了進一步的認知和了解，可以說意義十分的重大。在時代的推動，以及市場的需求下，電子時鐘的功能以及性能都有著質(zhì)的突破，而且應(yīng)用的范圍也越來越廣，到處都有著電子時鐘的影子。電子時鐘和人們的日常生活早已密不可分，同時也起到了重要的引導(dǎo)作用，例如工作、出行、娛樂、飲食等，在很大程度上給人們提供了便捷。本課題所設(shè)計的一種多功能電子時鐘將51單片機作為一個核心交換器，它外接振蕩電路來給單片機提供一個時鐘信號，利用LED數(shù)碼管來實現(xiàn)時鐘信息的顯示，并且它采用按鍵的方式，可以對時、分、秒進行單獨的調(diào)整，從而使之達到一個標準時間，實現(xiàn)定時鬧鈴。本設(shè)計以軟、硬件結(jié)合為整體的設(shè)計思路，并通過軟件和硬件控制，充分發(fā)揮了單片機的作用。同時，該系統(tǒng)在技術(shù)上具有很高的實用價值，由于整個系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)和功能上都比較簡潔，因此它具備良好的可持續(xù)性。關(guān)鍵詞：電子時鐘；51單片機；振蕩電路；LED數(shù)碼管；按鍵模塊

AbstractElectronicclockhasalonghistoryofdevelopment,anditsappearancemakespeoplehaveafurtherunderstandingandunderstandingoftheconceptoftime,whichcanbesaidtobeofgreatsignificance.UnderthepromotionofTheTimes,aswellasthedemandofthemarket,thefunctionandperformanceofelectronicclockhaveaqualitativebreakthrough,andtheapplicationrangeismoreandmorewide,thereistheshadowofelectronicclockeverywhere.ElectronicclockhaslongbeeninseparablefromPeople'sDailylife,butalsoplaysanimportantguidingrole,suchaswork,travel,entertainment,food,etc.,toprovideconvenienceforpeopletoalargeextent.Thisprojectdesignbyamulti-functionalelectronicclockwill51asacoreexchanger,itisexternaloscillationcircuittoprovideaclocksignal,usingLEDdigitaltubetorealizetheclockinformationdisplay,anditadoptsthewayofkeys,canadjusttime,minutes,seconds,soastoreachastandardtime,realizetimingalarm.Thisdesigntakesthecombinationofsoftwareandhardwareastheoveralldesignidea,andthroughthesoftwareandhardwarecontrol,givefullplaytotheroleofSCM.Atthesametime,thesystemhasahighpracticalvalueintechnology,becausethewholesystemisrelativelysimpleinstructureandfunction,soithasagoodsustainability.Keywords:electronicclock;51singlechipmicrocomputer;oscillationcircuit;LEDdigitaltube;keymodule

目錄215061.1研究背景 第一章緒論1.1研究背景時鐘是人類最偉大的發(fā)明之一，早期人們就是通過太陽的位置來粗略的判斷一天的時間，日晷的出現(xiàn)，使得人們對時間有了一定的了解和掌握，雖然日晷的精確度不是很高，但只是引導(dǎo)人們的日常生活已遠遠足夠。古時候人們?yōu)榱擞嫊r，通常用燒香的方式來判斷，但是香燃燒的速度受很多因素的影響，時間的判斷很不準確，沙漏的出現(xiàn)，在很大程度上避免了外界因素的影響，雖然也不是很準確，但相比燒香來說已經(jīng)好很多了。近代以后，鐘表的出現(xiàn)表明了人們對時間的概念已經(jīng)有很深的理解，最初的鐘表都是機械式結(jié)構(gòu)，需要經(jīng)常轉(zhuǎn)動發(fā)條給鐘表提供動力，且只具有時間顯示的功能，隨著人們的不斷研究，鐘表也在不斷的改變，直至出現(xiàn)了電子時鐘，這是人們對時間掌握的一個很大的轉(zhuǎn)折。電子時鐘不僅走時精確，而且還可以進行鬧鈴，以此便可以看出人類的智慧是無窮的。直至今日，電子時鐘的種類數(shù)不勝數(shù)，各種各樣的電子時鐘出現(xiàn)在人們的眼前，相比以前功能也有了極大的改善，不僅能夠顯示時間，還能夠計時、顯示溫度等功能，在一定程度上大大提高了實用性，不僅方便人們在各種場合使用，而且還可以應(yīng)用到各種設(shè)備上，在時代的推動，以及市場的需求下，電子時鐘功能的拓展和豐富是必不可少的。1.2電子時鐘的特點及應(yīng)用電子時鐘不僅具有良好的計時特點，而且它體積輕小、用電量低，由于較強的實用性，使得電子時鐘備受人們喜愛?，F(xiàn)在的電子時鐘通常以石英晶體作為穩(wěn)頻元件，不僅走時精度高，而且工作的穩(wěn)定性大大提高，使用也較為方便，無需進行調(diào)試，且電子時鐘利用集成電路代替了傳統(tǒng)的齒輪結(jié)構(gòu)進行傳動，并用LED燈代替?zhèn)鹘y(tǒng)的指針對時間進行顯示，大大減少了它的機械結(jié)構(gòu)，繼而降低了走時的誤差，不僅實現(xiàn)了對時、分、秒的顯示，還能夠?qū)r間進行校對，使得電子時鐘性能又上了一個臺階。在科技的推動下，電子時鐘的款式和功能在不斷的翻新，現(xiàn)有的電子時鐘在原有的功能上，不斷拓展開發(fā)，增加了不少新功能。由于其功能的多樣化，使用方便性不斷提高，不管是人們的日常生活，還是在各種工業(yè)技術(shù)領(lǐng)域上，電子時鐘使用的頻率都在不斷的增加。比如在超市、商場、汽車和火車站等公共設(shè)施場所，電動車、公交車、出租車等各種交通工具上，隨處樂見電子時鐘的應(yīng)用，可以說電子時鐘已經(jīng)和人們的日常生活和工作密不可分，在各種機械設(shè)備上也是不可缺少的。1.3設(shè)計目標本課題設(shè)計主要分為四個部分，其中以AT89C51單片機為核心樞紐，通過其向外部發(fā)送時鐘信號；以石英振蕩器為主要計時部件，通過石英振蕩器分頻后得到一個穩(wěn)定的方波信號，從而確保數(shù)字電子鐘的計時準確以及穩(wěn)定[2]；以LED燈為核心顯示部件，通過輸入相應(yīng)的命令或數(shù)據(jù)便可顯示所需要的時間；以蜂鳴器為主要的定時鬧鈴部件，當輸出的為低電平時，蜂鳴器不發(fā)出聲音，當輸出為高電平時，蜂鳴器發(fā)出聲音。根據(jù)硬件電路設(shè)計編寫C語言程序并載入到單片機內(nèi)，完成對外接電路的控制，以此來實現(xiàn)能夠顯示時、分、秒，并且可以校時和鬧鈴的電子時鐘。1.4設(shè)計意義現(xiàn)在人們對時間的觀念越發(fā)重視，不管是做什么，都會提前準備，規(guī)定時間，在什么時間開始，什么時間結(jié)束，時間的定時計數(shù)在人們的日常生活中早已根深蒂固。例如正常工作日幾點上班、幾點下班，購買的車票、機票等，都設(shè)置了規(guī)定的時間。電子時鐘在此便起到了關(guān)鍵的作用，使得人們無論什么時候、在什么地方，都可以知道此刻的時間，電子時鐘在一定程度上對人們起到了一定的督促作用。本設(shè)計的電子時鐘是以硬件電路和軟件系統(tǒng)相結(jié)合為整體的設(shè)計思路，主要是以單片機為樞紐并與外接電路相配合，從而實現(xiàn)所需要的功能，不僅能夠檢驗和鞏固我們所學的專業(yè)知識，而且基于單片機設(shè)計的電子時鐘，更易于后期對電子時鐘的優(yōu)化以及其功能的開發(fā)。第二章元器件的的選擇2.1芯片的選擇單片機誕生于1971年，它的研發(fā)標志著微機時代的開始，由于單片機具有良好的性價比，單片機的發(fā)展也是極為的迅速。單片機的發(fā)展主要分為SCM、MCU、SoC三大階段，每一階段都使單片機有了全新的突破。單片機的發(fā)展無形之中使得嵌入式系統(tǒng)一步步邁向MCU階段，就是為了能夠讓應(yīng)用系統(tǒng)盡可能的更多的集中在芯片上。也正是這一原因，單片機變得逐漸的SoC化。自單片機誕生以來，到現(xiàn)在為止單片機的種類越來越多，其中51單片機、AVR單片機、PIC單片機、STC單片機和STM32單片機性能相比其他類型的單片機性能相對較為出眾，能夠提供給使用者一個良好的使用環(huán)境，且使用起來也相對較為方便，從而被人們廣泛的應(yīng)用?；诒驹O(shè)計而言，AVR單片機沒有位操作，而且AVR單片機C語言的撰寫與51單片機撰寫的方法有很大的差別；PIC單片機在程序編寫的全過程都需要一直不斷的進行存儲體的選擇；STC單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)缺少乘法器，乘除法運算都是通過一個4周期的指令來完成的；STM32單片機不管是在性能，還是結(jié)構(gòu)上完全能夠?qū)崿F(xiàn)本設(shè)計所需要的功能，但是由于其I/O端口過多，這樣就顯得有點大材小用；51單片機能對片內(nèi)某些特殊功能寄存器的某位進行處理，這是很多單片機不具有的功能，而且它能通過一條指令就能完成乘除法運算。雖然51單片機的運行速度相比其他單片機的運行速度要慢一點，很多功能需要擴展，但是對本設(shè)計的實現(xiàn)沒有任何的影響。AT89C51單片機是51系列單片機中很典型也是非常具有代表性的一款芯片，它不僅具有51系列單片機的所有特點，最重要的是它內(nèi)部具有閃爍存儲器，可反復(fù)的的寫入或清除1000次，這樣一來其使用的靈活性就大大的增加，也使得后期對功能的開發(fā)變得便捷。2.2顯示部件的選擇顯示部件其作用就是將通過處理的數(shù)據(jù)或者是信號的結(jié)果進行輸出。它的出現(xiàn)和應(yīng)用讓人們在日常生活和工作中都十分的受益?，F(xiàn)在最常見的顯示部件主要為LED和LCD兩種，也就是因為它們的性能十分的優(yōu)異，使其應(yīng)用在各種公共場合以及電子設(shè)備上。LED作為一個顯示部件具有很多的優(yōu)點，它不僅顯示反應(yīng)速度很快，屏幕的刷新速率也很高等，良好的實用性，以至于LED使用的范圍更加的廣泛。相比之下，LCD雖然具有在使用時能夠調(diào)節(jié)亮度以及使用的時間較長等優(yōu)點。但是，在同等環(huán)境進行顯示的情況下，LCD在使用的過程中屏幕的拐角會出現(xiàn)明暗不均的現(xiàn)象，而且LCD在運行的過程中，耗電量還是很高的，顯示出來的效果也不是很好，因而選用LED數(shù)碼管作為本設(shè)計的顯示部件。LED數(shù)碼管是通過它內(nèi)部的多個發(fā)光二極管的經(jīng)過亮暗的組合來完成輸出顯示的，數(shù)碼管的顯示分為靜態(tài)和動態(tài)兩種類型。動態(tài)顯示是將數(shù)碼管的所有碼段相同的一端連接在一起，并接到同一個輸出端口上[11]，其他的位端分別與對應(yīng)的輸出端口相連接，兩個端口輸出的信號在彼此的作用下，從而達到顯示的效果；靜態(tài)顯示的數(shù)碼管，它的任意一個碼段都需要連接一個單獨的能夠鎖存數(shù)據(jù)輸出端口，處理器將顯示的內(nèi)容送到輸出端口上，就能出現(xiàn)需要顯示的字符，只有到下一個字符送出，前一個字符才會消失。雖然靜態(tài)顯示能夠保持顯示的穩(wěn)定，但是它所需要的端口較多，在一定程度上也增加了耗電量。2.3其他元器件的選擇2.3.1NPN型三極管NPN型三極管屬于三極管類型之一，從名稱上我們就可以很直觀的看出，它是由兩個N型半導(dǎo)體和一個P型半導(dǎo)體共同構(gòu)造而成，三極管共有三個區(qū)，各個區(qū)域都有配備一個電極引腳，分別是發(fā)射極、基極及集電極。三極管雖然具有調(diào)制電流的作用，但有些時候在特定的電路中，它也可以被視為開關(guān)，而在本文的設(shè)計中，主要還是利用它來放大電流。如圖2.1所示。圖2.1NPN型三極管在三極管中，其基極與集電極的關(guān)系與數(shù)學中的的自變量和因變量的關(guān)系相同，集電極的電流隨著基極電流的變化而變化，且他們之間變化的比例一般都是很大，也就是說在三極管中只要基極電流稍微改變一點，集電極的電流就會大幅度的變動。2.3.2上拉電阻和下拉電阻上拉就是將不確定的信號通過一個電阻鉗位在高電平，電阻同時起限流作用，上拉的實際意義就是電流的輸入。在上拉電阻所連接的路線中，若其他元器件不能夠啟動使用，上拉電阻便會“微微地”使輸入的工作電壓信號“抬高”。當外部元器件相互之間沒有聯(lián)系時，對于輸入端而言，外部“看上去”就具有很高的阻抗。此時，接入上拉電阻，就能夠很簡單的把輸入端口的電壓提升到高電平。如果其他元器件被啟動使用，那么它就會取消上拉電阻設(shè)定的高電平。在該電阻的作用下，就算引腳沒有和其他的元器件相連接，依然能夠維持一個固定不動的邏輯電平。下拉電阻與上拉電阻的其實都是一個普通的電阻，只不過是用法不同而使得其功能的不同。下拉就是將數(shù)據(jù)信號穩(wěn)定的保持在低電平，它的意義其實就是電流的輸出。下拉電阻在電路中的一端需要接地，在挑選下拉電阻時，需要留意以下幾個方面：(1)驅(qū)動能力與功耗損耗的均衡；(2)以下各級電路的驅(qū)動要求；(3)高低電平的設(shè)置；(4)頻率特點。第三章電子時鐘的設(shè)計原理2.1AT89C51模塊2.1.1AT89C51簡介AT89C51是美國DALLAS公司開發(fā)的時序計時處理器，有低功耗、高性能的特點，內(nèi)置31字節(jié)靜態(tài)RAM，通過SPI三路和CPU同步通訊，同時可以通過脈沖的形式同時傳輸多個字節(jié)的時鐘和RAM。該系統(tǒng)可提供秒分時周日月年，并具備了閏年的補償作用。工作范圍為2.5-5.5V。本系統(tǒng)使用了兩種電源(主要及備用)，可設(shè)定備用電源的充放電模式，并可實現(xiàn)對電力系統(tǒng)的小電流進行小容量的充電。有一個電源和備用電源的引腳，備用插頭可以用一個大容量的電容器(>1F)代替。另外，AT89C51還要求采用32.768KHZ的晶體諧振。圖3-151單片機的最小系統(tǒng)2.1.2AT89C51的功能特性AT89C51在傳輸數(shù)據(jù)時，首先要將RST腳設(shè)置為高電平，再將8位的地址和指令字加到一個移動寄存器中，在SCLK的上邊緣可以訪問到該數(shù)據(jù)。再次啟動8個時鐘循環(huán)，將指令字節(jié)加到一個移動暫存器中，當下一個時鐘循環(huán)再次運行時，該數(shù)據(jù)被寫到一個寫操作中。在單個字節(jié)模式中，時鐘脈沖數(shù)目是8+8，在多字節(jié)模式中是8+字節(jié)，最大是248字節(jié)。若RST插針在傳輸期間處于低電位，將結(jié)束此數(shù)據(jù)傳輸，I/O插針變成高阻值。上電操作時，RES插頭在Vcc≤2.5V以前必須維持在低電位。RST只能在SCLK處于低電位的情況下被設(shè)置為高。2.2電子時鐘的特點隨著發(fā)展，我國的電子技術(shù)也在飛速發(fā)展。隨著時間的推移，腕表在日常工作中的應(yīng)用越來越廣泛，其應(yīng)用范圍也越來越廣。很多以時鐘為基礎(chǔ)的數(shù)字時鐘，萬年歷，電子時鐘，自動定時報警，定時開關(guān)電路，開/關(guān)，自動開啟，通訊和網(wǎng)絡(luò)。由于它的功能性越來越強，使用起來越來越方便，很多電子設(shè)備已經(jīng)逐漸變成了人們的日常工作中必不可少的一部分。由于現(xiàn)在很多高精密計時儀器都是由石英構(gòu)成的，所以它具有高的準確率、穩(wěn)定性、易操作、不需要經(jīng)常調(diào)整、數(shù)碼電子鐘的集成電路計時、譯碼取代機械式的驅(qū)動、不使用液晶顯示，而是指示燈、降低時間的錯誤、顯示時間、具有時間、分鐘和秒的顯示功能、小時和分鐘的標定和芯片的選型。2.3電子時鐘的應(yīng)用液晶顯示器，帶有彩色的背景燈，即使是在白天，也能清晰的看見時間，關(guān)掉后，可以關(guān)掉彩燈，也可以在工作中不停地工作。開車的時候，開車的時候看著表會很費勁，也會危及到別人的安全，但是這輛車里安裝了一個彩色的液晶時鐘，可以讓你看到晝夜交替，很方便。2.4電子鐘的工作原理根據(jù)系統(tǒng)的功能需求，本文提出了包括主控模塊，時鐘模塊，存儲模塊，鍵盤接口模塊，振蕩模塊，顯示模塊，鬧鐘模塊。采用51系列AT89C51單片機作為主控制器，采用美國DALLAS公司開發(fā)的高性能低功耗CMOSEEPROM內(nèi)存AT24C02。AT89C51是最重要的定時晶片，它能精確的控制時間。此外，AT89C51還能持續(xù)定時(2.5-5.5V供電，2.5V功耗低于300nA)，并能通過程序設(shè)定各種不同的充電方式，實現(xiàn)備用電力的不消耗。2.5電子時鐘的設(shè)計流程圖3-2設(shè)計流程圖

第四章硬件電路設(shè)計4.1硬件電路的設(shè)計方案本設(shè)計的硬件電路設(shè)計框圖如圖4.1所示：圖4.1硬件電路框圖本設(shè)計的硬件電路主要分為振蕩電路、復(fù)位電路、按鍵模塊、發(fā)聲模塊和時間顯示模塊五個部分。振蕩電路的主要任務(wù)就是不斷地給單片機提供周期性的時鐘信號；復(fù)位電路的作用就是在通電以后是整個電路復(fù)位，或者通過按鍵的形式手動將電路復(fù)位；電路通電后，在單片機和動態(tài)顯示函數(shù)的作用下，LED數(shù)碼管上便會自動的出現(xiàn)時、分、秒的顯示；同時，按鍵的引腳會在掃描函數(shù)的作用下，一直處于檢測狀態(tài)，一旦某一個按鍵被按下，與之對應(yīng)的函數(shù)功能便會總動啟用；假如到達了定時設(shè)定的時間，蜂鳴器便會發(fā)出聲音進行提示。4.2各功能模塊電路設(shè)計4.2.1振蕩電路AT89C51單片機內(nèi)部有一個高增益反相放大器，它是構(gòu)成振蕩器必不可少的結(jié)構(gòu)，但要形成時鐘，還需要附加一些電路。AT89C51單片機的時鐘產(chǎn)生主要分為內(nèi)部時鐘模式和外部時鐘模式兩種。內(nèi)部時鐘的方式是利用單片機內(nèi)部振蕩器，然后將晶振連接在XTAL1和XTAL2兩個引腳上；而外部時鐘方式主要是利用外部振蕩脈沖接入XTAL1和XTAL2[1]。如圖4.2所示。本設(shè)計選用的是內(nèi)部時鐘的方式，將振蕩頻率為12MHZ的晶振與單片機連接，外接的晶振輸出的時鐘信號會立刻被送進單片機內(nèi)部的時鐘電路，為了能夠?qū)д褫敵龆说臅r鐘信號的頻率進行一定幅度的調(diào)整，該電路中在晶振的兩端連接了兩個30PF的電容，通過振蕩電路和單片機內(nèi)部的定時器協(xié)同作用下，便能夠精確的完成計時。圖4.2振蕩電路4.2.2復(fù)位電路剛通上電源的那一刻，單片機處于一種雜亂的、無序的狀態(tài)，這時就很可能導(dǎo)致單片機無法正常工作。單片機中的復(fù)位就是清除所有的設(shè)置從最初的狀態(tài)重新開始工作，也就相當于手機中的返回操作。單片機通電后，軟件系統(tǒng)便會自動覺此復(fù)位后從哪里開始實行第一條命令。常用的復(fù)位電路有按鍵脈沖復(fù)位電路、上電復(fù)位電路和按鍵電平復(fù)位電路。本設(shè)計中采用的是按鍵電平復(fù)位電路[3]，如圖3.3所示。圖4.3按鍵電平復(fù)位電路該電路是將按鍵、電容和下拉電阻連接并與51單片機的復(fù)位引腳相連接所構(gòu)成，本電路中下拉電阻為10k，電容為10uF。在通電的那一剎那，電阻兩端的電勢差逐漸減小，電容兩端的電勢差逐漸增大，RESET引腳在那短暫的一刻呈現(xiàn)為高電平，系統(tǒng)便會自動對整個電路進行復(fù)位操作；當復(fù)位按鍵被手動按下，此時的按鍵就相當于導(dǎo)線，就會把電容短路，電容在此時便會釋放初始的電能，電容兩端的電勢差減小，電阻兩端的電勢差增大，此時RESET接收到高平信號，整個電路便會被再次復(fù)位，回到通電后的狀態(tài)。4.2.3按鍵模塊如圖4.4所示的模塊中，四個按鍵K0、K1、K2、K3分別與單片機的引腳P1.0、P1.1、Pl.2、P1.3相連接，且四個按鍵的一端接地，四個按鍵的功能分別為校時、鬧鐘、加和減，根據(jù)按鍵便可完成對時鐘的時間設(shè)置和定時作用。一旦按下某一按鍵被按下，那么該按鍵的引腳就會被拉低，通過該按鍵輸出的數(shù)據(jù)信號，軟件系統(tǒng)便會啟用相應(yīng)的程序來實現(xiàn)該按鍵所需要實現(xiàn)的功能。當需要進行時間的校對時，按下“校時”按鍵K0，隨后按下K2和K3鍵，便可進行“時”的校對；再次按下K0鍵，則切換到“分”的校對；重復(fù)上述操作，便可對“秒”進行校對；校對完成后，只需再次按下K0按鍵，便可顯示以校對完成的時間。當需要使用鬧鐘定時功能時，只需按下按鍵K1，并通過按鍵K2和K3，重復(fù)時間校對的相同步驟，便可設(shè)置定時的時間。圖4.4操作按鍵模塊4.2.4時間顯示模塊LED數(shù)碼管分為7段數(shù)碼管和8段數(shù)碼管。7段數(shù)碼管由7個發(fā)光二極管組成，而8段數(shù)碼管是由7段發(fā)光二極管和一個圓點型發(fā)光二極管組成，圓點型發(fā)光二極管用來顯示小數(shù)點。為了使發(fā)光二極管在使用的時候能夠獲得足夠的驅(qū)動電壓，通常會采用共陽極或共陰極兩種接法連接發(fā)光二極管[5]。共陽極接法是將所有發(fā)光二極管的陽極連在一起，在使用的過程中將陽極的公共引腳增設(shè)高電平，陰極的引腳增設(shè)為低電平，發(fā)光二極管即能夠?qū)c亮，反之，陰極的引腳增設(shè)為高電平，發(fā)光二極管則不能導(dǎo)通點亮[11]，如圖3.5所示。圖4.5共陽極接法共陰極接法則是將所有發(fā)光二極管的陰極連接在一起，在使用的過程中將陰極公共引腳增設(shè)為低電平或者接地，這樣陽極引腳上增設(shè)高電平的發(fā)光二極管就導(dǎo)通點亮，而增設(shè)低電平的則無法導(dǎo)通點亮[11]，如圖3.6所示。圖4.6共陰極接法本設(shè)計中的LED數(shù)碼管顯示器采用的是共陽極接法，如圖4.7所示：圖4.7時間顯示模塊4.2.5發(fā)聲模塊本設(shè)計中的發(fā)聲模塊是由蜂鳴器、偏置電阻和NPN型三極管組成，偏置電阻的一端與單片機的P3.5引腳相連，另一端與三極管的基極連接，三極管的發(fā)射極接地，集電極與蜂鳴器連接，同時蜂鳴器加上高電平[4]。在正常的情況下，蜂鳴器不發(fā)聲；當正常顯示的時間與鬧鐘設(shè)置的時間相一致時，在偏置電阻和NPN型三極管的協(xié)同作用下，會放大電流，從而使得蜂鳴器發(fā)出聲，且通過此電路進行驅(qū)動，蜂鳴器會發(fā)出較大的聲響。發(fā)聲模塊如圖3.8所示。圖3.8發(fā)聲模塊

第五章控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計系統(tǒng)的軟件設(shè)計非常重要，它主要就是控制著整個硬件電路實現(xiàn)所需的功能，在設(shè)計的過程中必須有清晰的思路，如果程序設(shè)計的不合理，或是語法錯誤，使得硬件電路與程序不匹配，這樣整個硬件電路就會處于一種癱瘓狀態(tài)，無法運行。然而需要實現(xiàn)的功能越多，程序的編寫也就越繁瑣，因此，程序的設(shè)計一般要做到以下幾點：(1)根據(jù)硬件電路所實現(xiàn)的功能，將軟件分為各個部分，設(shè)計出合理的框架結(jié)構(gòu)；(2)根據(jù)總體的設(shè)計選擇適當?shù)膮?shù)；(3)制作出程序流程圖；(4)在程序中添加注釋，便于后期閱讀和修改程序；(5)注意程序的抗干擾設(shè)計，保證程序在運行中的有效、可靠。本系統(tǒng)采用C語言程序而成，其結(jié)構(gòu)簡單清晰，很容易讓人讀懂，語句連貫緊密。它聚集了高級語言和匯編語言的多種特點，并且在編寫的過程中還能加入其他語言的子程序，由此可以看出，其使用的靈活性是很多語言不可相比的。因其良好的性能，不僅應(yīng)用于各類系統(tǒng)的拓展和開發(fā)，同時還應(yīng)用于各種科研項目中。5.1主程序設(shè)計上電之后，系統(tǒng)便會自動對電路進行初始化操作。單片機依次開始調(diào)用按鍵子程序、顯示子程序、中斷子程序，隨后返回初始化之后，并循環(huán)運行。主程序流程圖如圖4.1所示。圖4.1主程序流程圖5.2子程序設(shè)計5.2.1按鍵子程序按鍵子程序流程圖如圖4.2所示。上電之后，單片機會自動掃描是否按鍵被按下，若沒有按鍵被按下，時鐘則會正常走時顯示時間，且此時按鍵K2和按鍵K3起不到調(diào)節(jié)時間的作用，一旦K0或K1按鍵被按下，則會進入校時或鬧鈴的調(diào)時狀態(tài)，這個時候再按下K2和K3鍵，便能夠調(diào)節(jié)時單元的加減；第二次按下K0或K1鍵，則可進行調(diào)分狀態(tài)；如此反復(fù)，再次按下便可對秒單元進行調(diào)節(jié)。圖4.2按鍵子程序流程圖5.2.2顯示子程序通過定義數(shù)碼管顯示函數(shù)，分別可以對秒的個位和十位、分的個位和十位以及時的個位和十位進行計算顯示[10]。顯示子程序流程圖如圖4.3所示。圖4.3顯示子程序流程圖5.2.3中斷子程序通上電以后，定時器中斷會自動判斷此刻的時間是不是到了1秒，時間到了1秒，秒單元相應(yīng)的就會自動進行加1操作；接著就會判斷是不是到了1分鐘，時間到了1分鐘，分單元相應(yīng)的就會自動進行加1操作[9]；然后就會判斷是不是到了1小時，時間到了1小時，時單元相應(yīng)的就會自動進行加1操作；當時間到了24小時，時單元就會清零。中斷子程序流程圖如圖4.4所示。圖5.4中斷子程序流程圖

第六章仿真調(diào)試本設(shè)計的仿真調(diào)試采用的是Proteus軟件，它不但能夠?qū)崿F(xiàn)同類仿真軟件的所有功能，而且他還可以對外部電路中的元器件仿真，其內(nèi)含元器件庫十分的豐富，當你在電路布線的過程中出現(xiàn)錯誤，也可以直接更改，設(shè)計使用十分的靈活，這就使得Proteus軟件在眾多的仿真軟件中脫穎而出，尤其適合學生或?qū)纹瑱C感興趣以及從事與單片機有關(guān)工作的人。在Proteus下，將編寫好的C語言程序載入到單片機內(nèi)，隨后點擊運行，便可進入調(diào)試環(huán)境，程序無誤，此時電路中的各個元器件連接點便會亮起紅藍指示燈(紅色代表高電平，藍色代表低電平)，LED數(shù)碼管亮起，時間顯示開始正常的走時。初始運行狀態(tài)如圖5.1所示。圖6.1初始運行狀態(tài)6.1功能調(diào)試6.1.1校時調(diào)試在對校時功能進行調(diào)試時，按下按鍵K0，此時K0鍵兩端為低電平，與K0鍵相連接的P1.0引腳也為低電平，LED數(shù)碼管閃爍一下，便進入時單元的調(diào)試狀態(tài)，按下K2或K3鍵，時單元都會閃爍一次，對應(yīng)的P1.2和P1.3引腳也會呈現(xiàn)為低電平狀態(tài)，且每次按鍵時單元都會加一或減一。時單元調(diào)試結(jié)果如圖6.2所示。圖6.2時單元調(diào)試結(jié)果分單元調(diào)試只需再次按下K0鍵，隨后通過按K2和K3鍵，即可對分單元進行調(diào)節(jié)。分單元調(diào)試結(jié)果如圖6.3所示。圖6.3分單元調(diào)試結(jié)果秒單元的調(diào)試與時單元和分單元調(diào)試步驟相同，調(diào)試結(jié)束后，需要再次按下K0鍵，此時校時結(jié)束，LED數(shù)碼管按照設(shè)定的時間開始走時。校時調(diào)試結(jié)果如圖6.4所示。圖6.4校時調(diào)試結(jié)果6.1.2鬧鈴調(diào)試在設(shè)定鬧鈴功能時，按照校時調(diào)試的步驟依次按下K1鍵，緊接著按下K2和K3鍵，便可以設(shè)置鬧鈴的時間，若是走時的時間到了鬧鈴設(shè)置的時間，這時候蜂鳴器便會發(fā)出聲響進行提示，同時蜂鳴器的指示燈亮起。6.1.3復(fù)位調(diào)試當需要將運行中的電路返回到初始值時，只需要按下復(fù)位按鍵，復(fù)位按鍵、電容和RESET引腳都顯示為高電平，下拉電阻的接地端保持低電平不變，與RESET引腳相連接的一端為高電平，LED數(shù)碼管閃爍一下便回到初始運行狀態(tài)。6.2仿真結(jié)果分析從仿真結(jié)果來看，本設(shè)計通過按鍵很好的實現(xiàn)了對LED數(shù)碼管時間顯示的調(diào)節(jié)，按鍵功能明確，且在復(fù)位按鍵的作用下，能夠強制性的將運行中的電子時鐘回到初始狀態(tài)，在一定程度上增加了對電子鐘調(diào)節(jié)的便捷性，而且在調(diào)節(jié)的過程中，每按鍵一次，數(shù)碼管緊跟著就變動顯示一次，非常的順暢，在正常顯示時間的走時中，不僅精確，還十分的平穩(wěn)，非常符合實際應(yīng)用中的要求。

總結(jié)與展望電子時鐘具有長遠的發(fā)展歷史，使用單片機控制電子時鐘的技術(shù)早已成熟，也早已成為主流。本次設(shè)計的電子時鐘的整體工作主要分為硬件電路和軟件系統(tǒng)兩部分，首先是選擇所需要的元器件，再按照實現(xiàn)的功能將各個元器件整合到一起，完成設(shè)計的硬件電路，然后是設(shè)計軟件系統(tǒng)部分，通過程序控制硬件電路，從而實現(xiàn)時間的顯示、校時以及鬧鈴功能。本設(shè)計所需實現(xiàn)的功能，但是功能較為簡單，不足之處就是每次開始運行或是初始化電路，都需要對其進行校時，比如每次運行都需要重新進行校時，每次到達鬧鈴時間蜂鳴器只會響一聲，時間較短，提示作用有點不太明顯，在實際的生活中使用還是有所欠缺，實用性不強，還需對其進行完善。本次設(shè)計給了我一次很好的實踐的機會，但也讓我看到了自己的不足，雖然在課堂上我們已經(jīng)學習了很多的理論知識，但要知道理論絕大部分是理想的，實際的使用和操作還是和理論有很大的差別，從被動的接受知識到主動的去學習，再通過實際的操作和應(yīng)用，讓我真真切切的明白了什么叫學以致用，讓我對所學的知識有了進一步的認知和了解，也讓我知道了理論結(jié)合實踐的重要性，在今后的工作中仍需不斷學習，只有這樣才能夠不斷進步。

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