C51單片機(jī)實(shí)現(xiàn)電子鬧鐘

1、課程名稱：單片機(jī)原理與接口技術(shù)實(shí)踐 設(shè)計(jì)課題： 基于MCS 51單片機(jī)實(shí)現(xiàn)電子鬧鐘功能的設(shè)計(jì)學(xué) 院：電子與信息工程學(xué)院專 業(yè)：通信工程小組成員：電子鬧鐘在科學(xué)技術(shù)高度發(fā)展的今天,千家萬戶都少不了它,所以很多家庭個人都需要有一個電子鬧鐘，為人們提供報(bào)時方便,但普通電子鬧鐘不夠方便實(shí)用。本文給出了一種基于MCS51單片機(jī)實(shí)現(xiàn)電子鬧鐘功能的設(shè)計(jì)方法，從而給人們帶來更為方便的工作與生活。一.電子鬧鐘簡介我們設(shè)計(jì)的電子鬧鐘是以MCS 51單片機(jī)中的計(jì)時器作為時鐘，用8位數(shù)碼管顯示當(dāng)前時間，并且可以設(shè)置鬧鐘時間，并在設(shè)置的時間點(diǎn)發(fā)出鬧鈴。簡易鬧鐘具有以下功能：1.時鐘能準(zhǔn)確地走時，并可以通過數(shù)碼管進(jìn)行顯示

2、2.復(fù)位后可以進(jìn)行當(dāng)前時間的設(shè)置3.可以隨意設(shè)置鬧鐘時間，鬧鐘會在設(shè)置時間響鈴整個系統(tǒng)的任務(wù)要求：1）輸入數(shù)字按鍵的功能。保證數(shù)字的輸入。2）復(fù)位電路的功能。所有時間回到初始化狀態(tài),用于啟動設(shè)定時間參數(shù)（調(diào)時或設(shè)定鬧鐘時間）；3）顯示電路的功能。當(dāng)輸入數(shù)字時顯示24小時時間功能。4） 鬧鈴功能設(shè)置鬧鈴的時間后.能按設(shè)置好的時間準(zhǔn)時鬧鈴。二.系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì)要求 根據(jù)以上各模塊并結(jié)合顯示屏的功能及元器件材料的情況，決定采用AT89C51為內(nèi)核顯示設(shè)計(jì)方案。先進(jìn)行系統(tǒng)的整體規(guī)劃確定整個系統(tǒng)的功能，然后按照每個功能的具體要求，進(jìn)行各個模塊的實(shí)物設(shè)計(jì)并逐個調(diào)試，待全部通過后，進(jìn)行整個系統(tǒng)的聯(lián)調(diào)，最終實(shí)現(xiàn)

3、一個完整的系統(tǒng)。整個系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟如下：在單片機(jī)最小系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，完成按鍵電路和復(fù)位電路的設(shè)計(jì)。完成顯示電路、數(shù)字按鍵、單片機(jī)時鐘電路。硬件設(shè)計(jì)系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)可以根據(jù)系統(tǒng)的各個功能，把整個系統(tǒng)劃分成若干個模塊，分別對這些模塊來進(jìn)行設(shè)計(jì)，然后在通過單片機(jī)程序來實(shí)現(xiàn)對各個硬件模塊功能的調(diào)度。本系統(tǒng)涉及到的硬件模塊有：按鍵電路、數(shù)碼管顯示電路、單片機(jī)時鐘電路、蜂鳴器電路。各部分實(shí)現(xiàn)功能如下：按鍵電路：提供按鍵信號。單片機(jī)時鐘電路、復(fù)位電路：提供內(nèi)部時鐘。數(shù)碼管驅(qū)動顯示電路：顯示當(dāng)前時間。蜂鳴器電路：鬧鐘報(bào)時。 軟件設(shè)計(jì)本系統(tǒng)的軟件部分主要完成功能：時分秒的進(jìn)位算法處理、數(shù)碼管的時間顯示、時間調(diào)整設(shè)置

4、、鬧鐘功能。根據(jù)軟件的功能劃分軟件設(shè)計(jì)模塊結(jié)構(gòu)，如下所示其中各個模塊具體任務(wù)如下：按鍵驅(qū)動模塊：對各個按鍵的功能進(jìn)行相關(guān)的定義。LED驅(qū)動模塊：根據(jù)系統(tǒng)需要顯示相應(yīng)的數(shù)字時間；時間處理模塊：時、分、秒的進(jìn)位算法處理三.系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)1根據(jù)確定的硬件方案設(shè)計(jì)硬件框圖，如下圖所示：單片機(jī)蜂鳴器電路晶振電路復(fù)位電路按鍵電路數(shù)碼管驅(qū)動及顯示2系統(tǒng)原理圖的設(shè)計(jì)系統(tǒng)總的硬件電路如下圖所示 實(shí)際要用到5個按鍵，受空間限制仿真電路中只畫出4個。單片機(jī)管腳資源分配：P0口為數(shù)碼管段選信號輸出口。P3口為數(shù)碼管位選信號輸出口。P1.0、P1.1、P1.2、P1.3、P1.4為鍵盤的輸入信號。P3.6為蜂鳴器信

5、號的輸出口。下面分別介紹各個電路。（1）數(shù)碼管驅(qū)動及顯示電路本設(shè)計(jì)采用8位7段共陽極數(shù)碼管用來顯示時間。為了將時間在LED數(shù)碼管上顯示可采用動態(tài)顯示法。通過對每位數(shù)碼管的依次掃描，使對應(yīng)數(shù)碼管亮；同時向該數(shù)碼管送對應(yīng)的字碼使其顯示數(shù)字。由于數(shù)碼管掃描周期很短，而且人眼有視覺暫留效應(yīng)，所以數(shù)碼管看起來總是亮的從而實(shí)現(xiàn)了數(shù)字的同時顯示。 數(shù)碼管主要包括位選和段選信號線。位選是用來選通數(shù)碼管的，只有位選信號有效該數(shù)碼管才會亮并顯示要現(xiàn)實(shí)的數(shù)字；段選是選擇數(shù)碼管7段的那一筆亮，從而顯示不同的數(shù)字。本設(shè)計(jì)中單片機(jī)P0口輸出段選數(shù)據(jù),P3口輸出位選數(shù)據(jù)。數(shù)碼管與單片機(jī)相連的電路如下圖所示：電路中使用了芯片

6、74ls245，該芯片用來驅(qū)動LED。其片選引腳要接地，使其一致為低電平，芯片一直可以工作。（2）晶振電路晶體以及電容C1、C2構(gòu)成并聯(lián)諧振電路，接在放大器的反饋回路中構(gòu)成內(nèi)部單片機(jī)內(nèi)部時鐘。晶體可在1.2MHz-12MHz之間任選，電容C1、C2的典型值為通常選擇為30pF左右，這時對應(yīng)的始終頻率為12MHz。單片機(jī)內(nèi)部晶振電路圖及連接電路如下：（3）按鍵電路本設(shè)計(jì)采用行列式按鍵電路，它由行線和列線組稱成，按鍵位于行列的交叉點(diǎn)。一個4*4的行列結(jié)構(gòu)可以構(gòu)成一個16個按鍵的鍵盤，如下圖所示。在按鍵數(shù)目較多的場合，行列式按鍵可以節(jié)省很多的I/O口線。 按鍵的識別是通過掃描來實(shí)現(xiàn)的。單片機(jī)會依次掃

7、描每一行和每一列，通過行線和列線的電平高低即可判斷哪個按鍵被按下。 本設(shè)計(jì)中用到四個按鍵，P1.0、P1.1、P1.2、P1.3 、P1.4，分別用于時間校準(zhǔn)設(shè)置、定鬧設(shè)置、秒分時切換、加1調(diào)整、減1調(diào)整。按鍵與單片機(jī)相連電路如下：由原理圖可以明顯看出，當(dāng)按鍵未被按下時，對應(yīng)引腳為高電平；按鍵被按下時為低電平。通過掃描即可辨別哪一個按鍵被按下。本題畫出的雖然是獨(dú)立按鍵，但是內(nèi)部驅(qū)動依然是行列式按鍵的驅(qū)動，這里只是為了畫圖方便。(4)復(fù)位電路當(dāng)按下復(fù)位鍵時單片機(jī)進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)，可以進(jìn)行時間的設(shè)置等。電路圖如下所示：四.系統(tǒng)軟件部分的設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)的軟件系統(tǒng)用來配合硬件電路實(shí)現(xiàn)特定的功能。程序主要包含鍵

8、盤掃描模塊、時間處理模塊、和數(shù)碼管顯示程序3大部分。程序大致流程如下：開始 否 是否按下設(shè)置鍵 是設(shè)置時間和鬧鐘的時間 時鐘開始正常走時 否當(dāng)前時間等于鬧鐘時間？是 鬧鈴響1.時間處理模塊單片機(jī)晶振頻率為12MHz，一個機(jī)器周期等于12個振蕩脈沖周期，因此機(jī)器時序頻率是振蕩頻率的1/12，即1MHz，所以一個機(jī)器周期為1s。本設(shè)計(jì)用的是計(jì)時器0的方式1，對于方式1，計(jì)數(shù)個數(shù)M與計(jì)數(shù)初值N的關(guān)系為 M=216 N,定時時間t與計(jì)數(shù)個數(shù)M和初值N的關(guān)系為 t = M*機(jī)器周期 =(216-N)*時鐘周期*12。計(jì)時過程中，秒sec等于60時清零，分min加一；分min等于60時清零，小時hour加

9、一；當(dāng)小時大于24時，置為0。時分秒的進(jìn)位算法代碼如下:void timecontrol() sec+; if(sec=60) /秒sec到60清零，分min加一 sec=0; min+; if(min=60)/分min到60清零，時hour加一 min=0; hour+; if(hour=24)/小時hour等于24時清零 hour=0; 定時器的先關(guān)設(shè)置：void main() TMOD=0x01; /定時器0工作在方式1 TH0=(65536-45872)/256; /裝初值，50ms TL0=(65536-45872)%256; EA=1; /總中斷允許 ET0=1; /T0中斷允許

10、TR0=1; /開定時器0 while(1) keyscan_settime(); keyscan_time(); buz(); 2.數(shù)碼管顯示模塊 本設(shè)計(jì)中以P0口作為數(shù)碼管的段選輸出，P3口為位選信號輸出。由于所用數(shù)碼管為共陽極連接，所以要點(diǎn)亮的數(shù)碼管位選端為高電平1.位選信號的I/O口聲明#include#define uchar unsigned char#define uint unsigned int sbit s1=P30; /數(shù)碼管位選控制端的定義sbit s2=P31;sbit s3=P32;sbit s4=P33;sbit s5=P34;sbit s6=P35;sbit s

11、7=P36;段碼表：uchar code mum=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90; /共陽數(shù)碼管0-9編碼數(shù)碼管顯示函數(shù)如下：void display(uchar zs,uchar zm, uchar zh) /數(shù)碼管顯示函數(shù) s1=1;/P3即S系列輸出位選信號P0=mumzh/10; /P0輸出段選信號 ，顯示小時的十位 delayms(5);s1=0; s2=1;P0=mumzh%10&0x7f; /顯示時的個位加上小數(shù)點(diǎn)delayms(5);s2=0; s3=1;P0=mumzm/10; /顯示分的十位delayms(

12、5);s3=0;s4=1;P0=mumzm%10&0x7f; /分的個位加上小數(shù)點(diǎn)delayms(5);s4=0; s5=1;P0=mumzs/10; /秒的十位delayms(5);s5=0; s6=1; P0=mumzs%10;/秒的個位delayms(5);s6=0;3.鍵盤掃描模塊 首先要聲明各個按鍵的功能以及對應(yīng)的I/O口，然后驅(qū)動程序?qū)Π存I進(jìn)行掃描以識別被按下的鍵。按鍵對應(yīng)I/O口聲明/*k1設(shè)置時間，k2定時，k3時分秒選擇，k4加數(shù)字，k5減數(shù)字。*/sbit k1=P10; sbit k2=P11;sbit k3=P12;sbit k4=P13;sbit k5=P14;鍵盤

13、掃描以進(jìn)行時間設(shè)置void keyscan_settime() /時間設(shè)置模塊 uchar st,mt,ht; if(k1=0) delayms(10); /延遲一段時間再次掃描以達(dá)到軟件消抖的目的 if(k1=0) st=sec,mt=min,ht=hour; TR0=0; /關(guān)閉定時器 while(k1=0) /等待用戶按鍵 display(st,mt,ht); if(k3=0) delayms(10); if(k3=0) while(!k3); ss+; if(ss=3) ss=0; /*通過ss選擇時分秒設(shè)置*/ if(k4=0) /加數(shù) delayms(10); if(k4=0) w

14、hile(!k4); switch(ss) case 0:st+;if(st=60)st=0;break; case 1:mt+;if(mt=60)mt=0;break; case 2:ht+;if(ht=24)ht=0;break; default :; if(k5=0) /減數(shù) delayms(10); if(k5=0) while(!k5); switch(ss) case 0:if(st0)st-; else st=0;break; case 1:if(mt0)mt-; else mt=0;break; case 2:if(ht0)ht-; else ht=0;break; defau

15、lt : ; TR0=1; /設(shè)置完畢，開啟定時器 sec=st,min=mt,hour=ht; display(sec,min,hour);用戶定鬧鐘時間模塊void keyscan_time() /用戶定時模塊 if(k2=0) delayms(10); if(k2=0) s=sec;m=min;h=hour; while(k2=0) /開始定時設(shè)置 display(s,m,h); if(k3=0) delayms(10); if(k3=0) while(!k3); ss+; if(ss=3) ss=0; /*通過ss選擇時分秒設(shè)置*/ if(k4=0) /加一 delayms(10);

16、if(k4=0) while(!k4); switch(ss) case 0:s+;if(s=60)s=0;break; case 1:m+;if(m=60)m=0;break; case 2:h+;if(h=24)h=0;break; default :; if(k5=0) /減一 delayms(10); if(k5=0) while(!k5); switch(ss) case 0:if(s0)s-; else s=0;break; case 1:if(m0)m-; else m=0;break; case 2:if(h0)h-; else h=0;break; default : ; 4

17、.其他程序 （1）delay延時函數(shù) void delayms(uint k) /延時函數(shù) uint i,j; for(i=k;i0;i-) for(j=110;j0;j-); 該函數(shù)是一個循環(huán)，對于輸入的k值，本程序?qū)⒀h(huán)k*110次以達(dá)到延時的目的。 （2）鬧鈴函數(shù) void buz()if(hour=h)&(min=m)&(sec=s) s7=0; delayms(20); s7=1; 當(dāng)鬧鐘走時與用戶設(shè)置的鬧鐘時間相等時（時分秒都相等），s7對應(yīng)的I/O口輸出低電平，蜂鳴器響。一段時間后s7輸出變?yōu)楦唠娖?，停止響?（3）中斷入口程序 void T0_ms() interrupt 1 /中斷入口程序 TH0=(65536-45872)/256; /重新裝初值 TL0=(65536-45872)%256; count+; if(count=20) /判定1s時間是否已到 count=0; timecontro