單片機(jī)電子時(shí)鐘設(shè)計(jì)

ID:1059284 · 發(fā)表于 2022-12-26 21:18

一、設(shè)計(jì)內(nèi)容
內(nèi)容：用單片機(jī)控制實(shí)現(xiàn)基本數(shù)字電子鐘的設(shè)計(jì)，擴(kuò)展了4X4鍵盤和4位LED數(shù)碼顯示器，可用于顯示和按鍵控制。

功能：能夠顯示時(shí)和分；可通過按鍵設(shè)置鬧鐘功能；可進(jìn)行整點(diǎn)報(bào)時(shí)；可通過按鍵設(shè)置分校時(shí)。

二、總體方案設(shè)計(jì)
2.1 功能分析
數(shù)字電子鐘系統(tǒng)可以分為主控制單元、復(fù)位電路、鍵盤電路、顯示電路等。

2.2 各模塊功能說明
晶振電路的功能：每個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)里都有晶振，全程是叫晶體震蕩器，在單片機(jī)系統(tǒng)里晶振的作用非常大，他結(jié)合單片機(jī)內(nèi)部的電路，產(chǎn)生單片機(jī)所必須的時(shí)鐘頻率，單片機(jī)的一切指令的執(zhí)行都是建立在這個(gè)基礎(chǔ)上的，晶振的提供的時(shí)鐘頻率越高，那單片機(jī)的運(yùn)行速度也就越快。晶振用一種能把電能和機(jī)械能相互轉(zhuǎn)化的晶體在共振的狀態(tài)下工作，以提供穩(wěn)定，精確的單頻振蕩。

復(fù)位電路的功能：把電路初始化到一個(gè)確定的狀態(tài)，一般來說，單片機(jī)復(fù)位電路作用是把一個(gè)例如狀態(tài)機(jī)初始化到空狀態(tài)，而在單片機(jī)內(nèi)部，復(fù)位的時(shí)候單片機(jī)是把一些寄存器以及存儲(chǔ)設(shè)備裝入廠商預(yù)設(shè)的一個(gè)值。

鍵盤電路：根據(jù)4×4矩陣鍵盤，它是用四條I/O線作為行線，四條I/O線作為列線組成的鍵盤。在行線和列線的每個(gè)交叉點(diǎn)上設(shè)置一個(gè)按鍵。這樣鍵盤上按鍵的個(gè)數(shù)就為4×4個(gè)。這種行列式鍵盤結(jié)構(gòu)能有效地提高單片機(jī)系統(tǒng)中I/O口的利用率。實(shí)現(xiàn)按鍵控制鬧鐘，設(shè)置時(shí)間的功能。

顯示電路的功能：采用4位共陰極數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)方式P2口相應(yīng)的位置0  即選擇要顯示的數(shù)碼管位，P0口相應(yīng)的位置1即可顯示相應(yīng)的數(shù)碼管段。負(fù)責(zé)顯示時(shí)鐘的時(shí)和分。

三、硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)
使用了Produce軟件進(jìn)行硬件原理圖的仿真設(shè)計(jì)。

部分電路如圖所示：

  a. 主控電路: 80C51單片機(jī)



b. 晶振電路:89C51單片機(jī)內(nèi)部的振蕩電路是一個(gè)高增益反相放大器，引線XTAL1和XTAL2分別          為反相振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入和來自反相振蕩器的輸出，該反相放大          器可以配置為片內(nèi)振蕩器。



   c. 復(fù)位電路:采用上電復(fù)位，上電后，由于電容充電，使RST持續(xù)一段時(shí)間的高電平，從而實(shí)             現(xiàn)上電復(fù)位操作。這不僅能使單片機(jī)復(fù)位，還能是單片機(jī)的外圍設(shè)備同時(shí)復(fù)位，當(dāng)程序出             現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)，可以隨時(shí)使電路復(fù)位。



      d. 鍵盤電路:當(dāng)按鍵被按下時(shí)，相應(yīng)的引腳被拉低，經(jīng)掃描后，獲得鍵值，并執(zhí)行鍵功能程                序，因此通過按下同一個(gè)鍵，將執(zhí)行不同的功能程序。



      e. 顯示電路：主要是數(shù)碼管顯示數(shù)字電子鐘的時(shí)和分。



四、軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)
  4.1 程序總體流程圖
   主函數(shù)的流程框圖：先進(jìn)行初始化設(shè)定初值，然后相關(guān)子程序的調(diào)用


  4.2 主要模塊程序流程

   1.調(diào)用中斷服務(wù)子程序，循環(huán)次數(shù)++，因?yàn)槎〞r(shí)時(shí)長(zhǎng)為50ms，所以循環(huán)次數(shù)為20時(shí)，循環(huán)次數(shù)清0，秒++；秒為60時(shí)分加++，秒清0；分為60時(shí)，時(shí)++，分清0；時(shí)為24時(shí)，時(shí)清0，中斷返回。



      2.先確認(rèn)彈簧消抖是否有鍵按下，之后判斷掃描按鍵，不同的按鍵觸發(fā)不同功能。



五、源代碼
部分代碼展示：

#include<reg51.h>
#define tl 0xba;  //宏定義 tl賦初值
#define th 0x3c; //宏定義 th賦初值

sbit speaker=P3^5;          //鬧鐘輸出蜂鳴器

unsigned char code led[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f};  //數(shù)碼管顯示的數(shù)字0-9的編碼
unsigned char count0,second,minit,hour; //時(shí)間時(shí)分秒
unsigned int second1,minit1,hour1;//鬧鐘時(shí)分秒

//timenum1是調(diào)節(jié)時(shí)間的按鍵按下的次數(shù)
//timenum2是調(diào)節(jié)鬧鐘的按鍵按下的次數(shù)
//f1是否在設(shè)置鬧鐘
//f2是否在設(shè)置時(shí)間
unsigned char timenum1,timenum2,f1,f2;
unsigned int dsflg;
unsigned char temp;

//延時(shí)子程序  代碼燒路軟件自動(dòng)生成的
void delay(void)
{
unsigned int i;
for(i=0;i<100;i++);
}
//50ms
//數(shù)碼管顯示
void display(void)
{

P0=led[hour/10]; //p0口送數(shù)據(jù) 拆數(shù)顯示,時(shí)的十位
P2=0xFE;       //片選 P2.0
delay();       //延時(shí)
P2=0xFF;       //片選關(guān)

P0=led[hour%10]; //p0口送數(shù)據(jù) 拆數(shù)顯示,時(shí)的個(gè)位
P2=0xFD; //P2.1
delay();
P2=0xFF;

P0=led[minit/10]; //p0口送數(shù)據(jù) 拆數(shù)顯示,分的十位
P2=0xFB;  //P2.2
delay();
P2=0xFF;

P0=led[minit%10]; //p0口送數(shù)據(jù) 拆數(shù)顯示,分的個(gè)位
P2=0xF7;  //P2.3
delay();
P2=0xFF;
}

//掃描按鍵
void keyscan()
{
   unsigned char temp;
   P1=0xfe;    // 給P1.0賦低電平
   temp=P1;
   temp=temp&0xf0;    //判斷P1.0那一列是否有鍵按下
   if(temp!=0xf0)// 確定有鍵按下的時(shí)候
   {
         delay1(10); //延時(shí)子程序進(jìn)行消抖
      temp=P1;
      temp=temp&0xf0; //再次判斷p1.0那一列是否有鍵按下
      if(temp!=0xf0)    //確定有鍵按下
      {
            temp=P1;    //將P1的值給temp
         switch(temp)
            {
            case 0xee: //p1.4口
                  timenum1++;       //標(biāo)記++
                  TR1=0;    //不啟動(dòng)T1 ，關(guān)閉蜂鳴器
                  f2=0;    //進(jìn)入調(diào)時(shí)間的狀態(tài)
                  if(timenum1==1||timenum2==1)    //如果timenum1==1 調(diào)時(shí)
                  {
                     dsflg=0; //正在調(diào)時(shí)間
                  }
                  if(timenum1==3)    如果timenum1==4 退出
                  {
                     TR1=1;    //啟動(dòng)T1
                     timenum1=0;    //將按鍵次數(shù)歸零
                     dsflg=1;    //退出調(diào)時(shí)間
                     f2=1;    //退出調(diào)節(jié)時(shí)間
                  }
                  break;

            case 0xde:  //p1.5口
                  //調(diào)時(shí)間
                  if(timenum1==1)    //如果timenum1==1 調(diào)時(shí)
                  {
                     hour++;       //小時(shí)++
                  }
                  if(timenum1==2)    //如果timenum1==2 調(diào)分
                  {
                        minit++;
                  }
               //調(diào)鬧鐘
                  if(timenum2==1)    //如果timenum2==1 調(diào)時(shí)    鬧鐘
                  {
                     hour1++;       //小時(shí)++
                  }
                  if(timenum2==2)    //如果timenum2==2 調(diào)分鬧鐘
                  {
                        minit1++;
                  }
                  break;

            case 0xbe:    //p1.6口
                  speaker=1;  //蜂鳴器處于不響狀態(tài)在設(shè)置時(shí)間的時(shí)候
                  if(timenum1==1)    //如果timenum1==1 調(diào)時(shí)
                  {
                     hour--;       //小時(shí)--
                  }
                  if(timenum1==2)    //如果timenum1==2 調(diào)分
                  {
                        minit--; //分鐘--
                  }
                  //調(diào)鬧鐘
                  if(timenum2==1)    //如果timenum2==1 調(diào)時(shí)    鬧鐘
                  {
                     hour1--;       //小時(shí)--
                  }
                  if(timenum2==2)    //如果timenum2==2 調(diào)分鬧鐘
                  {
                        minit1--;
                  }
                  break;

            case 0x7e://p1.7
                  timenum2++;    //標(biāo)記++
                  f1=0; //進(jìn)入設(shè)置鬧鐘
                  if(timenum2==1||timenum2==2) //如果timenum2=1設(shè)定腦鐘的小時(shí)
                  {
                     dsflg=0; //正在調(diào)時(shí)間
                  }
                  if(timenum2==3) //如果timenum2=3退出
                  {
                     timenum2=0;    //將按鍵次數(shù)歸零
                     dsflg=1;  //退出調(diào)時(shí)間
                     f1=1;    // 退出設(shè)置鬧鐘
                  }
                  break;
            }

            while(temp!=0xf0) //判斷按鍵是否彈起
            {
            temp=P1;
            temp=temp&0xf0;
            }
      }
   }
}

//按鍵控制時(shí)間設(shè)置
void Keykonzhi()
{
if(timenum1==1)    //如果timenum1==1 調(diào)時(shí)
{
      if(hour>23)    //限位
      {
         hour=0;
      }

      P0=led[hour/10]; //顯示小時(shí)
      P2=0xFE;    //小時(shí)十位 p2.0
      delay();
      P2=0xFF;

      P0=led[hour%10]; //顯示小時(shí)
      P2=0xFD;    //小時(shí)個(gè)位  p2.1
      delay();
      P2=0xFF;
}

if(timenum1==2)    如果timenum1==2 調(diào)分  //以下也是和調(diào)時(shí)一樣的方法

{
      if(minit>59)
      {
         minit=0;
      }

      P0=led[minit/10];
      P2=0xFB; //分鐘十位  p2.2
      delay();
      P2=0xFF;

      P0=led[minit%10];
      P2=0xF7; //分鐘個(gè)位 p2.3
      delay();
      P2=0xFF;
}
}

//設(shè)置鬧鐘
void almset()
{
timenum1=0;
if(timenum2==1) //如果timenum2==1設(shè)定鬧鐘的小時(shí)
{
      if(hour1>23) //限位
      {
         hour1=0;
      }

      P0=led[hour1/10];//小時(shí)顯示  十位
      P2=0xFE;//p2.0
      delay();
      P2=0xFF;

      P0=led[hour1%10];
      P2=0xFD;//p2.1 小時(shí)個(gè)位顯示
      delay();
      P2=0xFF;
}

if(timenum2==2)    //如果timenum2==2設(shè)定鬧鐘的分鐘  和上面小時(shí)一樣
{
      if(minit1>59)
      {
         minit1=0;
      }

      P0=led[minit1/10];//顯示分鐘十位
      P2=0xFB; //  p2.2
      delay();
      P2=0xFF;

      P0=led[minit1%10];//顯示分鐘個(gè)位
      P2=0xF7;// p2.3
      delay();
      P2=0xFF;
}
}

//控制鬧鐘 (鬧鐘到了設(shè)定時(shí)間就會(huì)響)
void almkozi()
{
if((hour1==hour)&&(minit1==minit)&&(second<4))
{
      speaker=0;    //鬧鐘時(shí)間到，蜂鳴器響
   }
if(minit==0&&second<4)
{
      //整點(diǎn)報(bào)時(shí)，蜂鳴器響
      speaker=0;
}

if(second>4) //控制蜂鳴器響的時(shí)長(zhǎng)
{
      speaker=1; //關(guān)閉蜂鳴器
}
}

六、測(cè)試結(jié)果展示
   1. 時(shí)鐘顯示：最開始設(shè)置時(shí)間為12：59。
   2 . 鬧鐘調(diào)時(shí)：手動(dòng)按鍵調(diào)整時(shí)鐘的時(shí)。
   3. 鬧鐘調(diào)分：手動(dòng)按鍵調(diào)整時(shí)鐘的分。
   4. 整點(diǎn)報(bào)時(shí)：時(shí)鐘到整點(diǎn)蜂鳴器就會(huì)響，達(dá)到報(bào)時(shí)的效果。

      在做設(shè)計(jì)的過程中,我進(jìn)一步認(rèn)識(shí)到全面專業(yè)知識(shí)以及邏輯思考方式對(duì)研究問題的重要性，同時(shí)我也更加具體的掌握了設(shè)計(jì)的基本方法。經(jīng)過不斷的努力，我終于完成了這次設(shè)計(jì)，總的來說，我學(xué)到了不少的東西，知道了理論聯(lián)系實(shí)際的重要性。在設(shè)計(jì)過程中我遇到了很多的困難，但沒放棄，查閱了許多相關(guān)的書籍，自己獨(dú)立思考和借鑒了前人的許多優(yōu)秀成果，并與所學(xué)的知識(shí)緊密的結(jié)合了起來。我相信這過程對(duì)我今后的學(xué)習(xí)和工作有著積極的影響，并搭好了平臺(tái)。通過這次設(shè)計(jì)，我對(duì)這門課有了更好的理解，尤其結(jié)合了這幾年學(xué)的相關(guān)的專業(yè)知識(shí)，對(duì)各門課都有了一個(gè)較全面的理解。這必將對(duì)我以后的學(xué)習(xí)和工作有很大的幫助。本次設(shè)計(jì)的定時(shí)鬧鐘電路，可以滿足人們的基本要求，但因?yàn)橹R(shí)水平有限，此電路中存在一定的問題，雖可以通過增加電路解決，但過于復(fù)雜和現(xiàn)有水平有限，本次設(shè)計(jì)就未深入涉及，想要更好的改進(jìn)電路，需要進(jìn)一步的努力，如果有好的意見，希望

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