【正文】 廣泛應(yīng)用，已成為計(jì)算機(jī)發(fā)展和應(yīng)用的一個(gè)極其重要的領(lǐng)域。 課程設(shè)計(jì)的目的及意義 時(shí)間是現(xiàn)代社會(huì)中不可缺少的一項(xiàng)參數(shù) ,無(wú)論是平時(shí)生活還是社會(huì)生產(chǎn)都需要對(duì)時(shí)間進(jìn)行控制 ,有的場(chǎng)合對(duì)其精確性還有很高的要求 .采用單片機(jī)進(jìn)行計(jì)時(shí)，對(duì)于社會(huì)生產(chǎn)有著十分重要的作用。 時(shí)間對(duì)人們來(lái)說(shuō)總是那么寶貴，工作的忙碌性和繁雜性容易使人忘記當(dāng)前的時(shí)間。一旦重要事情，一時(shí)的耽誤可能釀成大禍。而鐘表的數(shù)字化給人們生產(chǎn)生活帶來(lái)了極大的方便。數(shù)字鐘是通 過(guò)數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)時(shí) ,分 ,秒數(shù)字顯示的計(jì)時(shí)裝置 ,廣泛用于個(gè)人家庭、車站、碼頭辦公室等公共場(chǎng)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(yīng)用 ,使得數(shù)字鐘的精度 ,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)老式鐘表 ,鐘表的數(shù)字化給人們生產(chǎn)生活帶來(lái)了極大的方便，而且大大地?cái)U(kuò)展了鐘表原先的報(bào)時(shí)功能，諸如定時(shí)自動(dòng)報(bào)警、按時(shí)自動(dòng)打鈴、時(shí)間程序自動(dòng)控制、定時(shí)廣播、自動(dòng)起閉路燈、定時(shí)開關(guān)烤箱、通斷動(dòng)力設(shè)備、甚至各種定時(shí)電氣的自動(dòng)啟用等。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(kuò)大其應(yīng)用，有著非?，F(xiàn)實(shí)的意義。 5 總體設(shè)計(jì) 本次設(shè)計(jì)的定時(shí)鬧鐘在硬件方面，采用了 AT89S52 芯片，用 4位數(shù)碼管來(lái)進(jìn)行顯示，LED 用 P0口進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，采用的是動(dòng)態(tài)掃描，能夠比較準(zhǔn)確的顯示時(shí)間，電源電路主要是由變壓器、橋式整流、電容、穩(wěn)壓器、電阻、發(fā)光二極管構(gòu)成的，由兩個(gè)電容和一個(gè)晶振構(gòu)成時(shí)鐘電路，一個(gè)開關(guān)和電容電阻構(gòu)成了復(fù)位電路，然后通過(guò) S S S3 和 S4四個(gè)功能按鍵可以時(shí)間對(duì)事件的修改和定時(shí)，定時(shí)時(shí)間到后蜂鳴器發(fā)出響聲。在軟件方面采用 C 編程，程序設(shè)計(jì)可分解為走時(shí)、鬧鈴設(shè)置、顯示、檢查鬧鈴實(shí)踐、執(zhí)行鬧鈴時(shí)間處理、調(diào)整等部 分組成，每部分均通過(guò)子程序?qū)崿F(xiàn)，再通過(guò)子程序調(diào)用，使其有機(jī)的聯(lián)系，最終使整個(gè)系統(tǒng)完成時(shí)間的顯示、調(diào)時(shí)和定時(shí)鬧鐘、復(fù)位等功能，并通過(guò)仿真后得到正確的結(jié)果。 定時(shí)鬧鐘的系統(tǒng)可以分為六個(gè)環(huán)節(jié)，分別是電源電路模塊、時(shí)鐘電路模塊、復(fù)位電路模塊、時(shí)間顯示模塊、控制按鍵模塊和鬧鈴模塊。通過(guò)若干模塊的協(xié)調(diào)工作就可以完成相應(yīng)的時(shí)間調(diào)整和定時(shí)鬧鐘的相應(yīng)功能以及顯示功能。模塊的相互連接如下圖所示： 圖 模塊的相互關(guān)系 復(fù) 位 電 路 模 塊 時(shí) 鐘 電 路 模 塊 電 源 電 路 模 塊 控 制 按 鍵 模 塊 時(shí) 間 顯 示模 塊 鬧 鈴 模 塊 6 時(shí)鐘設(shè)計(jì)方案 方案一：運(yùn)用所學(xué)的數(shù)字電 子技術(shù)知識(shí)， 555 秒脈沖發(fā)生器和 74 系列等相關(guān)芯片設(shè)計(jì)出純硬件的電子鬧鐘原理圖。 優(yōu)點(diǎn)是：思想簡(jiǎn)單，不需要編寫程序； 缺點(diǎn)是：所需器件太多，電路復(fù)雜，不容易焊接。 方案二：使用單片機(jī)內(nèi)部的可編程定時(shí)器，根據(jù)單片機(jī)是利用 MCS51 中的 89C52作為其核心部分，其內(nèi)部的定時(shí) /計(jì)數(shù)器進(jìn)行中斷定時(shí)，配合軟件延時(shí)實(shí)現(xiàn)時(shí)、分、秒的計(jì)時(shí)。 優(yōu)點(diǎn)：這樣設(shè)計(jì)硬件成本較低，電路簡(jiǎn)單； 缺點(diǎn)：程序設(shè)計(jì)較為復(fù)雜。 方案三：使用時(shí)鐘芯片 優(yōu)點(diǎn)：系統(tǒng)就不怕掉電且時(shí)間精確； 缺點(diǎn)：這種芯片比較貴，況且，設(shè)計(jì)本系統(tǒng)主要是為了學(xué)習(xí)單片機(jī) 程序的編寫和調(diào)試以及設(shè)計(jì)硬件電路的一些方法，因此采用軟件的方法來(lái)計(jì)時(shí)而沒有采用價(jià)格較高的時(shí)鐘芯片。 綜上所述及本次課程設(shè)計(jì)的要求主要是鍛煉我們利用單片機(jī)知識(shí)進(jìn)行簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)的能力，故選擇方案二。 顯示方案 方案一：靜態(tài)顯示。所謂靜態(tài)顯示，就是當(dāng)顯示器顯示某一字符時(shí)，相應(yīng)的發(fā)光二極管恒定的導(dǎo)通或截止。該方式每一位都需要一個(gè) 8 位輸出口控制。 優(yōu)點(diǎn)：靜態(tài)顯示時(shí)較小的電流能獲得較高的亮度，且字符不閃爍。 缺點(diǎn)：所顯示的位數(shù)較多時(shí)，靜態(tài)顯示所需的 I/O 口太多，造成了資源的浪費(fèi)。 方案二：動(dòng)態(tài)顯示。所謂動(dòng)態(tài)顯示就是 一位一位的輪流點(diǎn)亮各個(gè)位，對(duì)于顯示器的每一位來(lái)說(shuō)，每隔一段時(shí)間點(diǎn)亮一次。 優(yōu)點(diǎn)：調(diào)整參數(shù)可以實(shí)現(xiàn)較高穩(wěn)定度的顯示。動(dòng)態(tài)顯示節(jié)省了 I/O 口，降低了能耗。 缺點(diǎn)：利用人的視覺暫留功能可以看到整個(gè)顯示，但必須保證掃描速度足夠快，字符才不閃爍。顯示器的亮度既與導(dǎo)通電流有關(guān)，也于點(diǎn)亮?xí)r間與間隔時(shí)間的比例有關(guān)。 7 方案三：液晶顯示器。如果選擇此方案，將會(huì)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(dòng)電路復(fù)雜，使用起來(lái)有一定的難度。 由于數(shù)碼管使用起來(lái)較為方便，在夜間看時(shí)間也很方便，以及節(jié)省 I/O 口和降低能耗出發(fā)，本設(shè)計(jì)采用方案二。 軟件設(shè)計(jì) 本次設(shè)計(jì)用 C 語(yǔ)言作為編程語(yǔ)言，選擇 Keil C 作為編程軟件。 Keil 軟件介紹： Keil C51 是美國(guó) Keil Software 公司出品的 51 系列兼容單片機(jī) C 語(yǔ)言軟件開發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比， C 語(yǔ)言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢(shì)，因而易學(xué)易用。Keil 提供了包括 C 編譯器、宏匯編、連接器、庫(kù)管理和一個(gè)功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案，通過(guò)一個(gè)集成開發(fā)環(huán)境（ uVision）將這些部分組合在一起。程序主要負(fù)責(zé)顯示模塊的處理，鍵盤輸入信息處理 以及驅(qū)動(dòng)蜂鳴器，本程序運(yùn)用軟件定時(shí)，最后把程序燒到單片機(jī)中。程序用以驅(qū)動(dòng)硬件電路按照人的思維方式設(shè)計(jì)運(yùn)行，達(dá)到方案設(shè)計(jì)要求的結(jié)果，是系統(tǒng)的內(nèi)在控制核心。 設(shè)置當(dāng)前時(shí)間：按 S1 鍵 LED 停止閃動(dòng)，即進(jìn)入時(shí)間設(shè)置狀態(tài)，按 S2鍵調(diào)整小時(shí)，每按一次數(shù)值增一，按 S3 鍵調(diào)整時(shí)間，設(shè)置完成后按 S4， LED 恢復(fù)閃爍，及設(shè)置完成，進(jìn)入正常走時(shí)狀態(tài)。設(shè)置鬧鈴時(shí)間： S2 鍵進(jìn)入鬧鈴設(shè)置時(shí)間設(shè)定狀態(tài)， S2 為設(shè)置鬧鈴功能鍵，再按 S2 小時(shí)調(diào)整，按 S3 分鐘調(diào)整。鬧鈴開關(guān)設(shè)置：鬧鈴時(shí)間設(shè)定后，再按 S4 鍵，進(jìn)入鬧鈴開關(guān)設(shè)置。 程序和流程圖 見附件 和附件 。 8 3. 方案實(shí)施 單片機(jī)的功能 AT89S52 芯片由 CPU、振蕩器與時(shí)序電路、 4KB 的 ROM、 256KB 的 RAM、兩個(gè) 16 位的定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 T0 和 T 4 個(gè) 8 位的 I/O 端口（ P0、 P P P3）、串行口等組成，其中振蕩器時(shí)序電路與外時(shí)鐘組成了一個(gè)定時(shí)控制部件。 VCC：電源。 GND：接地。 P0 口： P0 口為一個(gè) 8 位漏級(jí)開路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門電流。當(dāng) P1 口的管腳第一次寫 1 時(shí)，被定義為高阻輸入。 P0 能夠用于外部程 序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被 定義為數(shù)據(jù) /地址的第八位。在 FIASH 編程時(shí)， P0 口作為原碼輸入口，當(dāng) FIASH 進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)， P0 輸出原碼，此時(shí) P0 外部必須被拉高。 P1 口： P1 口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的 8位雙向 I/O 口， P1口緩沖器能接收輸出4TTL 門電流。 P1 口管腳寫入 1 后，被內(nèi)部上拉為高，可用作 輸入， P1 口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)， P1 口作為第八位地址接收。 P2 口： P2 口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/O 口， P2 口緩沖器可接收，輸出 4個(gè) TTL 門電流，當(dāng) P2 口被寫“ 1”時(shí) ，其管腳被內(nèi)部上拉電阻 拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)， P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存 儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)， P2 口輸出地址的高八位。在給出地址“ 1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)， P2 口輸出其特殊功能寄存器 的內(nèi)容。 P2 口在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。 P3 口： P3 口管腳是 8 個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4 個(gè) TTL 門電流。當(dāng) P3口寫入“ 1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平 ，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平， P3口將輸出電流（ ILL）這是由于上拉的緣故。 P3 口也可作為 AT89S52 的一些特殊功能口，如下所示： 口管腳 備選功能 9 RXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口） /INT0（外部中斷 0） /INT1（外部中斷 1） T0（記時(shí)器 0外部輸入） T1（記時(shí)器 1外部輸入） /WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通） /RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通） P3 口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。 RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持 RST 腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。