【正文】 廣西理工職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書 題 目： 簡(jiǎn)易電子時(shí)鐘 設(shè)計(jì) 系 別： 電氣工程系 專業(yè)班級(jí)： 11 機(jī)電 2 姓 名 ： 黃武錦 學(xué) 號(hào) ： 20212323 指導(dǎo)教師： 黎有好 二〇 一三 年 七 月 二十四 日 1 目 錄 .............................................................. 2 ...................................................... 3 硬件各部分所能完成的功能 .................................... 4 系統(tǒng)工作原理 ................................................ 5 時(shí)鐘各功能分析及圖解 ........................................ 5 電路各功能圖解分析 .................................... 5 電路功能使用說(shuō)明 ...................................... 8 3. 軟件設(shè)計(jì)思路 ..................................................... 9 主程序模塊 .................................................. 9 數(shù)碼管動(dòng)態(tài)掃描模塊 ......................................... 10 當(dāng)前時(shí)間計(jì)時(shí)模塊 ........................................... 10 鬧鐘輸入輸出模塊 ........................................... 11 當(dāng)前時(shí)間調(diào)整模塊 ........................................... 13 復(fù)位模塊 ................................................... 14 ............................................. 15 系統(tǒng)的調(diào)試方法 ............................................. 15 輸入按鍵的調(diào)試 ....................................... 15 復(fù)位電路的調(diào)試 ....................................... 15 顯示電路的調(diào)試 ....................................... 15 整個(gè)系統(tǒng)的聯(lián)調(diào) ....................................... 15 心得體會(huì) ....................................................... 16 參考文獻(xiàn) ........................................................... 16 附錄 ............................................................... 17 附錄 A 系統(tǒng)原理圖 ............................................. 17 附錄 B 程序源代碼 .............................................. 18 電氣信息學(xué)院課程設(shè)計(jì)評(píng)分表 ......................................... 29 2 單片機(jī)系統(tǒng)作為一種典型的嵌入式系統(tǒng)，其系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括硬件電路設(shè)計(jì)和軟件編程設(shè)計(jì)兩個(gè)方面， 其調(diào)試過(guò)程一般分為軟件調(diào)試、硬件測(cè)試、系統(tǒng)調(diào)試 3個(gè)過(guò)程。如果采用單片機(jī)系統(tǒng)的虛擬仿真軟件 —— Proteus，則不用制作具體的電路板也能夠完成以上工作。數(shù)字鐘是采用數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)對(duì)時(shí)，分，秒，數(shù) 字顯示的計(jì)時(shí)裝置，由于數(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)展了鐘表的報(bào)時(shí)功能。數(shù)字鐘已成為人們?nèi)粘Ｉ钪械谋匦杵?，廣泛應(yīng)用于家庭、車站、碼頭、劇院、辦公室等場(chǎng)所，給人們的生活、學(xué)習(xí)、工作帶來(lái)極大的方便 [4]。不僅如此，在現(xiàn)代化的進(jìn)程中，也離不開電子鐘的相關(guān)功能和原理，比如機(jī)械手的控制、家務(wù)的自動(dòng)化、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)烘箱、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。而且是控制的核心部分。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。 電子鐘在工業(yè)控制和日常生活中是很重要的，它不僅可以用于計(jì)時(shí)、提醒又可用于對(duì)機(jī)器的控制，在自動(dòng)化的過(guò)程中必然有電子鐘的參與，因此電子鐘的應(yīng)用會(huì)越來(lái)越廣泛。而且向著精確、低功耗、多功能發(fā)展?；趩纹瑱C(jī)設(shè)計(jì)的數(shù)字鐘精確度較高， 因?yàn)樵诔绦虻膱?zhí)行過(guò)程中， 任何指令都不影響定時(shí)器的正常計(jì)數(shù)，即便程序很長(zhǎng)也不會(huì)影響中斷的時(shí)間。 從而，使數(shù)字鐘的精度僅僅取決于單片機(jī)的產(chǎn)生機(jī)器周期電路和定時(shí)器硬件電 路的精確度。另外，程序較為簡(jiǎn)潔，具有可靠性和較好的可讀性。如果我們想將它應(yīng)用于實(shí)時(shí)控制之中， 只要對(duì)上述程序和硬件電路稍加修改，便可以得到實(shí)時(shí)控制的實(shí)用系統(tǒng)，從而應(yīng)用到實(shí)際工作與生產(chǎn)中去。 數(shù)字電子鐘的設(shè)計(jì)方法有多種，例如，可用中小規(guī)模集成電路組成電子鐘， 也可以利用專用的電子鐘芯片配以顯示電路及其所需要的外圍電路組成電子鐘還可以利用單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)電子鐘等等。這些方法都各有特點(diǎn)， 其中，利用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的電子鐘具有編程靈活， 便于功能擴(kuò)充， 精確度高等特點(diǎn)。 3 這部分主要介紹工作安排和整體設(shè)計(jì)的思 想。工作過(guò)程規(guī)劃如下 ： 圖 整體設(shè)計(jì)思路 仿真成功 軟硬件結(jié)合，完成任務(wù)書要求 驗(yàn)證硬件電路 對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行總結(jié)和分析 成功 準(zhǔn)備器件、搭接電路 完成整體電路圖 將分塊的電路組合 認(rèn)真學(xué)習(xí)單片機(jī) C 語(yǔ)言 確定編程結(jié)構(gòu)和思路 綜合各程序完成整體程序 編輯各個(gè)程序模塊 調(diào)試程序，進(jìn)行修改 用 Proteus 畫出電路圖 對(duì)仿真中出現(xiàn)的問(wèn)題 進(jìn)行改正 畫出仿真圖進(jìn)行仿真 熟悉硬件了解各引腳功能 分塊設(shè)計(jì)各部分電路 4 針對(duì)要實(shí)現(xiàn)的功能，擬采用 AT89C51單片機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)， AT89C51 單片機(jī)是一款低功耗，高性能 CMOS8位單片機(jī)，片內(nèi)含 4KB在線可編程 （ ISP） 的可反復(fù)擦寫 1000次的 Flash只讀程序存儲(chǔ)器，器件采用高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS 51指令系統(tǒng)及 80C51引腳結(jié)構(gòu) [7]。這樣，既能做到經(jīng)濟(jì)合理又能實(shí)現(xiàn)預(yù)期的 功能。 在程序方面，采用分塊設(shè)計(jì)的方法，這樣既減小了編程難度、使程序易于理解，又能便于添加各項(xiàng)功能。程序可分為 顯示程序 、 調(diào)時(shí)顯示 運(yùn)用這種方法，關(guān)鍵在于各模塊的兼容和配合，若各模塊不匹配會(huì)出現(xiàn)意想不到的錯(cuò)誤。 本電子鐘設(shè)計(jì)主要是依照?qǐng)D ，時(shí)間分配比較均勻。首先，在編程之前必須了解硬件結(jié)構(gòu)尤其是各引腳的用法，以及內(nèi)部寄存器、存儲(chǔ)單元的用法，否則，編程無(wú)從下手，電路也無(wú)法設(shè)計(jì)。這是前期準(zhǔn)備工作。第二部分是硬件部分：依據(jù)想要的功能分塊設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)，比如輸入需要開關(guān)電路，輸出需要顯示驅(qū)動(dòng)電路和液晶電路 等。第三部分是軟件部分：先學(xué)習(xí)理解 C語(yǔ)言的編程方法再根據(jù)設(shè)計(jì)的硬件電路進(jìn)行分塊的編程調(diào)試，最終完成程序設(shè)計(jì)。第四部分是軟件畫圖部分：設(shè)計(jì)好電路后進(jìn)行畫圖，包括電路圖和仿真圖的繪制。第五部分是軟件仿真部分：軟硬件設(shè)計(jì)好后將軟件載入芯片中進(jìn)行仿真，仿真無(wú)法完成時(shí)檢查軟件程序和硬件電路并進(jìn)行修改直到仿真成功。第六部分是硬件實(shí)現(xiàn)部分：連接電路并導(dǎo)入程序檢查電路，若與設(shè)計(jì)的完全一樣一般能實(shí)現(xiàn)想要的功能。 硬件各部分所能完成的功能 （ 1）單片機(jī)發(fā)送的信號(hào)通過(guò)程序控制最終在數(shù)碼管上顯示出來(lái)。 （ 2）單片機(jī)通過(guò)輸出 各種電脈沖信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)控制各部分正常工作。 （ 3）為使時(shí)鐘走時(shí)與標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間一致，校時(shí)電路是必不可少的，鍵盤用來(lái)校正數(shù)碼管上顯示的時(shí)間。 （ 4）單片機(jī)通過(guò)控制鬧鈴電路來(lái)完成定時(shí)鬧鐘的功能。 （ 5）單片機(jī)通過(guò)程序?qū)︳[鈴信號(hào)燈進(jìn)行控制，可方便我們對(duì)鬧鈴的開關(guān)以及是否在鬧鈴進(jìn)行觀察。 （ 6）由于要設(shè)置定時(shí)功能，所以配置了對(duì)鬧鐘設(shè)置的鍵盤。 5 系統(tǒng)工作原理 設(shè)計(jì)的電路主要由四模塊構(gòu)成：時(shí)間顯示電路、信號(hào)顯示電路、鍵盤控制電路、外設(shè)鬧鈴電路以及核心控制電路 詳細(xì)電路功能圖如圖 22： 圖 22 詳細(xì)電路功 能圖 本設(shè)計(jì)采用匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)，使單片機(jī)控制數(shù)碼管顯示時(shí)、分、秒，當(dāng)秒計(jì)數(shù)計(jì)滿 60 時(shí)就向分進(jìn)位，分計(jì)數(shù)器計(jì)滿 60 后向時(shí)計(jì)數(shù)器進(jìn)位，小時(shí)計(jì)數(shù)器按“ 23 翻 0”規(guī)律計(jì)數(shù)。時(shí)、分、秒的計(jì)數(shù)結(jié)果經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理可直接送顯示器顯示。設(shè)計(jì)采用的是時(shí)、分、秒顯示，單片機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理同時(shí)在數(shù)碼管上顯示。 時(shí)鐘各功能分析及圖解 電路各功能圖解分析 （ 1） 時(shí)鐘運(yùn)行圖 仿真開始運(yùn)行時(shí)，或按下 K7 鍵時(shí)，時(shí)鐘從 00： 00： 00 開始運(yùn)行，其中按下 K1 6 鍵可進(jìn)入當(dāng)前時(shí)間調(diào)節(jié)， K2 和 K3 分別負(fù)責(zé)加一和減一， K5 鍵為確認(rèn) 鍵。 時(shí)鐘運(yùn)行圖如圖 23 所示： 圖 23 時(shí)鐘運(yùn)行圖 （ 2） 鬧鐘開關(guān)指示圖 當(dāng)按下 K4 鍵后，可進(jìn)入鬧鐘設(shè)時(shí)控制，設(shè)置完后按確認(rèn)，按下 K6，即開鬧鐘，信號(hào)顯示區(qū)得開 /關(guān)鬧鐘信號(hào)燈點(diǎn)亮，表示當(dāng)時(shí)間到達(dá)鬧鐘的時(shí)間時(shí)，鬧鈴響；再次按下鬧鈴，為關(guān)鬧鈴，此時(shí)的信號(hào)顯示區(qū)得開 /關(guān)鬧鐘信號(hào)燈熄滅。如下圖 24： 圖 24 鬧鐘開關(guān)指示圖 7 （ 3）鬧鈴運(yùn)行圖 當(dāng)時(shí)間到達(dá)鬧鐘設(shè)置的時(shí)間時(shí)，蜂鳴器會(huì)按每秒兩次的頻率響，鬧鐘指示燈也會(huì)閃爍。如下圖 25： 圖 25 鬧鈴運(yùn)行圖 該數(shù)字鐘是用一片 AT89C51 單片機(jī) 通過(guò)編程去驅(qū)動(dòng) 8 個(gè)數(shù)碼管實(shí)現(xiàn)的。通過(guò) 7 個(gè)開關(guān)控制 ,從上到下 7 個(gè)開關(guān) K1K7 的功能分別為： K1：設(shè)置當(dāng)前時(shí)間時(shí) /分 /秒 K2：加一按鍵 K3：減一按鍵 K4：設(shè)置鬧鐘時(shí)間時(shí) /分 /秒 K5: 確認(rèn) /關(guān)閉鬧鈴 K6：開 /關(guān)鬧鐘 K7: 復(fù)位 控制鍵分別與 ~ 口連接，通過(guò) P2 口和 P3 口去控制數(shù)碼管的顯示如圖所示 P2 口接數(shù)碼管的 a—— g 端，是控制輸出編碼 ,P3 口接數(shù)碼管的 1—— 8端 ,是控制動(dòng)態(tài)掃描輸出． 8 從 輸出一個(gè)信號(hào)使二極管發(fā)光，二極 管在設(shè)置的鬧鐘時(shí)間到了時(shí)候發(fā)光， 接一個(gè)蜂鳴器，若有樂(lè)曲可以去驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器實(shí)現(xiàn)。 電路功能使用說(shuō)明 （ 1） 各個(gè)控制鍵的功能：可對(duì)時(shí)間進(jìn)行校準(zhǔn)調(diào)節(jié)（只能加１）；按下設(shè)置鍵數(shù)字時(shí)鐘進(jìn)入鬧鐘設(shè)置狀態(tài)，設(shè)置鬧鐘的時(shí)間；時(shí)加１、分加１鍵是在校準(zhǔn)時(shí)間時(shí)或設(shè) 置鬧鐘時(shí)間對(duì)小時(shí)數(shù)或分鐘數(shù)調(diào)節(jié)而設(shè)置的；按下秒切換鍵就可以進(jìn)入秒表模式，同時(shí)秒表也開始計(jì)時(shí)，按下秒表暫停、復(fù)位鍵就暫停、歸零，如果要重新對(duì)秒計(jì)時(shí)則可以按秒表開始、復(fù)位；清零鍵可以對(duì)鬧鐘清零。 （ 2） AT89C51 單片機(jī)，通過(guò)編寫程序?qū)?shù)碼顯示 進(jìn)行控制。 （ 3) 八個(gè) 7 段數(shù)碼管顯示時(shí)鐘信號(hào)。 9 3. 軟件設(shè)計(jì)思路 根據(jù)設(shè)計(jì)的要求與內(nèi)容，我們將該軟