【正文】 基于單片機(jī)的智能電子鐘系統(tǒng)設(shè)計(jì)姓 名：李永健、王海、呂軍梅、鞏珍珍 課題組的分工或貢獻(xiàn)：每人完成的百分比或者每人負(fù)責(zé)的內(nèi)容課 程 名 稱： MCS51單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)指 導(dǎo) 教 師：李林2014年12月基于單片機(jī)的智能電子鐘系統(tǒng)設(shè)計(jì)李永健、王海、呂軍梅、鞏珍珍（信息科學(xué)與工程學(xué)院）摘要：電子鐘是一種利用數(shù)字電路來顯示時(shí)間的計(jì)時(shí)裝置，與傳統(tǒng)的機(jī)械鐘相比，它具有走時(shí)準(zhǔn)確、顯 示直觀、無機(jī)械傳動(dòng)裝置等優(yōu)點(diǎn)，因而得到廣泛應(yīng)用。 本設(shè)計(jì)通過以單片機(jī)芯片STC89C51為核心，通過軟件編程完成時(shí)鐘及定時(shí)的基本功能，溫度芯片DS18B20完成溫度測(cè)量功能。采用了六位數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示時(shí)、分、秒，兩個(gè)LED燈分別指示上下午，同時(shí)還有兩個(gè)LED燈每半秒分別閃爍一次。通過4個(gè)外部按鍵可以控制小時(shí)和分鐘的定時(shí)和定鬧以及報(bào)警。此電子鐘具有性能優(yōu)越，操作簡單等優(yōu)點(diǎn)。關(guān)鍵詞：智能電子鐘、STC89C5LED數(shù)碼管、DS18B20目錄 項(xiàng)目目的 項(xiàng)目要求 基本原理 設(shè)計(jì)方案 (一)系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)思想(二) 電子鐘計(jì)時(shí)(三) 數(shù)碼管顯示(四) 調(diào)時(shí)(五) 定鬧、報(bào)警(六) 溫度采集五、結(jié)論六、參考文獻(xiàn)七、附錄一 附錄二 項(xiàng)目目的 1. 掌握單片機(jī)各個(gè)功能模塊(并行I/O口、中斷系統(tǒng)、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器)的工作原理、性能和特點(diǎn)；掌握單片機(jī)外圍電路的設(shè)計(jì)方法和仿真方法；掌握單片機(jī)外圍電路的調(diào)試方法；掌握單片機(jī)外圍電路設(shè)計(jì)報(bào)告的撰寫方法；培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)合作精神、項(xiàng)目組織與管理、交流表達(dá)能力；培養(yǎng)責(zé)任感和職業(yè)道德。二、項(xiàng)目要求本課程三級(jí)項(xiàng)目要求學(xué)生使用MCS51系列單片機(jī)設(shè)計(jì)并制作一個(gè)具有時(shí)間顯示、按鍵調(diào)時(shí)、鬧鐘報(bào)警、溫度測(cè)量、遙控和自動(dòng)調(diào)時(shí)等功能的軟硬件系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)六項(xiàng)基本功能分別如下：1) 時(shí)間顯示：采用六個(gè)數(shù)碼管顯示當(dāng)前時(shí)間：小時(shí)、分鐘、秒。2) 溫度顯示：采用兩個(gè)數(shù)碼管顯示當(dāng)前環(huán)境溫度。3) 上下午指示：采用兩個(gè)發(fā)光二極管來指示上下午。4) 半秒提示：采用兩個(gè)發(fā)光二極管，每隔半秒閃爍。5) 調(diào)時(shí)功能：采用三個(gè)按鍵(K1K3)來調(diào)整時(shí)間，步驟如下：a)按下K1鍵，開始調(diào)小時(shí)，同時(shí)2個(gè)小時(shí)數(shù)碼管閃爍。b)按下K2鍵，小時(shí)加；按下K3鍵，小時(shí)減。c)小時(shí)調(diào)整好后，再按下K1鍵，開始調(diào)分鐘，同時(shí)分鐘數(shù)碼管閃爍。d)按下K2鍵，分鐘加；按下K3鍵，分鐘減。e)調(diào)整好分鐘后，再按下K1鍵，調(diào)時(shí)結(jié)束。6) 鬧鐘功能：采用三個(gè)按鍵(K2K4)來調(diào)整鬧鐘，步驟如下：a)按下K4鍵，開始調(diào)小時(shí)，同時(shí)2個(gè)小時(shí)數(shù)碼管閃爍。b)按下K2鍵，小時(shí)加；按下K3鍵，小時(shí)減。c)小時(shí)調(diào)整好后，再按下K4鍵，開始調(diào)分鐘，同時(shí)分鐘數(shù)碼管閃爍。d)按下K2鍵，分鐘加；按下K3鍵，分鐘減。e)調(diào)整好分鐘后，再按下K4鍵，定鬧結(jié)束。鬧鐘定時(shí)的時(shí)間到后，蜂鳴器/揚(yáng)聲器發(fā)出提示音；用戶需按K2k4鍵來取消鬧鐘警告。 基本原理 利用軟件編程借助于定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0實(shí)現(xiàn)間隔為1s的定時(shí)功能，格式為秒，分，時(shí)，在其中斷服務(wù)程序中實(shí)現(xiàn)對(duì)小時(shí)、分鐘、秒單元數(shù)值的調(diào)整。主程序通過不斷循環(huán)調(diào)用調(diào)時(shí)子程序，實(shí)現(xiàn)整個(gè)功能。利用嵌套在調(diào)時(shí)子程序中的顯示子程序?qū)崿F(xiàn)上下午指示和半秒閃爍。利用溫度芯片DS18B20來測(cè)量溫度。 設(shè)計(jì)方案 （一）系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)思想 總體設(shè)計(jì)框圖：按鍵（k1~k4)DS18B20溫度芯片STC89C52單片機(jī) 電源8片數(shù)碼管顯示LED燈指示（上下午、半秒）報(bào)警 通過定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0實(shí)現(xiàn)1s的計(jì)時(shí)，將它設(shè)計(jì)成內(nèi)部中斷，即每計(jì)滿1s產(chǎn)生中斷信號(hào)，主程序轉(zhuǎn)去執(zhí)行定時(shí)器0的中斷服務(wù)程序，按照時(shí)間規(guī)則改變相應(yīng)RAM存儲(chǔ)單元的數(shù)值。在主程序里首先不斷檢測(cè)是否有按鍵按下，如果沒有，則不斷調(diào)用顯示子程序，否則，根據(jù)按下的是哪個(gè)鍵可以轉(zhuǎn)去執(zhí)行相應(yīng)的程序段，分別實(shí)現(xiàn)小時(shí)和分鐘的加和減以及鬧鐘定時(shí)，而每次執(zhí)行結(jié)束都會(huì)調(diào)用顯示子程序，保證數(shù)碼管的穩(wěn)定顯示，同時(shí)也可以實(shí)時(shí)根據(jù)存儲(chǔ)單元數(shù)值的不同顯示。而鬧鐘的倒計(jì)時(shí)則利用定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1的計(jì)時(shí)來實(shí)現(xiàn)，同樣為1s計(jì)時(shí)，只不過是在中斷服務(wù)程序中實(shí)現(xiàn)對(duì)存儲(chǔ)單元的按規(guī)則遞減，同樣的即使顯示就可以實(shí)現(xiàn)倒計(jì)時(shí)功能，到達(dá)00：00：00時(shí)就可以調(diào)用報(bào)警子程序，實(shí)現(xiàn)報(bào)警。（1） RAM單元分配(21H).0 指示即將顯示的是十位還是個(gè)位 20H 0AH,定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0或1計(jì)滿10次為1s19H 05H,定時(shí)器/18H 05H,顯示子程序內(nèi)部執(zhí)行次數(shù)29H 01010101B 30H 小時(shí)的BCD碼31H 分鐘的BCD碼 32H 秒的BCD碼TH0 3CH，T0計(jì)數(shù)初值，可計(jì)時(shí)100msTL0 0B0H TH1 3CH，T1計(jì)數(shù)初值，可計(jì)時(shí)100msTL1 0B0H（2） 循環(huán)執(zhí)行部分：HERE: LCALL ADJUST AJMP HERE 。反復(fù)調(diào)用ADJUST程序可以實(shí)現(xiàn)所有功能（3）主程序的初始化部分： MAIN: SETB 217。 CLR 217。 MOV TMOD,01H 。設(shè)T0方式1，定時(shí)217。 CLR A 。A清零217。 MOV 30H, A ?！皶r(shí)”單元清零217。 MOV 31H, A ?！胺帧眴卧辶?17。 MOV 32H, A ?！懊搿眴卧辶?217。 SETB ET0 。允許中斷217。 SETB ET1 SETB EA 。CPU開中斷MOV TH0, 3CH 。給T0裝入計(jì)數(shù)初值，可計(jì)時(shí)100msMOV TL0, 0B0H 。MOV TH1, 3CH 。給T1裝入計(jì)數(shù)初值 MOV TL1, 0B0H SETB TR0 。啟動(dòng)計(jì)數(shù) （二）時(shí)間顯示模塊（1） 物理連接~~dp(片選碼)~~6（段選碼）時(shí)間顯示：采用六個(gè)數(shù)碼管顯示兩位的小時(shí)，分鐘，秒 （2） 流程圖： （3） 動(dòng)態(tài)顯示的核心在于依次選中一塊數(shù)碼管，并在此之前將相應(yīng)數(shù)碼管要顯示的數(shù)字的段碼送到端口，進(jìn)行相應(yīng)的延時(shí)后關(guān)閉數(shù)碼管選通信號(hào)。不斷執(zhí)行上述過程就可以實(shí)現(xiàn)較為穩(wěn)定的動(dòng)態(tài)顯示。每次進(jìn)入主程序都首先判斷是否到了1s，到了則繼續(xù)執(zhí)行，否則，返回中斷。為了在顯示完秒之后還能繼續(xù)顯示小時(shí)的十位，必須有一個(gè)用來計(jì)數(shù)的單元，用以區(qū)分當(dāng)前顯示的是小時(shí)還是分鐘，還是秒，并以此作為僅次于顯示次數(shù)N的循環(huán)。對(duì)每一個(gè)單元（30H~32H）的兩位BCD碼的顯示，用一位（21H）.0來指示即將顯示的是十位還是各位，據(jù)此控制剛才所說的單元指示數(shù)值是否用該加一或者重新初始化。由此在DISPLAY子程序中有3重循環(huán)。調(diào)用入口參數(shù)為30H~32H單元的數(shù)值。（4） 半秒提示：采用兩個(gè)發(fā)光二極管，每隔半秒閃爍。中斷5次就是半秒，保證二者同時(shí)取反即可。這可以放在顯示子程序內(nèi)部，保證時(shí)間顯示和半秒閃爍的同步，同時(shí)可以節(jié)約計(jì)數(shù)器。（5） 上下午指示：采用兩個(gè)發(fā)光二極管來指示上下午。只要判斷30H單元的內(nèi)容與11H相比較就可以知道是上午還是下午了，在分支語句里控制相應(yīng)的燈亮了就行。如上所述，將它放置在顯示子程序里較為方便。時(shí)分秒時(shí)間顯示模塊的仿真結(jié)果半秒提示上午（3） 按鍵模塊ADJUST的主體部分就是檢測(cè)是否有按鍵按下，如果沒有只是調(diào)用顯示子程序，而有的話轉(zhuǎn)去執(zhí)行相應(yīng)的分支語句。為了防止干擾，我們便寫了一個(gè)延時(shí)5ms左右的子程序，若是經(jīng)過延時(shí)后，按鍵信號(hào)依然有效，則認(rèn)定是有效信號(hào)，否則為干擾，返回程序起始點(diǎn)重新檢測(cè)。K1可以控制實(shí)現(xiàn)定時(shí)，所以定時(shí)器計(jì)數(shù)器依然是0在起作用，在其分支語句里根據(jù)按鍵次數(shù)使指針指向不同的單元（小時(shí)、分鐘），然后檢測(cè)K2\K3的信號(hào)到來。在K2\K3的分支語句里實(shí)現(xiàn)指針?biāo)赶騿卧募右换蛘邷p一，但是注意要按照時(shí)間規(guī)則來，對(duì)加一或者減一結(jié)果進(jìn)行調(diào)整，否則可能出錯(cuò)。對(duì)單元的加一或者減一直接反映到顯示子程序和定時(shí)器計(jì)數(shù)器0或者1的16位計(jì)數(shù)單元里，所以，每次更改后的值就相當(dāng)于對(duì)時(shí)間確定調(diào)節(jié)，并從該處繼續(xù)計(jì)時(shí)，這樣就實(shí)現(xiàn)了調(diào)時(shí)功能。K4的分支語句要求實(shí)現(xiàn)定鬧，它與K1分支語句的不同之處是更改當(dāng)前計(jì)數(shù)器為1，關(guān)閉0，在計(jì)數(shù)器1的中斷服務(wù)程序里可以實(shí)現(xiàn)倒計(jì)時(shí)功能。元器件：按鈕開關(guān)K1:控制調(diào)時(shí)K3:對(duì)應(yīng)單元減一K2:對(duì)應(yīng)單元加一K4：控制定鬧（四）鬧鐘模塊（1）計(jì)時(shí)器T1的倒計(jì)時(shí)同樣是1s的倒計(jì)時(shí)，只是在中斷程序里實(shí)現(xiàn)對(duì)計(jì)時(shí)單元的減一，但在減一之前檢測(cè)是否為0，如果是就調(diào)用報(bào)警子程序，如果不是則按照規(guī)則減一，注意的同樣是數(shù)值的調(diào)整。調(diào)整結(jié)束后返回ADJUST程序，繼續(xù)檢測(cè)，這樣就可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)調(diào)節(jié)。（5） 報(bào)警模塊元器件：蜂鳴器、三極管2N2907原理：由單片機(jī)芯片中引腳輸出的信號(hào)來控制蜂鳴器的開和關(guān)在報(bào)警子程序里要求不斷調(diào)用顯示子程序，這樣數(shù)碼管可以在時(shí)間到達(dá)之后穩(wěn)定顯示00：00：00.（六）溫度測(cè)量模塊元器件：數(shù)字溫度傳感器DS18B20（測(cè)溫范圍55度~125度）原理：利用溫度傳感器測(cè)量到溫度值通過引腳傳遞到芯片中 利用DS18B20溫度芯片來實(shí)現(xiàn)溫度測(cè)量的功能，并將其顯示在數(shù)碼管上。測(cè)量的溫度范圍是零下55至零上125攝氏度。 DS18B20的六條控制命令如下表：指 令約定代碼操 作 說 明溫度轉(zhuǎn)換44H啟動(dòng)DS18B20進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換讀暫存器BEH讀暫存器9個(gè)字節(jié)內(nèi)容寫暫存器4EH將數(shù)據(jù)寫入暫存器的TH、TL字節(jié)復(fù)制暫存器48H把暫存器的TH、TL字節(jié)寫到E2RAM中重新調(diào)E2RAMB8H把E2RAM中的TH、TL字節(jié)寫到暫存器TH、TL字節(jié)讀電源供電方式B4H啟動(dòng)DS18B20發(fā)送電源供電方式的信號(hào)給主CPU 結(jié)論 本次項(xiàng)目利用單片機(jī)STC89C52控制串行口與時(shí)鐘芯片DS1302構(gòu)成數(shù)字時(shí)鐘電路，實(shí)現(xiàn)計(jì)時(shí)功能，同時(shí)具有定時(shí)鬧鐘的功能，并且可以顯示溫度，定時(shí)和調(diào)時(shí)的功能僅用四個(gè)鍵控制，更加方便。本設(shè)計(jì)沒有實(shí)現(xiàn)上下午提示和半秒提示的功能，但是智能電子鐘的基本功能已經(jīng)實(shí)現(xiàn)，所以算是比較成功的。 不足和改進(jìn)（1） 當(dāng)定鬧結(jié)束之后不能夠通過按鍵來重新啟動(dòng)，這個(gè)可以通過在報(bào)警子程序里跳轉(zhuǎn)到主程序重新開始執(zhí)行來實(shí)現(xiàn)。（2） 在調(diào)時(shí)和定鬧的過程中，相應(yīng)模塊不能閃爍，這個(gè)可以通過調(diào)用一個(gè)新的顯示子程序，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)數(shù)碼管間歇性亮滅。（3） 時(shí)間緊迫，沒有對(duì)減或者加的單元設(shè)定上限和下限值，所以只能實(shí)現(xiàn)一天內(nèi)的功能。這個(gè)可以通過在相應(yīng)程序段中與限值比較來實(shí)現(xiàn)。（4） 溫度顯示模塊是一大遺憾，沒有足夠的時(shí)間來做。（5） 在設(shè)計(jì)過程中另外有一個(gè)關(guān)于按鍵的想法，沒有能夠編程實(shí)現(xiàn)。它是利用兩級(jí)中斷來實(shí)現(xiàn)。加一或者減一是通過外部中斷的中斷服務(wù)程序?qū)崿F(xiàn)。這里可能與按鍵延時(shí)有關(guān)，同時(shí)這樣的設(shè)計(jì)可能會(huì)涉及到從引腳讀入信號(hào)，這在實(shí)際設(shè)計(jì)中不可取。此處不再贅述。七、感想 經(jīng)歷過這么多不間斷的討論課和三級(jí)項(xiàng)目，我們有挺多感觸的，從最基本上來說我們看到了，也意識(shí)到了自己的不足，對(duì)于不斷克服的各種阻礙也讓我們體會(huì)到了討論課、三級(jí)項(xiàng)目的意義所在。對(duì)于只接觸課本只動(dòng)筆桿的我們，面臨實(shí)際的設(shè)計(jì)，讓我們很是尷尬，都說理論聯(lián)系實(shí)際，真正到聯(lián)系的時(shí)候才發(fā)現(xiàn)挺困難的，不過正是理論知識(shí)的各種補(bǔ)充才讓我們能最終完成任務(wù)，然后深深地體會(huì)到理論對(duì)現(xiàn)實(shí)的指導(dǎo)作用。我們現(xiàn)在最缺乏的就是實(shí)踐動(dòng)手的經(jīng)驗(yàn)，而理論聯(lián)系實(shí)踐并不像我們想象的那么簡單，它需要堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)和實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)。堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)決定了我必須堅(jiān)持學(xué)習(xí)新的知識(shí)新的理論，完善了自己的知識(shí)結(jié)構(gòu)，才能在以后的實(shí)際中輕松面對(duì)。在這個(gè)一邊忙著復(fù)習(xí)忙著考試又要準(zhǔn)備討論課三級(jí)項(xiàng)目的日子里，真真正正的體會(huì)到了時(shí)間的寶貴，有點(diǎn)像高中忙忙碌碌的生活，不過能按時(shí)完成三級(jí)項(xiàng)目對(duì)我們來說也是一個(gè)莫大的安慰。嚴(yán)謹(jǐn)和細(xì)心是做項(xiàng)目的必要態(tài)度，要想做好一件事，就必須一絲不茍、態(tài)度認(rèn)真。俗話說：“失之毫厘，謬之千里?！痹谠O(shè)計(jì)上尤其應(yīng)該注意。再者就是設(shè)計(jì)中要嚴(yán)謹(jǐn)和細(xì)心，任何的微小誤差都達(dá)不到預(yù)計(jì)的結(jié)果，當(dāng)然對(duì)于我們來說就是設(shè)計(jì)中要走一些彎路，而且在這個(gè)嚴(yán)重缺少時(shí)間又惦記回家問題的我們來說也是一個(gè)很嚴(yán)重的打擊。不過，困難雖是難免的，但我們有信心就能并且已經(jīng)戰(zhàn)勝了困難，完成了這個(gè)無比揪心的三級(jí)項(xiàng)目。因?yàn)闀r(shí)間等各種關(guān)系設(shè)計(jì)中難免有些不足還請(qǐng)老師助教給予批評(píng)和幫助。程序： ORG 0000H LJMP MAIN ORG 000BH LJMP IT0P ORG 001BH LJMP IT1P ORG 0100H DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0F8H,80H,90H。09的共陽極顯示段碼 ORG 1000HMAIN: SETB 。6亮，綠燈 CLR MOV TM