【正文】 基于單片機的智能電子鐘系統(tǒng)設(shè)計姓 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單片機應(yīng)用設(shè)計指 導(dǎo) 教 師：李林2014年12月基于單片機的智能電子鐘系統(tǒng)設(shè)計李永健、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)字電路來顯示時間的計時裝置，與傳統(tǒng)的機械鐘相比，它具有走時準(zhǔn)確、顯 示直觀、無機械傳動裝置等優(yōu)點，因而得到廣泛應(yīng)用。 本設(shè)計通過以單片機芯片STC89C51為核心，通過軟件編程完成時鐘及定時的基本功能，溫度芯片DS18B20完成溫度測量功能。采用了六位數(shù)碼管動態(tài)顯示時、分、秒，兩個LED燈分別指示上下午，同時還有兩個LED燈每半秒分別閃爍一次。通過4個外部按鍵可以控制小時和分鐘的定時和定鬧以及報警。此電子鐘具有性能優(yōu)越，操作簡單等優(yōu)點。關(guān)鍵詞：智能電子鐘、STC89C5LED數(shù)碼管、DS18B20目錄 項目目的 項目要求 基本原理 設(shè)計方案 (一)系統(tǒng)整體設(shè)計思想(二) 電子鐘計時(三) 數(shù)碼管顯示(四) 調(diào)時(五) 定鬧、報警(六) 溫度采集五、結(jié)論六、參考文獻(xiàn)七、附錄一 附錄二 項目目的 1. 掌握單片機各個功能模塊(并行I/O口、中斷系統(tǒng)、定時器/計數(shù)器)的工作原理、性能和特點；掌握單片機外圍電路的設(shè)計方法和仿真方法；掌握單片機外圍電路的調(diào)試方法；掌握單片機外圍電路設(shè)計報告的撰寫方法；培養(yǎng)團(tuán)隊合作精神、項目組織與管理、交流表達(dá)能力；培養(yǎng)責(zé)任感和職業(yè)道德。二、項目要求本課程三級項目要求學(xué)生使用MCS51系列單片機設(shè)計并制作一個具有時間顯示、按鍵調(diào)時、鬧鐘報警、溫度測量、遙控和自動調(diào)時等功能的軟硬件系統(tǒng)，可實現(xiàn)六項基本功能分別如下：1) 時間顯示：采用六個數(shù)碼管顯示當(dāng)前時間：小時、分鐘、秒。2) 溫度顯示：采用兩個數(shù)碼管顯示當(dāng)前環(huán)境溫度。3) 上下午指示：采用兩個發(fā)光二極管來指示上下午。4) 半秒提示：采用兩個發(fā)光二極管，每隔半秒閃爍。5) 調(diào)時功能：采用三個按鍵(K1K3)來調(diào)整時間，步驟如下：a)按下K1鍵，開始調(diào)小時，同時2個小時數(shù)碼管閃爍。b)按下K2鍵，小時加；按下K3鍵，小時減。c)小時調(diào)整好后，再按下K1鍵，開始調(diào)分鐘，同時分鐘數(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)時結(jié)束。6) 鬧鐘功能：采用三個按鍵(K2K4)來調(diào)整鬧鐘，步驟如下：a)按下K4鍵，開始調(diào)小時，同時2個小時數(shù)碼管閃爍。b)按下K2鍵，小時加；按下K3鍵，小時減。c)小時調(diào)整好后，再按下K4鍵，開始調(diào)分鐘，同時分鐘數(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。鬧鐘定時的時間到后，蜂鳴器/揚聲器發(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器/計數(shù)器0實現(xiàn)間隔為1s的定時功能，格式為秒，分，時，在其中斷服務(wù)程序中實現(xiàn)對小時、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)時子程序，實現(xiàn)整個功能。利用嵌套在調(diào)時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來測量溫度。 設(shè)計方案 （一）系統(tǒng)整體設(shè)計思想 總體設(shè)計框圖：按鍵（k1~k4)DS18B20溫度芯片STC89C52單片機 電源8片數(shù)碼管顯示LED燈指示（上下午、半秒）報警 通過定時器/計數(shù)器0實現(xiàn)1s的計時，將它設(shè)計成內(nèi)部中斷，即每計滿1s產(chǎn)生中斷信號，主程序轉(zhuǎn)去執(zhí)行定時器0的中斷服務(wù)程序，按照時間規(guī)則改變相應(yīng)RAM存儲單元的數(shù)值。在主程序里首先不斷檢測是否有按鍵按下，如果沒有，則不斷調(diào)用顯示子程序，否則，根據(jù)按下的是哪個鍵可以轉(zhuǎn)去執(zhí)行相應(yīng)的程序段，分別實現(xiàn)小時和分鐘的加和減以及鬧鐘定時，而每次執(zhí)行結(jié)束都會調(diào)用顯示子程序，保證數(shù)碼管的穩(wěn)定顯示，同時也可以實時根據(jù)存儲單元數(shù)值的不同顯示。而鬧鐘的倒計時則利用定時器/計數(shù)器1的計時來實現(xiàn)，同樣為1s計時，只不過是在中斷服務(wù)程序中實現(xiàn)對存儲單元的按規(guī)則遞減，同樣的即使顯示就可以實現(xiàn)倒計時功能，到達(dá)00：00：00時就可以調(diào)用報警子程序，實現(xiàn)報警。（1） RAM單元分配(21H).0 指示即將顯示的是十位還是個位 20H 0AH,定時器/計數(shù)器0或1計滿10次為1s19H 05H,定時器/18H 05H,顯示子程序內(nèi)部執(zhí)行次數(shù)29H 01010101B 30H 小時的BCD碼31H 分鐘的BCD碼 32H 秒的BCD碼TH0 3CH，T0計數(shù)初值，可計時100msTL0 0B0H TH1 3CH，T1計數(shù)初值，可計時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217。 CLR A 。A清零217。 MOV 30H, A ?！皶r”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裝入計數(shù)初值，可計時100msMOV TL0, 0B0H 。MOV TH1, 3CH 。給T1裝入計數(shù)初值 MOV TL1, 0B0H SETB TR0 。啟動計數(shù) （二）時間顯示模塊（1） 物理連接~~dp(片選碼)~~6（段選碼）時間顯示：采用六個數(shù)碼管顯示兩位的小時，分鐘，秒 （2） 流程圖： （3） 動態(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)的延時后關(guān)閉數(shù)碼管選通信號。不斷執(zhí)行上述過程就可以實現(xiàn)較為穩(wěn)定的動態(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)顯示小時的十位，必須有一個用來計數(shù)的單元，用以區(qū)分當(dāng)前顯示的是小時還是分鐘，還是秒，并以此作為僅次于顯示次數(shù)N的循環(huán)。對每一個單元（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，保證二者同時取反即可。這可以放在顯示子程序內(nèi)部，保證時間顯示和半秒閃爍的同步，同時可以節(jié)約計數(shù)器。（5） 上下午指示：采用兩個發(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。時分秒時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，我們便寫了一個延時5ms左右的子程序，若是經(jīng)過延時后，按鍵信號依然有效，則認(rèn)定是有效信號，否則為干擾，返回程序起始點重新檢測。K1可以控制實現(xiàn)定時，所以定時器計數(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、分鐘），然后檢測K2\K3的信號到來。在K2\K3的分支語句里實現(xiàn)指針?biāo)赶騿卧募右换蛘邷p一，但是注意要按照時間規(guī)則來，對加一或者減一結(jié)果進(jìn)行調(diào)整，否則可能出錯。對單元的加一或者減一直接反映到顯示子程序和定時器計數(shù)器0或者1的16位計數(shù)單元里，所以，每次更改后的值就相當(dāng)于對時間確定調(diào)節(jié)，并從該處繼續(xù)計時，這樣就實現(xiàn)了調(diào)時功能。K4的分支語句要求實現(xiàn)定鬧，它與K1分支語句的不同之處是更改當(dāng)前計數(shù)器為1，關(guān)閉0，在計數(shù)器1的中斷服務(wù)程序里可以實現(xiàn)倒計時功能。元器件：按鈕開關(guān)K1:控制調(diào)時K3:對應(yīng)單元減一K2:對應(yīng)單元加一K4：控制定鬧（四）鬧鐘模塊（1）計時器T1的倒計時同樣是1s的倒計時，只是在中斷程序里實現(xiàn)對計時單元的減一，但在減一之前檢測是否為0，如果是就調(diào)用報警子程序，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，這樣就可以實現(xiàn)連續(xù)調(diào)節(jié)。（5） 報警模塊元器件：蜂鳴器、三極管2N2907原理：由單片機芯片中引腳輸出的信號來控制蜂鳴器的開和關(guān)在報警子程序里要求不斷調(diào)用顯示子程序，這樣數(shù)碼管可以在時間到達(dá)之后穩(wěn)定顯示00：00：00.（六）溫度測量模塊元器件：數(shù)字溫度傳感器DS18B20（測溫范圍55度~125度）原理：利用溫度傳感器測量到溫度值通過引腳傳遞到芯片中 利用DS18B20溫度芯片來實現(xiàn)溫度測量的功能，并將其顯示在數(shù)碼管上。測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DS18B20進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換讀暫存器BEH讀暫存器9個字節(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DS18B20發(fā)送電源供電方式的信號給主CPU 結(jié)論 本次項目利用單片機STC89C52控制串行口與時鐘芯片DS1302構(gòu)成數(shù)字時鐘電路，實現(xiàn)計時功能，同時具有定時鬧鐘的功能，并且可以顯示溫度，定時和調(diào)時的功能僅用四個鍵控制，更加方便。本設(shè)計沒有實現(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，這個可以通過在報警子程序里跳轉(zhuǎn)到主程序重新開始執(zhí)行來實現(xiàn)。（2） 在調(diào)時和定鬧的過程中，相應(yīng)模塊不能閃爍，這個可以通過調(diào)用一個新的顯示子程序，實現(xiàn)相應(yīng)數(shù)碼管間歇性亮滅。（3） 時間緊迫，沒有對減或者加的單元設(shè)定上限和下限值，所以只能實現(xiàn)一天內(nèi)的功能。這個可以通過在相應(yīng)程序段中與限值比較來實現(xiàn)。（4） 溫度顯示模塊是一大遺憾，沒有足夠的時間來做。（5） 在設(shè)計過程中另外有一個關(guān)于按鍵的想法，沒有能夠編程實現(xiàn)。它是利用兩級中斷來實現(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有關(guān)，同時這樣的設(shè)計可能會涉及到從引腳讀入信號，這在實際設(shè)計中不可取。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項目，我們有挺多感觸的，從最基本上來說我們看到了，也意識到了自己的不足，對于不斷克服的各種阻礙也讓我們體會到了討論課、三級項目的意義所在。對于只接觸課本只動筆桿的我們，面臨實際的設(shè)計，讓我們很是尷尬，都說理論聯(lián)系實際，真正到聯(lián)系的時候才發(fā)現(xiàn)挺困難的，不過正是理論知識的各種補充才讓我們能最終完成任務(wù)，然后深深地體會到理論對現(xiàn)實的指導(dǎo)作用。我們現(xiàn)在最缺乏的就是實踐動手的經(jīng)驗，而理論聯(lián)系實踐并不像我們想象的那么簡單，它需要堅實的理論基礎(chǔ)和實際工作經(jīng)驗。堅實的理論基礎(chǔ)決定了我必須堅持學(xué)習(xí)新的知識新的理論，完善了自己的知識結(jié)構(gòu)，才能在以后的實際中輕松面對。在這個一邊忙著復(fù)習(xí)忙著考試又要準(zhǔn)備討論課三級項目的日子里，真真正正的體會到了時間的寶貴，有點像高中忙忙碌碌的生活，不過能按時完成三級項目對我們來說也是一個莫大的安慰。嚴(yán)謹(jǐn)和細(xì)心是做項目的必要態(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)計上尤其應(yīng)該注意。再者就是設(shè)計中要嚴(yán)謹(jǐn)和細(xì)心，任何的微小誤差都達(dá)不到預(yù)計的結(jié)果，當(dāng)然對于我們來說就是設(shè)計中要走一些彎路，而且在這個嚴(yán)重缺少時間又惦記回家問題的我們來說也是一個很嚴(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，完成了這個無比揪心的三級項目。因為時間等各種關(guān)系設(shè)計中難免有些不足還請老師助教給予批評和幫助。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 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