基于单片机的智能电子钟设计 .doc

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1、 基于单片机的智能电子钟系统设计 摘要随着电子技术的快速发展，智能电子钟已经越来越受欢迎。我们通过以MSC-51单片机为核心控制芯片，结合DS12887时钟芯片、DS18B20温度传感器，利用74LS138译码器及7段数码管进行动态显示时间和温度，在调时模块中利用按键进行控制调时调分（先调时再调分）、在设置闹钟模块中利用按键进行设置闹钟，当时间到点利用蜂鸣器发声，同时可通过按键取消响声，根据数码管显示的时间，利用两个LED灯指示上下午，同时利用两个LED灯每隔半秒闪烁进行半秒提示。关键词 MSC-51 DS12887 DS18B20 74LS138 前言智能电子时钟是采用数字电路实现对时，分，

2、秒及温度数字显示的装置，广泛用于个人家庭，车站，码头办公室等公共场所，成为人们日常生活中不可或缺的必需品，由于数字集成电路的发展和石英晶体振荡器的广泛应用，智能时钟的精度远远超过老式钟表，钟表的数字化给人们生产生活带来了极大的方便，而且大大地扩展了钟表原先的报时功能。例如定时自动报警、按时自动打铃、时间程序自动控制、定时广播、自动启闭路灯、定时开关烘箱、通断动力设备、甚至各种定时电器的自动启用等，所有这些，都是以钟表数字化为基础的。因此，研究智能时钟及扩大其应用，有着非常现实的意义电子时钟的设计方法有多种，可用中小规模集成电路组成电子钟，也可以利用专用的电子钟芯片配以显示电路及其所需要的外围电

3、路组成电子钟，还可以利用对单片机编程来实现电子钟。其中，利用单片机实现的电子时钟具有硬件结构简单、编程灵活、便于功能扩展等特点。由单片机作为数字钟的核心控制器，可以通过它的时钟信号实现计时功能，将其时间数据经单片机输出，利用显示器显示出来。通过键盘可以进行定时、校时功能。输出设备显示器可以用液晶显示技术或者数码管显示技术。1.系统总体设计思路本次设计完成电子时钟时、分、秒的显示及环境温度测量等功能的基础上完成定时闹钟的功能，并利用LED灯指示上下午和半秒指示，硬件电路包括单片机最小系统电路、DS12887实时时钟芯片电路模块、74LS138和七段数码管显示模块、按键模块、DS18B20温度传感

4、器模块、蜂鸣器报警电路模块，并利用keil2软件和proteus软件进行仿真。 图1系统基本结构框图2. 单片机控制模块本项目是基于MSC-51单片机为核心的智能电子钟系统的设计，通过MSC-51单片机控制各个模块，P0口一部分用来接独立式按键，当按键按下时系统产生中断，从而调用中断子程序控制实现各个功能，P0的一部分用来接74LS138译码器，用于控制点亮哪一位数码管，P3口用于接数码管的段码端，从而实现动态显示，P2口接了时钟芯片DS12887芯片作为定时作用，同时用P1口一部分接温度传感器DS18B20芯片作为温度测量，用P1口一部分接蜂鸣器，当闹钟到时发出声响。在MSC-51单片机外部

5、还需加上晶振电路，复位电路和电源等一些基本电路。 图2 单片机组成结构及引脚图 图3 MSC51单片机接线图 3. 定时模块 3.1实时时钟芯片DS12887 3.1.1 DS12887芯片的功能(1) 内含一个锂电池，断电可以运行十年，并且不会丢失数据，时间功能正常运行。 (2) 可计时至2100年前的秒、分、时、星期、日、月、年等日历信息并带有闰年补偿功能。 (3) 可通过编程选择BCD码或者二进制数表示日历和定时闹钟。 (4) 可通过编程选择12小时或24小时制，12小时时钟模式带有PM和AM提示，此外还有有夏令时功能。(5） 可选择MOTOROLA和INTEL总线时序。 (6) 内部共

6、有128个RAM单元，这在常用的实时时钟中属于较大的。其中14个字节作为时钟和控制寄存器，114字节为通用RAM，所有ARAM单元数据都具有掉电保护功能。 (7) 可编程并选择的方波信号输出。 (8) 中断信号输出(IRQ)和总线兼容，定时闹钟中断、周期性中断、时钟更新周期结束中断可分别由软件屏蔽，也可分别进行测试。 (9)三种可供选择的中断方式 -时间性中断 -周期性中断 -时钟更新结束中断。 3.1.2 DS12887芯片的结构及原理 图6 DS12887引脚图MOT(模式选择)：接VCC（+5V）时，芯片在MOTOROLA时序下工作，接GND（地）时，芯片在INTEL时序下工作。 SQW

7、(方波信号)：通过15个分频器抽头中的13个提供方波输出。 AD0AD7(双向地址/数据复用线)：数据和控制指令都通过此8个引脚来于单片机等控制器传输。 AS(地址选通输入)：地址锁存引脚。 DS(数据选通或读输入)：该引脚有两种操作模式，视该芯片是出于MOTOROLA模式或者INTEL模式，当使用MOTOROLA时序时，DS是一正脉冲，出现在总线周期的后段，称为数据选通；若为INTEL时序，DS称作(RD)，RD与典型存贮器的允许信号(OE)的定义相同。R/W(读/写输入)：R/W管脚同样也有两种操作模式。此引脚的两种模式与DS相似。 CS(片选输入)：在访问DS12887的总线周期内，片选

8、信号必须保持为低。IRQ(中断申请输入)：低电平有效，可作微处理的中断输入。没有中断条件满足时，IRQ处于高阻态。IRQ线是漏极开路输入，要求外接上拉电阻。 RESET(复位输出)：若要保证DS12887有效复位，必须让该脚保持低电平时间大于200ms。 3.1.3 DS12887芯片的寄存器寄存器AUIP：更新位。若UIP为1，实时时钟的更新转换发生的很快，而当UIP为0，更新转换至少在244s内不会发生。 DV0，DV1，DV2：用于晶振和复位分频链的开启。 RS3，RS2，RS1，RS0：频率选择位，通过这四个位用户可以：a 用PIE位允许中断； b 用SQWE位允许SQAW输出； c

9、二者同时允许并用相同的频率； d 二者都不允许。寄存器BSET：此位为0，时间更新正常进行，每秒计数走时一次，当此位为1，时间更新被禁止，程序可对芯片进行初始化的操作和编程。 PIE：周期中断允许位，PIE为1，则允许以选定的频率拉低IRQ管脚，PIE为0，则禁止中断。 AIE：定时闹钟中断允许位，AIE为1，允许中断，否则禁止中断。 UIE：更新结束中断允许位，AIE为1，允许中断，否则禁止中断。 SQWE：方波允许位，置1选定频率方波从SQW脚输出；为0-时，SQW脚为低。DM：数据模式位，DM为1表明为十进制数据，而0表明是BCD码的数据。 24/12：小时格式位，1表明24小时制，而0

10、表明12小时制。 DSE：夏令时允许位，当DSE置1时允许两个特殊的更新，在四月份的第一星期日，时间从1：59：59AM时改变为3：00：00AM；在十月的最后一个星期日的1：59：59AM时改变为1：00：00AM。当DSE位为0，这种特殊修正不发生。 3.2时钟模块本设计中的DS12887芯片AD0-AD7引脚与STC89C52芯片的P2口相连接。MOT引脚接地，为INTEL总线时序方式。因此R/W和DS引脚也为对应INTEL的操作模式。4. 按键模块独立按键K1-K4调节不同功能，K4键切换时分秒和闹铃时间的显示；K1键按一下调节时，再按一下调节分，再按一下结束，时间走动，K2键加一，K

11、3键减一。 5-1键盘子程序流程功能是扫描按键，判断按下的是哪个键，然后具体调用该键的程序。如图所示4-3（其中50H里存储的是所需修改的时钟项）（1） K4键程序主要完成定时模块和闹钟模块的切换，通过中断程序控制。（2） K1键程序主要完成选位功能，通过判断（50H）单元中的内容取值，经过操作，具体判断出选中了那位。K1键对应的位选地址如表4-1所示，程序流程图如图4-4所示。 （3）K2键和K3键：我们在K2键和K3键功能程序里设一个标志允许位，将该标志位置1表示K2键有效，完成加一功能，而将该标志位清零表示K3键有效，完成减一功能（如图4-5所示），跳到修改程序入口地址（如图4-6所示）

12、，再将该位信号赋给累加器A，然后对该位时钟信号进行修改操作。4.1修改时分位的流程 此处的退出指的是退出该修改程序，每按一次K2和K3键修改一次就退出判断有无键按下，当第二次按下K2或K3键后在第一次修改程序后的结果上进行累加或累减（1） “时”修改程序 选中时位说明(51H)+03H是00H，然后判断是K2键有效还是K3键有效，如果是K2键有效，则对取出的十位内容进行加一操作，在将结果存入00H单元去显示（00-24），按下一次加一次，退出后等待第二次按下K2键进行累加（加到24重新赋0再加，依次循环）；如果是K3键有效，则对取出的十位内容进行减一操作，再将结果存入00H单元去显示（00-2

13、4），按下一次减一次，退出后等待第二次按下K2键进行累减（减到0重新赋24再减，依次循环）如图4-7（2）“分”修改程序选中时位说明(51H)+03H是01H，然后判断是K2键有效还是K3键有效，如果是K2键有效，则对取出的十位内容进行加一操作，在将结果存入01H单元去显示（00-60），按下一次加一次，退出后等待第二次按下K2键进行累加（加到60重新赋0再加，依次循环）；如果是K3键有效，则对取出的十位内容进行减一操作，再将结果存入01H单元去显示（00-60），按下一次减一次，退出后等待第二次按下K2键进行累减（减到0重新赋60再减，依次循环）如图4-84.2闹钟报警系统由于蜂鸣器的工作电

14、流较大，所以利用一个三极管放大电流，蜂鸣器驱动原理图如图5-1所示，当单片机的P3.6引脚为高电平时，三极管截止，无电流通过蜂鸣器；反之导通，蜂鸣器响。在定时过程中，使P3.6输出高电平，蜂鸣器不响；当定时结束时，使P3.6输出低电平，蜂鸣器响，按下K4键，给一个脉冲，送到中断程序中，使P3.6输出高电平。 5.温度显示模块DS18B20结构及原理DS18B20内部结构主要由四部分组成：64位光刻ROM 、温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器 DS18B20结构框图 DS1820用一个高温度系数的振荡器确定一个门周期，内部计数器在这个门周期内对一个低温度系数的振荡器的脉冲进

15、行计数来得到温度值。计数器被预置到对应于-55的一个值。如果计数器在门周期结束前到达0，则温度寄存器（同样被预置到-55）的值增加，表明所测温度大于-55。同时，计数器被复位到一个值，这个值由斜坡式累加器电路确定，斜坡式累加器电路用来补偿感温振荡器的抛物线特性。然后计数器又开始计数直到0，如果门周期仍未结束，将重复这一过程，DS1820 测温范围-55+125，以0.5递增。 DS18B20工作原理图 DS18B20外接电源图温度显示工作方式温度传感器DS18B20的接法很简单，它的DQ引脚与MSC-51芯片的P1.7引脚相连接。这里只用到一个温度传感器，若要使用多个则只需将所有的DS18B2

16、0的I/O口接在一起即可，在具体操作时，通过读取每个芯片的内部序列号来识别 温度传感器模块6. 项目总结本次三片机三级项目，本小组对MSC-51单片机为核心的控制芯片，DS12887时钟芯片、DS18B20温度传感器，74LS138译码器及7段数码管进行了大量的资料查阅和研究工作，熟悉并掌握了上述芯片的基本功能和使用方法，将课本学习到的理论知识用于实践操作，熟悉了各种芯片之间的协同工作，和各种工作模块的组合思路。让我们对系统的应用单片机进行功能设计有了更深的体会。设计人员分工明确，培养了小组成员的团队协作意识和能力，期间也遇到了一些困难，例如我们在定时模块关于累加后如何实现单位的循环上遇到困难

17、而最后我们运用计数重置成功解决了这一问题。普通的仿真软件的安装和学习也让我们耗费了大量的时间。本次三级项目让我们检验了课堂学习的成果，是一次很好的锻炼。7.程序附录#include#include#define uchar unsigned char#define uint unsigned int/*七段共阴管显示定义*/ /此表为 LED 的字模, 共阴数码管 0-9 - uchar code dispcode = 0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x40; /段码控制/*定义并初始化变量*/uchar seconde=0

18、;/秒uchar minite=0;/分uchar hour=12; /时uchar mstcnt=0;/定时器计数，定时100ms，mstcnt满10，秒加1uchar shi=0;/闹铃功能uchar fen=0;uchar bjcs;/报警次数sbit P1_0=P10; /second 调整定义sbit P1_1=P11; /minite调整定义sbit P1_2=P12; /hour调整定义sbit P1_3=P13;/闹铃功能，调整时间sbit L1=P16; /调整半秒闪烁灯L1sbit L2=P17; /调整半秒闪烁灯L2sbit P1_4=P14; /关闭闹铃sbit L3=

19、P20; /调整上午指示灯L3sbit L4=P21; /调整下午指示灯L4/*函数声明*/void delay(uint k ); /延时子程序void time_pro( ); /时间处理子程序void display( ); /显示子程序void keyscan( ); /键盘扫描子程序/*延时子程序*/void delay (uint k)uchar j; /k=1,t=0.125mswhile(k-)!=0) for(j=0;j0,i-) /1us*50*100*100=0.5sfor(j=100,i0,i-)for(k=100,i0,i-);/*半秒闪烁子程序*/void shan

20、shuo30s (void)L1=0; /P16 为低电平，点亮LED灯delay30s();L1=1; /P17 为高电平，灭LED灯delay30s();L2=0; /P16 为低电平，点亮LED灯delay30s();L2=1; /P17为高电平，灭LED灯delay30s();/*显示子程序*/void display(void)if(P1_3=1)P2=0XFE;P0=dispcodeseconde%10;/秒个位delay(1);P2=0XFD;P0=dispcodeseconde/10;/秒十位delay(1);P2=0XFB;P0=dispcode10;/间隔符 -delay(

21、1);P2=0XF7;P0=dispcodeminite%10;/分个位delay(1);P2=0XEF;P0=dispcodeminite/10;/分十位delay(1);P2=0XDF;P0=dispcode10;/间隔符 -delay(1);P2=0XBF;P0=dispcodehour%10;/时个位delay(1);P2=0X7F;P0=dispcodehour/10;/时十位delay(1);/*键盘扫描子程序*/void keyscan(void)if(P1_0=0)/秒位的调整delay(30);if(P1_0=0)seconde+;if(seconde=60)seconde=

22、0;delay(250);if(P1_1=0)/分位的调整delay(30);if(P1_1=0)minite+;if(minite=60)minite=0;delay(250);if(P1_2=0)/时位的调整delay(30);if(P1_2=0)hour+;if(hour=24)hour=0;delay(250);/*上下午指示子程序*/void shangxia12h (void) If(shi12)L3=0; /P20为低电平，点亮LED灯L4=1; /P21为高电平，灭LED灯elseL3=1; /P20 为低电平，点亮LED灯L4=0; /P21 为高电平，灭LED灯/*定时闹钟

23、*/void dingshi(void)if(P1_3=0) /按住P1_3BU不松，显示闹铃设置界面，分别按P1_2、P1_1设置闹铃时间。P2=0XFE; / FE=1111 1110P0=dispcode0;/秒个位delay(1);P2=0XFD; /FD=1111 1101P0=dispcode0;/秒十位delay(1);P2=0XFB; /FB=1111 1011P0=dispcode10;/间隔符 -delay(1);P2=0XF7; /F7=1111 0111P0=dispcodefen%10;/分个位delay(1);P2=0XEF; /EF=1110 1111P0=dis

24、pcodefen/10;/分十位delay(1);P2=0XDF; /DF=1101 1111P0=dispcode10;/间隔符 -delay(1);P2=0XBF; /BF=1011 1111P0=dispcodeshi%10;/时个位delay(1);P2=0X7F; /7F=0111 1111 P0=dispcodeshi/10;/时十位delay(1);if(P1_2=0)/设定时delay(30);if(P1_2=0)shi+;if(shi=24)shi=0;delay(250);if(P1_1=0)/设定分delay(30);if(P1_1=0)fen+;if(fen=60)fe

25、n=0;delay(250);if(hour=shi)&(minite=fen)&(seconde=0)/闹铃时间到，报警十次。for(bjcs=0;bjcs10;bjcs+)P1_5=0;delay(500);P1_5=1;delay(500);/*主函数*/void main(void)P1=0XFF;TMOD = 0x11; /time0为定时器，方式1TH0=0x3c; /预置计数初值,100msTL0=0xb0; / 3cb0=15536,(65536-15536)*2us=100msEA=1; /总中断开ET0=1; /允许定时器0中断TR0=1; /开启定时器0 while (1) keyscan(); /按键扫描dingshi();/定时闹钟 Shanshuo30s();/半秒闪烁shangxia12h ()；/上下午指示void timer0(void) interrupt 1 /定时器0方式1，100ms中断一次 TH0=0x3c; /手动加载计数脉冲次数TL0=0xb0;TMOD=0x11;mstcnt+; /用于计算时间，每隔100ms加1if(mstcnt=10)/mstcnt满10即为一秒seconde+;/秒+1time_pro( ); /时间处理mstcnt=0; /对计数单元的清零，重新开始计数