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1、0 华北水利水电学院水利职业学院华北水利水电学院水利职业学院 电气自动化（三年制专科） 毕业论文（设计） 带温度显示的电子闹钟的设计 姓名：夏松行 学号：113126136 指导老师：陈素 完成时间：2013 年 12 月 带温度显示的电子闹钟的设计 机电与信息工程系 夏松行 1 摘要摘要 本设计主要以 AT89S52 单片机为核心，由电源电路、单片机外围 电路、按键电路、温度采集电路、显示电路、闹铃电路等组成。采用 八位共阴数码管显示时间， 时间为 24 小时制。 闹铃电路采用+5V 有源 蜂鸣器做为报警提示音。该设计接口简单、功耗低、性能高，解决了 目前常用实时时钟占用单片机资源多的问题。
2、 该设计具有时钟和闹铃 以及温度显示功能，可以方便快速地设置时间和读取温度，可以在日 常的生活工作中放心使用，具有很高的使用价值。该设计经过测试， 各项性能指标都能成功达到开始的设计的目标和要求。 关键词关键词 单片机 时钟 实时温度 LCD显示 带温度显示的电子闹钟的设计 机电与信息工程系 夏松行 2 目目 录录 摘要 . 1 第一章 绪论 4 1.2.1 设计背景 . 5 1.2.2 设计意义 5 1.3 当前研究现状 5 1.4 本论文设计目标 6 第二章 基本理论知识及开发具介绍 6 2.1 总体设计 7 2.2 设计原理图 8 2.3 单片机的介绍 8 2.3.1 单片机定义 8 2
3、.3.2 单片机分类 8 2.4 数字钟介绍 . 10 2.5 LCD 电子闹钟的特点和功能介绍 . 10 2.5.1 电子钟设计特点 10 2.5.2 电子钟的主要功能 11 2.6 特殊功能寄存器 . 11 2.7 按键的选择 . 12 2.8 发音部分的设计 . 13 第三章 开发过程 . 14 3.1 硬件系统设计原则和硬件系统框图 . 14 3.1.1 硬件系统设计原则 14 3.1.2 硬件系统框图 14 3.2 系统硬件电路组成 . 15 3.2.1 数码管显示电路 15 3.3 控制系统软件设计 . 18 3.3.1 应用软件设计原则 18 3.3.2 系统软件设计 18 3.
4、4 显示程序 . 22 3.5 中断定时器的设置 . 23 3.6 电子闹钟设计 . 24 3.6.1 电子闹钟设计步骤 24 3.6.2 闹钟的实现 . 25 第四章 调试 . 26 带温度显示的电子闹钟的设计 机电与信息工程系 夏松行 3 4.1 硬件调试 . 26 4.2 软件调试 . 26 4.3 软硬件联调 . 26 4.4 实验结果 . 27 结 论 28 致谢 29 附录一 源程序 30 附录二 原理图 52 附录三 元器件清单 53 附录四 仿真图 54 带温度显示的电子闹钟的设计 机电与信息工程系 夏松行 4 第一章第一章 绪论绪论 1.1 引言引言 从古代的滴漏更鼓到近代的
5、机械钟，从电子表到目前的数字时 钟，为了准确的测量和记录时间，人们一直在努力改进着计时工具。 钟表的数字化，大力推动了计时的精确性和可靠性。20世纪末，电子 技术获得了飞速的发展，在其推动下，现代电子产品几乎渗透了社会 的各个领域， 有力地推动了社会生产力的发展和社会信息化程度的提 高，同时也使现代电子产品性能进一步提高，产品更新换代的节奏也 越来越快。 时间对人们来说总是那么宝贵，工作的忙碌性和繁杂性容易使人 忘记当前的时间。忘记了要做的事情，当事情不是很重要的时候，这 种遗忘无伤大雅。但是，一旦重要事情，一时的耽误可能酿成大祸。 单片机自 1976年由 Intel 公司推出 MCS-48开
6、始， 迄今已有二十多 年了。由于单片机集成度高、功能强、可靠性高、体积小、功耗地、 使用方便、价格低廉等一系列优点，目前已经渗入到人们工作和生活 的方方面面，几乎“无处不在，无所不为” 。单片机的应用领域已从 面向工业控制、通讯、交通、智能仪表等迅速发展到家用消费产品、 办公自动化、汽车电子、PC机外围以及网络通讯等广大领域 。 单片机应用的重要意义还在于，它从根本上改变了传统的控制系 统设计思想和设计方法。 从前必须由模拟电路或数字电路实现的大部 分功能，现在已能用单片机通过软件方法来实现了。这种软件代替硬 件的控制技术也称为微控制技术，是传统控制技术的一次革命。电子 闹钟在科学技术高度发展
7、的今天,千家万户都少不了它,所以很多家庭 带温度显示的电子闹钟的设计 机电与信息工程系 夏松行 5 个人都需要有一个电子闹钟，为人们提供报时方便。 本文给出了一种 AT89S52电子闹钟设计方法，具有设定时间和闹 钟以及显示温度的功能，从而给人们带来更为方便的工作与生活。 1.2 设设计背景及意义计背景及意义 1.2.11.2.1 设计背景设计背景 随着生活水平的提高，人们越来越追求人性化的事物，传统的时 钟已不能满足人们的需求。 现代的时钟不仅需要模拟电路技术而且需 要数字电路技术和单片机技术，增加时钟的功能。数字电子钟可利用 软件编程尽量做到硬件电路简单稳定， 减小电磁干扰和其他环境干扰,
8、 减小因元器件精度不够引起的误差； 尽管如此数字钟还是可以改进和 提高，比如选用更精密的元器件。但与机械式时钟相比已经具有更高 的准确性和直观性，且无机械装置，具有更长的使用寿命，因此得到 了广泛的使用。 1.2.2 1.2.2 设计意义设计意义 一、复习和巩固所学过的知识，利用此毕业设计正好可以对所学 过的知识进行系统的回顾和总结。 二、拓展知识面，课堂的知识是远远满足不了设计的要求的，这 就需要我们主动去找寻更多的资料，了解更多的知识。 三、培养了设计能力和解决实际问题的能力，同时增强了自学能 力，通过设计完整的单片机系统也初步掌握了组成系统、编程、调试 等能力。 四、 通过本 LCD电子
9、钟的设计初步了解了单片机应用系统开发研 制过程，软件和硬件设计的方法。 1.3 1.3 当当前研究现状前研究现状 本设计应解决的主要问题有两大方面，即硬件电路设计和软件设 带温度显示的电子闹钟的设计 机电与信息工程系 夏松行 6 计两大方面。其中硬件电路部分又可分为四个模块：键盘模块、显示 模块、计时模块和发声模块。硬件电路部分致力于低成本、低功耗和 易实现性。软件部分则应做到代码的精简、准确、易读懂。最后通过 硬软件的结合实现数字钟的精确计时、校时、三组闹钟设置和定时报 警功能。 1.41.4 本论文设计目标本论文设计目标 1显示时间的功能。 按下“T0”按键，此时进入时间调整状态，可以用“
10、T0”按键改 变位，用“T1”按键改变数字，设置完后，再一次按下“T0”按键， 电子闹钟就开始工作了。 2复位电路的功能。 若想设置闹铃， 应先按下复位按键， 然后长时间按下“设置“按键， 第一个数码管会显示”C”,然后变为”00-00-00” ，此时进入闹铃设置 状态。 3显示温度的功能。 一上电先用后三个数码管显示采集到的温度，按一下切换键，可 切换到时钟显示部分。 4. 闹铃功能 设置好闹铃时间后，能按设置好的时间准时闹 第二章第二章 基本理论知识及开发具介绍基本理论知识及开发具介绍 本 LCD 定时闹钟， 是以单片机及外围接口电路为核心硬件， 辅以 其他外围硬件电路，用汇编语言设计的程
11、序来实现的。根据 C51单片 机的外围接口特点扩展相应的硬件电路， 然后根据单片机的指令设计 出数字钟相应的软件， 再利用软件执行一定的程序来实现数字钟的功 带温度显示的电子闹钟的设计 机电与信息工程系 夏松行 7 能。由于采用集成芯片性的单片机来制作电子钟，这样设计制作简单 而且功能多、精确度高，也可方便扩充其他功能，实现也十分简单。 本设计是利用 AT89C51 单片机为主控芯片，由 LCD、晶振、电 阻、电容、发光二极管、开关、喇叭等元件组成硬件电路，通过编写 软件程序来实现和控制的数字定时闹钟。 2.1 2.1 总体设计总体设计 本课题设计并制作了带温度显示的电子闹钟，主要包括按键电
12、路，数码显示电路，单片机工作电路，外接电源以及发音电路几个模 块。整个系统的原理框图如图 2-1所示。 . 图 2-1 系统原理框图 工作原理：用 5V电源供电，上电后，数码管显示及时温度，如 需要设定闹钟，则长按 T0 键，待数码管显示 P时，再长按 T0键，待 数码管由 P变成 C时，按 T1 键设定闹钟，设置完成后按 T0键。如不 需要设定闹钟，长按 T0键，数码管显示为 P时，按 T1设定时间。闹 钟时间到后，由蜂鸣器提示，然后按复位键停止。 按键与按钮电路 复位等辅助电路 电源统系 8 位数码管显示电路 闹铃指示电路 带温度显示的电子闹钟的设计 机电与信息工程系 夏松行 8 2.2
13、2.2 设计原理图设计原理图 2-2设计原理图 2.3 2.3 单片机的介绍单片机的介绍 2.3.1 2.3.1 单片机定义单片机定义 “单片机”就是将计算机的基本部件集成到一块芯片上，包括 CPU （Central Processing Unit） 、 ROM(Read Only Memory)、 RAM （Random Access Memory） 、并行口（Parallel Port） 、串行口(Serial Port)、定时 器计数器(Timer/Counter)、中断系统(Interrupt System)、系统时钟及 系统总线等。 2.3.2 2.3.2 单片机分类单片机分类 单片
14、机按照其用途可分为通用型和专用型两大类。 通用型单片机具有比较丰富的内部资源，性能全面且适应性强， 能覆盖多种应用需求。 专用单片机是专门针对某个特定产品的，例如，专用于电机控制 的单片机、车载电子设备、语音信号处理和家用电器中的单片机等。 2.3.3 2.3.3 单片机的发展概况单片机的发展概况 单片机的发展经历了探索-完善-MCU 化-百花齐放四个阶 晶振 按键 AT89C5 1 段码驱动 位码驱动 蜂鸣器 8位数码管 带温度显示的电子闹钟的设计 机电与信息工程系 夏松行 9 段。 （1）芯片化探索阶段 20世纪 70 午代，美国的 Fairchild(仙童)公司首先推出了第一款单 片机
15、F8，随后 Intel公司推出了影响面大、应用更广的 MCS48 单片 机系列。MCS48 单片机系列的推出标志着在工业控制领域，进入到 智能化嵌入式应用的芯片形态计算机的探索阶段。 参与这一探索阶段 的还有 Motorola、Zilog 和 Ti 等大公司，它们都取得了满意的探索效 果，确立了在 SCMC 的嵌入式应用中的地位。这就是 Single Chip Microcomputer 的诞生年代，单片机一词即由此而来。这一时期的特 点是： 嵌入式计算机系统的芯片集成设计； 少资源、无软件，只保证基本控制功能。 （2）结构体系的完善阶段 在 MCS-48探索成功的基础上很快推出了完善的、典型
16、的单片机系列 MCS-5l 。 MCS-51 系 列 单 片 机 的 推 出 ， 标 志 着 Single Chip Microcomputer 体系结构的完善。它在以下几个方面奠定了典型的通 用总线型单片机的体系结构。 1）完善的总线结构 并行总线：8 位数据总线、16位地址总线及相应的控制总线，两个 独立的地址空间； 串行总线：通信总线，扩展总线。 2）完善的指令系统 具有很强的位处理功能和逻辑控制功能， 以满足工业控制等方面的 需要； 带温度显示的电子闹钟的设计 机电与信息工程系 夏松行 10 功能单元的 SFR(特殊功能寄存器)集中管理。 3）完善的 MCS-51成为 SCMC 的经典
17、体系结构 日后，许多电气商在 MCS-51 的内核和体系结构的基础上，生产出各 具特色的单片机。 2.4 2.4 数字钟介绍数字钟介绍 时钟是将小时、分钟、秒钟显示于人的肉眼的计时装置。而单片 机模块中最常见的正是数字钟，数字钟是一种用数字电路技术实现 时、分、秒计时的装置，与机械式时钟相比具有更高的准确性和直观 性，且无机械装置，具有更长的使用寿命，因此得到了广泛的使用。 而 LCD 电子定时闹钟是以单片机为基础的数字电路实现对时、分、 秒的数字显示的数字计时装置,它的计时周期为 24 小时，另外应有校 时功能和一些显示日期、闹钟等附加功能。一个基本的数字钟电路主 要由译码显示器、 “时”
18、， “分” ， “秒” ， “星期”计数器、校时电路、 报时电路和振荡器组成。目前电子钟广泛用于各种私人和公众场合, 成为我们生活、工作和学习中不可缺少的好帮手。 由于时钟的实用性和在人们生活中的重要性，所以尝试设计以单 片机为核心的数字时钟是很有意义的。 钟表原先的报时功能已经原不 能满足人们日益增长的要求，现代的电子时钟多带有类似自动报警、 按时自动打铃、时间程序自动控制、定时广播、自动起闭路灯、通断 动力设备、甚至各种定时电气的自动启用等功能，本设计中 LCD 电 子时钟采用 LCD 显示时间和日期年月，直观实用，而且可以方便的 校调，附带的万年历和定时功能也是很方便和实用的. 2.5
19、LCD2.5 LCD 电子闹钟的特点和功能介绍电子闹钟的特点和功能介绍 2.5.12.5.1 电子钟设计特点电子钟设计特点 LCD电子定时闹钟是一种基于单片机技术的多功能、 多用途的电 带温度显示的电子闹钟的设计 机电与信息工程系 夏松行 11 子产品，有电子时钟、日期显示、定时闹铃等多种功能。本设计产品 性能卓越，功能丰富，采用 LCD 显示更加直观，是一个比较实用的 电子产品。 2.5.22.5.2 电子钟的主要功能电子钟的主要功能 1可以显示 24小时制“时时-分分-秒秒”，LCD显示。 2可以显示日期，具有万年历功能。 3可以方便的设定定时时间、修改定时时间，闹铃功能，预设 定时时间到
20、将发出闹铃声。 4能够修改时钟时间的时、分、秒，能够修改日期的年月日 2 2.6.6 特殊功能寄存器特殊功能寄存器 特殊功能寄存器 符号 名称 字 节 地址 位地址 B B寄存器 F0H F7HF0H ACC或 A 累加器 A E0H E7HE0H PSW 程序状态字 PSW D0H D7HD0H 中断优先级控制 IP B8H BFHB8H P3 P3口 B0H B7HB0H IE 中断允许控制 A8H AFHA8H P2 P2口 A0H A7HA0H SBUF 串行数据缓冲器 99H SCON 串行控制 98H 9FH98H P1 P1口 90H 97H90H 带温度显示的电子闹钟的设计 机
21、电与信息工程系 夏松行 12 表 2-3 SFR名称及地址分布 特殊功能寄存器的总数为 21个，离散的分布在该区域中，其中 有些SFR还可以进行位寻址。 表2-3是该寄存器的名称及其地址分布。 2.72.7 按键的选择按键的选择 方案一：44矩阵式键盘。如果选择此方案，那么在修改时钟或 设置闹铃时间时就可以直接从键盘输入，方便、快捷，但程序较为复 杂。 方案二：独立式按键。如果设置过多按键，将会占用较多 I/O口， TH1 定时器/计数器1 （高 八位） 8DH TH0 定时器/计数器0 （高 八位） 8CH TL1 定时器/计数器1 （低 八位） 8BH TL0 定时器/计数器0 （低 八位
22、） 8AH TMOD 定时器/计数器方式 控制 89H TCON 定时器/计数器控制 88H 8FH88H PCON 电源控制 87H DPH 数据指针高字节 83H DPL 数据指针低字节 82H SP 堆栈指针 81H P0 P0口 80H 87H80H 带温度显示的电子闹钟的设计 机电与信息工程系 夏松行 13 而且会给布线带来不便，因此，此方案适用于按键较少的情况。如果 选择此方案，由于按键较少，在修改时间或设置闹铃时间时就不能直 接输入，只能通过加或减完成，稍为麻烦一些，但其程序简单。 图 2-4 独立按键 图 2-5 键盘输入电路 由于并不需要经常修改时间和设置闹铃时间，而且方案二
23、的程序 简单，按键少、成本低，因此，选择方案二。 键盘采用 4个独立按键配以 4个上拉电阻实现对时钟和闹钟的设 定及修改。 2.82.8 发音部分的设计发音部分的设计 通过三极管放大后驱动蜂鸣器工作， 再通过软件这时产生等时时 间方波驱动蜂鸣器发出间断嘀声，这样就可以省去硬件振荡电路，降 低成本。 带温度显示的电子闹钟的设计 机电与信息工程系 夏松行 14 第三章第三章 开发过程开发过程 本 LCD 定时闹钟，是以单片机及外围接口电路为核心硬件，辅以 其他外围硬件电路，用汇编语言设计的程序来实现的。根据 C51单片 机的外围接口特点扩展相应的硬件电路， 然后根据单片机的指令设计 出数字钟相应的
24、软件， 再利用软件执行一定的程序来实现数字钟的功 能。由于采用集成芯片性的单片机来制作电子钟，这样设计制作简单 而且功能多、精确度高，也可方便扩充其他功能，实现也十分简单。 本设计是利用 AT89C51 单片机为主控芯片，由 LCD、晶振、电 阻、电容、发光二极管、开关、喇叭等元件组成硬件电路，通过编写 软件程序来实现和控制的数字定时闹钟。 3.1 3.1 硬件系统设计原则和硬件系统框图硬件系统设计原则和硬件系统框图 3.1.13.1.1 硬件系统设计原则硬件系统设计原则 一个单片机应用系统的硬件电路设计包含有两部分内容：一是 系统扩展，即单片机内部的功能单元，如 ROM、RAM、I /O口、
25、定 时/计数器、中断系统等容量不能满足应用系统的要求时，必须在片 外进行扩展，选择合适的芯片，设计相应的电路。二是系统配置，即 按照系统功能要求配置外围设备，如键盘、显示器、打印机、A/D、 D/A转换器等，要设计合适的接口电路。在本系统中，AT89S52单片 机内部的功能单元已经能够满足系统设计需要，不需系统扩展。按系 统功能需求，需要配置固定键盘、LED显示、EEPROM 存储器等。 3.1.23.1.2 硬件系统框图硬件系统框图 其中 AT89C51为硬件系统的核心部分，震荡电路为单片机芯片 提供时钟信号， 调时电路用来设置时间和闹铃时间， 输出分为两部分； 带温度显示的电子闹钟的设计
26、机电与信息工程系 夏松行 15 一部分连接到 LCD用于时间的显示，一部分连接到喇叭，用于闹铃 声音的输出。总体的硬件系统结构框图如图 3-1所示。 图 3-1 硬件电路概念示意图 3.23.2 系统硬件电路组成系统硬件电路组成 3.2.13.2.1 数码管显示电路数码管显示电路 本设计采用数码管显示方式。数码管作为一种主动显示器件，具 有亮度高 价格便宜等优点，而且市场上也有专门的时钟显示组合数码管。用数 码管作为显示器。数码管的驱动电路简单，使用方便，如果选择了此 方案，那么在夜间看时间的时候就不需要有光源，非常方便。其缺点 是功耗较大。 由于数码管使用起来较为方便， 在夜间看时间也很方便
27、， 因此我们选择了数码管作为显示器。 3.2.2 复位电路复位电路 目前为止，单片机复位电路主要有四种类型： （1）微分型复位电 路； （2）积分型复位电路； （3）比较器型复位电路； （4）看门狗型复 位电路。本设计采用手动按键复位，具体原理图如下图 3-2所示。 AT89C51 震荡 电路 调时电路 喇叭 LCD 片 选 代 码 带温度显示的电子闹钟的设计 机电与信息工程系 夏松行 16 图 3-2 复位电路 Pin9:RESET/Vpd 复位信号复用脚， 当 AT89S52通电， 时钟电路开 始工作，在 RESET 引脚上出现时钟周期高电平，系统即初始复位。 手动开关复位只要按下开关按钮
28、，倒相器即输出高电平，复位有效。 3.2.3 按键电路按键电路 考虑到电路不需要复杂性,因而设计成 3个按键,一个为复位,其它 2 个为按数字时间的按键和确定设好的时间确定后。2 个按键分别要 接 AT89S52 的 P3.4和 P3.5 端。电路如图 3-3 所示。 图 3-3 按键电路 若想设置闹铃，应先按下复位按键，然后长时间按下 T0按键， 第一个数码管会显示”C”,然后变为”00-00-00” ，此时进入闹铃设置 状态， 设置方法跟上面一样， 闹铃设置完后， 下一步要设置当前时间， 调整方法跳到第一步。在复位后的待机状态下，用于启动设定时间参 带温度显示的电子闹钟的设计 机电与信息工
29、程系 夏松行 17 数（对时或定闹） ；在设定时间参数状态而且不是设定最低位（即分 个位）的状态下，用于结束当前位的设定，当前设定位下移；在设定 最低位（分个位）的状态下，用于结束本次时间设定。 T1键，用于对当前设定位（编辑位）进行加 1操作，根据正在 编辑的当前位的含义（时十位、时个位、分十位、分个位）自动进行 数据的上限和下限判断。 3.2.4 时钟电路时钟电路 （1）.内部时钟方式 8051 单片机内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器， 引脚 XTAL1 和 XTAL2 分别是此放大器的输入端和输出端。 这个放大 器与作为反馈元件的片外石英晶体或陶瓷谐振器一起构成一个自激 振荡器
30、。图 2-7 a)是 MCS-51 单片机的内部时钟方式的振荡器电路。 （2）外部时钟方式 外部时钟方式是使用外部振荡脉冲信号，常用于多片 MCS-51 单 片机同时工作，以便于同步。对外部脉冲信号只要求高电平持续时间 大于 20，一般为低于 12MHz 的方波。这时，外部振荡器的信号接至 XTAL2，即内部时钟发生器的输入端，而内部反相放大器的输入端 XTAL1 应接地， 如图 3-4 b)所示。 由于 XTAL2 端的逻辑电平不是 TTL 的，故建议外接一个上拉电阻。 图 3-4 MCS-51的时钟电路 a)片内时钟方式 b)外部时钟方式 带温度显示的电子闹钟的设计 机电与信息工程系 夏松
31、行 18 3.33.3 控制系统软件设计控制系统软件设计 这里用汇编的单片机程序构成了本 LCD电子闹钟的软件系统。 该程序实现时间及定时(时间以 0 点 0分 0秒为基准计算， 闹铃定时以 0 时 0 分为基准计算）的显示，有外中断 0 和五个开关实现校时，闹 钟功能。其中程序的晶振频率为 12MHz，最小计时单位为 1/20 秒。 主芯片 p0.1-p0.7 输出数据到 LCD数据总线，p2.0-2.2 输出 LCD 控制信号，P3.7 输出声音信号，.P1.4-P1.5 输入外部控制信号，整个 软件系统也是根据这个关系连接成一个完整的系统。 3.3.13.3.1 应用软件设计原则应用软件
32、设计原则 应用系统中的应用软件是根据系统功能要求设计的，应可靠实 现系统的各种功能。在本设计中，软件设计要力求做到以下几点： 1软件结构清晰，简捷，流程合理。 2各功能程序实现模块化，子程序化。这样，即便于调试、链 接，又便于移植、修改。 3程序存储区，数据存储区要合理规划，既能节约内存容量， 又使操作方便。 4运行状态实现标志化管理。各个功能程序运行状态，运行结 果以及运行要求都要设置状态标志以便查询，程序的转移、运行、 控制都可通过状态标志条件来控制。 3.3.23.3.2 系统软件设计系统软件设计 系统软件部分的设计模块有：按键电路的软件设计、复位电路的 软件设计、显示电路的软件设计共
33、3个模块。 系统软件功能： (1) 检测按键功能。当系统检测到某个按键被按下时，转到相应 子程序处理，可实现校时、设定闹铃时间的功能。 带温度显示的电子闹钟的设计 机电与信息工程系 夏松行 19 (2) 显示功能。系统通过调用显示子程序，可将显示缓冲区里的 内容通过动态扫描方式输出到数码管显示器。 (3) 计时功能。系统通过中断和软件计数器可产生秒信号。每到 1s，系统将会调整时间存储单元的内容，从而实现计时功能。 (4) 比较功能。每当秒存储单元的内容为0时，系统通过比较子程 序可判断当前时间是否符合闹铃条件，若符合，则调用发音子程序使 蜂鸣器发出闹铃声音。 (5) 设定功能。系统进入设定状
34、态后，可通过按“设定”键改变 闪亮位位置和按“+”或“-”键来加1或减1闪亮位内容，从而达到报 时和设定闹铃时间的目的。 软件设计主程序流程图如图 3-5所示。 带温度显示的电子闹钟的设计 机电与信息工程系 夏松行 20 3-5软件设计主程序流程图 系统软件的设计方法与硬件设计的方法是相同的， 也是根据系统的各 个功能，划分成各个子模块，分别对每个模块来进行设计，然后在通 过各个模块之间的调用来实现整个系统的功能。 系统功能及使用方法: 带温度显示的电子闹钟的设计 机电与信息工程系 夏松行 21 系统上电后，自动进入时钟状态。若在此时按下“设定”键，显 示器上将出现闪亮位，再按“+”或“-”则
35、可以加或减闪亮位内容， 修改完一位后再按“设定”可改变闪亮位位置继续修改下一位。修改 完成后按“确定”键即可退出设定状态进入正常显示时钟状态。 在正常显示时钟状态时按下“闹钟”键可进入闹钟状态，此时按 “+”或“-”可上下翻动闹钟表；按“设定”键可修改当前显示的闹 钟时间，修改方法与修改时钟相同。在查看闹钟表状态下按“闹钟” 键可以开/关当前显示的闹钟时间，当显示器第 5位显示“-”时表示 闹铃已开。按“时钟”键返回正常显示时钟状态。若想设置闹铃，应 先按下复位按键， 然后长时间按下“设置“按键， 第一个数码管会显示” C”,然后变为”00-00-00” ，此时进入闹铃设置状态，设置方法跟上面
36、 一样， 闹铃设置完后， 下一步要设置当前时间， 调整方法跳到第一步。 这样设置好后，她就能按照主人的意思，定时的把你闹醒啦！ 我们先了解简易闹钟的设计方法， 并自己动手设计电路和编写实 现闹钟功能的程序。简易闹钟要实现以下功能：1.能正确显示闹钟的 走时；2.可以进行当前时间的设置；3.可以设置闹钟时间，并在时间 到时发出响声。 设计中， 我们利用仪器中所提供的以上提到的芯片和软件编程结 合的思路。本设计的软件编程由四部分构成，下面将对照程序的构成 来阐述我们组对简易闹钟的方案设计，具体设计方案如下： （一）在主程序中，填写中断向量表，然后通过更新时间的子程 序完成时间跳变的功能， 待到新的
37、时间判断是否到达设定的闹钟的时 间，如果是，则启动扬声器；如果否，则继续进行显示时间。 （二）闹钟的时间是变化的，在更新时间的子程序中，首先判断 带温度显示的电子闹钟的设计 机电与信息工程系 夏松行 22 更改后的秒数是否小于 10，如果是，则返回主程序；如果否，则秒的 个位跳变成 0，秒的十位加一；再次判断秒的十位，过程同判断秒的 个位相同。 （三）简易闹钟最重要的功能就是“Its time to do something!” 在这部分，主要要考虑的也是判断当前时间是不是设定的闹钟时间。 如果跳变后的时间的四位完完全全的和设定的闹钟时间相同， 则扬声 器应该响起，提示闹钟的主人“Time i
38、s up!”从闹钟的分钟的十位开 始依次判断，如果前一个闹钟位的显示与设定的闹钟时间对应位相 同，则转入判断下一位；如果不相同，则返回主程序。都判断后，如 果都相同，则设置启动闹钟的对应位为 1，启动扬声器。 （四）在显示时间的子程序中，时间从 0，0，0，0 开始显示。 四位数字的显示各由一段程序完成。 在各个模块的软件设计完成后， 便可以对整个系统进行整体的软 件设计。其根本的设计思路是通过设置一些联系信号，把原本功能独 立的各个模块联结在一起，从而实现整体系统的功能. 3.43.4 显示程序显示程序 显示程序包括时钟显示和定时显示程序。 液晶显示模块是一个慢显示器件， 所以在执行每条指令
39、之前一定 要确认模块的忙标志为低电平，表示不忙，否则此指令失效。要显示 字符时要先输入显示字符地址，也就是告诉模块在哪里显示字符，表 3-1是 TC1602EL液晶模块的内部显示地址。 带温度显示的电子闹钟的设计 机电与信息工程系 夏松行 23 表 3-1 内部显示地址。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 1 1 1 2 1 3 14 15 16 00 0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 0 A 0 B 0 C 0D 0E 0F 40 4 1 4 2 4 3 4 4 4 5 4 6 4 7 4 8 4 9 4 A 4 B 4 C 4D 4E 4F
40、比如第二行第一个字符的地址是 40H， 那么是否直接写入 40H就 可以将光标定位在第二行第一个字符的位置呢？这样不行， 因为写入 显示地址时要求最高位 D7 恒定为高电平 1所以实际写入的数据应该 是 01000000B（40H）10000000B（80H）11000000B（C0H） ，液 晶模块内带标准字库，内部的字符发生存储器（CGROM）已经存储 了 192 个 57 点阵字符，32 个 510 点阵字符。另外还有字符生成 RAM （CGRAM）512字节，供用户自定义字符。这些字符有：阿拉 伯数字、英文字母的大小写、常用的符号、和日文假名等，每一个字 符都有一个固 定的代码，比如大
41、写的英文字母“A”的代码是 01000001B（41H） ，显示时模块把地址 41H中的点阵字符图形显示出 来，我们就能看到字母“A” 。 3.53.5 中断中断定时器的设置定时器的设置 数字电子钟设计中主要使用定时器 T0中断 ET0，利用 ET0中断 进行计时时间的自增，从而实现计时功能。 AT89C51 有两个通用定时/计数器。两者均可配置为定时器或事 件计数器。另外增加了定时器 T0/T1,溢出时 T0/T1脚自动翻转的功能 选项。 用作“定时器”功能时，每经过一个机器周期，寄存器值加 1。 用作“计数器”功能时，寄存器在对应的外部输入管脚 T0/T1 上每发 带温度显示的电子闹钟的设
42、计 机电与信息工程系 夏松行 24 生一次 1到 0的跳变时加 1。使用该功能时，外部输入每个机器周期 被采样一次。 图 3-6中断服务流程图 3.6 3.6 电子闹钟设计电子闹钟设计 3.6.13.6.1 电子闹钟设计步骤电子闹钟设计步骤 1. 选择工作方式，计算初值； 2. 采用中断方式进行溢出次数累计； T0中断 闹铃时间到？ 闹铃 显示时间 按键扫描 重装计数值 中断返回 带温度显示的电子闹钟的设计 机电与信息工程系 夏松行 25 3. 从秒分时的计时是通过累加和数值比较实现的； 4. 时钟显示缓冲区：时钟时间在方位数码管上进行显示，为此 在内部 RAM 中要设置显示缓冲区，共 6个地
43、址单元。显示缓冲区从 左到右依次存放时、分、秒数值； 5. 主程序：主要进行定时器/计数器的初始化编程，然后反复调 用显示子程序的方法等待中断的到来； 6. 中断服务程序：进行计时操作； 7. 加 1子程序：用于完成对时、分、秒的加操作，中断服务程 序在秒、分、时加 1时共有三种条调用加 1 子程序，包括三项内容： 合字、加 1并进行十进制调整、分字； 8. 闹铃子程序:用于定时闹铃。 3.6.2 3.6.2 闹钟的实现闹钟的实现 闹钟功能的实现涉及到两个方面： 闹铃时间设定和是否闹铃判别 与相应处理。闹铃时间设定模块的设计可参照时间设定模块，这里着 重阐述闹铃判别与处理模块的设计问题。 闹铃
44、判别与闹铃处理的关键 在于判别何时要进行闹铃。当时十位、时个位、分十位、分个位中任 一位发生改变（进位）时，就必须进行闹铃判别。程序设计思想如图。 时十位、个位，分十位、个位改变了 设置闹铃标志 是否设置了闹铃 清除闹铃标志 判当前时间是设定时间 中断返回 中断返回 闹铃判别处理 带温度显示的电子闹钟的设计 机电与信息工程系 夏松行 26 图 3-7 闹铃实现思想流程图 3.7 小结小结 本章详细叙述了带温度显示的电子闹钟的硬件电路的结构，分 析了各个硬件电路的工作原理。在设计硬件电路的同时，充分考虑 将软件和硬件结合起来，发挥单片机的智能化优势。简化硬件电路 的设计，提高硬件电路的可靠性和稳
45、定性。 软件是整个控制器的重 要组成部分，设计的好坏关系到系统的性能。在控制器的软件设计 中，采用汇编语言设计程序，编程、调试方便。 第四章第四章 调试调试 整个系统调试的主要思想是：先每个模块进行调试，然后整个系 统一起调试。先软硬件分开调试，然后一起调试。遵循先部分后整体 的原则。 4.14.1 硬件调试硬件调试 拿到印制板后,首先应该对照自己所画的印制板图进行比对,是否 有短路的或短路的情况，因为有时候可能会出现腐蚀不好的情况。把 跳线焊上去，用万用表测试下是否全部连接。 印制板检查无误后，按照原理图把电源部分的各元器件焊上去，注意 电容的极性。 4.24.2 软件调试软件调试 在调试的
46、整个过程中程序编译没有出现大的问题，但是连接时 出错。 4.34.3 软硬件联调软硬件联调 仿真是采用 Proteus仿真软件进行调试，Proteus 具有以下特点： 1. 速度快。 程序修改、 编译后马上就可以看到效果， 不需要拔片、 带温度显示的电子闹钟的设计 机电与信息工程系 夏松行 27 写片、插片这些过程，提高实验效率。 2. 方便直观形象。 硬件电路随时可进行更改， 教学演示非常容易。 3. 不受时间和空间的限制，可自主设计和验证方案, 有利于系 统、科学、有效地培养科研工作者的专业实践能力及创新能力。 采用模块来调试，分别进行仿真。仿真成功以后，再在板上调试， 调试步骤如下： 1
47、.将汇编源程序编译成目标文件即 HEX文件，再用编程 器将 HEX 文件写入 AT89S52芯片。 2.复位按键处理，看系统能否正确进行复位。 3.用示波器看单片机能不能跑起来。 4.按键测试数码管显示是否正确。 5.综合上述调试过程， 发现数码管显示到闹铃和温度显示 所有工作正常。基本符合任务书的要求。 4.44.4 实验结果实验结果 此电子闹钟设计是利用 Proteus 仿真软件进行仿真，基本上实现 了课程设计要求实现的功能。 硬件部分设置了的三个按键 S1、S2、S3、S4。当按键 S1第一次 按下时，停止计时进入闹钟 1 的秒设置，当按键 S1 第二、第三次按 下时，分别进入闹钟 1的
48、分设置和时设置，当按 S1第四 、第五、第 六次按下时分别进入闹钟 2 的秒、分、时设置，当按 S1 第七 、第八、 第九次按下时分别进入闹钟 3 的秒、分、时设置，当按 S1第十 、第 二一、第十二次按下时分别进入时间的秒、分、时设置，在 S1 按下 的各阶段，可用按键 S2、S3 进行时间和闹铃时间的时、分、秒进行 加减设置；当按键 S1 第十三次按下时恢复到时间显示功能。当显示 的时间和定时设置的时间一致时，蜂鸣器发出等时间断蜂鸣声，闹铃 带温度显示的电子闹钟的设计 机电与信息工程系 夏松行 28 时间设置为 60秒。在各个闹钟设置阶段，如果有 S4按下，则相应闹 钟功能关闭或开启；如在
49、闹铃时有 S4按下则提前停止闹铃。 另外，闹铃电路有音乐闹钟的扩展的功能(可以将蜂鸣器换成扬 声器再加一段音乐程序即可实现)。因时间有限，扩展功能还未能及 时实现，比如音乐闹铃。 结结 论论 本次毕业设计综合运用大学所学过的专业课、专业基础课、专业 选修课，是对大学四年所学的知识的一次重要总结也是重大考验。经 过查资料、选方案、设计电路、画原理图、PCB布线、制板、焊接、 编程、 调试、 撰写设计报告， 使我得到了一次较全面的工程实践训练。 从而进一步巩固专业知识，学会正确运用所学知识、查阅有关资料及 手册的方法。理论联系实际，培养了良好的思维习惯，提高独立思考 和解决问题的能力，提高和培养创新能力，为本专业工作打下基础。 当然也看到自己的不足之处： (1)理论知识水平不够，需要不断的完善自己； (2)外语水平有待提高； (3)印制板布局布线方面应该加强,应该多接触点实际的东西。 通过这次的毕业设计，我知道了一件产品从设计到最后的成品， 中间的过程不是那么容易，不是那么顺利的，只有