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1、基于 51 单片机的数字钟设计姓名： 学号： 专业：摘 要：本文设计了一个单片机多功能定时系统，配置了外围设备，构成了一个可编程的计时定时系统，有体积小，可靠性高，功能强等特点。它可避免多种控制器的混淆，利用一个控制器对多路电器进行控制，同时又可以进行时钟校准和定点打铃。它可执行不同的时间表的打铃，可任意设置时间。这种智能化产品减轻了人的劳动，扩大了数字化范围，为家庭数字化提供了可能。不仅能满足所需要求而且还有很多功能可供开发，有着广泛的应用领域。关键词：MCS-51单片机、数字钟、多功能定时器1 引言在日常生活和工作中，我们常用到定时控制，早期的一些时间控制单元定时准确性和重复精度都不理想，
2、现在大多都是基于数字技术的新一代产品，随着单片机性价比的不断提高，新一代产品的应用也越来越广泛。它功能强大，体积小，质量轻，灵活好用，配以适当的接口芯片，可以构造各种各样、功能各异的微电子产品。随着电子技术的飞速发展，家用电器和办公电子设备逐渐增多，不同的设备都有自己的控制器，使用起来很不方便。根据这种实际情况，本文设计了一个单片机多功能定时系统，它可避免多种控制器混淆，利用一个控制器对多路电器进行控制，同时又可以进行时钟校准和定点打铃。它可执行不同的时间表的打铃，任意设置时间。这种智能化产品减轻了人的劳动，扩大了数字化范围。它配置了外围设备，构成了一个可编程的计时定时系统，具有体积小，可靠性
3、高，功能强等特点。不仅能满足所需要求而且还有很多功能可供开发，有着广泛的应用领域。2 电路的硬件设计 复位电路：MCS-51单片机的复位由外部的复位电路来实现。复位引脚RST通过一个斯密特触发器与复位电路相连，斯密特触发器用来抑制噪声，在每个机器周期的S5P2，斯密特触发器的输出电平由复位电路采样一次，然后得到内部复位操作所需要的信号。时钟电路：单片机各功能部件的运行都是以时钟频率为基准工作。因此，时钟频率直接影响单片机的速度，时钟电路的质量直接影响单片机系统的稳定性，本文采用内部时钟方式。电路图如下： 按键电路：按键的开关状态通过一定的电路转换为高、低电平状态。按键闭合过程在相应的I/O端口
4、形成一个负脉冲。抖动持续时间一般在5-10ms之间。本文采用独立式按键，直接用I/O口线构成单个按键电路，每个按键占用一条I/O口线，每个按键的工作状态不会产生互相影响。电路图如下： P1.0口表示功能移位键，按键选择要调整的时十位、时个位、分十位或分个位。P1.1口表示数字“+“键，按下则对应的数字加1。P1.2口表示数字“-”键，按下则对应的数字减1。P1.3口表示时间表的切换，程序默认为日常时间表，当按下该开关，使输入为低电平时，绿发光二极管表示当前执行的是考试时间表。再按键，使键抬起，输入维高电平时，用红发光二级管表示当前执行的是日常作息时间表。 打铃电路：P1.5口控制继电器进而控制
5、电铃工作。当时钟当前的时间和当前所执行的时间表的时间一致时，相应得标志位为1，P1.5口输出高电平，控制继电器闭合，从而合上开关，启动电铃进行打铃。打铃一定时间，标志位置0，P1.5输出低电平，继电器打开，电铃停止工作。电路图如下： 该电路可执行两个时间表,为了能够从外观上看出当前正在执行的是那种时间表，在电路中加上了红、绿两个不同的发光二极管，当红发光二极管接通时，表示当前正在执行日常作息时间表；当绿发光二极管接通时则表示当前正在执行的是考试时间表。电路图如下：电源电路设计：电源电路包括变压器、桥式整流器、电容和稳压器。通过变压器变压，使得220V电压变为5 V，在通过桥式整流，电容的滤波作
6、用，稳压器的稳压作用，可输出5V的稳定电压。3 电路的软件设计 本设计的软件程序包括主程序、中断子程序、打铃子程序、时钟显示子程序、查询时间表切换程序和延时子程序等等。另外由于电路中有四个按键，还设计了防抖动程序来防止干扰。软件程序整个流程图如下： 开始初始化是是否按时间表切换键切换时间表否查询功能移位键调整时间是调用打铃子程序是否与时间表时间匹配否 定时程序设计：单片机的定时功能也是通过计数器的计数来实现的，此时的计数脉冲来自单片机的内部，即每个机器周期产生一个计数脉冲，也就是每经过1个机器周期的时间，计数器加1。如果MCS-51采用的12MHz晶体，则计数频率为1MHz，即每过1us的时间
7、计数器加1。这样可以根据计数值计算出定时时间，也可以根据定时时间的要求计算出计数器的初值。MCS-51单片机的定时器/计数器具有4种工作方式，其控制字均在相应的特殊功能寄存器中，通过对特殊功能寄存器的编程，可以方便的选择定时器/计数器两种工作模式和4种工作方式。定时器/计数器工作在方式0，为13位的计数器，由TLX(X=0、1)的低5位和THX的高8位所构成。TLX低5位溢出则向THX进位，THX计数溢出则置位TCON中的溢出标志位TFX.当定时器/计数器工作于方式1，为16位的计数器。本设计师单片机多功能定时器，所以MCS-51内部的定时器/计数器被选定为定时器工作模式，计数输入信号是内部时
8、钟脉冲，每个机器周期产生一个脉冲使计数器增1。 实时时钟实现的基本方法：时钟的最小计时单位是秒，我们可把定时器的定时时间定为50ms。计数溢出20次即可得到时钟的最小计时单位：秒。而计数20次可以用软件实现。秒计时是采用中断方式进行溢出次数的累积，计满20次，即得到秒计时。从秒到分，从分到时是通过软件累加并进行比较的方法来实现的。要求每满1秒，则“秒”单元中的内容加1；“秒”单元满60，则“分”单元中的内容加1；“分”单元满60，则“时”单元中的内容加1；“时”单元满24，则将时、分、秒的内容全部清零。 实时时钟程序设计步骤：（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；（
9、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。 程序说明：在整个系统中，单片机的30H、31H和32H中存储当前时间的时、分钟和秒。由于要用数码管显示当前的时间，必须用到分字
10、和合字，因此在33H、34H、35H、36H、37H和38H中存储当前时间的时十位、时个位、分十位、分个位、秒十位和秒个位，方便显示。本设计有由四个轻触按键组成的小键盘，这些按键可以任意改变当前的状态。本设计采用查表方式，在程序里预先存储日常作息时间表和考试时间表，可通过按键来选择所要执行的时间表。并可区别当前所执行的时间表。系统开机后，按功能移位键就可调整当前的时间，整个系统操作简单，功能明确。显示数据时，先把要显示的数据送到数据缓冲区SBUF中，再从SBUF中显示。串行口缓冲寄存器SBUF器是可直接寻址的专用寄存器。对于发送器，一般不需要双缓冲。4 结论单片机多功能定时系统理论上能很好的达
11、到了学要求，发挥了单片机在智能化方面的应用。该设计很好的满足当前需要，是一个理想的智能化的设计。它具有一个走时精确的实时钟，可以任意设置时间，可以控制时间表的转换，时钟的显示功能等。可以通过按键操作和数字显示。该设计规模小，但是功能多，操作简单，造价低，应用非常广泛。该系统的设计为向家庭数字化方向发展又前进了一步。同时又扩大了单片机的应用领域。参考文献1 张景元.基于单片机的多用途定时器的设计与实现.电子工程师2000年第8期2 李洪涛.一种单片机控制的定时打铃器.电子世界.1990年第2期 3 何业军 李超.基于单片机控制的高精度定时打铃器的设计.电子技术.2001年第7期4 关宗安 仲丛久.基于单片机实现的多路定时控制器的设计.沈阳航空工业学院报.2004年6月.第21卷第3期5 ATMEL.Microcontroller Data book.20026 张友德.单片微型机原理、应用与实践.上海：复旦大学出版社.19927李华.MCS-51系列单片机实用接口技术，北京：北京航空航天大学出版社.19938何希庆,高伟.MCS-51单片机原理、实验、实例M.山东:山东大学出版社.19899张毅刚,潭晓昀.MCS-51单片机应用设计M.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社.199710房小翠，王金凤.单片微型计算机与机电接口技术M.北京国防工业出版社.2002