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单片机定时闹钟毕业设计论文
单片机定时闹钟
一、[电路概述]该时钟电路主要以单片机AT89S52为核心而设计的，通过单片机对信息的分析与处理控制外围设备。
电路整体设计思想是想把它做成一个实用的器件，所以在题目要求的前提下，我们又加入了星期程序，温度程序，年、月、日程序以及时间的12—24转换程序。
[关键字]：
单片机数码显示温度传感器光识电路
二、[题目分析与方案论证]按照系统设计功能的要求，初步确定设计系统由复位模块、时钟模块、温度模块、音乐模块、光识模块及显示模块共五个模块组成，后来在时钟模块的基础上又加载了日历、星期的模块
从单片机AT89S52入手，通过使用AT89S52的内部的可编程定时器/计数器，结合对外接晶振的调节来确定一个合适的振荡周期，从而确定出内部的机器周期。
再通过对内部中断程序的设置来设计出时钟程序，即设计出了电子时钟的核心。
根据题目的要求，我们设计了以下方案：
[方案一]设计中加载了年、月、日的设计，刚开始时打算用18个共阳数码管，考虑到数码管太多是毕会给硬件电路带来麻烦，经过考虑后，决定把年、月、日与时间设置到一组数码管上来，即六个数码管即能显示时间又能显示年、月、日，这样一来就方便了硬件电路；
[方案二]主控芯片使用51系列AT89S52单片机设计时温度模块设计温度元件用AD590，利用AD590以及接口电路把温度转换成模拟电压，经由ADC0804转换成数字信号，然后经AT89S52处理显示温度。
但由于AD590价钱比较贵，且只能转换成模拟电压，这样一来硬件就要增加更多的器件且又不经济，经查找发现18B20温度传感器价钱便宜且可以直接把温度转换成数字量测温范围为-55—125度，最大分辨率可达0.0625度，采用3线制与单片机相连，减少了外部的硬件电路，具有低成本和易使用的特点，所以我们选择了18B20温度传感器。
附18B20温度传感器工作原理：
DS18B20温度传感器是美国DALLAS半导体公司最新推出的一种改进型智能温度传感器，与传统的热敏电阻等测温元件相比，它能直接读出被测温度，并可根据实际要求通过简单的编程实现9—12位的数字值读数方式。
温度传感器DS18B20采集温度信号送该给单片机处理，存储器通过单片机对某些时间点的数据进行存储；，DS18B20的性能特点如下：
1、独特的单线接口仅需要一个引脚进行通信；
2、多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，实现多点组网功能；
3、无须外部器件；
4、可通过数据线供电，电压范围为3.0---5.5V；
5、零待机功耗；
6、温度以9或12位数字量读出；
7、用户可定义的非易失性温度报警设置；
8、报警搜索命令识别并标志超过程序限定温度（温度报警条件）的器件；
9、负电压特性，电源极性接反是，温度计不会因发热而烧毁，但不能正常工作。
三、[系统总体结构框图]
[按键功能]
a键：
P2.1口12---24转换
b键：
P2.3口调整定时、计时的时、调整年
c键：
P2.5口调整计时的秒和定时状态及日
d键：
P2.7口判断定时到否
e键：
P2.0口调整星期
f键：
P2.2口定时、计时转换
g键：
P2.4口调整定时、计时的秒和判断定时状态、调整日
h键：
P2.6口调整定时的报警音乐、省电模式
i键：
复位键
j键：
P3.6口年、月、日的显示
四、[主要电路原理与设计]
（1）系统硬件电路的设计：
电路是由控制部分和显示部分两大部分组成。
利用单片机程序进行控制，单片机以晶体振荡器的振荡周期（或外部引入的时钟周期）为最小的时序单位，片内的各种微操作都以此周期为时序基准。
振荡频率二分频后形成状态周期或称s周期，所以，1个状态周期包含有2个振荡周期。
振荡频率foscl2分频后形成机器周期MC。
所以，1个机器周期包含有6个状态周期或12个振荡周期。
1个到4个机器周期确定一条指令的执行时间，这个时间就是指令周期。
AT89S52单片机指令系统中，各条指令的执行时间都在1个到4个机器周期之间。
，并通过数码管进行显示单片机普遍采用锁相环技术，使单片机的时钟频率可由程序控制。
锁相环允许用户在片外使用频率较低的晶振，可以很大地减小板级噪声；而且，由于时钟频率可由程序控制，系统时钟可以在一个很宽的范围内调整，总线频率往往能升得很高。
但是，使用锁相环也会带来额外的功率消耗。
单就时钟方案来讲，使用外部晶振且不使用锁相环是功率消耗最小的一种。
AT89S52单片机的时钟信号通常用两种电路形式得到：
内部振荡方式和外部振荡方式。
在引脚XTAL1和XTAL2外接晶体振荡器（简称晶振）或陶瓷谐振器，就构成了内部振荡方式。
由于单片机内部有一个高增益反相放大器，当外接晶振后，就构成了自激振荡器并产生振荡时钟脉冲。
内部振荡方式的外部电路如下图所示。
图中，电容器C01，C02起稳定振荡频率、快速起振的作用，其电容值一般在5-30pF。
晶振频率的典型值为12MH2，采用6MHz的情况也比较多。
内部振荡方式所得的时钟情号比较稳定，实用电路中使用较多。
外部振荡方式是把外部已有的时钟信号引入单片机内。
这种方式适宜用来使单片机的时钟与外部信号保持同步。
外部振荡方式的外部电路如下图所示。
如图所示：
各模块分析：
显示模块——电路先通过电源电路送出+5V电压，单片机AT89S52通过74LS47和CD4515（4—16译码器）驱动数码管显示数值,显示部分采用普通共阳极数码管显示，采用动态扫描，以减少硬件电路。
考虑到一次扫描12位数码管显示时会出现闪烁情况，设计时分两排显示，一排显示时间和年月日，一排显示星期和温度，共阳极数码管中8个发光二极管的阳极（二极管正端）连在一起。
通常，公共阳极接高电平（一般接电源），其它管脚接段驱动电路输出端。
当某段驱动电路的输入端为低电平时，该端所连接的字段导通并点亮。
根据发光字段的不同组合可显示出各种数字或字符。
此时，要求段驱动电路能吸收额定的段导通电流，还需根据外接电源及额定段导通电流来确定相应的限流电阻。
采用动态显示方式，比较节省I/O口，硬件电路也较静态显示简单，但其亮度不如静态显示方式，而且在显示位数较多时，CPU要依次扫描，占用CPU较多时间。
为了提供共阳LED数码管的驱动电压，用三极管9012作电源驱动输出。
采用12MHz晶振，有利于提高秒计时的精确性。
三极管采用9012。
数码管采用红色的共阳型LED数码管，亮度高些，因为是扫描的显示方式，所以各个数码管的abcdefg各脚采用了总线并联,改动510欧姆的电阻可以改变显示亮度；
时钟模块——利用芯片内部的振荡器，然后在引脚XTAL1和引脚 XTAL2两端接晶体谐振器，就构成了稳定的自激振荡器，其发出的脉冲直接送入内部的时钟电路，如图外接晶振时，C1和C2的值通常选择30pF；C1、C2对频率有微调作用，晶体谐振器的频率12MHz。
为了减少寄生电容，更好地保证振荡器稳定、可靠地工作，振荡器和电容应尽可能安装得与单片机芯片靠近。
设置了12—24两种显示状态，调整计时的按键、设置定时的按键且定时设置了3次定时、还另加载了星期、年、月、日的调整及闰年的自动调整；
温度模块——主要由18B20通过单片机AT89S52中的温度程序不断的检测温度来显示温度温度传感器DS18B20采集温度信号送该给单片机处理，存储器通过单片机对某些时间点的数据进行存储；
音乐模块——通过LM386N-1给扬声器信号来发出音乐，这个模块主要是为时钟定时到时发出音乐闹铃，而在软件部分设置了可以一次设置3次定时，每次定时到时，音乐程序中编了6种音乐，它可以自动选择6种音乐中的任一音乐响1分钟，如果中间不想让闹铃响可以按一按键，闹铃就立刻停止
；
复位模块——单片机复位电路是使CPU和系统中的其他功能部件都处在一个确定的初始状态，并从该状态开始工作，例如复位后PC=0000H，使单片机从第一个单元取指令。
无论是在单片机刚接上电源时，还是断电后或者发生故障后都要复位；单片机的复位操作使单片机进入初始化状态，其中包括使程序计数器PC＝0000H，这表明程序从0000H地址单元开始执行。
单片机冷启动后，片内RAM为随机值，运行中的复位操作不改变片内RAM区中的内容，21个特殊功能寄存器复位后的状态为确定值，见下表。
值得指出的是，记住一些特殊功能寄存器复位后的主要状态，对于了解单片机的初态，减少应用程序中的韧始化部分是十分必要的。
说明：
表中符号*为随机状态；
A＝00H，表明累加器已被清零；
特殊功能寄存器
初始状态
特殊功能寄存器
初始状态
A
00H
TMOD
00H
B
00H
TCON
00H
PSW
00H
TH0
00H
SP
07H
TL0
00H
DPL
00H
TH1
00H
DPH
00H
TL1
00H
P0~P3
FFH
SBUF
不定
IP
***00000B
SCON
00H
IE
0**00000B
PCON
0*******B
PSW＝00H，表明选寄存器0组为工作寄存器组；
SP＝07H，表明堆栈指针指向片内RAM07H字节单元，根据堆栈操作的先加后压法则，第一个被压入的内容写入到08H单元中；
Po-P3＝FFH，表明已向各端口线写入1，此时，各端口既可用于输入又可用于输出；
IP＝×××00000B，表明各个中断源处于低优先级；
IE＝0××00000B，表明各个中断均被关断；
系统复位是任何微机系统执行的第一步，使整个控制芯片回到默认的硬件状态下。
51单片机的复位是由RESET引脚来控制的，此引脚与高电平相接超过24个振荡周期后，51单片机即进入芯片内部复位状态，而且一直在此状态下等待，直到RESET引脚转为低电平后，才检查EA引脚是高电平或低电平，若为高电平则执行芯片内部的程序代码，若为低电平便会执行外部程序。
光识模块——同样也是为定时服务的，只要定时到，组成心字的18只发光二极管就会按程序先做左移位，再全亮全灭3次，然后再右移，再全亮全灭3次如此循环1分钟；
安全省电模式——电源电路上装了保险管只要电流大于额定电流保险就断来保护电路，省电模式：
不看时显示不亮，看时，按下一键显示就亮，尽量达到人性化。
五、[软件系统设计]
计时程序是实现电子时钟的核心内容，本程序用中断time0来控制，计时显示的单元从50h开始，50h=秒的个位，51h=秒的十位，52h=分的个位，53h=分的十位，54h=时的个位，55h=时的十位
org000bh
jmptime0
movtmod,#00010001b
movie,#10001010b
movip,#00000010b
movth0,#（65536-2000）/256
movtl0,#low（65536-2000）
mov4fh,#02;两个中断250次为1秒
定时报警程序
作用是判断时间是否与设置的闹钟时间相等，如相等则开启闹钟。
单片机内定时振铃开关使用软件开关，即用标志寄存器，且程序设置了3次定时，可见要使电子时钟定时打铃，必须同时具备两个条件，第一：
定时振铃开；第二：
当前定时项数不为0项。
因为要使电子时钟定时打铃，必须同时具备上述的两个条件，所以在单片机执行查询定时各项的程序之前，主程序会首先查询这两个条件是否同时满足，如果满足的话，则进行一轮查询，所谓一轮查询定时，即将当前时间与定时各项一一比较，看是否相符，如果查到某项相符，则调用音乐程序。
每查完一项，寄存器中的值会自动减1（即为定时时间的项数）。
当定时时间的项数值自动减为０时，则表示这一轮查询定时时间完毕，只要条件允许（定时音乐开且定时项数不为０），有可以进行一轮新的查询定时时间。
定时1：
33h=分，34h=时，定时2：
35h=分，36h=时，定时3：
37h=分，38h=时，定时状态=39h；定时显示的单元从60h开始，60h=定时状态，61h=此时;定时状态的音乐种类，62h=分的个位，63h=分的十位;64h=时的个位,65h=时的十位
温度程序：
57h=温度的十位，58h=温度的个位，
wendu:
CALLREST；调复位
MOVA,#0CCH
CALLWRITE调写程序
MOVA,#4EH
CALLWRITE
MOVA,#00H
CALLWRITE
MOVA,#00H
CALLWRITE
MOVA,#7FH
CALLWRITE
CALLREST
MOVA,#0CCH
CALLWRITE
MOVA,#44H
CALLWRITE
MOVR0,#20
LOOP5:
MOVR1,#100
LOOP6:
MOVR2,#250
DJNZR2,$
DJNZR1,LOOP6
DJNZR0,LOOP5
CALLREST
MOVA,#0CCH
CALLWRITE
MOVA,#0BEH
CALLWRITE
CALLREAD2；调读程序
MOVA,#0ECH
CALLWRITE
CALLHUAN
clr20h.3
ret
******初始化*************************************
org0000h;计时显示的单元从50h开始，50h=秒的个位，51h=秒的十位，52h=
jmpmain;分的个位，53h=分的十位，54h=时的个位，55h=时的十位，56h=
org000bh;星期,57h=温度的十位，58h=温度的个位，30h=秒，31h=分，32h=时,定时1：
33h=分，34h=时，
jmptime0;定时2：
35h=分，36h=时，定时3：
37h=分，38h=时，定时状态=39h
org001bh
jmptime1
************主程序********************************main:
movr0,#00;等待
djnzr0,$
movsp,#6ah;定时显示的单元从60h开始，60h=定时状态，61h=此时
movtmod,#00010001b;定时状态的音乐种类，62h=分的个位，63h=分的十位
movie,#10001010b;64h=时的个位,65h=时的十位
movip,#00000010b
movth0,#（65536-2000）/256
movtl0,#low（65536-2000）
mov4fh,#02;两个中断250次为1秒
mov4eh,#00;光报警
mov2dh,#250;中断250次为0.5秒
mov2fh,#00h;设置计时显示数码管的编号
mov2eh,#00h;设置定时显示数码管的编号
mov24h,#00h;设置年月日显示数码管的编号
mov30h,#00h;设置时间的初值
mov31h,#00h
mov32h,#12h
mov56h,#01h;
设置星期初值
mov33h,#00h;
设置定时初值
mov34h,#01h
mov35h,#00h
mov36h,#02h
mov37h,#00h
mov38h,#03h
mov39h,#01h;
设置定时状态初始值
mov3ah,#01h;设置定时状态1时音乐的初始值
mov3bh,#02h;设置定时状态2时音乐的初始值
mov3ch,#03h;设置定时状态3时音乐的初始值
mov21h,#00h;设置年初值，00表示2000年
mov22h,#01h;设置月初值
mov23h,#01h;设置日初值
setb20h.0;12,24标志位，1表示12小时制，0表示24小时制
setb20h.1;定时，计时标志位，1表示计时，0表示定时
clr20h.2;定时到否标志位，1表示到，0表示不到
setb20h.3;是否允许检测温度标志位，1表示允许
clr20h.4;
年标志位，1表示闰年
setb20h.5;
1表示31天，0表示30天
clr20h.6;1表示显示年月日
setbp3.0;上下午标志位，1表示上午，0表示下午
clrp1
setbtr0
*************星期设置程序*************************************
start：
jbp2.0,q1;调整星期
calldel;消除抖动
mova,56h
adda,#01h
cjnea,#07h,z1
mov56h,#08h
jmpa1
z1:
cjnea,#09h,z2
mov56h,#01h
jmpa1
z2:
mov56h,a
a1:
calldel
jnbp2.0,a1
jmpstart
*************设置12--24小时转换程序********************************
q1:
jbp2.1,q2;
12，24小时制转换
calldel;消除抖动
jnb20h.0,b1
jnbp3.0,b2;将12小时制转换为24小时制
jmpa2
b2:
mova,32h
adda,#12h
daa
cjnea,#24h,b3
mov32h,#00h
setbp3.0
jmpa2
b3:
mov32h,a
setbp3.0
jmpa2
b1:
mova,32h;将24小时制转换为12小时制
cjnea,#00h,b7
mov32h,#12h
clrp3.0
jmpa2
b7:
cjnea,#20h,b8
mov32h,#08h
clrp3.0
jmpa2
b8:
cjnea,#21h,b9
mov32h,#09h
clrp3.0
jmpa2
b9:
cjnea,#12h,b4
jmpa2
b4:
jncb5
jmpa2
b5:
subba,#12h
mov32h,a
clrp3.0
a2:
cpl20h.0
b6:
calldel
jnbp2.1,b6
jmpstart
*************定时计时调整程序*************************************
q2:
jbp2.2,q3;定时，计时转换
calldel;
cpl20h.1
a3:
calldel
jnbp2.2,a3
jmpstart
q3:
jbp2.3,q4;调整定时，计时的时,年
calldel;消除抖动
jnb20h.6,c00
callyearyear
jmpa4
c00:
jnb20h.1,c1
jb20h.0,c2;计时调整
mova,32h
adda,#01h
daa
cjnea,#24h,c3
mov32h,#00h
jmpa4
c3:
mov32h,a
jmpa4
c2:
mova,32h
adda,#01h
daa
mov32h,a
cjnea,#13h,c4
mov32h,#01h
cplp3.0
jmpa4
c4:
mov32h,a
jmpa4
c1:
mova,39h;定时调整
cjnea,#01h,c5
movr0,#34h
jmpc10
c5:
cjnea,#02h,c6
movr0,#36h
jmpc10
c6:
movr0,#38h
c10:
jb20h.0,c7
mova,@r0
adda,#01h
daa
cjnea,#24h,c8
mov@r0,#00h
jmpa4
c8:
mov@r0,a
jmpa4
c7:
mova,@r0
adda,#01h
daa
cjnea,#13h,c9
mov@r0,#01h
jmpa4
c9:
mov@r0,a
a4:
calldel
jnbp2.3,a4
jmpstart
q4:
jbp2.4,q5;调整定时，计时的分,月
calldel
jnb20h.6,d00
callyueyue
jmpa5
d00:
jnb20h.1,d1
mova,31h;计时分调整
adda,#01h
daa
cjnea,#60h,d2
mov31h,#00h
jmpa5
d2:
mov31h,a
jmpa5
d1:
mova,39h;定时分调整
cjnea,#01h,d3
movr0,#33h
jmpd5
d3:
cjnea,#02h,d4
movr0,#35h
jmpd5
d4:
movr0,#37h
d5:
mova,@r0
adda,#01h
daa
cjnea,#60h,d6
mov@r0,#00h
jmpa5
d6:
mov@r0,a
a5:
calldel
jnbp2.4,a5
jmpstart
q5:
jbp2.5,q6;调整计时的秒和定时的状态,日
calldel
jnb20h.6,e00
callri
jmpa6
e00:
jnb20h.1,e1
mova,30h;调整计时的秒
adda,#01h
daa
cjnea,#60h,e2
mov30h,#00h
jmpa6
e2:
mov30h,a
jmpa6
e1:
mova,39h;调整定时状态
adda,#01h
daa
cjnea,#04h,e3
mov39h,#01h
jmpa6
e3:
mov39h,a
a6:
calldel
jnbp2.5,a6
jmpstart
*************调整定时的报警音乐,省电模式*********************************
q6:
jbp2.6,q7
calldel
jnb20h.1,gh
cplp3.4
jmpi3
gh:
mova,39h
cjnea,#01h,i1
mova,3ah
adda,#01h
mov3ah,a
cjnea,#07h,i3
mov3ah,#01h
jmpi3
i1:
cjnea,#02h,i2
mova,3bh
adda,#01H
mov3bh,a
cjnea,#07h,i3
mov3bh,#01h
jmpi3
i2:
mova,3ch
adda,#01h
mov3ch,a
cjnea,#07h,i3
mov3ch,#01h
i3:
calldel
jnbp2.6,i3
jmpstart
************定时报警**
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