电子闹钟设计.docx

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电子闹钟设计

黄冈职业技术学院

项目名称：

闹钟设计

班级：

电子200901班

姓名：

周兵

学号：

2

指导教师：

温锦辉

日期：

2012.6.4

【摘要】:

时间是现代社会中不可缺少的一项参数,无论是平时生活还是社会生产都需要对时间进行控制,有的场合对其精确性还有很高的要求.采用单片机进行计时，对于社会生产有着十分重要的作用。

随着社会发展，信息数字化走进了每个家庭，数字化电子产品功能强大，美观，得到人们喜爱，电子产品数字化已成为一种趋势，研究电子产品数字化也成为当今生产电子的任务。

本课题以单片机为基础，以C语言为编程语言，以AT89C51单片机芯片为核心设计一个音乐闹钟，实现时间显示、定时和闹钟功能。

设计完成的定时闹钟达到课程设计的要求，在到达定时的时间便立即发出蜂鸣声音，持续6秒钟。

显示采用的八位数码管电路，如果亮度感觉不够，可以通过提升电阻来调节，控制程序中延迟时间的长短，可以获得不同的效果。

也可以改蜂鸣器为继电器，通过控制继电器从而进一步扩展的来控制一些家电开关。

由于AT89C51系列单片机的控制器运算能力强，处理速度快，可以精确计时，很好地解决了实际生产生活中对计时高精确度的要求，因此该设计在现代社会中具有广泛的适用性。

【关键词】:

AT89C51，LED显示，仿真，调试

第一章设计要求及任务

第一节设计本电子定时闹钟的目的和意义

一、复习和巩固所学过的知识，利用此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LED电子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。

第二节实现的功能

1.1功能需求

（1）实现数字时钟准确实时的计时与显示功能；

（2）实现闹钟功能，即系统时间到达闹钟时间时闹铃响；

（3）实现时间和闹钟时间的调时功能；

1.2设计要求

（1）应用51单片机设计实现数字时钟电路；

（2）使用定时器/计数器中断实现计时；

（3）选用8位数码管显示时间；

（4）用按钮实现调时间和闹钟时间的功能。

1：

更换模式（模式0：

正常显示时间；模式1：

调当前显示的时间；模式2；调闹钟时间）；

（5）使用发光二极管实现闹钟功能；

（6）采用C语言编写程序并调试。

（1）单片机采用AT89C51型；

（2）时间显示电路：

采用8位共阴极数码管，P1口驱动显示数字，P2口作为扫描信号；

（3）时间设置：

实现调时模式，调整显示时间和闹铃时间；

（4）闹钟：

P3.7口接发光二极管模拟闹钟。

第二章模块电路设计

1.总体方框图：

（如图1所示）

图1总体方框图

2.主控制CPU：

AT89C51

AT89C51单片机是一款低功耗，低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含4KB（可经受1000次擦写周期）的FLASH可编程可反复擦写的只读程序存储器（EPROM），器件采用CMOS工艺和ATMEI公司的高密度、非易失性存储器（NURAM）技术制造，其输出引脚和指令系统都与MCS-51兼容。

片内的FLASH存储器允许在系统内可改编程序或用常规的非易失性存储器编程器来编程。

此外，AT89C51是用静态逻辑来设计的，其工作频率可下降到0Hz，并提供两种可用软件来选择的省电方式——空闲方式（IdleMode）和掉电方式（PowerDownMode）。

在空闲方式中，CPU停止工作，而RAM、定时器/计数器、串行口和中断系统都继续工作。

在掉电方式中，片内振荡器停止工作，由于时钟被“冻结”，使一切功能都暂停，只保存片内RAM中的内容，直到下一次硬件复位为止，进行软件编程，进行时钟功能。

AT89C51价格5-8元。

该器件采用ATMEL高密度非易失储存器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集合输出管脚相兼容。

由于将多功能8位CPU和闪烁储存器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。

3.显示器：

LCD显示器

LED显示器与LCD显示器。

LED在亮度、功耗、可视角度和刷新速率等方面，都更具优势。

LED与LCD的功耗比大约为1:

10，而且更高的刷新速率使得LED在视频方面有更好的性能表现，能提供宽达160°的视角，可以显示各种文字、数字、彩色图像及动画信息，也可以播放电视、录像、VCD、DVD等彩色视频信号，多幅显示屏还可以进行联网播出。

有机LED显示屏的单个元素反应速度是LCD液晶屏的1000倍，在强光下也可以照看不误，并且适应零下40度的低温。

利用LED技术，可以制造出比LCD更薄、更亮、更清晰的显示器，拥有广泛的应用前景。

LCD是液晶显示屏的全称:

它包括了TFT,UFB,TFD,STN等类型的液晶显示屏。

LCD是由液态晶体组成的显示屏，LED显示器与LCD显示器相比，LED在亮度、功耗、可视角度和刷新速率等方面，都更具优势。

LED的分辨率一般较低，价格也比较昂贵，因为集成度更高。

但是在闹钟中可以选择LCD更实惠，而且LCD的分辨率足够。

如图2：

图2显示电路

4.按键电路如图3所示：

图3按键电路

5.蜂鸣器

考虑到电路设计的简单，为观察方便用发光二级管代替！

！

！

第三章硬件及软件设计

第一节单片机和数字钟介绍

1、单片机介绍

（1）.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、并行口、串行口、定时器／计数器、中断系统、系统时钟及系统总线等。

AT89C51单片机简介

AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。

AT89C2051是一种带2K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的单片机。

单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。

该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。

由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C2051是它的一种精简版本。

AT89C单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。

如图4所示：

图4

（2）.单片机分类

单片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、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LED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”，“分”，“秒”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LED电子时钟采用LED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.

第二节51单片机硬件结构设计

1、51单片机内部总体结构

51系列单片机是在一块芯片中集成了CPU、RAM、ROM、输入/输出接口、系统总线等基本部件构成微型计算机基本部件的8位单片机，其内部构造如图5所示

图5单片机内部总体结构图

2、51单片机时钟电路与时序.

时钟电路用于产生MCS-51单片机工作所必需的时钟信号。

在执行指令时，CPU首先要到程序存储器中取出需要执行的指令操作码，然后译码，并由时序电路产生一系列控制信号去完成指令所规定的操作。

（1）.时钟电路

a.内部时钟方式

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。

图a）是单片机的内部时钟方式的振荡器电路。

b.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。

如图6所示

图6

第三节软件设计

单片机控制流程设计

如图7所示

图7

第四章程序调试与测试结果分析

一、硬件调试（poutes）

具体调试在程序仿真及调试文档里poutes执行。

如图8所示

如图8所示

二、软件调试（keil）

如图9所示

如图9所示

结论

单片机是一门应用性很强的学科，课程设计是培养我们综合运用所学知识,发现、提出、分析和解决实际问题，锻炼实践能力的重要环节,是对我们实际工作能力的具体训练和考察过程。

虽然在做课程设计以前已经系统的把单片机课本认真的学习了一下，但是在刚拿到设计任务书时还是有点一头雾水，不知道该从哪里下手。

令人欣慰的是经过一周的学习，虽然过程很艰辛，但是总算实现了定时闹钟的功能，所有的努力都很值得。

这一周的大部分时间都在研究程序怎么处理，在这个过程中加深了我对C语言命令的应用，而且也更加了解到软硬件配套的重要性。

通过这次课程设计，使我对这们功课有了更深刻的认识和了解。

首先对于硬件电路的工作原理有了进一步系统的学习，同样就有了进一步的认识，使我懂得了理论与实际相结合的重要性，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，才能提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。

其次软件在这次设计中也有不足之处，比如音乐的响声不连续，但又不知道从哪个地方入手解决这个问题，这要求在以后的学习中，拓宽自己的知识面，解决设计的不足之处。

总之，通过这次课程设计不仅使我巩固了本课程所学的基本知识，还使我具有了撰写科研报告的初步训练能力，我相信这些能力在我以后的工作或者是再学习中一定会起到不小的作用，一切的辛苦和艰难都是值得的。

参考文献

[1]徐海峰叶钢C51单片机项目式教程，北京：

清华大学出版社

[2]陈立周陈宇.单片机原理及其应用（第二版）.机械出版社

[3]张靖武.单片机系统的PROTEUS设计与仿真.电子工业出版社

[4]楼然苗李光飞.51系列单片机设计实例.北京航空航天大学出版社

[5]康华光.模拟电子技术基础（第五版）.高等教育出版社

[6]李广弟等.单片机基础[M]第一版.北京航空航天大学出版社