C51单片机实现电子闹钟.docx
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C51单片机实现电子闹钟
课程名称：
单片机原理与接口技术实践
欧阳光明（2021.03.07）
设计课题：
基于MCS51单片机实现电子闹钟功能的设计
学院：
电子与信息工程学院
专业：
通信工程
小组成员：
电子闹钟在科学技术高度发展的今天,千家万户都少不了它,所以很多家庭个人都需要有一个电子闹钟，为人们提供报时方便,但普通电子闹钟不够方便实用。
本文给出了一种基于MCS51单片机实现电子闹钟功能的设计方法，从而给人们带来更为方便的工作与生活。
一.电子闹钟简介
我们设计的电子闹钟是以MCS51单片机中的计时器作为时钟，用8位数码管显示当前时间，并且可以设置闹钟时间，并在设置的时间点发出闹铃。
简易闹钟具有以下功能：
1.时钟能准确地走时，并可以通过数码管进行显示
2.复位后可以进行当前时间的设置
3.可以随意设置闹钟时间，闹钟会在设置时间响铃
整个系统的任务要求：
1）输入数字按键的功能。
保证数字的输入。
2）复位电路的功能。
所有时间回到初始化状态,用于启动设定时间参数（调时或设定闹钟时间）；
3）显示电路的功能。
当输入数字时显示24小时时间功能。
4）闹铃功能
设置闹铃的时间后.能按设置好的时间准时闹铃。
二.系统方案的设计要求
根据以上各模块并结合显示屏的功能及元器件材料的情况，决定采用AT89C51为内核显示设计方案。
先进行系统的整体规划确定整个系统的功能，然后按照每个功能的具体要求，进行各个模块的实物设计并逐个调试，待全部通过后，进行整个系统的联调，最终实现一个完整的系统。
整个系统的设计步骤如下：
在单片机最小系统的基础上，完成按键电路和复位电路的设计。
完成显示电路、数字按键、单片机时钟电路。
Ⅰ硬件设计
系统硬件的设计可以根据系统的各个功能，把整个系统划分成若干个模块，分别对这些模块来进行设计，然后在通过单片机程序来实现对各个硬件模块功能的调度。
本系统涉及到的硬件模块有：
按键电路、数码管显示电路、单片机时钟电路、蜂鸣器电路。
各部分实现功能如下：
按键电路：
提供按键信号。
单片机时钟电路、复位电路：
提供内部时钟。
数码管驱动显示电路：
显示当前时间。
蜂鸣器电路：
闹钟报时。
Ⅱ软件设计
本系统的软件部分主要完成功能：
时分秒的进位算法处理、数码管的时间显示、时间调整设置、闹钟功能。
根据软件的功能划分软件设计模块结构，如下所示
其中各个模块具体任务如下：
按键驱动模块：
对各个按键的功能进行相关的定义。
LED驱动模块：
根据系统需要显示相应的数字时间；
时间处理模块：
时、分、秒的进位算法处理
三.系统硬件电路的设计
1根据确定的硬件方案设计硬件框图，如下图所示：
2系统原理图的设计
系统总的硬件电路如下图所示
实际要用到5个按键，受空间限制仿真电路中只画出4个。
单片机管脚资源分配：
P0口为数码管段选信号输出口。
P3口为数码管位选信号输出口。
P1.0、P1.1、P1.2、P1.3、P1.4为键盘的输入信号。
P3.6为蜂鸣器信号的输出口。
下面分别介绍各个电路。
（1）数码管驱动及显示电路
本设计采用8位7段共阳极数码管用来显示时间。
为了将时间在LED数码管上显示可采用动态显示法。
通过对每位数码管的依次扫描，使对应数码管亮；同时向该数码管送对应的字码使其显示数字。
由于数码管扫描周期很短，而且人眼有视觉暂留效应，所以数码管看起来总是亮的从而实现了数字的同时显示。
数码管主要包括位选和段选信号线。
位选是用来选通数码管的，只有位选信号有效该数码管才会亮并显示要现实的数字；段选是选择数码管7段的那一笔亮，从而显示不同的数字。
本设计中单片机P0口输出段选数据,P3口输出位选数据。
数码管与单片机相连的电路如下图所示：
电路中使用了芯片74ls245，该芯片用来驱动LED。
其片选引脚要接地，使其一致为低电平，芯片一直可以工作。
（2）晶振电路
晶体以及电容C1、C2构成并联谐振电路，接在放大器的反馈回路中构成内部单片机内部时钟。
晶体可在1.2MHz-12MHz之间任选，电容C1、C2的典型值为通常选择为30pF左右，这时对应的始终频率为12MHz。
单片机内部晶振电路图及连接电路如下：
（3）按键电路
本设计采用行列式按键电路，它由行线和列线组称成，按键位于行列的交叉点。
一个4*4的行列结构可以构成一个16个按键的键盘，如下图所示。
在按键数目较多的场合，行列式按键可以节省很多的I/O口线。
按键的识别是通过扫描来实现的。
单片机会依次扫描每一行和每一列，通过行线和列线的电平高低即可判断哪个按键被按下。
本设计中用到四个按键，P1.0、P1.1、P1.2、P1.3、P1.4，分别用于时间校准设置、定闹设置、秒分时切换、加1调整、减1调整。
按键与单片机相连电路如下：
由原理图可以明显看出，当按键未被按下时，对应引脚为高电平；按键被按下时为低电平。
通过扫描即可辨别哪一个按键被按下。
本题画出的虽然是独立按键，但是内部驱动依然是行列式按键的驱动，这里只是为了画图方便。
（4）复位电路
当按下复位键时单片机进入复位状态，可以进行时间的设置等。
电路图如下所示：
四.系统软件部分的设计
本设计的软件系统用来配合硬件电路实现特定的功能。
程序主要包含键盘扫描模块、时间处理模块、和数码管显示程序3大部分。
程序大致流程如下：
1.时间处理模块
单片机晶振频率为12MHz，一个机器周期等于12个振荡脉冲周期，因此机器时序频率是振荡频率的1/12，即1MHz，所以一个机器周期为1μs。
本设计用的是计时器0的方式1，对于方式1，计数个数M与计数初值N的关系为M=2^16–N,定时时间t与计数个数M和初值N的关系为t=M*机器周期=（2^16-N）*时钟周期*12。
计时过程中，秒sec等于60时清零，分min加一；分min等于60时清零，小时hour加一；当小时大于24时，置为0。
时分秒的进位算法代码如下:
voidtimecontrol（）
{
sec++;
if（sec==60）//秒sec到60清零，分min加一
{
sec=0;
min++;
if（min==60）//分min到60清零，时hour加一
{
min=0;
hour++;
if（hour==24）//小时hour等于24时清零
hour=0;
}
}
}
定时器的先关设置：
voidmain（）
{
TMOD=0x01; //定时器0工作在方式1
TH0=（65536-45872）/256; //装初值，50ms
TL0=（65536-45872）%256;
EA=1; //总中断允许
ET0=1; //T0中断允许
TR0=1; //开定时器0
while
（1）
{
keyscan_settime（）;
keyscan_time（）;
buz（）;
}
}
2.数码管显示模块
本设计中以P0口作为数码管的段选输出，P3口为位选信号输出。
由于所用数码管为共阳极连接，所以要点亮的数码管位选端为高电平1.
位选信号的I/O口声明
#include
#defineucharunsignedchar
#defineuintunsignedint
sbits1=P3^0; //数码管位选控制端的定义
sbits2=P3^1;
sbits3=P3^2;
sbits4=P3^3;
sbits5=P3^4;
sbits6=P3^5;
sbits7=P3^6;
段码表：
ucharcodemum[]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90};//共阳数码管0-9编码
数码管显示函数如下：
voiddisplay（ucharzs,ucharzm,ucharzh） //数码管显示函数
{
s1=1;//P3即S系列输出位选信号
P0=mum[zh/10];//P0输出段选信号，显示小时的十位
delayms（5）;
s1=0;
s2=1;
P0=mum[zh%10]&0x7f; // 显示时的个位加上小数点
delayms（5）;
s2=0;
s3=1;
P0=mum[zm/10]; //显示分的十位
delayms（5）;
s3=0;
s4=1;
P0=mum[zm%10]&0x7f; //分的个位加上小数点
delayms（5）;
s4=0;
s5=1;
P0=mum[zs/10];//秒的十位
delayms（5）;
s5=0;
s6=1;
P0=mum[zs%10];//秒的个位
delayms（5）;
s6=0;
}
3.键盘扫描模块
首先要声明各个按键的功能以及对应的I/O口，然后驱动程序将对按键进行扫描以识别被按下的键。
按键对应I/O口声明
/*k1设置时间，k2定时，k3时分秒选择，k4加数字，k5减数字。
*/
sbitk1=P1^0;
sbitk2=P1^1;
sbitk3=P1^2;
sbitk4=P1^3;
sbitk5=P1^4;
键盘扫描以进行时间设置
voidkeyscan_settime（） //时间设置模块
{
ucharst,mt,ht;
if（k1==0）
{
delayms（10）;//延迟一段时间再次扫描以达到软件消抖的目的
if（k1==0）
{
st=sec,mt=min,ht=hour;
TR0=0; //关闭定时器
while（k1==0） //等待用户按键
{
display（st,mt,ht）;
if（k3==0）
{
delayms（10）;
if（k3==0）
{
while（!
k3）;
ss++;
if（ss==3） ss=0;
}
}
/*通过ss选择时分秒设置*/
if（k4==0） //加数
{
delayms（10）;
if（k4==0）
{
while（!
k4）;
switch（ss）
{
case0:
st++;if（st==60）st=0;break;
case1:
mt++;if（mt==60）mt=0;break;
case2:
ht++;if（ht==24）ht=0;break;
default:
;
}
}
}
if（k5==0） //减数
{
delayms（10）;
if（k5==0）
{
while（!
k5）;
switch（ss）
{
case0:
if（st>0）st--;
else st=0;break;
case1:
if（mt>0）mt--;
else mt=0;break;
case2:
if（ht>0）ht--;
else ht=0;break;
default:
;
}
}
}
}
TR0=1;//设置完毕，开启定时器
sec=st,min=mt,hour=ht;
}
}
display（sec,min,hour）;
}
用户定闹钟时间模块
voidkeyscan_time（） //用户定时模块
{
if（k2==0）
{
delayms（10）;
if（k2==0）
{
s=sec;m=min;h=hour;
while（k2==0） //开始定时设置
{
display（s,m,h）;
if（k3==0）
{
delayms（10）;
if（k3==0）
{
while（!
k3）;
ss++;
if（ss==3） ss=0;
}
}
/*通过ss选择时分秒设置*/
if（k4==0） //加一
{
delayms（10）;
if（k4==0）
{
while（!
k4）;
switch（ss）
{
case0:
s++;if（s==60）s=0;break;
case1:
m++;if（m==60）m=0;break;
case2:
h++;if（h==24）h=0;break;
default:
;
}
}
}
if（k5==0） //减一
{
delayms（10）;
if（k5==0）
{
while（!
k5）;
switch（ss）
{
case0:
if（s>0）s--;
else s=0;break;
case1:
if（m>0）m--;
else m=0;break;
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