多功能數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1、多功能數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?掌握數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)原理。2用微機(jī)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)數(shù)字鐘。3分析比較微機(jī)實(shí)現(xiàn)的數(shù)字鐘和其他方法實(shí)現(xiàn)的數(shù)字鐘。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與要求使用微機(jī)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)數(shù)字鐘。1基本要求如下：1) 24小時(shí)制時(shí)間顯示。2) 可以隨時(shí)進(jìn)行時(shí)間校對(duì)。3) 整點(diǎn)報(bào)時(shí)。4) 鬧鐘功能，要求設(shè)置起鬧時(shí)間時(shí)，不影響時(shí)鐘的正常走時(shí)。2提高要求1) 校時(shí)時(shí)相應(yīng)位閃爍。2) 能夠設(shè)置多個(gè)起鬧點(diǎn)。三、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1 .設(shè)計(jì)目的和內(nèi)容2 .總體設(shè)計(jì)3 .硬件設(shè)計(jì)：原理圖(接線(xiàn)圖)及簡(jiǎn)要說(shuō)明4 .軟件設(shè)計(jì)框圖及程序清單5 .設(shè)計(jì)結(jié)果和體會(huì)(包括遇到的問(wèn)題及解決的方法)四、系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)根據(jù)設(shè)計(jì)要求，初步思路如下

2、：1) 計(jì)時(shí)單元由定時(shí)/計(jì)數(shù)器8253的通道0來(lái)實(shí)現(xiàn)。定時(shí)采用硬件計(jì)數(shù)和軟件技術(shù)相結(jié)合的方式，即通過(guò)8253產(chǎn)生一定的定時(shí)時(shí)間，然后再利用軟件進(jìn)行計(jì)數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)24小時(shí)制定時(shí)。8253定時(shí)時(shí)間到了之后產(chǎn)生中斷信號(hào)，8253在中斷服務(wù)程序中實(shí)現(xiàn)時(shí)、分、秒的累加。2) 時(shí)間顯示采用實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上的6個(gè)LED數(shù)碼管分別顯示時(shí)、分、秒，采用動(dòng)態(tài)掃描方式實(shí)現(xiàn)。3) 校時(shí)和鬧鈴定時(shí)通過(guò)鍵盤(pán)電路和單脈沖產(chǎn)生單元來(lái)輸入。按鍵包括校時(shí)鍵、鬧鐘定時(shí)鍵、加1鍵和減1鍵等。4）報(bào)警聲響用蜂鳴器產(chǎn)生，將蜂鳴器接到8255的一個(gè)端口，通過(guò)輸出電平的高低來(lái)控制蜂鳴器的發(fā)聲。系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)主要利用微機(jī)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上的電路模塊。硬件電路

3、主要由鍵盤(pán)電路、單脈沖產(chǎn)生單元、8253定時(shí)計(jì)數(shù)器、8255并行接口單元、8259中斷控制器、LED顯示電路和蜂鳴器電路等等。系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)框圖如圖1所示。圖1硬件電路框圖五、硬件設(shè)計(jì)根據(jù)設(shè)計(jì)思路，硬件電路可通過(guò)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上的一些功能模塊電路組成，由于實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上的各個(gè)功能模塊已經(jīng)設(shè)計(jì)好，用戶(hù)在使用時(shí)只要設(shè)計(jì)模塊間電路的連接，因此，硬件電路的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)相對(duì)簡(jiǎn)單。完整系統(tǒng)的硬件連接如圖2所示。硬件電路由定時(shí)模塊、按鍵模塊、數(shù)碼管顯示模塊和蜂鳴器模塊組成。PCBUSCS3CS1CS2地址 譯碼 電路OUT08253 GATE0Clk0PA08255 PB0PC"I數(shù)碼管顯示模塊Q6蜂鳴器

4、鍵盤(pán)電路,ICS4IRQ28259IRQ3IRQ5圖2系統(tǒng)硬件電路圖單脈沖發(fā)生單元單脈沖發(fā) 生單元各個(gè)模塊的詳細(xì)說(shuō)明:1 .定時(shí)模塊定時(shí)模塊主要是實(shí)現(xiàn)硬件定時(shí)1s,由8253的計(jì)數(shù)器。來(lái)實(shí)現(xiàn)。Clk0接實(shí)驗(yàn)平臺(tái)分頻電路輸出Q6,f=46875hz。GATE0接8255的PA0,由8255的PA0輸出來(lái)控制計(jì)數(shù)器的起停。OUT0接8259的IRQ2,定時(shí)完成請(qǐng)求中斷，進(jìn)入中斷服務(wù)程序。軟件在中斷服務(wù)程序中實(shí)現(xiàn)時(shí)分秒的累加。2 .LED數(shù)碼管模塊實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上提供一組六個(gè)LED數(shù)碼管。插孔CS1用于數(shù)碼管段選的輸出選通，插孔CS2用于數(shù)碼管位選信號(hào)的輸出選通。本設(shè)計(jì)用6個(gè)數(shù)碼管來(lái)動(dòng)態(tài)顯示時(shí)分秒，動(dòng)態(tài)顯

5、示的定時(shí)時(shí)間由軟件延時(shí)。3 .按鍵模塊按鍵模塊包括有2個(gè)單脈沖發(fā)生單元的按鍵，3個(gè)鍵盤(pán)模塊的按鍵。2個(gè)單脈沖發(fā)生單元的按鍵K1,K2分別為校時(shí)鍵和鬧鐘定時(shí)鍵，采用中斷方式。3個(gè)鍵盤(pán)按鍵A鍵，B鍵和C鍵分別為加1鍵，減1鍵和切換鍵。具體的功能定義如下表。鍵盤(pán)電路和8255的連接見(jiàn)按鍵鍵名功能說(shuō)明K1校時(shí)鍵進(jìn)入校時(shí)狀態(tài)K2鬧鐘定時(shí)鍵進(jìn)入鬧鐘定時(shí)狀態(tài)A鍵力口 1鍵校分或校時(shí)的時(shí)候使其加1遞增B鍵減1鍵校分或校時(shí)的時(shí)候使其減1遞減C鍵切換鍵校分后切換到校時(shí)校時(shí)后切換到時(shí)鐘狀態(tài)鬧鐘設(shè)定分值后切換到設(shè)定時(shí)值鬧鐘設(shè)定時(shí)值后切換到時(shí)鐘狀態(tài)圖3所示。+ 5V8255 IVCCD0-D7FCOPC15363569

6、8RDPC2WRPC3RESETPC4CSPC5AOPCSAlFC7GND,L1啰;1fl歲U r 啰一(1啰U啰U r 吵二 (1昨吵V r 昨 fl呼V riCOL1COL2CCL4PR2鍵盤(pán)電路+5V圖3鍵盤(pán)電路和8255的連接圖4 .蜂鳴器模塊蜂鳴器模塊由蜂鳴器驅(qū)動(dòng)電路和8255組成。選擇一只壓電式蜂鳴器，壓電式蜂鳴器工作時(shí)約需要100mA驅(qū)動(dòng)電流。蜂鳴器電路如圖4所示。當(dāng)8255的PB0口輸出為高電平時(shí),蜂鳴器產(chǎn)生蜂鳴音，8255輸出為低電平時(shí)，蜂鳴器不發(fā)聲。圖4蜂鳴器電路六、軟件設(shè)計(jì)1 .軟件設(shè)計(jì)思路根據(jù)系統(tǒng)的功能，可以將程序分為5個(gè)功能模塊，包括LED數(shù)碼管掃描模塊、時(shí)間計(jì)時(shí)模塊

7、、校時(shí)模塊、鬧鐘定時(shí)模塊和鍵盤(pán)掃描模塊。1） LED數(shù)碼管掃描模塊在采用動(dòng)態(tài)掃描方式時(shí)，要使得LED顯示得比較均勻，又有足夠的亮度，需要設(shè)置適當(dāng)?shù)膾呙桀l率。當(dāng)掃描頻率在70Hz左右時(shí)，能夠產(chǎn)生足夠的圖形和比較好的效果。在每一位LED顯示后調(diào)用一個(gè)延時(shí)程序。采用實(shí)驗(yàn)平臺(tái)時(shí)，插孔CS1用于數(shù)碼管段選的輸出選通，插孔CS2用于數(shù)碼管位選信號(hào)的輸出選通。在編程時(shí)，只需要先輸出數(shù)據(jù)選通相應(yīng)的位，再輸出顯示數(shù)據(jù)。顯示數(shù)據(jù)輸出前要將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為顯示代碼。2）時(shí)間計(jì)時(shí)模塊計(jì)時(shí)是采用硬件計(jì)時(shí)和軟件計(jì)時(shí)相結(jié)合的方法。硬件定時(shí)100ms,產(chǎn)生中斷。8253定時(shí)的時(shí)間是100ms,clk0的輸入時(shí)鐘f=46875hz,

8、所以計(jì)數(shù)初值為124FH。分另用Hour、Min、Sec來(lái)存儲(chǔ)時(shí)分秒值。在中斷服務(wù)程序中，計(jì)數(shù)到1秒的時(shí)間時(shí)，Sec加1。當(dāng)Sec加到60的時(shí)候進(jìn)一，Min值加1。當(dāng)Min等于60時(shí)，Hour值加1,Hour值等于24時(shí)清零開(kāi)始下一次循環(huán)。3）校時(shí)模塊當(dāng)校時(shí)鍵按下時(shí)，進(jìn)入校時(shí)中斷程序。停止計(jì)數(shù)器，開(kāi)始鍵盤(pán)掃描。當(dāng)鍵盤(pán)是A鍵時(shí)，校正的相應(yīng)值為加1,若為B鍵時(shí)，校正的相應(yīng)值為減1。C鍵負(fù)責(zé)在相應(yīng)的位之間切換。具體流程見(jiàn)校時(shí)中斷程序的流程圖。4）鬧鈴定時(shí)模塊當(dāng)鬧鈴定時(shí)鍵按下時(shí)，進(jìn)入鬧鈴定時(shí)中斷程序。開(kāi)始鍵盤(pán)掃描。當(dāng)鍵盤(pán)是A鍵時(shí)，定時(shí)的相應(yīng)值為加1,若為B鍵時(shí)，定時(shí)的相應(yīng)值為減1。C鍵負(fù)責(zé)在相應(yīng)的位之間切換。具體流程同校時(shí)中斷程序流程圖。5）鍵盤(pán)掃描模塊采用的是行反轉(zhuǎn)法來(lái)掃描鍵盤(pán)的，調(diào)用鍵盤(pán)掃描的程序TESTKEY后，程序中的變量KEY的值就是按下的鍵的值，如果KEY為0FFH則表示無(wú)鍵盤(pán)輸入，為015則按照上往下從左往右的順序分別代表每一個(gè)按鍵按下的信息。判斷鍵值進(jìn)行相應(yīng)的操作