基于單片機(jī)的電子時(shí)鐘設(shè)計(jì)

緒論1.1研究背景時(shí)鐘是人類最偉大的發(fā)明之一，早期人們就是通過太陽的位置來粗略的判斷一天的時(shí)間，日晷的出現(xiàn)，使得人們對(duì)時(shí)間有了一定的了解和掌握，雖然日晷的精確度不是很高，但只是引導(dǎo)人們的日常生活已遠(yuǎn)遠(yuǎn)足夠。古時(shí)候人們?yōu)榱擞?jì)時(shí)，通常用燒香的方式來判斷，但是香燃燒的速度受很多因素的影響，時(shí)間的判斷很不準(zhǔn)確，沙漏的出現(xiàn)，在很大程度上避免了外界因素的影響，雖然也不是很準(zhǔn)確，但相比燒香來說已經(jīng)好很多了。近代以后，鐘表的出現(xiàn)表明了人們對(duì)時(shí)間的概念已經(jīng)有很深的理解，最初的鐘表都是機(jī)械式結(jié)構(gòu)，需要經(jīng)常轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)條給鐘表提供動(dòng)力，且只具有時(shí)間顯示的功能，隨著人們的不斷研究，鐘表也在不斷的改變，直至出現(xiàn)了電子時(shí)鐘，這是人們對(duì)時(shí)間掌握的一個(gè)很大的轉(zhuǎn)折。電子時(shí)鐘不僅走時(shí)精確，而且還可以進(jìn)行鬧鈴，以此便可以看出人類的智慧是無窮的。直至今日，電子時(shí)鐘的種類數(shù)不勝數(shù)，各種各樣的電子時(shí)鐘出現(xiàn)在人們的眼前，相比以前功能也有了極大的改善，不僅能夠顯示時(shí)間，還能夠計(jì)時(shí)、顯示溫度等功能，在一定程度上大大提高了實(shí)用性，不僅方便人們?cè)诟鞣N場(chǎng)合使用，而且還可以應(yīng)用到各種設(shè)備上，在時(shí)代的推動(dòng)，以及市場(chǎng)的需求下，電子時(shí)鐘功能的拓展和豐富是必不可少的。1.2電子時(shí)鐘的特點(diǎn)及應(yīng)用電子時(shí)鐘不僅具有良好的計(jì)時(shí)特點(diǎn)，而且它體積輕小、用電量低，由于較強(qiáng)的實(shí)用性，使得電子時(shí)鐘備受人們喜愛。現(xiàn)在的電子時(shí)鐘通常以石英晶體作為穩(wěn)頻元件，不僅走時(shí)精度高，而且工作的穩(wěn)定性大大提高，使用也較為方便，無需進(jìn)行調(diào)試，且電子時(shí)鐘利用集成電路代替了傳統(tǒng)的齒輪結(jié)構(gòu)進(jìn)行傳動(dòng)，并用LED燈代替?zhèn)鹘y(tǒng)的指針對(duì)時(shí)間進(jìn)行顯示，大大減少了它的機(jī)械結(jié)構(gòu)，繼而降低了走時(shí)的誤差，不僅實(shí)現(xiàn)了對(duì)時(shí)、分、秒的顯示，還能夠?qū)r(shí)間進(jìn)行校對(duì)，使得電子時(shí)鐘性能又上了一個(gè)臺(tái)階。在科技的推動(dòng)下，電子時(shí)鐘的款式和功能在不斷的翻新，現(xiàn)有的電子時(shí)鐘在原有的功能上，不斷拓展開發(fā)，增加了不少新功能。由于其功能的多樣化，使用方便性不斷提高，不管是人們的日常生活，還是在各種工業(yè)技術(shù)領(lǐng)域上，電子時(shí)鐘使用的頻率都在不斷的增加。比如在超市、商場(chǎng)、汽車和火車站等公共設(shè)施場(chǎng)所，電動(dòng)車、公交車、出租車等各種交通工具上，隨處樂見電子時(shí)鐘的應(yīng)用，可以說電子時(shí)鐘已經(jīng)和人們的日常生活和工作密不可分，在各種機(jī)械設(shè)備上也是不可缺少的。1.3設(shè)計(jì)目標(biāo)本課題設(shè)計(jì)主要分為四個(gè)部分，其中以AT89C51單片機(jī)為核心樞紐，通過其向外部發(fā)送時(shí)鐘信號(hào)；以石英振蕩器為主要計(jì)時(shí)部件，通過石英振蕩器分頻后得到一個(gè)穩(wěn)定的方波信號(hào)，從而確保數(shù)字電子鐘的計(jì)時(shí)準(zhǔn)確以及穩(wěn)定[2]；以LED燈為核心顯示部件，通過輸入相應(yīng)的命令或數(shù)據(jù)便可顯示所需要的時(shí)間；以蜂鳴器為主要的定時(shí)鬧鈴部件，當(dāng)輸出的為低電平時(shí)，蜂鳴器不發(fā)出聲音，當(dāng)輸出為高電平時(shí)，蜂鳴器發(fā)出聲音。根據(jù)硬件電路設(shè)計(jì)編寫C語言程序并載入到單片機(jī)內(nèi)，完成對(duì)外接電路的控制，以此來實(shí)現(xiàn)能夠顯示時(shí)、分、秒，并且可以校時(shí)和鬧鈴的電子時(shí)鐘。1.4設(shè)計(jì)意義現(xiàn)在人們對(duì)時(shí)間的觀念越發(fā)重視，不管是做什么，都會(huì)提前準(zhǔn)備，規(guī)定時(shí)間，在什么時(shí)間開始，什么時(shí)間結(jié)束，時(shí)間的定時(shí)計(jì)數(shù)在人們的日常生活中早已根深蒂固。例如正常工作日幾點(diǎn)上班、幾點(diǎn)下班，購買的車票、機(jī)票等，都設(shè)置了規(guī)定的時(shí)間。電子時(shí)鐘在此便起到了關(guān)鍵的作用，使得人們無論什么時(shí)候、在什么地方，都可以知道此刻的時(shí)間，電子時(shí)鐘在一定程度上對(duì)人們起到了一定的督促作用。本設(shè)計(jì)的電子時(shí)鐘是以硬件電路和軟件系統(tǒng)相結(jié)合為整體的設(shè)計(jì)思路，主要是以單片機(jī)為樞紐并與外接電路相配合，從而實(shí)現(xiàn)所需要的功能，不僅能夠檢驗(yàn)和鞏固我們所學(xué)的專業(yè)知識(shí)，而且基于單片機(jī)設(shè)計(jì)的電子時(shí)鐘，更易于后期對(duì)電子時(shí)鐘的優(yōu)化以及其功能的開發(fā)。2元器件的的選擇2.1芯片的選擇單片機(jī)誕生于1971年，它的研發(fā)標(biāo)志著微機(jī)時(shí)代的開始，由于單片機(jī)具有良好的性價(jià)比，單片機(jī)的發(fā)展也是極為的迅速。單片機(jī)的發(fā)展主要分為SCM、MCU、SoC三大階段，每一階段都使單片機(jī)有了全新的突破。單片機(jī)的發(fā)展無形之中使得嵌入式系統(tǒng)一步步邁向MCU階段，就是為了能夠讓應(yīng)用系統(tǒng)盡可能的更多的集中在芯片上。也正是這一原因，單片機(jī)變得逐漸的SoC化。自單片機(jī)誕生以來，到現(xiàn)在為止單片機(jī)的種類越來越多，其中51單片機(jī)、AVR單片機(jī)、PIC單片機(jī)、STC單片機(jī)和STM32單片機(jī)性能相比其他類型的單片機(jī)性能相對(duì)較為出眾，能夠提供給使用者一個(gè)良好的使用環(huán)境，且使用起來也相對(duì)較為方便，從而被人們廣泛的應(yīng)用?；诒驹O(shè)計(jì)而言，AVR單片機(jī)沒有位操作，而且AVR單片機(jī)C語言的撰寫與51單片機(jī)撰寫的方法有很大的差別；PIC單片機(jī)在程序編寫的全過程都需要一直不斷的進(jìn)行存儲(chǔ)體的選擇；STC單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)缺少乘法器，乘除法運(yùn)算都是通過一個(gè)4周期的指令來完成的；STM32單片機(jī)不管是在性能，還是結(jié)構(gòu)上完全能夠?qū)崿F(xiàn)本設(shè)計(jì)所需要的功能，但是由于其I/O端口過多，這樣就顯得有點(diǎn)大材小用；51單片機(jī)能對(duì)片內(nèi)某些特殊功能寄存器的某位進(jìn)行處理，這是很多單片機(jī)不具有的功能，而且它能通過一條指令就能完成乘除法運(yùn)算。雖然51單片機(jī)的運(yùn)行速度相比其他單片機(jī)的運(yùn)行速度要慢一點(diǎn)，很多功能需要擴(kuò)展，但是對(duì)本設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)沒有任何的影響。AT89C51單片機(jī)是51系列單片機(jī)中很典型也是非常具有代表性的一款芯片，它不僅具有51系列單片機(jī)的所有特點(diǎn)，最重要的是它內(nèi)部具有閃爍存儲(chǔ)器，可反復(fù)的的寫入或清除1000次，這樣一來其使用的靈活性就大大的增加，也使得后期對(duì)功能的開發(fā)變得便捷。2.2顯示部件的選擇顯示部件其作用就是將通過處理的數(shù)據(jù)或者是信號(hào)的結(jié)果進(jìn)行輸出。它的出現(xiàn)和應(yīng)用讓人們?cè)谌粘Ｉ詈凸ぷ髦卸际值氖芤妗，F(xiàn)在最常見的顯示部件主要為LED和LCD兩種，也就是因?yàn)樗鼈兊男阅苁值膬?yōu)異，使其應(yīng)用在各種公共場(chǎng)合以及電子設(shè)備上。LED作為一個(gè)顯示部件具有很多的優(yōu)點(diǎn)，它不僅顯示反應(yīng)速度很快，屏幕的刷新速率也很高等，良好的實(shí)用性，以至于LED使用的范圍更加的廣泛。相比之下，LCD雖然具有在使用時(shí)能夠調(diào)節(jié)亮度以及使用的時(shí)間較長等優(yōu)點(diǎn)。但是，在同等環(huán)境進(jìn)行顯示的情況下，LCD在使用的過程中屏幕的拐角會(huì)出現(xiàn)明暗不均的現(xiàn)象，而且LCD在運(yùn)行的過程中，耗電量還是很高的，顯示出來的效果也不是很好，因而選用LED數(shù)碼管作為本設(shè)計(jì)的顯示部件。LED數(shù)碼管是通過它內(nèi)部的多個(gè)發(fā)光二極管的經(jīng)過亮暗的組合來完成輸出顯示的，數(shù)碼管的顯示分為靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩種類型。動(dòng)態(tài)顯示是將數(shù)碼管的所有碼段相同的一端連接在一起，并接到同一個(gè)輸出端口上，其他的位端分別與對(duì)應(yīng)的輸出端口相連接，兩個(gè)端口輸出的信號(hào)在彼此的作用下，從而達(dá)到顯示的效果；靜態(tài)顯示的數(shù)碼管，它的任意一個(gè)碼段都需要連接一個(gè)單獨(dú)的能夠鎖存數(shù)據(jù)輸出端口，處理器將顯示的內(nèi)容送到輸出端口上，就能出現(xiàn)需要顯示的字符，只有到下一個(gè)字符送出，前一個(gè)字符才會(huì)消失。雖然靜態(tài)顯示能夠保持顯示的穩(wěn)定，但是它所需要的端口較多，在一定程度上也增加了耗電量。2.3其他元器件的選擇2.3.1NPN型三極管NPN型三極管屬于三極管類型之一，從名稱上我們就可以很直觀的看出，它是由兩個(gè)N型半導(dǎo)體和一個(gè)P型半導(dǎo)體共同構(gòu)造而成，三極管共有三個(gè)區(qū)，各個(gè)區(qū)域都有配備一個(gè)電極引腳，分別是發(fā)射極、基極及集電極。三極管雖然具有調(diào)制電流的作用，但有些時(shí)候在特定的電路中，它也可以被視為開關(guān)，而在本文的設(shè)計(jì)中，主要還是利用它來放大電流。在三極管中，其基極與集電極的關(guān)系與數(shù)學(xué)中的的自變量和因變量的關(guān)系相同，集電極的電流隨著基極電流的變化而變化，且他們之間變化的比例一般都是很大，也就是說在三極管中只要基極電流稍微改變一點(diǎn)，集電極的電流就會(huì)大幅度的變動(dòng)。2.3.2上拉電阻和下拉電阻上拉就是將不確定的信號(hào)通過一個(gè)電阻鉗位在高電平，電阻同時(shí)起限流作用，上拉的實(shí)際意義就是電流的輸入。在上拉電阻所連接的路線中，若其他元器件不能夠啟動(dòng)使用，上拉電阻便會(huì)“微微地”使輸入的工作電壓信號(hào)“抬高”。當(dāng)外部元器件相互之間沒有聯(lián)系時(shí)，對(duì)于輸入端而言，外部“看上去”就具有很高的阻抗。此時(shí)，接入上拉電阻，就能夠很簡單的把輸入端口的電壓提升到高電平。如果其他元器件被啟動(dòng)使用，那么它就會(huì)取消上拉電阻設(shè)定的高電平。在該電阻的作用下，就算引腳沒有和其他的元器件相連接，依然能夠維持一個(gè)固定不動(dòng)的邏輯電平。下拉電阻與上拉電阻的其實(shí)都是一個(gè)普通的電阻，只不過是用法不同而使得其功能的不同。下拉就是將數(shù)據(jù)信號(hào)穩(wěn)定的保持在低電平，它的意義其實(shí)就是電流的輸出。下拉電阻在電路中的一端需要接地，在挑選下拉電阻時(shí)，需要留意以下幾個(gè)方面：（1）驅(qū)動(dòng)能力與功耗損耗的均衡；（2）以下各級(jí)電路的驅(qū)動(dòng)要求；（3）高低電平的設(shè)置；（4）頻率特點(diǎn)。2.3.3單片機(jī)的選擇本設(shè)計(jì)整體控制系統(tǒng)是單片機(jī)。單片機(jī)比其他的芯片優(yōu)秀很多，它被發(fā)明出來以后就得到了廣泛的使用，因?yàn)樗目煽啃院芎?，使用單片機(jī)不容易出錯(cuò)，其次它的造價(jià)成本也很低，所以顯得性價(jià)比比較高，而且它能夠計(jì)算非常復(fù)雜的算術(shù)，又可以靈活的編輯軟件程序，可以自由的選擇，同時(shí)程序燒制簡單。此外，里面帶有的計(jì)算設(shè)備，可實(shí)現(xiàn)更多功能。STC89C5是在51單片機(jī)之上進(jìn)行了科學(xué)化的改造，所以它擁有更多的功能，又保留了以前的優(yōu)點(diǎn)。2.3.4蜂鳴器模塊的選擇蜂鳴器模塊是本設(shè)計(jì)的主要的報(bào)警措施，本設(shè)計(jì)對(duì)于蜂鳴器模塊的主要需求是主控芯片能夠最簡單的驅(qū)動(dòng)蜂鳴器發(fā)出聲響報(bào)警，結(jié)合本設(shè)計(jì)的需求，對(duì)市面上的主流方案進(jìn)行研究和分析，主要由以下兩種不同類別的蜂鳴器方案。方案一：無源蜂鳴器是一種內(nèi)部集成了震動(dòng)裝置的是元器件，震動(dòng)原理是通過外部輸入的方波信號(hào)來驅(qū)動(dòng)震動(dòng)裝置內(nèi)的器件進(jìn)行振動(dòng)動(dòng)作，從而產(chǎn)生聲音輸出?？刂茻o源蜂鳴器產(chǎn)生聲響報(bào)警的主要驅(qū)動(dòng)方式是通過主控芯片產(chǎn)生方波信號(hào)來驅(qū)動(dòng)蜂鳴器的聲音輸出，并且方波信號(hào)的占空比不同也會(huì)導(dǎo)致蜂鳴器輸出不同的聲響，主要用于計(jì)算機(jī)行業(yè)的計(jì)算機(jī)主板報(bào)警等場(chǎng)景。方案二：有源蜂鳴器是一種內(nèi)部集成了震蕩電路、放大電路、取樣反饋電路、震動(dòng)系統(tǒng)電路等集成器件，采用直流電源驅(qū)動(dòng)方式，直流電源輸入之后給模塊內(nèi)部的電流提供電源，震蕩電路開始工作并經(jīng)過放大電路和取樣反饋電路之后將信號(hào)輸入給震動(dòng)系統(tǒng)并產(chǎn)生聲音輸出。但是只能產(chǎn)生單一的聲響報(bào)警，主要應(yīng)用于打印機(jī)、報(bào)警器行業(yè)、定時(shí)器等設(shè)備場(chǎng)景。結(jié)合以上兩種方案的描述，無源蜂鳴器相較于有源蜂鳴器構(gòu)造較為簡單，但是需要主控芯片產(chǎn)生方波信號(hào)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，占用主控芯片的計(jì)時(shí)器資源，而有源蜂鳴器只需要直流電源供電即可產(chǎn)生聲響報(bào)警，對(duì)主控芯片的資源要求不高，故最終選擇有源蜂鳴器作為本設(shè)計(jì)的報(bào)警模塊。3硬件電路設(shè)計(jì)3.1硬件電路的設(shè)計(jì)方案本設(shè)計(jì)的硬件電路設(shè)計(jì)框圖如圖3.1所示：圖3.1硬件電路框圖本設(shè)計(jì)的硬件電路主要分為振蕩電路、復(fù)位電路、按鍵模塊、發(fā)聲模塊和時(shí)間顯示模塊五個(gè)部分。振蕩電路的主要任務(wù)就是不斷地給單片機(jī)提供周期性的時(shí)鐘信號(hào)；復(fù)位電路的作用就是在通電以后是整個(gè)電路復(fù)位，或者通過按鍵的形式手動(dòng)將電路復(fù)位；電路通電后，在單片機(jī)和動(dòng)態(tài)顯示函數(shù)的作用下，LED數(shù)碼管上便會(huì)自動(dòng)的出現(xiàn)時(shí)、分、秒的顯示；同時(shí)，按鍵的引腳會(huì)在掃描函數(shù)的作用下，一直處于檢測(cè)狀態(tài)，一旦某一個(gè)按鍵被按下，與之對(duì)應(yīng)的函數(shù)功能便會(huì)總動(dòng)啟用；假如到達(dá)了定時(shí)設(shè)定的時(shí)間，蜂鳴器便會(huì)發(fā)出聲音進(jìn)行提示。3.2各功能模塊電路設(shè)計(jì)3.2.1振蕩電路AT89C51單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)高增益反相放大器，它是構(gòu)成振蕩器必不可少的結(jié)構(gòu)，但要形成時(shí)鐘，還需要附加一些電路。AT89C51單片機(jī)的時(shí)鐘產(chǎn)生主要分為內(nèi)部時(shí)鐘模式和外部時(shí)鐘模式兩種。內(nèi)部時(shí)鐘的方式是利用單片機(jī)內(nèi)部振蕩器，然后將晶振連接在XTAL1和XTAL2兩個(gè)引腳上；而外部時(shí)鐘方式主要是利用外部振蕩脈沖接入XTAL1和XTAL2。如圖3.2所示。本設(shè)計(jì)選用的是內(nèi)部時(shí)鐘的方式，將振蕩頻率為12MHZ的晶振與單片機(jī)連接，外接的晶振輸出的時(shí)鐘信號(hào)會(huì)立刻被送進(jìn)單片機(jī)內(nèi)部的時(shí)鐘電路，為了能夠?qū)д褫敵龆说臅r(shí)鐘信號(hào)的頻率進(jìn)行一定幅度的調(diào)整，該電路中在晶振的兩端連接了兩個(gè)30PF的電容，通過振蕩電路和單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)器協(xié)同作用下，便能夠精確的完成計(jì)時(shí)。圖3.2振蕩電路3.2.2復(fù)位電路剛通上電源的那一刻，單片機(jī)處于一種雜亂的、無序的狀態(tài)，這時(shí)就很可能導(dǎo)致單片機(jī)無法正常工作。單片機(jī)中的復(fù)位就是清除所有的設(shè)置從最初的狀態(tài)重新開始工作，也就相當(dāng)于手機(jī)中的返回操作。單片機(jī)通電后，軟件系統(tǒng)便會(huì)自動(dòng)覺此復(fù)位后從哪里開始實(shí)行第一條命令。常用的復(fù)位電路有按鍵脈沖復(fù)位電路、上電復(fù)位電路和按鍵電平復(fù)位電路。本設(shè)計(jì)中采用的是按鍵電平復(fù)位電路，如圖3.3所示。圖3.3按鍵電平復(fù)位電路該電路是將按鍵、電容和下拉電阻連接并與51單片機(jī)的復(fù)位引腳相連接所構(gòu)成，本電路中下拉電阻為10k，電容為10uF。在通電的那一剎那，電阻兩端的電勢(shì)差逐漸減小，電容兩端的電勢(shì)差逐漸增大，RESET引腳在那短暫的一刻呈現(xiàn)為高電平，系統(tǒng)便會(huì)自動(dòng)對(duì)整個(gè)電路進(jìn)行復(fù)位操作；當(dāng)復(fù)位按鍵被手動(dòng)按下，此時(shí)的按鍵就相當(dāng)于導(dǎo)線，就會(huì)把電容短路，電容在此時(shí)便會(huì)釋放初始的電能，電容兩端的電勢(shì)差減小，電阻兩端的電勢(shì)差增大，此時(shí)RESET接收到高平信號(hào)，整個(gè)電路便會(huì)被再次復(fù)位，回到通電后的狀態(tài)。3.2.3按鍵模塊如圖3.4所示的模塊中，四個(gè)按鍵K0、K1、K2、K3分別與單片機(jī)的引腳P1.0、P1.1、Pl.2、P1.3相連接，且四個(gè)按鍵的一端接地，四個(gè)按鍵的功能分別為校時(shí)、鬧鐘、加和減，根據(jù)按鍵便可完成對(duì)時(shí)鐘的時(shí)間設(shè)置和定時(shí)作用。一旦按下某一按鍵被按下，那么該按鍵的引腳就會(huì)被拉低，通過該按鍵輸出的數(shù)據(jù)信號(hào)，軟件系統(tǒng)便會(huì)啟用相應(yīng)的程序來實(shí)現(xiàn)該按鍵所需要實(shí)現(xiàn)的功能。當(dāng)需要進(jìn)行時(shí)間的校對(duì)時(shí)，按下“校時(shí)”按鍵K0，隨后按下K2和K3鍵，便可進(jìn)行“時(shí)”的校對(duì)；再次按下K0鍵，則切換到“分”的校對(duì)；重復(fù)上述操作，便可對(duì)“秒”進(jìn)行校對(duì)；校對(duì)完成后，只需再次按下K0按鍵，便可顯示以校對(duì)完成的時(shí)間。當(dāng)需要使用鬧鐘定時(shí)功能時(shí)，只需按下按鍵K1，并通過按鍵K2和K3，重復(fù)時(shí)間校對(duì)的相同步驟，便可設(shè)置定時(shí)的時(shí)間。圖3.4操作按鍵模塊3.2.4時(shí)間顯示模塊LED數(shù)碼管分為7段數(shù)碼管和8段數(shù)碼管。7段數(shù)碼管由7個(gè)發(fā)光二極管組成，而8段數(shù)碼管是由7段發(fā)光二極管和一個(gè)圓點(diǎn)型發(fā)光二極管組成，圓點(diǎn)型發(fā)光二極管用來顯示小數(shù)點(diǎn)。為了使發(fā)光二極管在使用的時(shí)候能夠獲得足夠的驅(qū)動(dòng)電壓，通常會(huì)采用共陽極或共陰極兩種接法連接發(fā)光二極管。共陽極接法是將所有發(fā)光二極管的陽極連在一起，在使用的過程中將陽極的公共引腳增設(shè)高電平，陰極的引腳增設(shè)為低電平，發(fā)光二極管即能夠?qū)c(diǎn)亮，反之，陰極的引腳增設(shè)為高電平，發(fā)光二極管則不能導(dǎo)通點(diǎn)亮，如圖3.5所示。圖3.5共陽極接法共陰極接法則是將所有發(fā)光二極管的陰極連接在一起，在使用的過程中將陰極公共引腳增設(shè)為低電平或者接地，這樣陽極引腳上增設(shè)高電平的發(fā)光二極管就導(dǎo)通點(diǎn)亮，而增設(shè)低電平的則無法導(dǎo)通點(diǎn)亮，如圖3.6所示。圖3.6共陰極接法本設(shè)計(jì)中的LED數(shù)碼管顯示器采用的是共陽極接法，如圖3.7所示：圖3.7時(shí)間顯示模塊3.2.5發(fā)聲模塊本設(shè)計(jì)中的發(fā)聲模塊是由蜂鳴器、偏置電阻和NPN型三極管組成，偏置電阻的一端與單片機(jī)的P3.5引腳相連，另一端與三極管的基極連接，三極管的發(fā)射極接地，集電極與蜂鳴器連接，同時(shí)蜂鳴器加上高電平。在正常的情況下，蜂鳴器不發(fā)聲；當(dāng)正常顯示的時(shí)間與鬧鐘設(shè)置的時(shí)間相一致時(shí)，在偏置電阻和NPN型三極管的協(xié)同作用下，會(huì)放大電流，從而使得蜂鳴器發(fā)出聲，且通過此電路進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，蜂鳴器會(huì)發(fā)出較大的聲響。發(fā)聲模塊如圖3.8所示。圖3.8發(fā)聲模塊4控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)非常重要，它主要就是控制著整個(gè)硬件電路實(shí)現(xiàn)所需的功能，在設(shè)計(jì)的過程中必須有清晰的思路，如果程序設(shè)計(jì)的不合理，或是語法錯(cuò)誤，使得硬件電路與程序不匹配，這樣整個(gè)硬件電路就會(huì)處于一種癱瘓狀態(tài)，無法運(yùn)行。然而需要實(shí)現(xiàn)的功能越多，程序的編寫也就越繁瑣，因此，程序的設(shè)計(jì)一般要做到以下幾點(diǎn)：（1）根據(jù)硬件電路所實(shí)現(xiàn)的功能，將軟件分為各個(gè)部分，設(shè)計(jì)出合理的框架結(jié)構(gòu)；（2）根據(jù)總體的設(shè)計(jì)選擇適當(dāng)?shù)膮?shù)；（3）制作出程序流程圖；（4）在程序中添加注釋，便于后期閱讀和修改程序；（5）注意程序的抗干擾設(shè)計(jì)，保證程序在運(yùn)行中的有效、可靠。本系統(tǒng)采用C語言程序而成，其結(jié)構(gòu)簡單清晰，很容易讓人讀懂，語句連貫緊密。它聚集了高級(jí)語言和匯編語言的多種特點(diǎn)，并且在編寫的過程中還能加入其他語言的子程序，由此可以看出，其使用的靈活性是很多語言不可相比的。因其良好的性能，不僅應(yīng)用于各類系統(tǒng)的拓展和開發(fā)，同時(shí)還應(yīng)用于各種科研項(xiàng)目中。4.1主程序設(shè)計(jì)上電之后，系統(tǒng)便會(huì)自動(dòng)對(duì)電路進(jìn)行初始化操作。單片機(jī)依次開始調(diào)用按鍵子程序、顯示子程序、中斷子程序，隨后返回初始化之后，并循環(huán)運(yùn)行。主程序流程圖如圖4.1所示。圖4.1主程序流程圖4.2子程序設(shè)計(jì)4.2.1按鍵子程序按鍵子程序流程圖如圖4.2所示。上電之后，單片機(jī)會(huì)自動(dòng)掃描是否按鍵被按下，若沒有按鍵被按下，時(shí)鐘則會(huì)正常走時(shí)顯示時(shí)間，且此時(shí)按鍵K2和按鍵K3起不到調(diào)節(jié)時(shí)間的作用，一旦K0或K1按鍵被按下，則會(huì)進(jìn)入校時(shí)或鬧鈴的調(diào)時(shí)狀態(tài)，這個(gè)時(shí)候再按下K2和K3鍵，便能夠調(diào)節(jié)時(shí)單元的加減；第二次按下K0或K1鍵，則可進(jìn)行調(diào)分狀態(tài)；如此反復(fù)，再次按下便可對(duì)秒單元進(jìn)行調(diào)節(jié)。圖4.2按鍵子程序流程圖4.2.2顯示子程序通過定義數(shù)碼管顯示函數(shù)，分別可以對(duì)秒的個(gè)位和十位、分的個(gè)位和十位以及時(shí)的個(gè)位和十位進(jìn)行計(jì)算顯示。顯示子程序流程圖如圖4.3所示。圖4.3顯示子程序流程圖4.2.3中斷子程序通上電以后，定時(shí)器中斷會(huì)自動(dòng)判斷此刻的時(shí)間是不是到了1秒，時(shí)間到了1秒，秒單元相應(yīng)的就會(huì)自動(dòng)進(jìn)行加1操作；接著就會(huì)判斷是不是到了1分鐘，時(shí)間到了1分鐘，分單元相應(yīng)的就會(huì)自動(dòng)進(jìn)行加1操作；然后就會(huì)判斷是不是到了1小時(shí)，時(shí)間到了1小時(shí)，時(shí)單元相應(yīng)的就會(huì)自動(dòng)進(jìn)行加1操作；當(dāng)時(shí)間到了24小時(shí)，時(shí)單元就會(huì)清零。中斷子程序流程圖如圖4.4所示。圖4.4中斷子程序流程圖5仿真調(diào)試本設(shè)計(jì)的仿真調(diào)試采用的是Proteus軟件，它不但能夠?qū)崿F(xiàn)同類仿真軟件的所有功能，而且他還可以對(duì)外部電路中的元器件仿真，其內(nèi)含元器件庫十分的豐富，當(dāng)你在電路布線的過程中出現(xiàn)錯(cuò)誤，也可以直接更改，設(shè)計(jì)使用十分的靈活，這就使得Proteus軟件在眾多的仿真軟件中脫穎而出，尤其適合學(xué)生或?qū)纹瑱C(jī)感興趣以及從事與單片機(jī)有關(guān)工作的人。在Proteus下，將編寫好的C語言程序載入到單片機(jī)內(nèi)，隨后點(diǎn)擊運(yùn)行，便可進(jìn)入調(diào)試環(huán)境，程序無誤，此時(shí)電路中的各個(gè)元器件連接點(diǎn)便會(huì)亮起紅藍(lán)指示燈（紅色代表高電平，藍(lán)色代表低電平），LED數(shù)碼管亮起，時(shí)間顯示開始正常的走時(shí)。初始運(yùn)行狀態(tài)如圖5.1所示。圖5.1初始運(yùn)行狀態(tài)5.1功能調(diào)試5.1.1校時(shí)調(diào)試在對(duì)校時(shí)功能進(jìn)行調(diào)試時(shí)，按下按鍵K0，此時(shí)K0鍵兩端為低電平，與K0鍵相連接的P1.0引腳也為低電平，LED數(shù)碼管閃爍一下，便進(jìn)入時(shí)單元的調(diào)試狀態(tài)，按下K2或K3鍵，時(shí)單元都會(huì)閃爍一次，對(duì)應(yīng)的P1.2和P1.3引腳也會(huì)呈現(xiàn)為低電平狀態(tài)，且每次按鍵時(shí)單元都會(huì)加一或減一。時(shí)單元調(diào)試結(jié)果如圖5.2所示。圖5.2時(shí)單元調(diào)試結(jié)果分單元調(diào)試只需再次按下K0鍵，隨后通過按K2和K3鍵，即可對(duì)分單元進(jìn)行調(diào)節(jié)。分單元調(diào)試結(jié)果如圖5.3所示。圖5.3分單元調(diào)試結(jié)果秒單元的調(diào)試與時(shí)單元和分單元調(diào)試步驟相同，調(diào)試結(jié)束后，需要再次按下K0鍵，此時(shí)校時(shí)結(jié)束，LED數(shù)碼管按照設(shè)定的時(shí)間開始走時(shí)。校時(shí)調(diào)試結(jié)果如圖5.4所示。圖5.4校時(shí)調(diào)試結(jié)果5.1.2鬧鈴調(diào)試在設(shè)定鬧鈴功能時(shí)，按照校時(shí)調(diào)試的步驟依次按下K1鍵，緊接著按下K2和K3鍵，便可以設(shè)置鬧鈴的時(shí)間，若是走時(shí)的時(shí)間到了鬧鈴設(shè)置的時(shí)間，這時(shí)候蜂鳴器便會(huì)發(fā)出聲響進(jìn)行提示，同時(shí)蜂鳴器的指示燈亮起。5.1.3復(fù)位調(diào)試當(dāng)需要將運(yùn)行中的電路返回到初始值時(shí)，只需要按下復(fù)位按鍵，復(fù)位按鍵、電容和RESET引腳都顯示為高電平，下拉電阻的接地端保持低電平不變，與RESET引腳相連接的一端為高電平，LED數(shù)碼管閃爍一下便回到初始運(yùn)行狀態(tài)。5.2仿真結(jié)果分析從仿真結(jié)果來看，本設(shè)計(jì)通過按鍵很好的實(shí)現(xiàn)了對(duì)LED數(shù)碼管時(shí)間顯示的調(diào)節(jié)，按鍵功能明確，且在復(fù)位按鍵的作用下，能夠強(qiáng)制性的將運(yùn)行中的電子時(shí)鐘回到初始狀態(tài)，在一定程度上增加了對(duì)電子鐘調(diào)節(jié)的便捷性，而且在調(diào)節(jié)的過程中，每按鍵一次，數(shù)碼管緊跟著就變動(dòng)顯示一次，非常的順暢，在正常顯示時(shí)間的走時(shí)中，不僅精確，還十分的平穩(wěn)，非常符合實(shí)際應(yīng)用中的要求?？偨Y(jié)電子時(shí)鐘具有長遠(yuǎn)的發(fā)展歷史，使用單片機(jī)控制電子時(shí)鐘的技術(shù)早已成熟，也早已成為主流。本次設(shè)計(jì)的電子時(shí)鐘的整體工作主要分為硬件電路和軟件系統(tǒng)兩部分，首先是選擇所需要的元器件，再按照實(shí)現(xiàn)的功能將各個(gè)元器件整合到一起，完成設(shè)計(jì)的硬件電路，然后是設(shè)計(jì)軟件系統(tǒng)部分，通過程序控制硬件電路，從而實(shí)現(xiàn)時(shí)間的顯示、校時(shí)