《基于單片機的新型電子時鐘設計》4900字（論文）

i基于單片機的新型電子時鐘設計目錄TOC\o"1-2"\h\u10535基于單片機的新型電子時鐘設計 1170111緒論 110462相關理論研究 2266912.1硬件設計簡介 229222.2軟件設計簡介 346363設計方案 3204853.1方案設計要求 3309743.2硬件設計 430453.3軟件設計 6184104本次電子時鐘設計過程總結 11摘要：1970年單片機問世，人們對它產(chǎn)生了極大的關注，原因是它本身的性能價格比比較高，而且被廣泛運用于人們的日常生活中，單片機擁有許多優(yōu)點，比如：集成度高，體積小，可靠性好，容易采用電磁屏蔽或密封措施，適合在惡劣環(huán)境下做工。并且，單片機指令豐富，能充分滿足現(xiàn)代工業(yè)的要求，因為單片機的低功耗，低電壓，便于生產(chǎn)便攜式產(chǎn)品，所以我們基于單片機的各種特性和c語言研發(fā)了一款電子時鐘。關鍵字：單片機電子時鐘C語言1緒論隨著時代的發(fā)展，科技也在不斷進步，在第二次工業(yè)革命之后，社會生產(chǎn)力得到了極大的提升，科學技術突飛猛進，各種科技產(chǎn)品逐漸進入了人們的生活當中。特別是電能的普及和進入20世紀以來科學技術得到了極大的發(fā)展，各種電器逐漸進入了家庭生活中，變成了家庭生活中不可缺少的一部分。最先開始普及的電燈，電話，進而是電子時鐘，電子時鐘的發(fā)明使得人們能何時何地都能知道時間的準確性，使人民的生活質量得到了極大的提升。直到現(xiàn)在，電子時鐘已經(jīng)成為每個人離不開的電子產(chǎn)品，從每天叫你起床的鬧鈴到你訂的備忘錄都離不開電子時鐘?！峨娮隅姟?，搜狗百科，網(wǎng)址：/v54957521.htm?fromTitle=%E7%94%B5%E5%AD%90%E9%92%9F?！峨娮隅姟罚压钒倏?，網(wǎng)址：/v54957521.htm?fromTitle=%E7%94%B5%E5%AD%90%E9%92%9F。2相關理論研究2.1硬件設計簡介2.1.1單片機簡介單片機微型計算機，簡稱單片機，是微型計算機的一個非常的重要分支，特別適用于控制領域，所以又被稱為微控制器，單片機微型計算機把組成微型計算機的各個功能部件（如中央處理器CPU、隨機存儲器RAM、只讀存儲器ROM、輸入/輸出接口電路、定時器/計數(shù)器以及串行通信接口等功能部件）集成在一了塊芯片之中，構成了一個完整的微型計算機，當今學術界根據(jù)目前按單片機內部數(shù)據(jù)通道的寬度，把它們分為4位、8位、16位及32位單片機。李爽，《基于單片機的家庭報時與控制系統(tǒng)及軟件設計》，碩士畢業(yè)論文，電子科技大學，2011年。出于單片機的設計初衷，那就是利用軟件方法，面對測控對象并發(fā)揮測控對象的獨有的控制功能，輸出控制結果，我們就因為這個原因可以把單片機理解為一個單芯片的微控制器。正因為如此，我們就可以得出單片機的結構特點，那就是把一個完整計算機的基本功能部件全部匯集于一塊芯片之上，并可以與可以適用的軟件系統(tǒng)和外部設備結合，從而形成一個完整的單芯片微型計算機控制系統(tǒng)。通常，單片機芯片中的基本功能部件包括中央處理器（CentralProcessingUnit，CPU）、存儲器（Memory）、I/O接口電路和定時器計數(shù)器。2.1.2本設計方案中所應用的單片機（SPCE061A單片機）簡介SPCE061A單片機：單片機是一類集成電路芯片，采用了超大規(guī)模的電路技術從而將把中央處理器CPU（具有數(shù)據(jù)處理能力），隨機儲存器RAM(具有暫時儲存能力），只讀儲存器ROM（具有固定儲存能力），多種種類的I/O口（具有數(shù)據(jù)交換功能），中斷系統(tǒng)，定時器/計數(shù)器等各種各種功能模塊集成到一塊硅片上，從而構成了一個小但是完善的微型計算機。在單片機的分類上可以根據(jù)其內部數(shù)據(jù)通道的寬度從而把單片機可以分為：4位，8位，161位，32位。我們這個方案用到的單片機SPCE016A是一款16位的單片機，因為此單片機支持C語言，能夠進行簡單的編程，并且有著較高的處理速度，從而在處理一些復雜的數(shù)字信號時能快速處理，是我們這個方案所能選用的單片機中是最經(jīng)濟的選擇，其內部的結構圖入下圖1所示：圖SEQ圖\*ARABIC1SPCE061A單片機內部結構框圖2.2軟件設計簡介KeilC51：KeilC51是美國KeilSoftware公司出品的51系列兼容單片機C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，Keil提供了包含C編譯器，宏匯編，連接器，庫管理和一個功能強大的仿真調試器等在內的完整開發(fā)方案，然后通過一個集成開發(fā)環(huán)境將這些部分組合在一起。我們這個方案要先在keil上進行編程，設計出一個軟件，然后利用該軟件實現(xiàn)對SPCE061A單片機的控制，最后形成一個完整的電子時鐘系統(tǒng)。下面是詳細的設計方案。3設計方案3.1方案設計要求該電子時鐘具備的功能：（1）能夠顯示出具體時間包括（年月日，時分秒）（2）具有語音報時功能（3）具有鬧鐘功能（4）具有能夠計時的秒表功能在以上的這些基本和特色功能外因為是一款家用的電子時鐘，所以在家用方面只能用一些普通的干電池，所以要保證電子時鐘能在電壓位于4.5V時能夠進行工作，而且在時間顯示方面要制定一個顯示日期范圍，此電子時鐘我們設定的時間范圍為1000年01月01日00：00：01到2050：00：01并且在時間顯示方面可以顯示24小時制，也可以顯示為12小時制。3.2硬件設計3.2.1SPCE061A單片機的最小系統(tǒng)設計根據(jù)目前的產(chǎn)品需求和我們用的SPCE061A單片機進行比較，我們發(fā)現(xiàn)要在此單片機系統(tǒng)的基礎上加上一些包圍基本的功能模塊。包圍基本的功能模塊包括：晶體包圍模塊，鎖相環(huán)外圍電路（PLL）、復位電路（RST）,指示燈（LED），晶振電路（OSC）等。具體的單片機機構如下圖2：圖SEQ圖\*ARABIC2SPCE061A單片機的最小系統(tǒng)3.2.2實現(xiàn)語音報時等功能的音頻輸出功能電路設計：為了實現(xiàn)電子時鐘的語音報時等功能，我們需要增加一個音頻輸出電路。在音頻輸出模塊中我們選擇了ZJC006芯片，該芯片能夠通過揚聲器將聲音輸出出來，通過該芯片可以實現(xiàn)該電子時鐘的語音報時等功能。具體設計方案如圖4所示：圖SEQ圖\*ARABIC4語音報時功能的電路圖設計3.2.3時間，日期顯示的設計的方案我們設計的這個電子時鐘有顯示時間功能，所以我們需要一個LED點陣屏來顯示時間，LED點陣顯示屏有兩種顯示方式：靜態(tài)顯示，動態(tài)顯示。因為靜態(tài)顯示需要的驅動比較多并且復雜，可靠性也比較低，所以我們選擇在這款電子時鐘上選擇動態(tài)顯示。靜態(tài)顯示的缺點在動態(tài)顯示上并不存在，但是需要更高的設計要求，如果設計不當就會造成顯示屏出現(xiàn)亮度低，并且會存在閃爍現(xiàn)象。于是我們根據(jù)人眼成像的原理設計了一個方案。這時候我們需要7個LED來組成一個數(shù)字管，其中7個LED需要成“日”字排列。因為LED點陣屏原理的特殊性，我們可以在當顯示屏的行選信號被被選擇的時候，我們可以將需要顯示的信息來進行編碼，在將編碼后的數(shù)據(jù)根據(jù)算法發(fā)送大顯示屏，最后進行逐一點亮就可以顯示出想要的信息。但是，如果我們想用動態(tài)顯示讓人眼看到一張穩(wěn)定的畫面的話，就需要根據(jù)人眼的暫留效應對二極管的各種參數(shù)（二極管的停閃頻率，發(fā)光時間的長短，發(fā)光的亮度等）進行編輯，通過進行了多次實驗之后發(fā)現(xiàn)，當掃描刷新為50HZ，二極管導通時間>1ms時，顯示亮度正常，沒有閃爍。因為我們這是一款家用電子時鐘，也要考慮電流對顯示亮度的影響，但電流不會大，所以我們要從減少I/O口方面入手，通過減少I/O口來減少功率的損耗來保證顯示的亮度。3.2.4硬件系統(tǒng)設計的整體框圖根據(jù)此電子時鐘的各種功能需求以及各種需求需要的硬件，繪制出了一個完整的設計圖，整個硬件系統(tǒng)包括了SPCE061A單片機，復位電路，按鍵電路，電源，LED點陣顯示屏，SPY0030芯片。整體的設計框s圖如圖5所示：圖SEQ圖\*ARABIC5硬件系統(tǒng)設計的整體框圖3.3軟件設計本此電子時鐘的軟件設計是基于C語言進行設計的，因為C語言的代碼量比較小，運行速度快，功能強大，能夠適應各種工作環(huán)境的需求，所以在眾多的語言中我們選擇了C語言來進行此軟件的設計。電子時鐘的軟件程序主要由開始，主程序，子程序進行組成。3.3.1運行的主程序流程圖主在主程序中，需要對同一幀的反復掃描次數(shù)進行設定，這就需要我們來進行實驗，進而來確定一個最賤的次數(shù)，這樣就不會在顯示畫面時產(chǎn)生閃爍感。此電子時鐘的程序設計如下圖所示，主程序的流程是：打開開始開關，啟動定時器，進行按鍵檢測，進行時間顯示，循環(huán)。具體流程框圖設計繪制如下：圖SEQ圖\*ARABIC6主程序設計具體流程框圖3.3.2子程序因為我們這款電子時鐘有許多需求，比如時間顯示，日期顯示，定時開關等，所以我們需要一些子程序來實現(xiàn)這些功能，下面是子程序的設計流程圖。按鍵檢測程序流程圖此子程序的功能是來進行修改時間，進行保存。此程序是為了檢測電子時鐘的功能按鍵有無被按下，因為我們這個電子時鐘所有功能是通過單片機來進行控制的，在實現(xiàn)時間顯示功能時，我們需要按下電子時鐘的按鍵來進行顯示具體的時間，此子程序的程序設計如下圖所示，具體流程為：開始，檢測秒按鍵是否被按下，如果秒按鍵被按下，則秒加1，如果秒按鍵沒有被按下，繼續(xù)檢測分按鍵，檢測流程同秒按鍵一致，分按鍵檢測完畢后，繼續(xù)檢測時按鍵，檢測流程同秒，分按鍵一致，最后全部檢測完畢后顯示時間。具體流程框圖設計繪制如下：圖SEQ圖\*ARABIC7按鍵檢測程序設計具體流程框圖定時器中斷功能程序流程圖此子程序的是為了實現(xiàn)電子時鐘的時間顯示功能。在實現(xiàn)顯示功能時我們需要對時間進行進位控制來實現(xiàn)定時功能。此子程序的流程圖如下圖，具體流程為：開始序，然后中斷器中斷，進行檢測中斷器中斷時間有沒有1s，如果超過一秒，那秒單元增加1，如果沒有直接顯示時間，然后繼續(xù)進行檢測中斷時間有沒有超過60s，如果超過60s則秒單元清零，分時間加1，如果沒有，則顯示時間，繼續(xù)檢測中斷時間超沒超過60分鐘，檢測規(guī)則同上，最后檢測到24小時，最后顯示時間。具體流程框圖設計繪制如下：圖SEQ圖\*ARABIC8定時器中斷功能設計具體流程框圖時間顯示程序功能流程圖此程序的功能是來實現(xiàn)電子時鐘的顯示功能。此電子時鐘是通過單片機來進行時間顯示，流程圖如下圖所示，具體流程為：開始，顯示個位秒時間，顯示十位秒時間，顯示個位分時間，顯示十位分時間，顯示個位時時間，顯示十位時時間。具體流程框圖設計繪制如下：圖SEQ圖\*ARABIC9時間顯示功能設計具體流程框圖日期顯示功能流程圖此程序的是為了實現(xiàn)電子時鐘的日期顯示功能。在日期的顯示上，我們是通過2HZ的時機中斷，來實現(xiàn)日期顯示功能，此子程序和時間顯示子程序有很多共同之處，需要和時間顯示子程序相結合。此程序的流程圖如下，具體流程為：開始，然后需要時間顯示程序對小時進行檢測2HZ中斷次數(shù)，如果中斷2次秒加1，然后秒加1，檢測秒時間，如果秒時間大于60則秒清零分加一，以相同的規(guī)則檢測時，然后通過查表確定當月天數(shù)，最后輸出日期。具體流程框圖設計繪制如下：圖SEQ圖\*ARABIC10日期顯示功能設計具體流程框圖3.3.6定時開關控制功能流程圖此程序是為了實現(xiàn)電子時鐘的定時開關功能，在日常生活中有時需要用到定時開關功能，所以我們設計了這個功能。此功能的程序流程圖如下圖，具體流程為：開始，然后獲取當前時間顯示，然后檢測定時功能按鍵有沒有被按下，如果功能按鍵按下，就顯示設定時間的長度，然后，單片機就會發(fā)出指令，在對應的時間將開關控制器打開，電子時鐘關閉，到了定時的時間段末，在發(fā)出指令將開關控制器關閉，電子時鐘打開。具體流程框圖設計繪制如下：圖SEQ圖\*ARABIC11定時開關控制功能設計具體流程框圖4本次電子時鐘設計過程總結這個電子時鐘的設計是基于單片機來進行設計的，是為了方便使用者在日常的學習睡眠等需要定時或者計時的時候所使用的。例如，使用者在一天的工作和學習之后，在晚上睡覺的時候可以通過定時功能，來設定時鐘的提醒功能，這樣一來，第二天早上的時候就不會遇到一些起床晚上班遲到的問題，可以安心睡眠。當使用者需要需要當天的日期的時候，就可以通過LED管得出當天的年份，月份，星期和具體的時間，同時，LED管的特性，也可以減少電力能源的浪費，做到節(jié)能減排。為了體貼老年用戶，該電子時鐘還貼心的具有農(nóng)歷時間這一功能，是一個特別的設計，能通過本時鐘。SPCE061A單片機控制系統(tǒng)非常強大而且功能十分的齊全，通過這一套齊全的系統(tǒng)，可以通過軟硬件編程研發(fā)出許多東西，方