1、基于單片機智能數字化鬧鐘設計學 院： 機電學院 學生姓名： 祁顏榮 指導老師： 劉春艷 專 業： 電子信息工程 班 級： 12-1級 摘要近年來，隨著電子產品的發展，人們對數字時鐘的要求越來越高，本文針對人們的這一需求，設計了一種有單片機控制的智能化數字時鐘，功能強大，界面友好，更好的滿足了人們對它的智能化要求。 關鍵詞：單片機；時鐘；LCD引言現在是一個知識爆炸的新時代。新產品、新技術層出不窮，電子技術的發展更是日新月異。可以毫不夸張的說，電子技術的應用無處不在，電子技術正在不斷地改變我們的生活，改變著我們的世界。在這快速發展的年代，時間對人們來說是越來越寶貴，在快節奏的生活時，人們往往忘記

2、了時間，一旦遇到重要的事情而忘記了時間，這將會帶來很大的損失。因此我們需要一個定時系統來提醒這些忙碌的人。數字化的鐘表給人們帶來了極大的方便。 近些年，隨著科技的發展和社會的進步，人們對數字鐘的要求也越來越高，傳統的時鐘已不能滿足人們的需求。多功能數字鐘不管在性能還是在樣式上都發生了質的變化，有電子鬧鐘、數字鬧鐘等等。單片機在多功能數字鐘中的應用已是非常普遍的，人們對數字鐘的功能及工作順序都非常熟悉。但是卻很少知道它的內部結構以及工作原理。由單片機作為數字鐘的核心控制器，可以通過它的時鐘信號進行計時實現計時功能，將其時間數據經單片機輸出，利用顯示器顯示出來。通過鍵盤可以進行定時、校時功能。輸出

3、設備顯示器可以用液晶顯示技術和數碼管顯示技術。1. 系統方案的確定單片機芯片作為控制系統的核心部件，它除了具備微機CPU的數值計算功能外，還具有靈活強大的控制功能，以便實時檢測系統的輸入量、控制系統的輸出量，實現自動控制。在本次設計中采用單片機技術來實現數字鐘的功能。方案的設計可以從以下幾個方面來確定。1微處理器的選擇，AT89S51、52是2003年ATMEL推出的新型品種，除了完全兼容8051外，還多了ISP編程和看門狗功能。但是AT89S52的存儲器容量比AT89S51的大，故在本次設計中采用AT89S52單片機。2顯示電路的設計，隨著科技的發展，液晶顯示的使用越來越方便，已被普遍的使用

4、。由于液晶顯示與驅動都集成在一個芯片上，因此使用起來很方便。在這里采用液晶顯示。3校時和定時電路的設計，隨著時鐘的準確度的要求就越來越高，使用校時，定時電路,達到準確控制時間的目的。4. 實時控制電路是時鐘電路的一個重要組成部分，采用的是一個時鐘芯片，單片機從中讀取數據送到顯示器上顯示，從而實現數字鐘的功能。5. 其他控制電路，如復位電路、時鐘電路等。通過這些控制電路的連接構成了完整的系統，如圖1所示。圖1 系統方框圖2 . 硬件電路的設計硬件電路是一個系統的重要部分，在本次設計中主要是以AT89S52為核心控制器，外加一些控制電路來實現數字鐘的基本功能。下面分別介紹各個控制電路的功

5、能及其工作原理。2.1. AT89S52單片機的介紹單片機是微機的一個分支，在原理和結構上，單片機與微型機之間不但沒有根本性的差別，而且微型機的許多技術與特點都被單片機繼承下來了。AT89S52是一種低功耗、高性能CMOS 8位微控制器。使用Atmel公司高密度非易失性存儲器技術制造，與工業80C51產品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲器在系統可編程，亦適于常規編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統可編程Flash，使得AT89S52為眾多嵌入式控制應用系統提供高靈活、超有效的解決方案。它具有串行口，片內晶振及時鐘電路。另外，AT89S52可降至0Hz

6、0;靜態邏輯操作，支持2種軟件可選擇節電模式。空閑模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時器/計數器、串口、中斷繼續工作。掉電保護方式下，RAM內容被保存，振蕩器被凍結，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復位為止1。2.2. 時鐘電路的設計AT89S52單片機有一個用于構成內部振蕩器的反相放大器，XTAL1和XTAL2分別是放大器的輸入、輸出端。石英晶體和陶瓷諧振器都可以用來一起構成自激振蕩器。從外部時鐘源驅動器件，XTAL2可以不接，而從XTAL1接入，由于外部時鐘信號經過二分頻觸發后作為外部時鐘電路輸入的，所以對外部時鐘信號的占空比沒有其它要求，最長低電平持續時間和最少高電

7、平持續時間等還是要符合要求的。反相放大器的輸入端為XTALl，輸出端為XTAL2，兩端連接石英晶體及兩個電容形成穩定的自激振蕩器。電容通常取30PF左右。振蕩頻率范圍是1.212MHz2。如圖2所示。圖2 自激振蕩器晶體振蕩器的振蕩信號從XTAL2端輸出到片內的時鐘發生器上。時鐘發生器為二分頻器。向CPU提供兩相時鐘信號P1和P2。每個時鐘周期有兩個節拍（相）P1和P2，CPU就以兩相時鐘P1和P2為基本節拍指揮AT89S52單片機各部件協調工作。在本次設計中選取石英晶體的振蕩頻率為12MHz。2.3. 復位電路的設計單片機復位是使CPU和系統中的其他功能部件都處于一個確定的初始狀態

8、，并從這個狀態開始工作，例如復位后PC0000H，使單片機從第一個單元取指令。無論是在單片機剛接通電源時，還是斷電后或者發生故障后都要復位，所以我們必須弄清楚MGS-51型單片機復位的條件、復體電路和復位后狀態。該電路除具有上電復位功能外,對系統的可控性是很有幫助的。2.4. 實時控制電路的設計在本次設計中采用DS1302為實時控制芯片，并接備用電源以使在外接電源斷電時其控制電路仍在計時。DS1302的引腳排列,其中Vcc1為后備電源，VCC2為主電源。在主電源關閉的情況下，也能保持時鐘的連續運行。X1和X2是振蕩源，外接32.768kHz晶振。RST是復位/片選線，通過把RST輸入

9、驅動置高電平來啟動所有的數據傳送。RST輸入有兩種功能：首先，RST接通控制邏輯，允許地址/命令序列送入移位寄存器；其次，RST提供終止單字節或多字節數據的傳送手段。當RST為高電平時，所有的數據傳送被初始化，允許對DS1302進行操作。如果在傳送過程中RST置為低電平，則會終止此次數據傳送。 圖3 實時控制芯片2.5. LCD顯示模塊在實際應用中，用戶很少直接設計LCD顯示器驅動接口，一般是直接使用專用的LCD顯示驅動器和LCD顯示模塊。其中，LCD顯示模塊LCD（Liquid Crystal Display Module）是把LCD顯示器、背景光源、線路板和驅動集成電路等部件構成

10、一個整體，作為一個獨立的部件使用，具有功能較強、易于控制、接口簡單等優點，在單片機系統中應用較多。其內部結構如圖4所示。LCD顯示模塊只留一個接口與外部通信。顯示模塊通過這個接口接收顯示命令和數據，并按指令和數據的要求進行顯示。外部電路通過這個接口讀出顯示模塊的工作狀態和顯示數據。LCD顯示模塊一般帶有內部顯示RAM和字符發生器，只要輸入ASCII碼就可以進行顯示。LCD顯示模塊按功能顯示可分為：LCD段式顯示模塊、LCD字符型顯示模塊、LCD圖形顯示塊三類3。液晶顯示器因其功耗低、重量輕而成為便攜式應用中的主流顯示技術。這里所用的字符型液晶模塊是一種用5x7點陣圖形來顯示字符的液晶顯示器，根

11、據顯示的容量可以分為1行16個字、2行16個字、2行20個字等等。液晶顯示有點振式和字符式兩種，在這里采用字符式液晶顯示器1602來實現顯示電路的功能。圖4 LCD顯示內部結構由于1602液晶顯示器是本身帶有驅動模塊的液晶屏，它只有并口線和一些控制線，與單片機的連接有兩種不同的方法，直接訪問方式和間接訪問方式。直接訪問方式就是微處理器把液晶顯示模塊當作存儲器或I/O設備直接掛在總線上，模塊8位數據總線與微處理器的數據總線相連，用讀操作或寫操作、信號與地址信號共同產生控制信號。2.6. 校時、定時電路的設計校時、定時電路主要靠鍵盤來控制。鍵盤是一組按鍵的集合。它是嵌入式計算機系統中不可

12、缺少的外圍電路。是實現人機對話的紐帶，借助鍵盤可以向計算機輸入程序、置數、邏輯操作以及寫入程序和程序檢測等。根據校時、定時電路的控制，可以實時更新時間，校對時間，保持時間的準確性。按一次S1鍵，表示清零；按S2鍵選擇時、分調控位置；按S3對數據加1；按S4鍵進入定時，S5清除報時電路數據，停止報時。2.7. 報時器的設計報時是數字鐘的一個重要功能，報時器可用蜂鳴器和揚聲器來實現，為了使其報時效果更好這里采用揚聲器播放音樂來實現其報時功能。要使揚聲器能在整點報時必須要有音頻放大器來驅動揚聲器才能工作。在這里采用LM386音頻放大器4。圖5 LM386音頻放大器2.8. 電源的設計穩壓電

13、源是單片機系統的重要組成部分，它不僅為系統提供多路電壓源，還直接影響到系統的技術指標和抗干擾性能。一個穩壓電源輸出電壓和最大輸出電流決定于所選三端穩壓器。在本次設計中采用+5V電壓所以選用H7805穩壓器5。圖6 H7805穩壓器系統的硬件電路如圖7圖7系統的硬件電路圖3 . 系統軟件設計單片機的程序設計有其自身的特點。在單片機系統中，硬件與軟件緊密結合，由于硬件電路的設計不具有通用性，所以必須根據具體的硬件電路來設計對應的軟件，硬件設計的優劣直接影響到軟件設計的難易，軟件設計的優劣又直接影響到硬件的發揮。在很多時候，軟件可以替代硬件的功能，當然，需要付出額外占用CPU時間的代價。軟

14、件程序的設計是根據硬件電路圖的連接和各個元器件的功能進行設計。在編寫軟件時，可以按各個程序的功能將軟件細分為各個功能模塊，再通過主程序的調用來實現整個軟件系統。而一般編寫的程序都是根據事前所用的流程圖來編寫的，而且，流程圖中也包含了對設計所得結果的要求，因此，流程圖的設計直接影響到源程序的設計6 7。主程序是軟件設計的總體框架，因此主程序流程圖的設計決定了程序編寫的好壞，主程序的功能主要是讀DS1302的時間將時間數據送到液晶顯示，并與鬧鐘的設定時間比較，再判斷是否有按鍵按下，從而進行校時、定時功能。其流程圖如圖8所示。圖8 程序流程圖4. 結束語本次設計采用單片機作為核心控制器，實現具有定時、校時功能的數字鐘。隨著人們生活水平的提高，人們對數字鐘的要求越