基于單片機(jī)的智能數(shù)字鐘系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究

王洪麗

（福州職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子信息工程系，福建 福州 350108）

現(xiàn)在社會(huì)上各行各業(yè)和單片機(jī)相關(guān)的聯(lián)系越來越緊密，單片機(jī)的應(yīng)用在各個(gè)行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。采用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)字鐘的智能化能最大限度地滿足了各種消費(fèi)者的不同需求，為人們的日常生活提供了比舊式鬧鐘更多更好更實(shí)用的方便功能，具有明顯的經(jīng)濟(jì)利益和社會(huì)效益，它必將受到消費(fèi)者的普遍歡迎。我們可以通過單片機(jī)程序設(shè)計(jì)，來完成實(shí)現(xiàn)諸多的操作功能要求。本文就基于單片機(jī)的智能數(shù)字鐘系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究概況作一一介紹。

1 工作流程

當(dāng)電源接通時(shí)，通過整流濾波穩(wěn)壓電路向各個(gè)電路送電，啟動(dòng)各電路工作。發(fā)光二極管是用來指示當(dāng)前數(shù)碼管顯示的是何種狀

態(tài)，數(shù)碼管是用來顯示時(shí)鐘和鬧鐘的秒、分、時(shí)和顯示脈沖周期的個(gè)十百千位和鬧鐘狀態(tài)。通過按鍵S1順序切換顯示時(shí)鐘和鬧鐘的秒、分、時(shí)和切換顯示脈沖周期的個(gè)十百千位和鬧鐘狀態(tài)，通過按鍵S2改變鬧鐘開關(guān)狀態(tài)和設(shè)置時(shí)鐘和鬧鐘的秒、分、時(shí)和脈沖周期的個(gè)十百千位的數(shù)值。

2 硬件設(shè)計(jì)與分析

2.1 數(shù)碼管顯示電路

本設(shè)計(jì)的數(shù)碼顯示電路是由兩個(gè)共陽極的數(shù)碼管組成。本設(shè)計(jì)的兩個(gè)數(shù)碼管的數(shù)據(jù)端 a，b，c，d，e，f，g，dp 各經(jīng)過一個(gè) 560 的限流電阻與 AT89C51芯片 P0口的 P1.0，P1.1，P1.2，P1.3，P1.4，P1.5，P1.6，P1.7 順序?qū)?應(yīng)連接。數(shù)碼管是采用共陽極的接法，用P2.0，P2.1分別控制兩個(gè)數(shù)碼管亮滅，可以方便地用軟件實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)掃描顯示的功能。用兩個(gè)9012的三極管和兩個(gè)1K的電阻做驅(qū)動(dòng)和限流的作用。由于驅(qū)動(dòng)和數(shù)據(jù)端都有限流保護(hù)電阻，可以防止因電流過大而擊穿或燒毀三極管、數(shù)碼管和AT89C51芯片。由于數(shù)碼管是采用共陽極的接法，所以AT89C51芯片是用灌電流點(diǎn)亮和控制數(shù)碼管的，對(duì)AT89C51芯片來說可以減輕芯片驅(qū)動(dòng)的負(fù)擔(dān)。

2.2 發(fā)光二極管控制電路

8 個(gè)發(fā)光二極管的正極直接與5V的電源連接，負(fù)極各連接一個(gè)560限流電阻與AT89C51芯片P1口的P1.0～P1.7對(duì)應(yīng)連接，可以方便地對(duì)每一個(gè)發(fā)光二極管進(jìn)行亮滅控制。由于是用灌電流驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管和都帶有限流保護(hù)電阻，所以可以減輕AT89C51芯片的驅(qū)動(dòng)負(fù)擔(dān)和因電流過大而擊穿或燒毀發(fā)光二極管和AT89C51芯片的現(xiàn)象。每個(gè)發(fā)光二極管都可以被單獨(dú)或同時(shí)電亮，可以指示多種不同的操作狀態(tài)。

2.3 按鍵輸入電路

用兩個(gè)機(jī)械按鍵一端與AT89C51芯片P2口的P2.2，P2.3連接，一端與地連接。通過按鍵按下和松開可以實(shí)現(xiàn)低電平和高電平的輸入，再與軟件對(duì)端口置1和延時(shí)輸入等抗干擾措施。按鍵輸入可以完成多種不同控制操作，可以改變操作數(shù)和狀態(tài)。

2.4 蜂鳴器電路

控制端與AT89C51芯片的P2口的P2.4連接，由一個(gè)9012三極管進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。蜂鳴器可以操作或系統(tǒng)運(yùn)行中，經(jīng)過配合軟件控制可以發(fā)出不同響聲或音樂鈴音，完成定時(shí)報(bào)警或錯(cuò)誤操作報(bào)警，完成聽覺指示的功能。

3 軟件設(shè)計(jì)與分析

3.1 系統(tǒng)資源分配

（1）定時(shí)器：定時(shí)器0用作時(shí)鐘定時(shí)，按方式1工作，每隔50MS溢出中斷一次。定時(shí)器1用作脈沖定時(shí)，按方式2工作，每隔50uM溢出中斷一次。

（2）片內(nèi)RAM及標(biāo)志位的分配與定義：0C_RN:R0,R1,R2,R3,R4,R5,R6,R7：寄存器0區(qū)

R0,R1：做指針使用；R3：做長(zhǎng)延時(shí) DELAY1 中使用；R4：用做響鈴次數(shù)；R5,R6：做延時(shí)2.5MS延時(shí)DELAY中使用；R7：做長(zhǎng)按鍵延時(shí)使用

1 C_RN:R3,R4,R5,R6,R7：寄存器1區(qū)R3,R4：脈沖周期個(gè)十位百千位存儲(chǔ)單元；R5,R6：鬧鐘懶人模式LANREN再響延時(shí)；R7：做時(shí)鐘1秒計(jì)數(shù)使用

RAM:20H.0,20H.1,20H.2：20H.0 為 鬧 鐘開關(guān)標(biāo)志,20H.1為響鈴標(biāo)志；20H.2為鬧鐘懶人模式中間標(biāo)志

30 H,31H,32H,33H：發(fā)光二極管指示目前數(shù)碼管顯示秒,分,時(shí),鬧鐘狀態(tài)；34H,35H,36H,37H：時(shí)鐘秒,分,時(shí),鬧鐘狀態(tài)存儲(chǔ)單元；38H,39H,3AH：鬧鐘秒,分,時(shí)存儲(chǔ)單元；40H：按鍵中間儲(chǔ)存單元；41H,42H：S1,S2散轉(zhuǎn)處理偏移值儲(chǔ)存單元

3.2 軟件流程

(1)主程序：初始化與鍵盤監(jiān)控 ，還有內(nèi)存自檢。

（2）計(jì)時(shí)：為定時(shí)器0、1中斷服務(wù)子程序，完成刷新計(jì)時(shí)緩沖區(qū)的功能。

系統(tǒng)計(jì)時(shí)是采用定時(shí)器與軟件循環(huán)相結(jié)合的方法。定時(shí)器0每隔50MS溢出中斷一次，則循環(huán)20次延時(shí)時(shí)間為1S，重復(fù)60次為1分，分再計(jì)時(shí)60次為1小時(shí)，小時(shí)計(jì)時(shí)24次則時(shí)間重新回到 00：00：00。

系統(tǒng)使用12MHZ的晶振，定時(shí)器0工作在方式1，則計(jì)算50MS定時(shí)初值為：定時(shí)時(shí)間=（2E16-定時(shí)器0初值）*（12/Fosc）。因此，定時(shí)器0初值為3CB0H，即TH0=3CH，TL0=0B0H。在計(jì)算時(shí)還應(yīng)該考慮的兩個(gè)問題：第一，定時(shí)器溢出產(chǎn)生中斷請(qǐng)求，CPU并不一定立即響應(yīng)中斷，而可能需要一個(gè)中斷響應(yīng)時(shí)間之后才能響應(yīng)中斷，中斷響應(yīng)時(shí)間大約為3～8個(gè)機(jī)器周期。所以將初值重設(shè)為3CB7H～3CBFH可以滿足精度要求。第二，時(shí)間是按十進(jìn)制遞增，而單片機(jī)只有二進(jìn)制加法指令，因此加法指令計(jì)時(shí)必須進(jìn)行二-十進(jìn)制轉(zhuǎn)換。初始化程序入口：置R0和R1指針指向時(shí)鐘的秒，R0和R1指針是指向當(dāng)前顯示的單元，F(xiàn)R0存放R0指針的首地址，LR1是存放超出顯示范圍。JPBM_S1和JPBM_S2是存放S1和S2按鍵的散轉(zhuǎn)指令的偏移值。

（3）時(shí)鐘設(shè)置和鬧鐘設(shè)置：由鍵盤輸入設(shè)置當(dāng)前時(shí)間與定時(shí)啟鬧時(shí)間。

將R0和R1指針重置指向秒，并初始化程序入口。對(duì)S1和S2的散轉(zhuǎn)指令的偏移值一樣，但FR0首地址不一樣，鬧鐘FR0=38H，時(shí)鐘FR0=34H。為了能夠達(dá)到期望設(shè)定的時(shí)間開始走時(shí)，在時(shí)鐘設(shè)置中應(yīng)先停止定時(shí)器計(jì)時(shí)。在退出設(shè)置時(shí)應(yīng)重新啟動(dòng)定時(shí)器開始計(jì)時(shí)。

（4）顯示：完成兩位的動(dòng)態(tài)顯示。

（5）鍵盤掃描：判斷是否有按鍵按下，并做相應(yīng)處理。

動(dòng)態(tài)顯示是將兩個(gè)數(shù)碼管輪流點(diǎn)亮的，這是由于人眼存在視覺暫留效應(yīng)，所以只要每位顯示間隔時(shí)間足夠短就可以給人同時(shí)顯示的感覺，一般是取2.5MS的延時(shí)時(shí)間。按鍵結(jié)構(gòu)與特點(diǎn):本設(shè)計(jì)是用機(jī)械式的按鍵。在按下或釋放時(shí),由于機(jī)械彈性作用的影響,通常伴隨有一定時(shí)間的觸點(diǎn)機(jī)械抖動(dòng),然后其觸點(diǎn)才穩(wěn)定下來.抖動(dòng)時(shí)間的長(zhǎng)短與開關(guān)的機(jī)械特性有關(guān),一般為 5～10ms。

（6）定時(shí)比較響鈴：判斷是否啟鬧時(shí)間到否，如時(shí)間到，則啟動(dòng)蜂鳴。

結(jié)語

本論文主要論述數(shù)字鬧鐘的軟、硬件設(shè)計(jì)的方法。能計(jì)時(shí)顯示時(shí)、分、秒和鬧鐘狀態(tài)，能重新設(shè)定時(shí)間參數(shù)。有鬧鐘提示和脈沖方波輸出功能。使用匯編語言程序編程實(shí)現(xiàn)其設(shè)計(jì)的各項(xiàng)功能。本數(shù)字鬧鐘設(shè)計(jì)可以使用多種風(fēng)格的程序來實(shí)現(xiàn)，主要是對(duì)按鍵輸入和顯示輸出的處理，本設(shè)計(jì)風(fēng)格對(duì)按鍵輸入和顯示輸出處理是使用散轉(zhuǎn)的方式處理的，散轉(zhuǎn)方式的處理易于地址化，模塊化，統(tǒng)一化和擴(kuò)展。

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