全功能數(shù)字電子鐘(C51單片機(jī)應(yīng)用開發(fā))

一、設(shè)計(jì)目的：

　　通過單片機(jī)應(yīng)用產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與調(diào)試過程，鞏固課程所學(xué)理論知識(shí)，初步了解單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)與調(diào)試的方法。

二、設(shè)計(jì)要求：

設(shè)計(jì)一個(gè)以AT89S51單片機(jī)為核心的數(shù)字電子鐘控制器，實(shí)現(xiàn)電子鐘的時(shí)間、日期交替顯示、鬧鐘功能，并可通過按鈕開關(guān)或鍵盤切換顯示內(nèi)容、調(diào)整參數(shù)、設(shè)置鬧鐘，在單片機(jī)實(shí)驗(yàn)板上模擬調(diào)試實(shí)現(xiàn)控制器的功能。具體設(shè)計(jì)要求如下：

1．開機(jī)自檢，檢查相關(guān)接口及數(shù)碼管顯示器、指示燈、蜂鳴器等外設(shè)是否正常。

2．8位數(shù)碼管顯示器平常以一定的時(shí)間間隔、合適的格式顯示時(shí)間和日期信息，時(shí)間顯示時(shí)、分、秒；日期顯示年（2000~2099）、月、日；設(shè)置鬧鐘功能時(shí)顯示時(shí)、分、開/關(guān)狀態(tài)。

3．可通過按鍵設(shè)定時(shí)間、日期、鬧鐘等參數(shù)、手動(dòng)切換顯示。按鍵可用獨(dú)立式按鍵或行列式鍵盤實(shí)現(xiàn)。設(shè)定參數(shù)過程有合適的方式指示當(dāng)前可修改的內(nèi)容。

4．對(duì)開關(guān)量輸入進(jìn)行軟件消抖動(dòng)處理，參數(shù)的設(shè)定有容錯(cuò)處理，如：小時(shí)不能超過23，日期中每月最大天數(shù)、閏年等。

5．用Protel設(shè)計(jì)可實(shí)現(xiàn)上述功能的控制器的原理圖（最小應(yīng)用系統(tǒng)）。

擴(kuò)展功能（選做）：

1．可設(shè)置多次鬧鐘。

2．顯示星期功能。

3．參數(shù)設(shè)定過程中，較長時(shí)間無操作，則自動(dòng)恢復(fù)為正常顯示方式。。

4．其它自選的擴(kuò)展功能。

三、總體方案設(shè)計(jì)及說明

總體功能框圖：

硬件：

8個(gè)LED采用動(dòng)態(tài)掃描以節(jié)約驅(qū)動(dòng)成本；

走時(shí)采用內(nèi)部T0計(jì)時(shí)中斷；

4x4矩陣鍵盤掃描采用線反轉(zhuǎn)法，以中斷掃描計(jì)數(shù)防止抖動(dòng)；

……

軟件：

采用C語言實(shí)現(xiàn)。

四、系統(tǒng)資源分配說明（接口、存儲(chǔ)器分配）

1.接口：

89S51的P1口接8個(gè)LED小燈；

89S51的P3_2接蜂鳴器（低電平鳴響）；

外擴(kuò)一片8255：

89S51單片機(jī)的P0口是低8位地址與數(shù)據(jù)復(fù)用的，現(xiàn)在我們用74HC373分離出地址，89S51高位地址的P2_0(A8)接8255的片選端（/CS）, 低位地址Q1Q0(A1A0)與8255的A1A0連接，數(shù)據(jù)位P0_7~P0_0分別接8255的D_7~D_0。 以此得到的8255端口的地址分別為：

PA：xxxxxxx0 xxxxxx00取0x0fefc； PB：xxxxxxx0 xxxxxx01取0x0fefd；

PC：xxxxxxx0 xxxxxx10取0x0fefd； CTL：xxxxxxx0 xxxxxx11取0x0feff；

8255的PA口控制LED數(shù)碼管的8個(gè)顯示段；PB口分別接8個(gè)LED數(shù)碼管的共陽極；

PC口分別接4x4矩陣鍵盤的行線和列線。

2.存儲(chǔ)分配：

struct{ //鬧鐘時(shí)、分、秒 ，共設(shè)6個(gè)鬧鐘（初始狀態(tài)默認(rèn)：00-00-F1）

uchar hour;

uchar minute;

uchar isON;

}alarm[6]={{0,0,0}};

uchar hour=12,minute=0,second=0;//時(shí)、分、秒

uchar temp_second; //用于立即切換顯示時(shí)間/日期

uint year=2011;// 年

uchar month=12;// 月

uchar day=1; // 日

uchar week=6;// 星期

uchar Mdays[]={0,31,28,31,30,31,30,31,31,30,31,30,31};//各月天數(shù)

uchar alarm_isON=1; //鬧鐘總開關(guān)

uchar alarm_station=0; //鬧鐘狀態(tài)

uchar ano; //鬧鐘號(hào)（當(dāng)前時(shí)間到的鬧鐘號(hào)）

uchar start_minute;//開始響鈴的時(shí)間（也就是所定鬧鐘的時(shí)間）

uint count_ms25=0; //軟件計(jì)數(shù)器（計(jì)數(shù)40個(gè)25毫秒達(dá)1s）

uchar show_model=0; // 顯示模式：[0]切換顯示時(shí)間/日期 [1]切換顯示日期/時(shí)間

const uchar fixtime=0x00;//時(shí)間修正量

uchar key=0xff;//獲得的當(dāng)前鍵值

uchar last_key=0xff; //最后一次掃描到的按鍵（非0xff）

uchar key_count=0;//掃描到同一按鍵的次數(shù)

uchar Edown=0; //鬧鐘開關(guān)鍵是否按下

uchar led_buf[8]={24,24,24,24,24,24,24,24}; //時(shí)間日期顯示緩沖區(qū)

uchar code led_table1[]={0x0c0,0x0f9,0x0a4,0x0b0, 0x99,0x92,0x82,0x0f8,0x80,0x90,

0x88,0x83,0x0C6,0x0a1,0x86,0x8e,0x40,0x79,0x24,0x30,0x19,0x12,0x02,0x78,0x00,0x10,

0x08,0x03,0x46,0x21,0x06,0x0e,0x7f,0x0bf,0xff};//數(shù)碼管段碼

uchar code KBTable[] = {'1','2','3','F','4','5','6','E','7','8','9','C','0','A','B','D'};//鍵值（可有可無）

五、軟件流程圖及說明

1.流程圖：

2.主要程序段說明：

（1）顯示：

動(dòng)態(tài)顯示：即各位數(shù)碼管輪流點(diǎn)亮，對(duì)于顯示器各位數(shù)碼管，每隔一段延時(shí)時(shí)間循環(huán)點(diǎn)亮一次。利用人的視覺暫留功能可以看到整個(gè)顯示，但須保證掃描速度足夠快，人的視覺暫留功能才可察覺不到字符閃爍。顯示器的亮度與導(dǎo)通電流、點(diǎn)亮?xí)r間及間隔時(shí)間的比例有關(guān)。調(diào)整參數(shù)可以實(shí)現(xiàn)較高穩(wěn)定度的顯示。動(dòng)態(tài)顯示節(jié)省了驅(qū)動(dòng)和I/O口，降低了能耗。

void LED_show(uchar buf[])

{

uchar i,num,pLED=0x80;

for(i=0;i<8;i++)

{

num=buf[i];

PA=led_table1[num]; /*送字段碼*/

PB=pLED; /*送字位碼*/

pLED>>=1; /*右移一位*/

Delay(1); /*延時(shí)*/

}

}

（2）鍵盤（本次設(shè)計(jì)對(duì)下面兩種掃描方式都進(jìn)行了實(shí)現(xiàn)）：

a.行掃描法：依次從第一至最末行線上發(fā)出低電平信號(hào), 如果該行線所連接的鍵沒有按下的話, 則列線所接的端口得到的是全“1”信號(hào), 如果有鍵按下的話, 則得到非全“1”信號(hào)。

/*鍵盤掃描（行掃描法，延時(shí)消抖）********************************************************

uchar code KBTable[] = {

0xEE,'1',0xDE,'4',0xBE,'7',0x7E,'0',

0xED,'2',0xDD,'5',0xBD,'8',0x7D,'A',

0xEB,'3',0xDB,'6',0xBB,'9',0x7B,'B',

0xE7,'F',0xD7,'E',0xB7,'C',0x77,'D',

0x00,0xff};

uchar Get_key(void); // 獲取最終鍵值

{ uchar i;

uchar line, row, k_value;

static uchar lastkey=0xff;

CTL=0x88; //CH輸入，CL輸出 10001000

PC=PC & 0xf0; // PC0～PC3輸出0 , 輸入PC4～ PC7（默認(rèn)1無鍵按下）

if ((PC & 0xf0) == 0xf0)

{

lastkey=0xff;

return 0xff; //無鍵按下

}

row = PC;

Delay(4); //延時(shí)，消除抖動(dòng)

if (row != PC)

{

lastkey=0xff;

return 0xff; //判為抖動(dòng)

}

line=0xFE;

for (i=0;i<4;i++)

{ PC = line; //輸出掃描信號(hào)

row=PC; //讀鍵盤口

if ((row & 0xf0) != 0xf0)

break;

line=(line<<1)+1;

}

if (i==4)

{ lastkey=0xff; return 0xff; }

k_value = (row & 0xf0) " (line & 0x0f) ;

for (i=0; i<32; i+=2)

if (k_value == KBTable[i])

break;

if(lastkey==KBTable[i+1])

return 0xff;

lastkey=KBTable[i+1];

return KBTable[i+1];

}

b.線反轉(zhuǎn)法：線反轉(zhuǎn)法也是識(shí)別閉合鍵的一種常用方法, 該法比行掃描速度快, 但在硬件上要求行線與列線外接上拉電阻。先將行線作為輸出線, 列線作為輸入線, 行線輸出全“0”信號(hào), 讀入列線的值, 那么在閉合鍵所在的列線上的值必為0；然后從列線輸出全“0”信號(hào)，再讀取行線的輸入值，閉合鍵所在的行線值必為 0。這樣,當(dāng)一個(gè)鍵被按下時(shí), 必定可讀到一對(duì)唯一的行列值。再由這一對(duì)行列值可以求出閉合鍵所在的位置。

//一次鍵盤掃描（線反轉(zhuǎn)法，中斷掃描計(jì)數(shù)去抖)*********************************************************

uchar code KBTable[] = {'1','2','3','F','4','5','6','E','7','8','9','C','0','A','B','D'};

//key_index 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

uchar key_scan(void) //返回 '0','1','2'...'E','F',0xff

{ uchar key_index,temp=0;

CTL=0x88; //CH輸入，CL輸出 10001000

PC=PC & 0xf0; //將低四位置0

if(PC!=0xF0) //判斷按鍵是否按下 如果按鈕按下 會(huì)拉低CH其中的一個(gè)端口

{

temp=PC; //讀PC口

temp=temp&0xf0; //屏蔽低四位

temp=~