总体设计方案及组成原理
设计题目：电子时钟
专业班级：光电14101班学生学号：201411030114 学生姓名：贺舒怡
设计时间：2016.12.23
一、总体设计方案及组成原理
电子时钟主要实现的功能为：1、自动计时功能
2、能够显示时间
3、有校时功能，能对时间进行校准
针对上述功能我们在设计电子时钟时就主要需讨论计时、显示、调时三个功能的实现。
1、计时方案
我们可以利用单片机内部的两个定时/计数器T0和T1进行定时。它们的基本工作原理为：它们的本质就是一个二进制加1寄存器，当启动后就开始从所设定的计数初始值开始加1计数，寄存器计满回零时能自动产生溢出中断请求。
关于电子时钟实现定时功能的原理：当选择定时器工作方式时，对片内振荡器的12分频信号进行计数，实现定时；定时器的定时时间与系统的振荡频率有关，因为1个机器周期等于12个振荡周期，我们选择频率为12MHZ的晶振，其计数周期为1us。M1、M0两位构成工作方式控制位，它们不同的取值组合决定了工作方式的不同。C/T是是工作模式选择位，当取高电平为计数模式，取低电平时为定时模式。不同的工作方式决定了定时范围的不同，现假设最大计数值为M，那么各方式下的M值如下：方式0：M=8192；方式1：M=65536；方式2：M=256; 方式3：定时器0分为两个8位计数器，所以两个M均为256，因为定时/计数器是做“加1”计数，并在计满溢出时产生中断，因此初值X可以这样计算：
X=M-计数值。
2、显示方案
可以用比较常用的LED进行显示。
LED的显示方式分为静态显示和动态显示:
(1)静态显示方式
LED静态显示时，其公共端直接接地（共阴极）或接电源（共阳极），各段选线分别与I/O接口线相连。要显示字符，直接在I/O线发送相应的字断码，如下图所示：
两位数码管的静态显示
两个数码管的共阴极直接接地，如果要在第一个数码管上显示数字 1 ，只需在I/O（1）发送1的共阴极字码段；如果要在第二数码管上显示2，只需在I/O（2）发送2的字码段。
静态显示结构简单，显示方便，要显示某个字符，直接在I/O接口线上发送相应的字段码，但一个数码管需要8根I/O接口线，如果数码管个数少，用起来方便，但如果数码管数目较多时，往往采用动态显示方式。
（2)动态显示方式
LED动态显示是将所有的数码管的段选线并连在一起，用一个I/O接口控制，公共端不是直接接地（共阴极）或接电源电源（共阳极），而是通过相应的I/O接口线控制，如图2所示。图2是4位LED数码管动态显示连接图，4个数码管的段选线并接在一起，通过I/O（1)控制，它们的公共端不直接接地（共阴极）或电源（共阳极），每个数码管的公共端与一根I/O接口线相连，通过I/O（2）控制。设数码管为共阳极，它的工作过程为：第一步使右边第一个数码管的公共端D0为1，其余的数码管的公共端为0，同时在I/O（1）上发送第一个数码管的字段码，这时，只有右边第一个数码管显示，其余不显示；第二步使右边第二个数码管的公共端D1为1，其余的数码管的公共端为0，同时在I/O（1）上发送右边第二个数码管的字段码，这时，只有右边第二个数码管显示，其余不显示，依此类推，直到最后一个，这样4个数码管轮流显示相应的信息，一遍显示完毕，隔一段时间，又这样循环显示。从计算机的角度看，每个数码管隔一段时间才显示一次，但由于人的视觉暂留效应，只要时间足够短，循环的周期够快，每次达到24次以上，看起来数码管就一直稳定显示了，这就是动态显示的原理。而这个周期对于计算机来说很容易实现，所以在单片机中经常用到动态显示。
对于动态显示，计算机通常把显示一遍的处理过程编成子程序，每隔一段时间调
用一次。可以在主程序的循环中调用，每一次循环调用一次；也可以放在定时器中断服务程序中，定时计数器每隔一段时间中断一次，执行一次中断服务程序，相应地执行一次显示子程序。
3、调时方案
设定三个按键。一个按键充当控制键，控制是调时钟，还是调分钟，另外两个键充当加减键，对时分进行加减。调时方案可以在软件编程中实现。
二、系统设计
硬件电路设计
1、
软件计时LED数码管显示时钟在PROTEUS中的电路如下图所示：
其中单片机采用应用广泛的AT89C51，系统时钟采用12MHZ的晶振，8个数码管显示，小时与分钟与秒钟之间用短横线间隔，采用8个动态显示方式共阳极七段式数码管（7-SEG-MPX80-CA-BLUE),由于并口上没有连接其他的硬件电路，所以P0口直接作段选码输出端，P2口作为选码输出端。
采用简化按键方式，只设定3个开关K0、K1、和K2，通过P1口低3位相连。其中K0键为调时模式选择键，K1为加1键，K2为减1键。
2、软件计时数码管显示时钟的软件程序
软件系统程序由主程序和子程序组成，主程序包含初始化参数设置、按键处理、数码管显示模块等，在设计时，各个模块都采用子程序结构设计，在主程序中调用。时钟由定时/计数器0产生，采用中断方式工作，因此还要编写定时/计数器0中断服务子程序，在定时器/计数器0中断服务程序中形成时钟关系。
（1）主程序
主程序的执行流程如图A所示，主程序先对显示单元和定时器/计数器初始化，然后重复调用数码管显示模块和按键处理模块，当有键按下时，则转入相应的功能程序。
（2）数码管显示模块
本系统共用9个数码管，从左到右依次显示时十位、时个位、横线、分十位、分个位、横线、秒十位、秒个位。数码管显示的信息用8个内存单元存放,这8个内存单元称为数据缓冲区，其中秒个位
秒十位、分十位、分个位和分十位i、时个位和时十位分别由秒数据、分数据和小时数据分拆得到。
在本系统中，数码显示采用软件译码动态显示。在存储器中首先建立一张显示信息的字段码表，显示时，先在P2口送出位选码，选中显示的数码管，然后从显示缓冲区中取出当前显示的信息，在字码表中查出所显示的信息得字断码，从P0口输出，就能在相应的的数码管上显示出缓冲区的内容了。
定时/计数器T0中断服务程序
计时选择定时/计数器T0。具体处理如下：定时/计数器T0选择方式1，重复定时，定时时间设定为50MS，定时时间到则中断，在中断服务程序中用一个计数器对50MS计数，计20次则对秒单元加1，秒单元加到60则对分单元加1，同时秒单元清零；分单元加到60则对时单元加1，同时分单元清0；时单元加到24则对时单元清零，标志一天时间计满，这样就形成了时钟关系。在对各单元计数的同时，把它们的值存放到存储单元的指定位置。定时./计数器T0中断服务流程如图B.
按键处理模块
按键处理设置为：如没有按键，则时钟正常走时。当按K0键一次，时钟暂停走动，进入调小时状态，再按K0键一次，进入调分状态，再按K0键一次，回到正常走时；对于K1和K2按键，如果是正常走时，按K1和K2键不起作用，如果进入调时或调分状态，按K1键可对时或分进行加1操作，小时加到24则回到0，分加到60则回到0；按K2可对时或分进行减1操作，小时减到负则回到23，分减到负则回到59.按键处理模块的流程如图C
图A主程序流程
图B定时/计数器T0中断服务程序流程
图C按键处理模块流程
程序：
#include
#define char unsigned char
char code dis_7[12]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0xb2,0xf8,0x80,0x90,0xff,0xbf}; //共阳极LED数码管“0~9”、“灭”和“—”字段
char code scan_con[8]={0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf,0xbf,0x7f};
//位选择码
char data dis[8]={0x00,0x00,0x0b,0x00,0x00,0x0b,0x00,0x00};
//显示缓冲区，时、分、秒初始为0，0Xb0为“—”的编码
char data timedata[3]={0x00,0x00,0x00};
//分别为秒、分和小时的值
char data ms50=0x00,con=0x00,con1=0x00,con2=0x00;
sbit key0 = p1^0;
sbit key1 = p1^1;
sbit key2 = p2^2;
delay1ms(int t)
{
int i,j;
for(i=0;i for(j=0;j<120;j++); } //按键处理函数 keyscan() { EA=0; if(key0==0) { delay1ms(10) while(key0==0); con++;TR0=0;ET=0; if(con>=3) {con=0;TR0=1;ET0=1;} } if(con!=0) { if(key1==0) { delay1ms(10); while(key1==0); timedata[con]++; if(con==2)con1=24;else con1=60; if(timedata[con]>=con1) { timedata[con]=0;} } } if(con!=0) { if(key2==0) { delay1ms(10); while(key2==0); timedata[con]--; if(con==2) con2=23;else con2=59; if(timedata[con]<=0) {timedata[con]=con2;} } } EA=1; } //数码管显示函数 scan() { char k; dis[0]=timedata[0]%10;dis[1]=timedata[0]/10; dis[3]=timedata[1]%10;dis[4]=timedata[1]/10; dis[6]=timedata[2]%10;dis[7]=timedata[2]/10; for(k=0;k<8;k++) { p0=dis_7[dis[k]];p2=scan_con[k];delay1ms(1);p2=0xff; } } //主函数 main() { TH0=0x3c;TL0=0xb0; TMOD=0x01;ET0=1;TR0=1;EA=1; while(1) { scan(); keyscan(); } } //定时器/计数器T0中断服务函数 void time_intt0(void) interrupt 1 { ET0=0;TR0=0;TH0=0x3c;TL0=0xb0;TR0=1; ms50++; if(ms50==20) { ms50=0x00;timedata[0]++; if(timedata[0]==60) { timedata[0]=0;timedata[1]++; if(timedata[1]==60) { timedata[1]=0;timedata[2]++; if( timedata[2]==24) { timedata[2]=0; } } } } ET0=1; } 三、设计总结 这次设计，我通过查阅资料，自学知识，培养到了自己的自学能力，另外在设计程序的过程中，锻炼了自己的思维能力。设计出的时钟电路也实现了一定的的功能。但还是存在不足，比如时钟电路的功能太过简单，如果再让我改进，我会给它增加整点报时功能或者增加闹铃的功能。