单片机电子时钟毕业设计论文
1 引言
单片机系统被定义为：以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可裁剪，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。实际上单片机系统是计算机的一种应用形式，是将先进的计算机技术、半导体技术和电子技术与各个行业的具体应用相结合后的产物，具有软件代码小、高度自动化、响应速度快等特点。因此它是一个技术密集、资金密集、高度分散、不断创新的知识集成系统。特别适合于要求实时的和多任务的系统。
如今单片机系统的应用越来越广泛，那么单片机系统应用缘何能在近年来的信息技术应用中脱颖而出，成为众多商家角逐的对象。其实原因很简单，因为这里面蕴藏着巨大的市场，巨大的商业利益，单就电视应用而言，目前全球有2亿多有线电视用户，中国也有8000多万户，而且每年还在以600万的速度递增。如今，在这块领域里，还没有一家公司有成熟的产品，也没有标准的操作系统，更没有一个可以主导市场的垄断者。在这种局势下，虽然竞争将异常剧烈，但突围的可能性也较大，只要能够培养出自己的技术能力和市场开拓能力，是有可能取得巨大成功的。
设计电子打铃的最终目的是能把它应用到实际中去。如学校的作息时钟打铃，车站的日期时间显示，实时控制系统以及仪器仪表，家用电器等各个领域。由于它的应用领域广，技术要求各不相同，因此应用系统的硬件设计是多样化的，但总设计方法和研制步骤相同。本论文主要介绍一下电子打铃的设计过程与方法，以及在单片机系统上的调试方法。
电子打铃课题设计着重于实践和动手能力的培养，通过阅读并学习本论文可以大概了解单片机的发展及其工作方法，了解汇编语言，掌握一定的ＭＣＳ—５１单片机知以及用指令编程方法和技巧。能用ＭＣＳ—５１单片机指令编制出一些实用的小程序。
另一方面通过本论文可以了解电子打铃打铃器的时钟走时、显示、定时器等的工作方式以及时钟控制打铃编程方法。时钟走时是利用定时器计数进行的，显示由键盘显示接口电路与五个数码显示组成，利用可实现对键盘、显示器的自动扫描并且可以减轻对ＣＰＵ的负担，具有显示稳定、程序简单、不会出现误动作的特点。
时钟控制就是利用键盘输入一个时设定的时间值，再经过程序中的比较判断程序来控制时钟走。
2 总体方案论证
方案：采用AT89C51单片机来实现系统的控制。此系统硬件简洁，将复杂的硬件功能用软件实现，因此系统控制灵活，能很好地满足本题的基本要求和扩展要求简洁、灵活、可扩展性好，能完全达到设计要求，故采用这种方案。
2.1 确定技术指标
在开始设计前，必需明确应用系统的功能和技术要求，综合考虑系统的先进性、可靠性、可维护性、成本及经济效益等。再参考国内外同类产品的资料，提出合理可行的技术指标，以达到最高的性价比。
2.2 机型选择
机型选择的出发点及依据，可根据市场情况，选择成熟、稳定、货源充足的机型产品。同时还应根据应用系统的要求考虑所选的单片机应具有很高的性价比。
另一方面为提高经济效率，缩短研制周期，最好选用最熟悉的机种和器件。采用性能优良的单片机开发工具也很能加快系统的研制过程。
2.3 器件选择
应用系统除单片机以外，系统通常还有传感器、模拟电路、输入输出设备。这些部件的选择应符合系统的精度、速度和可靠性等方面的要求。
2.4 软、硬件功能的划分
系统的软件与硬件的设计是紧密联系在一起的，在某场合硬件和软件具有一定的互换性。为了降低成本、简化硬件结构，某些功能可由软件来完成。若为了提高工作速度、精度、减少软件的工作量、提高可靠性，也可以采用硬件来完成。总之，硬件、软件两者是相辅相成的，可根据实际应用情况来合理选择。
3 模块电路设计与比较
3.1 时钟方案选择
方案一：因为题目中只要求显示小时和分钟，因此可以用门电路组合构成时钟发生器，但此方案硬件复杂，稳定性低，且不易控制。
方案二：采用时钟芯片。该芯片可以进行时分秒的计数，可编程接口，还具有报警功能和掉电保存功能，并且可以对其方便的进行程序控制，完全能满足题目的要求。
3.2 显示模块的选择
方案一：采用数码管显示。数码管亮度高、体积小、重量轻，但其显示信息简单、有限，在本题目中应用很大。
方案二：采用液晶显示。液晶显示功耗低，轻便防震。由于本题显示信息比较简单，采用液晶显示界面不清晰，操作不方便。
3.3 其他设计的考虑
闹铃响采用带音乐芯片的扬声器，为实现题目中接触止闹功能，我们可以采用触发开关控制闹铃的启动。通过单片机的中断定时控制闹铃停止。
4 系统模块设计及电路图
4.1 键盘接口电路设计
我们采用 2 ×8 的键盘，原理图如图所示。
4.2电源电路设计
4.3 显示模块
4.4 数码管驱动模块
5 测试方法及结果
5.1 测试方法采用先分别调试各单元模块，调通后再进行整机调试的方法，以提高调试效率。
（1）时钟测试在带有单片机的电路板上编程调试，使其在液晶上显示出时分秒，并可以通过键盘控制设定时间和闹铃开关的时间。利用仿真机调试成功后通过编程器将程序写入芯片中调试，调试结果显示，该模块可以显示时分秒，可以正常工作。
（2）闹钟测试通过键盘控制设定闹钟开关和闹钟响的时间，并通过单片机程序驱动音乐电路发声。经过调试，闹钟功能正常，满足题目的基本要求。5.2 测试结果
5.2.1 基本要求
上电复位后，由显示信息可知达到数字显示时间、闹钟开、关状态、闹钟灯熄灭的显示要求，
可进行时间设定，在新的时间点上运行，实现时间设置功能；可进行闹钟时间设定，在新的时间点到达时，发出声报警，实现闹钟设置功能；时间到达闹钟设置值时，系统发出声报警，实现闹钟控制。
5.2.2 自行发挥部分
多闹钟设置
系统可以设置多个闹钟时间，目前以1个为例设计了系统，可实现多点启闹及
显示日历、星期
6 电子打铃的研制过程
电子打铃的研制过程实际上是一个应用系统的研制过程。所谓应用系统，就是利用单片机为某应用目的而设计的单片机专用系统（在调试过程中通常称为目标系统）。
电子打铃和一般的计算机应用系统一样，也是由硬件和软件组成。硬件指单片机、扩展的存储器、输入输出设备、控制设备、执行部件等组成的系统。软件是各种各种应用程序的总称。硬件和软件只有紧密结合，协调一致，才能组成高性能的应用系统。在系统的研制过程中，软硬件的功能总是在不断地调整，以便相互适应，相互配合，以达到最佳的性价比。
电子音时钟的研制过程主要包括总体设计、硬件设计、软件设计、在线仿真调试、程序固化等几个阶段。
6.1 硬件设计
硬件设计的主要任务是根据总体设计要求，以及在所选的机型上的基础上，确定系统扩展所用到的外围电路等，然后设计出系统电路原理图。
对于电路芯片的选择原则应根据系统对它的速度、精度、价格的要求而确定。除此之外，还应考虑和系统中的传感器、放大器相匹配问题。
1.地址译码电路的设计：MCS-51系统有充足的存储空间，包括64KB程序存储器和64KB的数据存储器，在应用系统中一般不需要这么大的容量。为了简化硬件线路，同时还要使用到的存储器空间地址连续，通常采用译码器、线选法相结合的办法。
2.线驱动器的设计：MCS-51系统单片机扩展功能比较强，但扩展总线负载能力有限。若所扩展的电路负载超过总线负载能力时，系统便不能可靠地工作。此情况下必须在部线上加驱动器。
3. 其它电路的设计：由于单片机具有很多的特点，它被大量地应用于工业测控系统中，而在这些系统中，经常要对一些现场物理量进行测量或者将其采集下来进行信号处理之后，再反过来去控制被测对象或相关设备。在这种情况下，应用系统的硬件设计就应该包括与此有关的外围电路。例如，键盘、显示器、开关、输入输出设备、采样、放大、应用系统各部分的驱动能力等外围电路，要进
行全盘合理的设计。
4.可靠性设计：课题设计的可靠性是一项最重要最基本的技术指标，这是硬件设计时必须考虑的一个指标。
可靠性是指在规定的条件规定的时间内完成规定功能的能力。规定的条件包括环境条件（如温度、湿度、振动等）、供电条件等。规定的时间一般指平均故障时间，平均无故障时间、连续正常运行时间等。规定的功能随单片机的应用系统不同而不同。单片机应用系统在实际工件中，可能会受到各种外部和内部的干扰，使系统工作产生错误或故障，为了降低错误和故障的产生机率，常采用以下可提高可靠性的措施：
(1)提高元件的可靠性；
(2)提高印刷电路板和组装的质量，设计电路板时布线及接地方法要符合要求；
(3)对供电电源采用扩干扰措施；
(4)输入输出通道扩干扰措施。
6.1 工艺设计，包括机箱、面板、配线、接插件等，这也是一个初次进行系统设计人员容易疏忽但又十分重要的问题。在设计时要充分考虑到安装、调试、维修的方便。
6.2 软件设计
在电子打铃的研制中，软件设计是工作量最大而也是最重要的一环，其设计的一般方法和步骤如下。
6.2.1 系统定义
系统定义是指在软件设计前，首先要进一步明确设计软件所要完成的任务，然后结合硬件结构，而确定软件承担的任务细节。其软件定义内容有：
（1）确定各输入/输出的功能，信号的类别，电平范围，与系统接口方式，占用口地址，读取的输入方式等。
（2）定义分配存储器空间，包括系统主程序，常数表格，功能子程序块的划分，入口地址等。
（3）若有断电保护措施，应定义数据暂存区标志单元等。
（4）面板开关，按键等控制输入量的定义与软件编制密切有关，系统运行过程的显示，运算结果的显示，正常运行和出错显示等也是由软件完成的。所以事先要给予以定义。
6.2.2 设计细节
（1）根据软件功能要求，将系统软件分成若干个相对独立的部分。根据它们之间的联系和时间上的关系，设计出合理的软件总体结构，使其清晰、简捷、流程合理。
（2）培养结构化程序设计风格，各功能程序实行模块化、子程序化。既便于调试、链接，又便于移植、修改。
（3）建立正确的数学模型。即根据功能要求，描述出各个输入和输出变量之间的数学关系，它是关系到系统性能好坏的重要因素。
（4）为提高软件设计的总体效率，以简明、直观的方法对任务进行描述，在编写应用软件之前，应绘制出程序流程图。这不仅是程序设计的一个重要组成部分，而且是决定成败的关键部分。从某种意义上讲，多花一份时间来设计程序流程图，就可以节约几倍源程序编辑调试时间。
（5）注意在程序的有关位置处写上功能注释，提高程序的可读性。
（6）加强软件抗干扰设计，它是提高计算机应用系统可靠性的有力措施。
6.3 软件结构设计
合理的软件结构是设计出一个性能优良的单片机应用于系统软件的基础，必须充分重视。依据系统的定义，把整个工作分解为若干相对独立的操作，再考虑各操作之间的相互联系及时间关系而设计出一个合理的软件结构。
对于简单的课题设计，可采用顺序结构设计方法，其系统软件由主程序和若干个中断服务程序构成。明确主次序和中断服务程序完成的操作及指定各中断的优先级。
对于复杂的课题设计，可采用实时多任务操作系统，此操作系统应具备任务调度，实时控制，实时时钟，输入输出和中断控制，系统调用，多个任务并行运行等功能。以提高系统的实时性和并行性。
在程序设计方法上，模块程序设计是单片机应用中常用的程序设计方法。这种模块化程序便于设计和调试，容易完成可供多个程序共享的优点，但各个模块之间的连接有一定的难度。根据需要也可以采用自上而下的程序设计方法，此方法先从主程序开始设计，然后再编制个从属的程序和子程序。这种方法比较符合人伞兵日常思维。缺点是上一级的程序错误会对整个程序产生影响。