全功能数字电子钟(C51单片机应用开发)

一、设计目的：

　　通过单片机应用产品的设计与调试过程，巩固课程所学理论知识，初步了解单片机应用系统设计与调试的方法。

二、设计要求：

设计一个以AT89S51单片机为核心的数字电子钟控制器，实现电子钟的时间、日期交替显示、闹钟功能，并可通过按钮开关或键盘切换显示内容、调整参数、设置闹钟，在单片机实验板上模拟调试实现控制器的功能。具体设计要求如下：

1．开机自检，检查相关接口及数码管显示器、指示灯、蜂鸣器等外设是否正常。

2．8位数码管显示器平常以一定的时间间隔、合适的格式显示时间和日期信息，时间显示时、分、秒；日期显示年（2000~2099）、月、日；设置闹钟功能时显示时、分、开/关状态。

3．可通过按键设定时间、日期、闹钟等参数、手动切换显示。按键可用独立式按键或行列式键盘实现。设定参数过程有合适的方式指示当前可修改的内容。

4．对开关量输入进行软件消抖动处理，参数的设定有容错处理，如：小时不能超过23，日期中每月最大天数、闰年等。

5．用Protel设计可实现上述功能的控制器的原理图（最小应用系统）。

扩展功能（选做）：

1．可设置多次闹钟。

2．显示星期功能。

3．参数设定过程中，较长时间无操作，则自动恢复为正常显示方式。。

4．其它自选的扩展功能。

三、总体方案设计及说明

总体功能框图：

硬件：

8个LED采用动态扫描以节约驱动成本；

走时采用内部T0计时中断；

4x4矩阵键盘扫描采用线反转法，以中断扫描计数防止抖动；

……

软件：

采用C语言实现。

四、系统资源分配说明（接口、存储器分配）

1.接口：

89S51的P1口接8个LED小灯；

89S51的P3_2接蜂鸣器（低电平鸣响）；

外扩一片8255：

89S51单片机的P0口是低8位地址与数据复用的，现在我们用74HC373分离出地址，89S51高位地址的P2_0(A8)接8255的片选端（/CS）, 低位地址Q1Q0(A1A0)与8255的A1A0连接，数据位P0_7~P0_0分别接8255的D_7~D_0。 以此得到的8255端口的地址分别为：

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数码管的8个显示段；PB口分别接8个LED数码管的共阳极；

PC口分别接4x4矩阵键盘的行线和列线。

2.存储分配：

struct{ //闹钟时、分、秒 ，共设6个闹钟（初始状态默认：00-00-F1）

uchar hour;

uchar minute;

uchar isON;

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

uchar hour=12,minute=0,second=0;//时、分、秒

uchar temp_second; //用于立即切换显示时间/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};//各月天数

uchar alarm_isON=1; //闹钟总开关

uchar alarm_station=0; //闹钟状态

uchar ano; //闹钟号（当前时间到的闹钟号）

uchar start_minute;//开始响铃的时间（也就是所定闹钟的时间）

uint count_ms25=0; //软件计数器（计数40个25毫秒达1s）

uchar show_model=0; // 显示模式：[0]切换显示时间/日期 [1]切换显示日期/时间

const uchar fixtime=0x00;//时间修正量

uchar key=0xff;//获得的当前键值

uchar last_key=0xff; //最后一次扫描到的按键（非0xff）

uchar key_count=0;//扫描到同一按键的次数

uchar Edown=0; //闹钟开关键是否按下

uchar led_buf[8]={24,24,24,24,24,24,24,24}; //时间日期显示缓冲区

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};//数码管段码

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

五、软件流程图及说明

1.流程图：

2.主要程序段说明：

（1）显示：

动态显示：即各位数码管轮流点亮，对于显示器各位数码管，每隔一段延时时间循环点亮一次。利用人的视觉暂留功能可以看到整个显示，但须保证扫描速度足够快，人的视觉暂留功能才可察觉不到字符闪烁。显示器的亮度与导通电流、点亮时间及间隔时间的比例有关。调整参数可以实现较高稳定度的显示。动态显示节省了驱动和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]; /*送字段码*/

PB=pLED; /*送字位码*/

pLED>>=1; /*右移一位*/

Delay(1); /*延时*/

}

}

（2）键盘（本次设计对下面两种扫描方式都进行了实现）：

a.行扫描法：依次从第一至最末行线上发出低电平信号, 如果该行线所连接的键没有按下的话, 则列线所接的端口得到的是全“1”信号, 如果有键按下的话, 则得到非全“1”信号。

/*键盘扫描（行扫描法，延时消抖）********************************************************

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); // 获取最终键值

{ uchar i;

uchar line, row, k_value;

static uchar lastkey=0xff;

CTL=0x88; //CH输入，CL输出 10001000

PC=PC & 0xf0; // PC0～PC3输出0 , 输入PC4～ PC7（默认1无键按下）

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

{

lastkey=0xff;

return 0xff; //无键按下

}

row = PC;

Delay(4); //延时，消除抖动

if (row != PC)

{

lastkey=0xff;

return 0xff; //判为抖动

}

line=0xFE;

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

{ PC = line; //输出扫描信号

row=PC; //读键盘口

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.线反转法：线反转法也是识别闭合键的一种常用方法, 该法比行扫描速度快, 但在硬件上要求行线与列线外接上拉电阻。先将行线作为输出线, 列线作为输入线, 行线输出全“0”信号, 读入列线的值, 那么在闭合键所在的列线上的值必为0；然后从列线输出全“0”信号，再读取行线的输入值，闭合键所在的行线值必为 0。这样,当一个键被按下时, 必定可读到一对唯一的行列值。再由这一对行列值可以求出闭合键所在的位置。

//一次键盘扫描（线反转法，中断扫描计数去抖)*********************************************************

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输入，CL输出 10001000

PC=PC & 0xf0; //将低四位置0

if(PC!=0xF0) //判断按键是否按下 如果按钮按下 会拉低CH其中的一个端口

{

temp=PC; //读PC口

temp=temp&0xf0; //屏蔽低四位

temp=~