电子时钟设计

1项目概述

1.1项目简介

项目内容：以C51单片机为核心，设计一个定电子时钟，8位LED数码管，分别显示“时-分-秒”。显示范围范围从0小时0分0秒到23小时59分59秒，通过定时器来定时一秒钟，每过一秒刷新一次显示时间。通过矩阵键盘设置小时、分钟和秒数的初值。按调时按键按下后开始进入调整时间模式，通过矩阵按键进行新一次时间调整，并且可以通过按键设置闹钟，当到达闹钟时间时间时，数码管会闪烁一段时间并停止刷新时间，当按下24-12进制切换按键后，时钟显示会在24时制和12时制之间切换。
项目用途：电子时钟广泛用于生活中的各种场景，在人们的生活中不可或缺，在国防科技、工业制造领域也有着极其重要的地位。
学习价值：利用C51单片机进行电子时钟设计，掌握了关于中断、定时器、数码管等知识，对今后关于部件图的绘制有了更深的理解。
社会意义：此次进行单片机电子时钟的课程设计，我们懂得了时间的重要性，在以后的学习生活中要珍惜时间，在今后的学习中深入单片机领域的学习与探索。

1.2功能需求分析
（1）系统可以时间进行设计，显示格式为：“时”（第1,2位），“分”（第4,5位），“秒”（第7,8位）。
（2）当调整时间键被按下时自动进入调整时间模式，时钟不再刷新时间，通过矩阵键盘的按下从左至右依次可以进行时间更改。
（3）当24/12时制切换键被按下时，时钟显示自动切换另一种显示模式。
（4）当时间到达设置的闹钟时间时，数码管显示自动停止刷新时间并开始闪烁一段时间。

1.3系统开发环境、工具需求分析与选择
PROTUES软件进行仿真、keil软件、PC机。

2项目硬件系统设计

2.1 系统方案原理图
（1）项目主要硬件。
硬件系统是指构成微机系统的实际装置，通常是由单片机、数码管显示、定时器计数、矩阵按键和外部中断等组成。单片机芯片选择AT89C51，显示区域使用8位LED数码管，键盘是34普通矩阵键盘以及外部中断INT0 INT1。

（2）项目主要模块介绍
34键盘：数据从此地方进行数据输入，将数值传给单片机。
定时器：定时时间，使得显示数据按秒进行刷新。
中断INT0、INT1：可进行24小时制与12小时制的转化以及时间设定开始开关。
8位LED数码管：进行时间的显示。
仿真图如下：

抽象为组件图如下：

2.2 外设原理介绍
输入电路：主要完成信息的采集，本项目采用3*4动态按键扫描，由12个分别位于行和列的按键组成，4条行线分别接单片机的P1.0_{P1.3,3条列线分别接单片机的P1.4}P1.6。两个中断开关分别连接到单片机的P3.2和P3.3口。
输出电路：本项目采用8位LED数码管动态扫描显示电路，笔段A~DP分别与单片机的P0口相连，公共端分别受单片机的P2口控制。
控制电路：通过定时器的定时1秒钟不断刷新来改变显示的数值，对输入的信息进行分析，本项目用C51单片机来实现。
中断电路：通过INT0和INT1两个中断来增加了调整时间模式和24/12时制之间转换模式。
2.3 键盘输入模块工作原理
本设计之中使用的是3x4的普通键盘，我们可以使用其行列号来识别被按下的按键以此来获知被按键的信息，因此将行输出信号和列输出信号接入单片机芯片C51的 P1口，通过循环扫描，读取行列的数据来判断是否有按键被按下，如果有则调用按键识别程序来识别具体按键，并执行相应的操作，按键识别是根据按键时得到的列代码与行代码的结合，在汇编语言中进行查表来判断是哪个键。
2.4 数码管显示模块工作原理
8位一体共阳极LED数码管，这8个数码管的段选端在器件内部并联在了一起，外部引出了一个共用的段选端A_{G，DP。每一个数码管的公共端单独引出，分别对应引脚1}8。数码管段选信号由单片机的P0口输出，位选信号由P2.0~P2.7引脚控制。

3系统软件体系设计

3.1 项目软件系统总架构图

主程序流程图：

显示程序流程图：

中断程序流程图：

定时器流程图：

4项目运行效果展示

下图为24时进制显示的16时9分57秒
下图为12时制显示的4时10分12秒

相关代码（全，更加详细解释图与介绍见我上传资源）：

#include <reg51.h>
#include <intrins.h>                    
unsigned char code table[] = { 0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,
				0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,0xff };
unsigned char count = 0;//定时器 计数变量 
unsigned char time[] = { 16,9,50 };//初始显示的时间  16-09-50 
unsigned char p = 0;//调整时间时候，将要调整的位数 
unsigned char num = 0;//按键接收值 
unsigned char state = 0;//state=0 显示时间模式，state=1 调整时间模式 
unsigned char change = 0;//change=0 24时显示时间，change=1 12时显示
void delay(unsigned int z)
{
	unsigned int x, y;
	for (x = z; x > 0; x--)
		for (y = 110; y > 0; y--);
}
void disp()//数码管显示函数 
{
	P2 = 0x01;
	P0 = table[time[0] / 10];
	delay(3);

	P2 = _crol_(P2, 1);
	P0 = table[time[0] % 10];
	delay(3);

	P2 = _crol_(P2, 1);
	P0 = 0xbf;
	delay(3);

	P2 = _crol_(P2, 1);
	P0 = table[time[1] / 10];
	delay(3);

	P2 = _crol_(P2, 1);
	P0 = table[time[1] % 10];
	delay(3);

	P2 = _crol_(P2, 1);
	P0 = 0xbf;
	delay(3);

	P2 = _crol_(P2, 1);
	P0 = table[time[2] / 10];
	delay(3);

	P2 = _crol_(P2, 1);
	P0 = table[time[2] % 10];
	delay(3);

	P0 = 0xff;
}
void keyscan()//按键扫描函数 
{
	P1 = 0xfe;
	while ((P1 & 0xf0) != 0xf0)
	{
		delay(3);

		while ((P1 & 0xf0) != 0xf0)
		{

			switch (P1)
			{
			case 0xee:num = 1; break;
			case 0xde: num = 2; break;
			case 0xbe: num = 3; break;
			}
			if (state) p++;//在调整时间模式 每次按下按键自动调整为修改下一位 
			delay(300);
			while ((P1 & 0xf0) != 0xf0) disp();
		}
	}

	P1 = 0xfd;
	while ((P1 & 0xf0) != 0xf0)
	{
		delay(3);

		while ((P1 & 0xf0) != 0xf0)
		{

			switch (P1)
			{
			case 0xed: num = 4; break;
			case 0xdd: num = 5; break;
			case 0xbd: num = 6; break;
			}
			if (state)p++;
			delay(300);
			while ((P1 & 0xf0) != 0xf0) disp();
		}
	}

	P1 = 0xfb;
	while ((P1 & 0xf0) != 0xf0)
	{
		delay(3);

		while ((P1 & 0xf0) != 0xf0)
		{

			switch (P1)
			{
			case 0xeb: num = 7; break;
			case 0xdb:num = 8; break;
			case 0xbb: num = 9; break;
			}
			if (state)p++;
			delay(300);
			while ((P1 & 0xf0) != 0xf0) disp();
		}
	}
	P1 = 0xf7;
	while ((P1 & 0xf0) != 0xf0)
	{
		delay(3);

		while ((P1 & 0xf0) != 0xf0)
		{

			switch (P1)
			{
			case 0xe7: num++; p--; break;
			case 0xd7: num = 0; break;
			case 0xb7: break;
			}
			if (state)p++;
			delay(300);
			while ((P1 & 0xf0) != 0xf0) disp();
		}
	}
}
void change_time()//调整时间模式 计算函数 
{
	if (state)
	{
		switch (p)
		{
		case 1:time[0] = (num * 10 + time[0] % 10); break;//num接受按键的值，小时的十位上改为num的值，个位不变 
		case 2:time[0] = (num + (time[0] / 10 * 10)); break;//小时的个位上改为num的值，十位不变 
		case 3:time[1] = (num * 10 + time[1] % 10); break;//num接受按键的值，分钟的十位上改为num的值，个位不变 
		case 4:time[1] = (num + (time[1] / 10 * 10)); break;//分钟的个位上改为num的值，十位不变
		case 5:time[2] = (num * 10 + time[2] % 10); break;//num接受按键的值，秒的十位上改为num的值，个位不变 
		case 6:time[2] = (num + (time[2] / 10 * 10)); break;//秒的个位上改为num的值，十位不变
		}
		if (p >= 6)//全部调整完时间，进入正常时间显示模式，并打开定时器 
		{
			state = 0;
			TR1 = 1;
			p = 0;
		}
	}
}
void init_timer1()
{
	TMOD = 0x15;
	IE = 0x85;
	IP = 0x04;
	TL1 = (65536 - 50000) % 256;
	TH1 = (65536 - 50000) / 256;
	TR1 = 1;
	ET1 = 1;
	EA = 1;
}
void main()
{
	init_timer1();//定时器中断初始化 
	while (1)
	{
		disp();
		keyscan();
		change_time();
	}
}
void TIME_1() interrupt 3//定时器计数 
{
	TL1 = (65536 - 50000) % 256;	//50ms 
	TH1 = (65536 - 50000) / 256;
	count++;
	if (change) time[0] %= 12;//保证小时小于12 
	else time[0] %= 24;//保证小时小于12 
	time[1] %= 60;//保证分钟用于小于60 
	if (count == 20)//到达1s 
	{
		count = 0;
		time[2]++;//秒加一 
		if (time[2] >= 60)//秒进位 
		{
			time[2] = 0;//秒清零 
			time[1]++;//分加一 
			if (time[1] >= 60)//分进位 
			{
				time[1] = 0;//分清零 
				time[0]++;//小时加一 
			}
		}
	}
}
void int0() interrupt 0//进入调整时间模式 
{
	state = 1;
	TR1 = 0;//关闭定时器 
}
void int1() interrupt 2//切换24-12时间显示 
{
	change = ~change;
}

5总结与心得体会

通过单片机课程设计,我们对单片机原理的学习更加掌握和了解，为以后的学习奠定了基础。这次课程设计基于每周做的单片机项目，使得我们对单片机整体构架有个初步的认识和见解，在课程设计的过程中，明白了合理的小组分工尤为重要，本课程设计我们制作电子时钟，完成了正常电子时钟的显示功能、定时闹钟和调整时间功能，并在此基础完善了增加了利用矩阵键盘进行调整时间的功能，实现显示“小时．分钟．秒”的定时功能和12时／24小时切换显示，可灵活实现小时加、分钟加等功能。本设计具有较强的灵活性，可实现性高，具有较高的应用价值。虽然进行了代码多次优化与调试，但是对于部分功能仍存在显示出错的问题，我们在以后的学习中会继续完善代码，将软件与硬件完美结合，在单片机领域更加努力的学习。