MCU闹钟设计

基于51单片机的定时闹钟设计

1. 本设计中涉及到的硬件模块有C52、独立键盘、数码管、PC（含keil软件、烧写工具、串口调试工具等）
   
   (1)C52
   核心处理器。对传送的各个指令和数据进行处理。供其他模块用到的主要引脚有：P0：送码值；P2：送位选信号，连接键盘；TXD、RXD：串口通信；P3.7：蜂鸣器
   (2) 独立键盘K20-K27
   键盘分为独立键盘和矩阵式键盘。扫描方法有逐行扫描法和行列翻转法。在本设计中用到的键盘是独立式键盘K20-K27，分别连接到MCU C52的P2口，采用逐行扫描法，又由于只有一行，故只需扫描一次即可。在键盘按键时，需要考虑到键盘消抖问题。键盘消抖分为硬件消抖和软件消抖。在本设计中，直接采用软件延时delay2()，达到消抖功能，代码不长，又节省硬件资源。
   独立键盘K20-K27连接到C52管脚P2和数码管。各键功能：
   K20：编辑时间，以递增方式控制时针数值，包括时钟和闹钟
   K21：编辑时间，以递增方式控制分针数值，包括时钟和闹钟
   K22：时钟模式切换到闹钟模式
   K23：退出闹钟模式，并保存闹钟时间，开启闹钟
   K24：时钟模式和秒数显示模式切换
   K25：未用到，供功能扩充使用
   K26：开闹钟
   K27：关闹钟
   (3) 数码管
   数码管用于显示当前时间，闹钟时间和秒数。
   数码管显示分为静态显示和动态显示。静态显示时，各数码管在显示过程中持续得到送显信号，与各数码管接口的I/O口线是专用的。静态显示需借助C52串口完成。动态显示时，各数码管在显示过程中轮流得到送显信号，与各数码管接口的I/O口线是共用的。在动态显示过程中，数码管常亮是通过循环扫描送显信号实现。本设计中用到的数码管为共阴极接法，阴极接位选信号，即C52 P2口，阳极接P0口，接受码值时钟和闹钟模式下，显示时针数值和分针数值。秒数显示模式下，只有两个数码管亮，显示当前时间秒值。
   （4） PC
   在PC端除了编辑软件Keil和烧写工具外，另一个很重要的工具就是串口调试工具。串口工具通过串口线与C52通信。PC端到C52传送数据，控制写当前时间和设置闹钟。C52到PC端传送数据，提示PC送到C52的数据有误，并在串口界面上显示字符串“error! ”，供以提示。在PC端的串口工具选项设置与代码中串口设计参数匹配。波特率为9600，数据位8位，停止位1位。采用十六进制Hex发送。
   2.软件设计
   （1）时钟
   时钟设计有两个方案，一：利用程序计数延时定时；二：利用定时器定时。考虑到，程序定时不准确，误差大，而定时器c52内部晶振提供的时钟，能够精确定时，所以，本设计采用定时器给各模块提供准确时钟。对于时钟，主要用在走秒，即定时器定时时间为1s，考虑到，设计中需要用到串口进行数据传送，而且对用C52，1s属于长定时，所以定时器采用定时器timer0。timer0工作在方式1，定时设置为50ms，即初始值为TH0=0x4c,TL0=0x01,再通过一个标志位flag来控制次数，初始值为20，则定时时间刚好为1s。
   （2） 时间显示模式
   从设计要求看，本设计至少要涉及到两个模式：（1）时钟模式；（2）闹钟模式。时钟模式下，数码管实时显示当前时间，闹钟模式下，显示设置的闹钟时间，并且闹钟模式下，数码管显示的值闪烁，以区别于时钟模式，这样更易于区分这两种模式。这两个模式通过K22和K23来切换，K22从时钟模式进入闹钟模式，K23退出闹钟模式，并保存当前设置的闹钟时间，并置位闹钟状态位flag1=0（flag1=0，开闹钟；flag1=1，关闹钟），此外，时钟、闹钟模式下均为可编辑状态，K20、K21分别控制时针数值和分针数值。为了更接近现实的时钟，本设计提供第三种模式–秒数显示模式。这个模式下，4个数码管只有两个亮，用来显示秒数值，通过键K24切换到此模式，和退出此模式，对于秒数，其控制权在定时器timer0，不提供编辑功能。
   （3）振铃
   此功能的实现主要依靠实验箱上的蜂鸣器，当当前时间到达闹钟时间时，RD=0，开始振铃，蜂鸣器响。本设计中，在振铃状态，提供关闹铃功能，通过K27关闹钟，置闹钟状态位flag1=1，关闹钟；若是需要打开闹钟，则可按键K26，置flag1=0。
   （4） 串口
   此功能用于，在PC上通过串口工具，传送数据到C52，进而控制数码管值，即设置时间和闹钟。在实现串口功能，搭配用了定时器timer2，timer2工作于方式2，即8位自动重装。timer2作为波特率发生器，给串口提供数据传送速率。本设计中，波特率为9600，故timer2初始值为TH1=0xfd,TL1=0xfd。 在本设计中，在时钟模式和闹钟模式下，串口数据逐位传送，分别传给时针数值和分针数值。更具人性化的是，本设计提供错误提。当传送时针数值时，数据大于23，或传送分针数值时，数据大于59时，C52通过串口向PC传送错误提示“error! ”，提示数据传送错误。
   （5）键盘扫描
   本设计中键盘采用独立键盘K20-K27。读取键盘值通过：P2=0xff;key_pressed=P2;key_pressed则为读取到的键盘值，再匹配从而知道按了哪个键。在键盘扫描设计中，一个关键技术是键盘消抖。这里通过延时程序delay2()延时一段时间，再读取键盘值，判断是键盘抖动还是正常按下的值。
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