单片机作息时间控制器设计方案

1 单片机作息时间控制器设计方案 第 1 章 总体方案设计 设计要求 本课题要求以单片机为核心，设计一个具有定时和计数功能的智能化作息时间控制器，用于学校教学楼的时间控制，实现时间基准定时，并配合“启动”、“复位”等按键的操作，并按作息时间显示的内容要求有有以下功能： （ 1）按作息时间接通 /断开电铃； （ 2）课间接通 /断开播放音乐设备； （ 3）时间的设置与值显示（显示的内容要求有时、分、秒各两位） 点及意义 本课题要求设计一个 具有定时和计数功能的智能化作息时间控制器，用于学校教学楼的时间控制，实 现时间基准定时。数码管显示电路采用 示时分秒。按键电路控制定时计时。闹铃指示电路控制铃声。 统硬件电路设计 本方案采用一种是用以 核心 ,外加 8 位数码管，蜂鸣器，继电器和按键完成系统的设计要求。 系统硬件设计框图。根据设计要求，确定系统的设计方案，图 1系统总体设计 计框图。硬件电路由 6 个部分组成，即单片机时钟电路、复位电路、键盘输入电路、 码管显示电路、蜂鸣器电路、继电器电路。 位电路 时间电路 键盘输入电路 继电器电路 蜂鸣器电路 示电 路 2 图 1统设计框图 步设计思路 （ 1） 定义一组数表，存字形码 （ 2） 定义 4 个数据缓冲区，对应 4 个数码管，将要显示的字符的偏移量存入。通过查表指令从 输出。 （ 3） 码管通过驱动电路，显示相应的状态。位选由 高四位产生， （ 4） 通过 接通继电器和蜂鸣器。 （ 5） 系统设置 3 个按键，分别是选择键、时间加键、时间减键。 3 第 2 章 硬件电路设计 钟电路设计 单片机工作的时间基准是由时钟电路提供的，在单片机的 个引脚间，接一只晶振及两只电容就构成了单片机的 时钟电路，如图 2示。 图 2电路中器件选择可以通过计算和实验确定，也可以参考一些典型电路参数。电路中，电容器 2对振荡频率有微调作用，同时帮助晶振起振，通常取值范围在 22 般晶振为 12容取 22英晶体选择 12 复位电路设计 表 2单片机系统的复位电路在可以采用的是按钮式上电复位电路形式，其中电阻 R 采用10阻值，电容采 22F 的电容值。 键盘电路设计 为了减少键盘与单片机接口时所占用的 I/O 线的数 目， 独立是键盘 。 由于只要使用 3 4 个按键，按键分别接 是按键按下是接通到地。 图 2示电路设计 根据显示器显示接口的驱动方式采用动态显示。显示器的选择位接 动态扫描的方法进行显示，即逐个循环点亮各位显示器 ,实现 4 位共阳极 每次显示完 4 位，就判断时间是否超出，若超出则修改。 图 2 5 电器电路 图 2电器电路 通过与设定时间比较，相等时 通继电器，继电器常闭断开，常开闭合，蜂鸣器接通，开始响铃。 同时接通 点亮作为指示灯。 ，要准确定时，就使用了定时器 时50时用 软件计数，计数 20 次。完成 1s 定时。在主程序中对定时器赋初值，数据缓冲区初始化，同时对显示子程序、按键子程序、时间修改子程序、和 响铃 子程序的一次循环调用。 图 3子程序设计 显示子程序 采用动态显示，通过 现显示器位的控制。令 始时取第一位待显参数（缓存区 30H 单元中的数，字形码的偏移量 ），将位控数据输出到 将30为段码送入 取下一位位控数，缓存区指针加一，延时。循环显示， 显示 4次后结束循环。 开始 初始化单片机 定时器赋值 显示子程序 键盘子程序 时间修改子程序 响铃 子程序 7 是 否 否 是 图 3示程序流程图 开始 位控信号给 查表后待显字符给 将秒显示与入后显示 直接显示 向数据缓冲区 30H 指针 位控信号左移 否大于34H 显示结束 位控指向第3 位没 8 铃 子程序 每次显示完 4位时间后，就依次和预设的时间进行比较，看是否相等，若相等则对 ，开始 响铃 ，同时判断 20 20s 响铃 完成后，对 ， 响铃 结束。 否 是 否 是 图 3开始 响铃 结束 当前时间与 设定比较 响铃 20s 完 成 9 盘扫描子程序 系统设计中需要用到 3 个按键。按键个数少，采用独立式键盘可以节约硬件资源。编程也相对简单一点。当读取到有按键按下时，加上延时去抖动，防止误读。 否 是 否 是 否 是 图 3键子程序流程图 开始 调用显示程序 延时去抖动 读键值 执行功能 返回 按 键按下 ？ 按 键按下 ？ 按键 松开 ？ 10 第 4 章 系统 调试与性能分析 先按电路原理图把线连接好，通过 （ 1）开机显示时间 电源接通后按下开机键，单片机开始工作，时间显示 为 16： 09。其中小时的个位下面的点的闪烁用来表示秒针的自加。闪烁 30 次后系统默认 1 分钟，时钟自加 1。 图 4机时间显示 （ 2） 定时 响铃 当时间到设定值时如 16:40,上课打铃开始，蜂鸣器发出 20s 的声音。 图 4时打铃上课 11 （ 3）播放音乐。当时间到大课间时，系统就会播放音乐，这里用第 2 位 点亮来代替音乐的播放。 图 4间休息放音乐 （ 4）修改时间，按下 后根据按下的次数，会分别点亮左边 别表示可以修改时间个 4 位。 图 4改时间 在按键修改时出现过一些小问题，如可以调出 24 点 25 点等不存在的时间，经过后续的修改，这些问题都得到了解决 12 第 5 章 总结 2 周的课程设计就有结束了，对与自己能设计出一个作息时间控制器，并且功能也都基本实现感到高兴。但是设计的东西也还只是试验阶段，做出来用还是会有好多毛病的，比如说音乐，就是用了个 替，并不会真正唱歌。还有就是调时间的时候，我想调第4 位的话，要按 4 次，还不可以连续按 4 次，按太快的话系统读取不到按键。总的来说，真真使用还是有好多小毛病需要改进的。 同时通过 这次课程设计， 然我们 对课程 理论内容的一次复习和巩固，还让我们丰富了更多与该专业相关的其他知识，比如软件应用等，在摸索中学习，在摸索中成长，在学习的过程中带着问题去学我发现效率很高，这是我做这次课程设计的又一收获，在真正设计之前我们做了相当丰富的准备，首先巩固一下课程理论，再一遍熟悉课程知识的构架，然后结合加以理论分析、总结，有了一个清晰的思路和一个完整的的软件流程图之后才着手设计。 在设计程序时，我们不能妄想一次就将整个程序设计好，反复修改、不断改进是程序设计的必经之路；养成注释程序的好习惯是非常必要的，一个程序的完美与否不仅仅是实现功能，而应该让人一看就能明白你的思路，这样也能为资料的保存和交流提供了方便；我觉得在设计课程过程中遇到问题是很正常，但我们应该将每次遇到的问题记录下来，并分析清楚，以免下次再碰到同样的问题的课程设计又出错了。 除了对此次设计的准备工作之外，我们还学到了很多平时难得的东西，首先是团队协作，在这次设计当中，难免和同学产生观点和意见的分歧，以及分工明细、时间安排等不合理，通过这次设计，我们体会到了团结合作的重要性及力量之强大，还有让我们处理事情更加有条理，思路更加清晰明了了，发现、提出、分析、解决问题和实践 能力的提高都将受益于我在以后的学习、工作和生活中。 13 参考文献 1王迎旭等 M. 2版 2012 2胡汉才 M清华大学出版社， 2010. 3戴灿金 语言程序设计开发实例 M2010 14 附录 附录 A 硬件电路原理图 15 附录 B 程序清单 000H 00030H 0H,#09H 1H,#00H 2H,#06H 3H,#01H 4H,#70H,#001H 30A 3,#10 4,#60 5,#00 7,#22,#01: O 1 303,16 3,#10 4,0H 4,#60 O: ,#00H ;显示子程序 2,A ,#00,A 0,#30H ;指针指向数据缓冲区 1,#0数码管位控制 , ;位信号给 亮对应的位 2,A ,#32H, ;判断 否指向第 3 位，若指向则 将 32H 单元的数和20H 单元数 在显示 ,A+,20H , ;不等于 32H 则跳转下来，将 30H 单元的数给 A，后查表 ,A+0,A ;显示出来 0 ;指针自加指向下一位 , 1,A ;判读 4 次是否显示完成 17 9H,92H,82H,00H,90H A,30H ,#00H,#00H 1H ,31H ,#06H 1H,#00H 2H ,33H ,#02H ,32H ,#02H,#00H 3H ,32H ,#04H 2H,#00H 3H,#00H ,30H ;8:00 定时 ,#00H,18 ,31H ,#00H,32H ,#08H,33H ,#00H, ,30H ;8:45 定时 ,#05H,31H ,#04H,32H ,#08H,33H ,#00H, ,30H ,#05H,31H ,#05H,32H ,#08H,33H ,#00H, ,30H ,#00H,31H ,#04H,32H ,#09H,33H ,#00H, ,30H 19 ,#00H,31H ,#01H,32H ,#00H,33H ,#01H, ,30H ,#05H,31H ,#05H,32H ,#00H,33H ,#01H, ,30H ,#05H,31H ,#00H,32H ,#01H,33H ,#01H, ,30H ,#00H,31H ,#04H,32H ,#01H,33H ,#01H,20 ,30H ,#00H,31H ,#03H,32H ,#04H,33H ,#01H, ,30H ,#05H,31H ,#01H,32H ,#05H,33H ,#01H, ,30H ,#00H,31H ,#01H,32H ,#06H,33H ,#01H, ,30H ,#00H,31H ,#04H,32H ,#06H,33H ,#01H,21 ,30H ,#05H,31H ,#02H,32H ,#07H,33H ,#01H, ,30H ,#05H,31H ,#03H,32H ,#07H,33H ,#01H, ,30H ,#00H,31H ,#02H,32H ,#08H,33H ,#01H, ;判断响铃 20s 完成没 ,#40 , ;到 20s 跳转出去 ,#73,A 1,A 22 ,#03,A 1,A ,#40 ,#01,A 5 5,#28, ,#01,A ;判断按键是否按下 7 ,34H 1,A 4H,A 7,#34H,7,#21,#04H,#7 5H,#023 O 5H, ,1,A ,1,A 1,#0A,30H ,#00H,#00H A,31H 24 ,#06H 1H,#00H ,33H ,#02 A,32H ,#02H,#00H A,32H ,#04H 2H,#00H A,33H ,#03H 3H,#00H A,30H ,#00H,#09H A,31H ,#01H,#05H ,33H 25 ,#02 A,32H ,#02H,#09H ,32H ,#02H,#03H A,33H ,#03H,#02H 2,6,#06,26 单片 机原理及应用课程设计评分表 项 目 评 价 优 良 中 及格