单片机作息时间控制.doc

作息时间控制器 张舟 申文锋 邹坚单片机作息时间控制器姓 名：张舟 申文锋 邹坚 摘要：本作息时间控制器主要是由单片机及其基本外围电路组成。单片机使用C51单片机。外围电路主要有晶振，复位电路，数码显示器，按键电路等组成。通过44键盘外部输入控制信号，经单片机处理对数码管显示时钟，可对数码管时钟设置，删除，查询定时时间点，从而达到作息时间控制的功能。目录1系统设计41.1 设计要求41.2 系统设计方案预想42.单元硬件电路设计43单元软件实现74系统设计及调试过程105结论116附录（详细程序）121 系统设计1.1 设计要求1、用单片机作息时间控制器；2、用四位数码管显示实时钟（时、分，24小 时制、12小时），有秒闪，小时十位有零 消隐；3、可用数字键或+、- 键校时（可快速+、-） 被校位（时、分）闪烁；4、作息时间可设定（最多16个时间点），可任意查询、添加、删除；5、设定时间到发出提示音（5秒），时钟显示闪烁 。1.2 系统设计思路此次训练有硬件和软件两部分的设计，而且各个部分都比较容易出错，所以在制作时应注意让硬软件能分别调试，因此决定先做硬件部分，连接好后，用简单程序测试硬件电路。若检测无误，再逐步设计程序，并且也应注意功能渐进，不能一口吃，急于求成往往导致失败和无奈。2. 单元硬件电路设计硬件框图如下：共有44键盘，单片机外围电路（复位电路，P0,P1,P2口上拉电阻），和数码管显示电路3个印制电路板。键盘电路如下:键盘接口电路用P1口接成44结构，把每个键都分成水平和垂直的两端接入，比如说扫描码是从垂直的入，那就代表那一行所接收到的扫描码是同一个bit，而读入扫描码的则是水平，扫描的动作是先输入扫描码，再去读取输入的值，经过比对之后就可知道是哪个键被按下。程序读键盘按下与否的时候用的是“二次反转法”扫描法。例如其中KEY6的扫描码为11011011 = 0xDB，以此类推各个键的扫描码。键值如下：数码管电路如下：数码管是共阴极，单片机显示为先位选，再段选，扫描显示，由于视觉暂留，对人眼不形成闪烁显示。位驱动代码分别为0x01,0x02,0x04,0x08，0x10,0x20,0x40,0x80。单片机接口如下：如图所示，单片机的封装图，本课题中用到单片机的P0,P1,P2口，外围电路分别在P0,P1,P2口上加了上拉电阻，在第9个引脚上加了复位电路，18和19引脚为晶振。外接晶振电路。RST端应外接复位电路。P0,P2口接数码管的段码和位码的显示端，P1口接键盘读取输入口。P0,P1,P2在布线的时候应紧贴硬质板，排线整齐，以减少干扰。引脚介绍VCC : 电源GND: 地P0 口：P0 口是一个 8 位漏极开路的双向 I/O 口。作为输出口，每位能驱动 8 个 TTL 逻 辑电平。对 P0 端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。 当访问外部程序和数据存储器时，P0 口也被作为低 8 位地址/数据复用。在这种模式下， P0 具有内部上拉电阻。在 flash 编程时，P0 口也用来接收指令字节；在程序校验时，输出指令字节。程序校验时，需要外部上拉电阻。P1 口：P1 口是一个具有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，p1 输出缓冲器能驱动 4 个 TTL 逻辑电平。对 P1 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入 口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。 此外，P1.0 和 P1.2 分别作定时器/计数器 2 的外部计数输入（P1.0/T2）和时器/计数器 2 的触发输入（P1.1/T2EX），具体如下表所示。在 flash 编程和校验时，P1 口接收低 8 位地址字节。引脚号第二功能P1.0T2（定时器/计数器 T2 的外部计数输入），时钟输出P1.1T2EX（定时器/计数器 T2 的捕捉/重载触发信号和方向控制）P1.5MOSI（在系统编程用）P1.6MISO（在系统编程用）P1.7SCK（在系统编程用）P2 口：P2 口是一个具有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P2 输出缓冲器能驱动 4 个 TTL 逻辑电平。对 P2 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入 口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。 在访问外部程序存储器或用 16 位地址读取外部数据存储器（例如执行 MOVX DPTR） 时，P2 口送出高八位地址。在这种应用中，P2 口使用很强的内部上拉发送 1。在使用8 位地址（如 MOVX RI）访问外部数据存储器时，P2 口输出 P2 锁存器的内容。 在 flash 编程和校验时，P2 口也接收高 8 位地址字节和一些控制信号。P3 口：P3 口是一个具有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，p2 输出缓冲器能驱动 4 个 TTL 逻辑电平。对 P3 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入 口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。 P3 口亦作为 AT89S52 特殊功能（第二功能）使用，如下表所示。在 flash 编程和校验时，P3 口也接收一些控制信号。引脚号第二功能P3.0RXD（串行输入）P3.1TXD（串行输出）P3.2INT0(外部中断 0)P3.3INT0(外部中断 0)P3.4T0（定时器 0 外部输入）P3.5T1（定时器 1 外部输入）P3.6WR(外部数据存储器写选通)P3.7RD(外部数据存储器写选通)RST: 复位输入。晶振工作时，RST 脚持续 2 个机器周期高电平将使单片机复位。看门 狗计时完成后，RST 脚输出 96 个晶振周期的高电平。特殊寄存器 AUXR(地址 8EH)上 的 DISRTO 位可以使此功能无效。DISRTO 默认状态下，复位高电平有效。ALE/PROG：地址锁存控制信号（ALE）是访问外部程序存储器时，锁存低 8 位地址 的输出脉冲。在 flash 编程时，此引脚（PROG）也用作编程输入脉冲。 在一般情况下，ALE 以晶振六分之一的固定频率输出脉冲，可用来作为外部定时器或 时钟使用。然而，特别强调，在每次访问外部数据存储器时，ALE 脉冲将会跳过。 如果需要，通过将地址为 8EH 的 SFR 的第 0 位置 “1”，ALE 操作将无效。这一位置 “1”， ALE 仅在执行 MOVX 或 MOVC 指令时有效。否则，ALE 将被微弱拉高。这个 ALE 使 能标志位（地址为 8EH 的 SFR 的第 0 位）的设置对微控制器处于外部执行模式下无效。PSEN:外部程序存储器选通信号（PSEN）是外部程序存储器选通信号。当 AT89S52 从外部程序存储器执行外部代码时，PSEN 在每个机器周期被激活两次，而在访问外部数据存储器时，PSEN 将不被激活。EA/VPP:访问外部程序存储器控制信号。为使能从 0000H 到 FFFFH 的外部程序存储器读取指令，EA 必须接 GND。为了执行内部程序指令，EA 应该接 VCC。在 flash 编程期间，EA 也接收 12 伏 VPP 电压。XTAL1:振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。XTAL2:振荡器反相放大器的输出端。3. 单片机的软件实现（程序附在最后）键盘处理子程序的流程图软件编程上的总体思路是采用中断方式，程序当中定义了很多中断标志，中断标志发出一次中断请求，CPU响应中断后进入中断子程序。根据设计要求程序大概可以分为几大块，有数码管显示程序，有数字加减程序，有作息时间设定，删除，查询程序，发出提示音程序。其中里面的数字加减和作息时间设定，少不了键盘的读取程序。4 系统设计及调试过程4.1 硬件制作首先我们跟据要求用protel软件画出电路原理图，主要由键盘，数码管以及51芯片三部分组成，根据资料我们在板子上加上了复位，晶振和蜂鸣器电路。接下来我们就是根据电路原理图来焊接系统，焊接好基本的硬件电路后，我们就要进行硬件的测试。先测单片机的各个管脚是不是与键盘以及数码管连通。全部确定连通后，我们尝试烧入一个简单的时钟计时程序，自动计时，数码显示和开关改时。通过改变程序中的P口，可分别测试六个数码管，以及16个开关是否能正常工作。4.2 软件测试把程序烧入单片机，连接好键盘和数码显示电路，按键盘键对程序进行调试。键的定义用处如下：Key1：切换分，时，再按下为原正常态。Key4：分或时加，查询时向后查询Key8：分或时减，查询时向前查询Key10：在设定定时状态下删除定时节点Key12：按下存入节点Key13：进入查询定时状态，在按下退出Key16：切换12和24小时制按key1进行时分切换，按下key1进入分调试，按key4对分加，再按key8对分减，再按key1切换到时调试。同样按key4，key8进行加减。Key13进入设定定时状态，此时时钟显示全部清零，然后按key4，key8分别加减，当要求定时的数值再按key12存入数组，此时还是在定时的状态，还可以加入要定时的时间，如果不需要，则同样按key13退出。查询和删除定时节点的时候也要按key13进入定时状态，key4为向后查询，key8为向前查询。Key10为删除定时节点，按key13退出。最后key16为切换12和24小时制。5 结论 这次的课题设计，主要是对我们的一种训练，不仅仅是训练我们硬件电路的设计，还考验我们的单片机编程能力。其实硬件电路的设计要求并不是很高，不过即使如此，在调试过程中我们还是出现了许多问题，接口是最容易焊错的，我们就是由于P0和P2口焊接反了造成数码管显示的错误。排阻也是容易焊错的地方，由于排阻又9个接口，所以要注意不能焊反掉了。在编程的时候，除了对语言和单片机的功能需熟练外，编程的技巧还是至关重要的。一般结构化程序设计方法：自顶向下，逐步细化，模块化设计，模块化编码。这样程序就可以变得逻辑关系清晰，可读性强具有很强的可验证性和可维护性，便于协同合作和软件代码资源的共享。单片机的编程在一开始对我们是一个很大的困难，因为我们一组的同学几乎以前都没接触过单片机的c语言编程，后来花了一个多礼拜的研究，通过网上下载视频，图书馆借书等等的途径，我们终于有所小成，最终编写出这样一个程序，来实现了要求的功能。我觉得我们还需要不断的研究和学习总结，特别是在编程部分，我们还有很多需要提高和改进的部分，我们需要通过不断的实践，我们才能真正在这方面有所收获。6 附件（程序）第22页 共22页#pragma small#include #include #include /包含了_nop_()/*/以下为常量定义/*/键值列表#define Key1 0xE7#define Key2 0xEB#define Key3 0xED#define Key4 0xEE#define Key5 0xD7#define Key6 0xDB#define Key7 0xDD#define Key8 0xDE#define Key9 0xB7#define Key10 0xBB#define Key11 0xBD#define Key12 0xBE#define Key13 0x77#define Key14 0x7B#define Key15 0x7D#define Key16 0x7E/*/以下为函数声明/*void key_scan(void);void clock24(void);void clock12(void);void disp_h(void);void disp_m(void);/*/以下为变量等定义/*/代码(MOVC结构)code unsigned char led_seg =/LED显示段码0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,0x40,0x79,0x24,0x30,0x19,0x12,0x02,0x78,0x00,0x10,0x88,0x8c;/A&Pcode unsigned char led_seg_fan=/LED显示段码_反0xc0,0xf9,0x64,0x70,0x59,0x52,0x42,0xf8,0x40,0x50,0x80,0xb9,0x24,0x30,0x19,0x12,0x02,0xb8,0x00,0x10;code unsigned char led_loc =/LED显示位码0x01,0x02,0x04,0x08,0x10,0x20,0x40,0x80;unsigned char alarm_m16=/闹钟时间点99,99,99,99,99,99,99,99,99,99,99,99,99,99,99,99;unsigned char alarm_h16=99,99,99,99,99,99,99,99,99,99,99,99,99,99,99,99;/-/变量定义unsigned char disp_buf8;/显示缓存第0位为最低位unsigned char disp_cnt;/显示刷新位置计数，08unsigned char cnt_2500us,cnt_100ms,cnt_500ms;unsigned int cnt_1s,cnt_800ms;cnt_5s;/定时器计数单元unsigned char s_buf;/秒寄存器unsigned char m_buf;/分寄存器unsigned char h_buf;/小时寄存器unsigned char m_tmp;/分暂存器unsigned char h_tmp;/小时暂存器unsigned char key_buf;/键值缓存unsigned char status;/状态字unsigned char status_buf;/-/位操作标志定义bdata unsigned char flag1;/为标志集合1sbit flag_2500us=flag10;/2500us定时器标志sbit flag_100ms=flag11;/100ms定时器标志（键延迟）sbit flag_500ms=flag12;/500ms定时器标志sbit flag_1s=flag13;/1s定时器标志sbit key_press=flag14;/键已被按下标志sbit key_acpt=flag15;/键值已接受标志sbit a=flag16;/交替标志sbit flag_800ms=flag17;sbit P3_7=P37;bdata unsigned char flag2;sbit b=flag20;sbit flag_5s=flag21;/*/以下为子程序模块/*void Time_0(void) interrupt 1/T0中断（定时中断）if(+cnt_2500us8)/2.5ms基础定时器cnt_2500us=0;P2 =0x00;P0 =disp_bufdisp_cnt&0x07;P2 =led_locdisp_cnt&0x07;disp_cnt+;/-if(!flag_100ms)/100ms定时器if(+cnt_100ms39)cnt_100ms=0;flag_100ms=1;/-if(!flag_500ms)/500ms定时器if(+cnt_500ms199)cnt_500ms=0;flag_500ms=1;/-if(!flag_800ms)/500ms定时器if(+cnt_800ms319)cnt_800ms=0;flag_800ms=1;/-if(!flag_5s)if(+cnt_5s1999)cnt_5s=0;flag_5s=1;/-if(!flag_1s)/1s定时器if(+cnt_1s399)cnt_1s=0;flag_1s=1;/2.5ms基础定时器结束/*/键扫描子程序void key_scan(void)P1 =0x0f; /读键if(P1|0xf0)=0xff)/是否有键按下/无键按下key_press=0;/清键已被按下标志key_acpt=0;/清键值已接受标志else/有键按下if(!key_press)/是否已置键已被按下标志key_press=1;/置键已被按下标志flag_100ms=0;/置100ms键延迟标志elseif(flag_100ms)/100ms键延迟是否到if(!key_acpt)/键值是否被接受key_buf =P1&0x0f;/读低4位P1 =0xf0;/读高4位key_buf=(P1&0xf0)|key_buf;/接受键值key_acpt=1;/置键值已接受标志/*/时钟子程序void clock24(void)if(flag_1s)flag_1s=0;if(s_buf59)s_buf+;elses_buf=0;if(m_buf59)m_buf+;elsem_buf=0;if(h_buf23)h_buf+;elseh_buf=0;if(flag_500ms)flag_500ms=0;if(a=0)disp_buf1=led_segh_buf%10+10;disp_buf2=led_seg_fanm_buf/10+10;a=1;elsedisp_buf1=led_segh_buf%10;disp_buf2=led_seg_fanm_buf/10;a=0;if(h_buf/10)disp_buf0=led_segh_buf/10;elsedisp_buf0=0xff;disp_buf3=led_segm_buf%10;disp_buf4=led_segs_buf/10;disp_buf5=led_segs_buf%10;disp_buf6=0xff;void clock12(void)if(flag_1s)flag_1s=0;if(s_buf59)s_buf+;elses_buf=0;if(m_buf59)m_buf+;elsem_buf=0;if(h_buf11)disp_buf6=led_seg21;elsedisp_buf6=led_seg20;/*/小时,分钟显示void disp_h(void)if(status_buf=0)if(h_buf/10)disp_buf0=led_segh_buf/10;elsedisp_buf0=0xff;disp_buf1=led_segh_buf%10;else if(status_buf=1)if(h_buf%12/10=1|h_buf%12=0)disp_buf0=led_seg1;elsedisp_buf0=0xff;if(h_buf%12=0)disp_buf1=led_seg2;elsedisp_buf1=led_segh_buf%12%10;if(h_buf11)disp_buf6=led_seg21;elsedisp_buf6=led_seg20;void disp_m(void)disp_buf2=led_seg_fanm_buf/10;disp_buf3=led_segm_buf%10;/*/以下为主程序/*void main(void)unsigned char i;unsigned char j;/-/程序初始化PCON=0x00;IE=0x00;/禁止全部中断IP=0x00;/默认优先级TH1=0xFD;/主频11.0592MHz，波特率=9600TL1=0xFD;TH0=0x00;/主频11.0592MHz，定时器0每秒3600次中断TL0=0x00;/SCON=0x50;/UART：9600/N/8/1TMOD=0x22;/设定时器0为8位自动重装载TCON=0x50;/启动定时器，INT0、INT1电平触发EA=1;/中断总允许控制位/EX0=1;/允许外部中断0ET0=1;/允许T0中断/EX1=1;/允许外部中断1/ET1=1;/允许T1中断/ES=1;/允许UART中断/EX2=1;/允许外部中断2/TI=0;/RI=0;flag1=0x00;/位标志集合1flag2=0x00;key_buf=0;/键值缓存s_buf=0;m_buf=0;h_buf=0;status =0;/起始状态字a=0;P3_7=1;/disp_buf0 =led_segstatus;for(i=1;i8;i+)/开机显示缓存初始化disp_bufi =0xff;for(i=0;i0xe8;i+)/开机延迟for(j=0;j0xff;j+);i=0;j=0;/-/主程序开始while(1)key_scan();/状态机处理：switch(status)/状态处理case 0:/0状态,24小时制时钟clock24();b=1;if(h_buf=alarm_hj&m_buf=alarm_mj)status_buf=0;status=10;flag_5s=0;else if(j=15)j=0;elsej+;switch(key_buf)case Key16:status=1;break;case Key3:status_buf=0;status=2;break;case Key5:status_buf=0;status=8;h_tmp=h_buf;m_tmp=m_buf;break;key_buf|=0xff;/清键值break;case 1:/1状态,12小时制时钟clock12();b=1;if(h_buf=alarm_hj&m_buf=alarm_mj)status_buf=1;status=10;flag_5s=0;else if(j=15)j=0;elsej+;switch(key_buf)case Key16:status=0;break;case Key3:status_buf=1;status=2;break;case Key5:status_buf=1;status=8;h_tmp=h_buf;m_tmp=m_buf;break;key_buf|=0xff;/清键值break;case 2:/2状态,调小时switch(key_buf)/调整case Key1:if(flag_800ms)status=4;elseif(h_buf0)h_buf-;elseh_buf=23;break;case Key3:status=3;break;case Key6:status=3;break;if(flag_500ms)/闪烁flag_500ms=0;if(a=0)disp_buf0=0xff;disp_buf1=0xff;a=1;elsedisp_h();a=0;key_buf|=0xff;/清键值 break;case 3:/3状态,调分switch(key_buf)case Key1:if(flag_800ms)status=6;elseif(m_buf0)m_buf-;elsem_buf=59;break;case Key3:status=status_buf;break;case Key6:status=9;break;if(fl