单片机课程设计定时闹钟.doc

太原理工大学现代科技学院 单片机原理与接口技术 课程设计 设计名称 定 时 闹 钟 专业班级 通信 12 2班 学 号 姓 名 指导教师 太原理工大学现代科技学院太原理工大学现代科技学院 课程设计任务书课程设计任务书 注 课程设计完成后 学生提交的归档文件应按 封面 任务书 说明书 图 纸的顺序进行装订上交 大张图纸不必装订 指导教师签名指导教师签名 温景国 日期日期 2015 3 1 专业班级学生姓名课程名称 单片机原理与应 用技术 课程设计 设计名称 定时闹钟 设计周数 1 5指导教师温景国 设计 任务 主要 设计 参数 设计一个以单片机为核心的定时闹钟 主要设计参数 1 显示范围 00 00 00 23 59 59 2 可以校对时间 3 可以设置闹钟时间 4 时间到报警 5 可以解除报警 6 动态显示方式 设计内容 设计要求 1 硬件电路设计 1 MCU 主电路设计 2 IO 接口电路设计 3 LED 显示接口电路设计 2 软件设计 1 初始化程序设计 2 各功能模块设计 3 软件硬件调试 主要参考 资 料 1 单片机原理与接口技术 李晓林等 电子工业出版社 2015 2 微型计算机控制技术 潘新民等 人民邮电出版社 1999 3 单片机应用系统设计技术 张齐等 电子林业出版社 2010 学生提交 归档文件 课程设计说明书 1 份 目录目录 1 1 引言引言 WEWE 2 2 概述概述 1 1 2 2 1 1 设计意义设计意义 1 1 2 2 2 2 设计任务设计任务 1 1 2 2 3 3 设计系统的主要功能设计系统的主要功能 1 1 3 3 系统总体方案设计系统总体方案设计 2 2 3 13 1 系统总体方案系统总体方案 2 2 3 23 2 系统设计方框图系统设计方框图 2 2 4 4 硬件设计硬件设计 2 2 4 14 1 芯片 芯片 AT89C51AT89C51 2 2 4 24 2 喇叭喇叭 SPEAKER SPEAKER 5 5 4 34 3 时钟电路时钟电路 5 5 4 44 4 显示器模块的设计显示器模块的设计 5 5 5 5 软件设计软件设计 7 7 5 15 1 划分模块划分模块 7 7 5 25 2 程序流程图程序流程图 7 7 5 35 3 模块程序模块程序 8 8 5 3 15 3 1 时间的设置程序时间的设置程序 8 8 5 3 25 3 2 闹钟时间的设置程序闹钟时间的设置程序 1010 5 3 35 3 3 喇叭响应程序喇叭响应程序 1212 5 45 4 数码显示数码显示 1313 6 6 软件仿真软件仿真 1414 7 7 课程设计体会课程设计体会 1616 太原理工大学现代科技学院 课程设计 专业班级 学号 姓名 成绩 1 引引言言 1 1 单单片片机机的的发发展展史史 单片机是在一块硅片上集成了各种部件的微型计算机 随着大规模集成电路技 术的发展 可以将中央处理器 CPU 数据存储器 RAM 程序存储器 ROM 定时器 计数器以及输入 输出 I O 接口电路等主要计算机部件 集成 在一块电路芯片上 虽然单片机只是一个芯片 但从组成和功能上 都已具有了微机 系统的含义 由于单片机能独立执行内部程序 所以又称它为微型控制器 Microcontroller 单片机自从问世以来 性能在不断的提高和完善 它不仅能够满足很多应用场 合的需要 而且具有集成度高 功能强 速度快 体积小使用方便 性能可靠 价格 低廉等特点 因此 在工业控制 智能仪器仪表 数据采集和处理 通信 智能接口 商业营销等领域得到广泛的应用 并且正在逐步取代现有的多片微机应用系统 单片 机的潜力越来越被人们所重视 所以更扩大了单片机的应用范围 也进一步促进了单 片机技术的发展 单片机的发展史大致可分为三个阶段 第一阶段 1976 1978 初级单片机微处理阶段 该时期的单片机具有8 位 CPU 并行 I O 端 口 8 位时序同步计数器 寻址范围4KB 但是没有串行口 第二阶段 1978 1982 高性能单片机微机处理阶段 该时期的单片机具有I O 串行端 口 有多级中断处理系统 15 位时序同步技术器 RAM ROM 容量加大 寻址 范围可达 64KB 第三阶段 1982 至今 8 位单片机微处理改良型及16 位 单片机微处理阶段 1 2 单单片片机机的的应应用用 由于单片机具有显著的优点 它已成为科技领域的有力工具 人类生活的得力 助手 它的应用遍及各个领域 主要表现在以下几个方面 1 单片机在智能 仪表中的应用 单片机广泛地用于各种仪器仪表 使仪器仪表智能化 并可以提高 测量的自动化程度和精度 简化仪器仪表的硬件结构 提高其性能价格比 2 单片机在机电一体化中的应用 机电一体化是机械工业发展的方向 机电一 装 订 线 太原理工大学现代科技学院 课程设计 体化产品是指集成机械技术 微电子技术 计算机技术于一体 具有智能化特征的机 电产品 例如微机控制床 钻床等 单片机作为产品中的控制器 能充分发挥它的体 积小 可靠性高 功能强等优点 可大大提高机器的自动化 智能化程度 3 单片机在实时控制中的应用 单片机广泛地用于各种实时控制系统中 例如 在工业测控 航空航天 尖端武器 机器人等各种实时控制系统中 都可以用 单片机作为控制器 单片机的实时数据处理能力和控制功能 可使系统保持在最佳工 作状态 提高系统的工作效率和产品质量 4 单片机在分布式多机系统中的应用 在比较复杂的系统中 常采用分布 式多机系统 多机系统一般由若干台功能各异的单片机组成 各自完成特定的任务 它们通过串行通信相互联系 协调工作 单片机在这种系统中往往作为一个终端机 安装在系统的某些节点上 对现场信息进行实时的测量和控制 单片机的高可靠性和 强抗干扰能力 使它可以置于恶劣环境的前端工作 5 单片机在人类生活中的应用 自从单片机诞生以后 它就步入了人类生 活 如洗衣机 电冰箱 电子玩具 收录机等家用电器配上单片机后 提高了智 能化程度 增加了功能 倍受人们喜 爱 单片机将使人类生活更加方便 舒适 丰富多彩 1 3 单单片片机机发发展展趋趋势势 目前 单片机正朝着高性能和多品种方向发展 其发展趋势将是进一步向着 CMOS 化 低功耗 小体积 大容量 高性能 低价格和外围电路内装化等几个方面 发展 下面是单片机的主要发展趋势 1 CMOS 化 近年 由于 CHMOS 技 术的进小 大大地促进了单片机的CMOS 化 CMOS 芯片除了低功耗特性之外 还具有功耗的可控性 使单片机可以工作在功耗精细管理状态 这也是今后以 80C51 取代 8051 为标准 MCU 芯片的原因 因为单片机芯片多数是采用 CMOS 金属栅氧化物 半导体工艺生产 CMOS 电路的特点是低功耗 高密度 低速度 低价格 采用双极型半导体工艺的TTL 电路速度快 但功耗和芯片面积 较大 随着技术和工艺水平的提高 又出现了HMOS 高密度 高速度MOS CHMOS 装 订 线 太原理工大学现代科技学院 课程设计 工艺以及 CHMOS 和 HMOS 工艺的结合 目前生产的CHMOS 电路已达到 LSTT 的速度 传输延迟时间小于2ns 它的综合优势已大于TTL 电路 因而 在单片机领域 CMOS 电路正在逐渐取代TTL 电路 2 低功耗化 单片机 的功耗已从 mA 级 甚至 1uA 以下 使用电压在3 6V 之间 完全适应电池工作 低功耗化的效应不仅是功耗低 而且带来了产品的高可靠性 高抗 干扰能力以及 产品的便携化 3 低电压化 几乎所有的单片机都有WAIT STOP 等省电 运行方式 允许使用的电压范围越来越宽 一般在3 6V 范围内工作 低电压供 电的单片机电源下限已可达1 2V 目前 0 8V 供电的单片机已经问世 4 低噪声与高可靠性 为提高单片机的抗电磁干扰能力 使产品能适应恶劣的工作环 境 满足电磁兼容性方面更高标准的要求 各单片厂家在单片机内部电路中都采用了 新的技术措施 1 4 数数字字时时钟钟方方案案论论证证比比较较 数字时钟系统可采用数字电路实现 也可以采用单片机来完成 若用数字电路 完成 所设计的电路相当复杂 大概需要十几片数字集成块 其功能也主要依赖于数 字电路的各功能模块的组合来实现 焊接的过程比较复杂 成本也非常高 若用单片 机来设计制作完成 由于其功能的实现主要通过软件编程来完成 那么就降低了硬件 电路的复杂性 而且其成本也有所降低 所以在该设计与制作中采用AT89S52 单片机 它是低功耗 高性能的CMOS 型 8 位单片机 内带有8KB 的 Flash 程 序存储器 且允许在系统内改写或用编程器编程 另外 AT89S52 的指令系统和 引脚与 8051 完全兼容 片内有256B 的 RAM 32 条 I O 口线 2 个 16 位定时 计数器 5 个中断源 一个全双工串行口等 具有在线编程可擦除技术 当在对电路 进行调试时 由于程序的错误修改或对程序的新增功能需要烧入程序时 不需要对芯 片多次拔插 所以不会对芯片造成损坏 由此可见使用单片机 作为数字时钟的 核心器件将更加具有快捷 高效的性能 2 课课题题 概概述述 2 1 设设计计 目目的的 本设计是一个定时闹钟 它仅使用单片的20 引脚单片机完成闹钟的全部功 装 订 线 太原理工大学现代科技学院 课程设计 能 设计目的是为了学习和巩固单片机知识 使对已学过的基础知识能有更深入的理 解 学会独立思考 独立思考 独立工作 以及提高对所学应用基本理论分析和解决 实际问题的能力 2 2 设设计计任任务务 本文设计的定时闹钟采用AT89C51 芯片 用汇编语言进行编程 时 分 秒 用 6 位 LED 数码管显示 在电路中通过四个按键S1 S2 S3 和 S4 来进行定时 和调时 定时时间到通过喇叭发出报警声 2 3 设设计计系系统统的的主主要要功功能能 显示范围 00 00 00 23 59 59 可以校对时间 可以设置闹钟时间 时间到报警 可以解除报警 动态显示方式 3 系系统统总总体体方方案案 设设计计 3 1 系系统统总总体体方方案案 1 由于要显示数字时间 所以需要6 位数码管 2 时间的定时用时钟电路 修改时间和定时用手动按键控制 报警声通过喇叭 发出 3 AT89C51 单片机加上外围器件 数字显示器7SEG MPX6 CC BLUE RESPACK 8 排阻和 SPEAKER 喇叭 和应用程序 ISIS 6 Professional 软件和 WAVE6000 编译软件 构成相应的应用系统 2 22 2 系统设计方框图系统设计方框图 晶振 及复位 键盘 按钮 单片机 AT89C51 RESPACK 8 SPEAKER 喇叭 装 订 线 太原理工大学现代科技学院 课程设计 4 硬件设计硬件设计 4 1 芯片 芯片 AT89C51 AT89C51 是一种带 4K 字节闪烁可编程可擦除只读存储器 FPEROM Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory 的低电压 可稳定地工作于 5V 的电源下 该器件采用 ATMEL 高密度非易失存储器制造技术制造 与工业标准 的 MCS 51 指令集和输出管脚相兼容 由于将多功能8 位 CPU 和闪烁存储器组合 在单个芯片中 ATMEL 的 AT89C51 是一种高效微控制器 AT89C51 管脚说明 VCC 供电电压 GND 接地 P0 口 P0 口为一个 8 位漏级开路双向I O 口 每脚可吸收8TTL 门电流 当 P1 口的管脚第一次写1 时 被定义为高阻输入 P0 能够用于外部程序数据存 储器 它可以被定义为数据 地址的第八位 在FIASH 编程时 P0 口作为原码 输入口 当 FIASH 进行校验时 P0 输出原码 此时P0 外部必须被拉高 P1 口 P1 口是一个内部提供上拉电阻的8 位双向 I O 口 P1 口缓冲器能接 收输出 4TTL 门电流 P1 口管脚写入 1 后 被内部上拉为高 可用作输入 P1 口被外部下拉为低电平时 将输出电流 这是由于内部上拉的缘故 在FLASH 编程和校验时 P1 口作为第八位地址接收 P2 口 P2 口为一个内部上拉电阻的8 位双向 I O 口 P2 口缓冲器可接收 输出 4 个 TTL 门电流 当 P2 口被写 1 时 其管脚被内部上拉电阻拉高 且作 为输入 并因此作为输入时 P2 口的管脚被外部拉低 将输出电流 这是由于内 部上拉的缘故 P2 口当用于外部程序存储器或16 位地址外部数据存储器进行存 取时 P2 口输出地址的高八位 在给出地址 1 时 它利用内部上拉优势 当对外 部八位地址数据存储器进行读写时 P2 口输出其特殊功能寄存器的内容 P2 口在 FLASH 编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号 P3 口 P3 口管脚是 8 个带内部上拉电阻的双向I O 口 可接收输出4 个 TTL 门电流 当 P3 口写入 1 后 它们被内部上拉为高电平 并用作输入 作为 输 装 订 线 太原理工大学现代科技学院 课程设计 入 由于外部下拉为低电平 P3 口将输出电流 ILL 这是由于上拉的缘故 P3 口也可作为 AT89C51 的一些特殊功能口 如下表所示 口管脚 备选功能 P3 0 RXD 串行输入口 P3 1 TXD 串行输出口 P3 2 INT0 外部中断 0 P3 3 INT1 外部中断 1 P3 4 T0 记时器 0 外部输入 P3 5 T1 记时器 1 外部输入 P3 6 WR 外部数据存储器写选通 P3 7 RD 外部数据存储器读选通 P3 口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号 RST 复位输入 当振荡器复位器件时 要保持RST 脚两个机器周期的高 电平时间 ALE PROG 当访问外部存储器时 地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地 位字节 在 FLASH 编程期间 此引脚用于输入编程脉冲 在平时 ALE 端以不 变的频率周期输出正脉冲信号 此频率为振荡器频率的1 6 因此它可用作对外 部输出的脉冲或用于定时目的 然而要注意的是 每当用作外部数据存储器时 将跳 过一个 ALE 脉冲 如想禁止ALE 的输出可在 SFR8EH 地址上置 0 此 时 ALE 只有在执行 MOVX MOVC 指令是 ALE 才起作用 另外 该引脚被 略微拉高 如果微处理器在外部执行状态ALE 禁止 置位无效 PSEN 外部程序存储器的选通信号 在由外部程序存储器取指期间 每个机器 周期两次 PSEN 有效 但在访问外部数据存储器时 这两次有效的 PSEN 信号将 不出现 EA VPP 当 EA 保持低电平时 则在此期间外部程序存储器 0000H FFFFH 不管是否有内部程序存储器 注意加密方式1 时 EA 将内部锁定为 RESET 当 EA 端保持高电平时 此间内部程序存储器 在FLASH 编程期间 装 订 线 太原理工大学现代科技学院 课程设计 此引脚也用于施加12V 编程电源 VPP XTAL1 反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入 XTAL2 来自反向振荡器的输出 4 2 喇喇叭叭 SPEAKER 由 P3 7 口控制喇叭 使其定时时间到能发出报警声 4 3 时时钟钟电电路路 单片机的时钟产生方法有两种 内部时钟方式和外部时钟方式 本系统中 AT89C51 单片机采用内部时钟方式 最常用的内部时钟方式是采用外接晶体和电容 组成的并联谐振回路 振荡晶体可在1 2MHz 12MHz 之间 电容值无严格要求 但电容取值对振荡频率输出的稳定性 大小和振荡电路起振速度有少许影响 一般可 在 20pF 100pF 之间取值 AT98C51 单片机的时钟电路 上拉电阻 RESPACK 8 装 订 线 太原理工大学现代科技学院 课程设计 控制按键 BUTTON ACTIVE SPST PushButton 本系统要进行时间的调整和定时 因此用4 个手动按键对其进行控制 4 4 显显示示器器模模块块的的设设计计 利用 7SEG MPX6 CC BLUE 数字显示器的1 6 引脚连接 AT89C51 单片机 P2 0 P2 5 接口 其他 8 个引脚分别与AT89C51 单片机的 P0 0 P0 7 和共阳极 管 RESPACK 8 排阻的 2 9 引脚分别连接 数码管 7SEG MPX6 CC BLUE 单片机中通常使用7 段 LED LED 是发光二极管显示器的缩写 LED 显示 器由于结构简单 价格便宜 体积小 亮度高 电压低 可靠性高 寿命长 响应 速度快 颜色鲜艳 配置灵活 与单片机接口方便而得到广泛应用 LED 显示 器是由若干个发光二极管组成显示字段的显示部件 当发光二极管导通时 相 应的一个点或一个笔划发光 控制不同组合的二极管导通 就能显示出各种字符 LED 显示器有多种形式 如 米 字型显示器 点阵显示器和七段数码显示器等 在单片机系统中使用最多的是七段数码显示器 因为共阴极的LED 数码管它的驱动电流是分开的 在单片机进行动态扫描的时候不 会影响彼此的电流 故该系统中的6 位 LED 数码管均用共阴极的数码管 5 软软件件设设计计 5 1 划划分分模模块块 AT89C51 XTAL2 XTAL1 JZ 12M C1 30PF C2 30PF 装 订 线 太原理工大学现代科技学院 课程设计 根据设计要求 定时闹钟程序可分为以下几个模块 1 显示时间的设置 2 闹钟时间的设置 3 定时时间的响应 5 5 2 2 程程序序流流程程图图 5 3 模模块块程程序序 5 3 1 时时间间的的设设置置程程序序 程序如下 SETTIME 开 始 初始化 显示时间 闹钟时间 到 喇叭响 S4 按下 S3 按下 设置闹钟设置时间 S1 按下 S1 按下 装 订 线 太原理工大学现代科技学院 课程设计 L0 LCALL DISPLAY1 MM1 JB P1 2 L1 P1 2 1 时转移 MOV C P1 2 JC MM1 LCALL DELAY1 延时 JC MM1 MSTOP1 MOV C P1 2 JNC MSTOP1 P1 2 为 0 时转移 LCALL DELAY1 延时 MOV C P1 2 JNC MSTOP1 INC 22H 小时自加一 MOV A 22H CJNE A 18H GO12 小时计数循环 MOV 22H 00H 复位 MOV 34H 00H MOV 35H 00H LJMP L0 L1 JB P1 1 L2 P1 1 1 时转移 MOV C P1 1 JC L1 LCALL DELAY1 延时 JC L1 MSTOP2 MOV C P1 1 JNC MSTOP2 P1 1 0 时转移 LCALL DELAY1 延时 MOV C P1 1 装 订 线 太原理工大学现代科技学院 课程设计 JNC MSTOP2 INC 21H 分钟加一 MOV A 21H CJNE A 3CH GO11 分钟计数循环 MOV 21H 00H 复位 MOV 32H 00H MOV 33H 00H LJMP L0 GO11 MOV B 0AH DIV AB MOV 32H B 将 A 的低 4 位存入 32 单 元 MOV 33H A 将 A 的高 4 位存入 33 单 元 LJMP L0 GO12 MOV B 0AH DIV AB MOV 34H B 将 A 的低 4 位存入 34 单元 MOV 35H A A 的高 4 位存入 35 单 元 LJMP L0 L2 JB P1 0 L0 P1 0 1 时转移 MOV C P1 0 JC L2 LCALL DELAY1 延时 MOV C P1 0 JC L2 装 订 线 太原理工大学现代科技学院 课程设计 STOP1 MOV C P1 0 JNC STOP1 P1 0 0 时转移 LCALL DELAY1 延时 MOV C P1 0 JNC STOP1 LJMP LOOP 5 3 2 闹闹钟钟时时间间的的设设置置程程序序 SETATIME LCALL DISPLAY2 调用 DISPLAY2 N0 LCALL DISPLAY2 MM2 JB P1 1 N1 P1 1 1 时转移 MOV C P1 1 JC MM2 LCALL DELAY1 延时 JC MM2 MSTOP3 MOV C P1 1 JNC MSTOP3 P1 1 0 时转移 LCALL DELAY1 延时 MOV C P1 1 JNC MSTOP3 INC 24H 小时加一 MOV A 24H CJNE A 24 GO22 小时计数循环 MOV 24H 00H 复位 MOV 38H 00H MOV 39H 00H LJMP N0 装 订 线 太原理工大学现代科技学院 课程设计 N1 JB P1 3 N2 P1 3 1 时转移 MOV C P1 3 JC N1 LCALL DELAY1 延时 JC N1 MSTOP4 MOV C P1 3 JNC MSTOP4 P1 3 0 时转移 LCALL DELAY1 延时 MOV C P1 3 JNC MSTOP4 INC 23H 分钟加一 MOV A 23H CJNE A 60 GO21 分钟计数循环 MOV 23H 00H 复位 MOV 36H 00H MOV 37H 00H LJMP N0 GO21 MOV B 0AH DIV AB MOV 36H B 将 A 的低 4 位存入 36 单元 MOV 37H A 将 A 的高 4 位存入 37 单元 LJMP N0 GO22 MOV B 0AH DIV AB MOV 38H B 将 A 的低 4 位存入 38 单元 MOV 39H A 将 A 的高 4 位存入 39 单元 LJMP N0 装 订 线 太原理工大学现代科技学院 课程设计 N2 JB P1 0 N0 P1 0 1 时转移 MOV C P1 0 JC N2 LCALL DELAY1 延时 MOV C P1 0 JC N2 STOP2 MOV C P1 0 JNC STOP2 LCALL DELAY1 MOV C P1 0 JNC STOP2 LJMP LOOP 5 3 3 喇喇叭叭响响应应程程序序 TIMEPRO MOV A 21H MOV B 23H CJNE A B BK 判断定时闹钟的分钟 MOV A 22H MOV B 24H CJNE A B BK 判断定时闹钟的小时 SETB 25H 0 MOV C 25H 0 JC XX XX LCALL TIMEOUT 调用 TIMEOUT BK RET TIMEOUT X1 LCALL BZ 用喇叭响应程序 LCALL DISPLAY2 延时 装 订 线 太原理工大学现代科技学院 课程设计 CLR 25H 0 调用喇叭响应程序结束 JB P1 0 X1 P1 3 1 时转移 LCALL DELAY CLR 25H 0 LJMP DISPLAY1 延时 BZ CLR P3 7 MOV R7 250 喇叭响应时间 T2 MOV R6 124 T3 DJNZ R6 T3 DJNZ R7 T2 SETB P3 7 RET 6 软件仿真软件仿真 6 1 仿真步骤仿真步骤 第一步 用伟褔软件对程序进行编译 编译通过后 会自动生成HEX 文 件 第二步 在 Proteus 的元件库中找到AT89C51 以及相应的元件 按照硬件 设计中的说明把各部件连接起来组成一个定时闹钟的硬件系统 第三步 把在伟福环境调试下生成的 HEX 文件装入到 AT89C51 里 点 击运行符号就可以使软硬件的配套设施在Proteus 的环境下仿真实现 第四步 验证系统能否实现所要求的功能 并检验错误 6 2 仿仿真真过过程程中中出出现现的的