电子闹钟毕业设计.doc

I 电子闹钟毕业设计电子闹钟毕业设计 摘要 摘要 本设计是以 89C51 单片机作为控制核心的闹铃系统 本文大致可以分为三个章节 第一章节讲了用单片机来制作电子闹钟所带来的优势 还有电子闹钟在电子产品中未来的 趋势以及本次设计所要实现的课题目标 第二章节讲了设计的一些思路和该产品包含的一 些硬件电路组成 第三章节讲了各个软件模块之间的设计以及该产品的程序代码 最后是 一些结论体会部分和附录图 关键词 关键词 PC 机 单片机 89C51 串行通信 数码显示 II 目目 录录 第一章 绪论 1 1 1 引言 1 1 2 闹钟的发展趋势 1 1 3 本次设计所要实现的目标 1 第二章 系统总体设计 2 2 1 系统总体设计思路 2 2 2 总体硬件组成框图 2 2 3 AT89C51 的简介 3 2 4 系统功能的确定 4 2 5 时钟电路 5 2 6 复位电路 5 2 7 键盘电路 6 2 8 数码显示电路 7 第三章 系统软件设计 8 3 1 数据单元分配 8 3 2 时钟程序设计步骤 8 3 3 计时子程序模块的实现 9 3 4 时钟设定子程序模块的实现 10 3 5 程序说明 11 3 6 实现方式 12 3 7 源程序设计 12 结论与体会 20 主要参考材料 21 附录 1 系统原理图 22 附录 2 PCB 图 23 1 第一章第一章 绪论绪论 1 11 1 引言引言 电子闹钟是一种应用非常广泛的日常计时工具 数字显示的日历钟已经越 来越流行 特别是适合在家庭居室 办公室 大厅 会议室 车站和广场等使 用 壁挂式 LED 数码管显示的日历钟逐渐受到人们的欢迎 单片机电子闹钟是 集电子技术 数字显示技术为一体的高产品 具有按时闹铃 显示清晰直观 走时准确等优点 首先介绍设计电子闹钟所涉及的主要硬件和特性 然后说明 软件设计的思路 程序结构及流程 并在测试软件上进行调试和修改 以完成 电子闹钟的基本要求 即可以随意设定起始时间 有秒显示功能 有 12 24 世 制选择 可以设定闹钟 停电时由电池供电等功能 现代社会电子闹钟发挥着 很大的作用 也是它存在和发展的一个重要方面 尤其是在代表集成电路技术 的发展方面 通过不断提高电子闹钟的计时的精确度可以极大促进定时技术芯 片的发展 同时电子闹钟与其他嵌入式电子产品一样是微处理器的应用 通过 电子闹钟的设计可以很好的掌握电子设计技术 1 21 2 闹钟的发展趋势闹钟的发展趋势 随着电子技术的飞速发展 家用电器和办公电子设备逐渐增多 不同的设 备都有自己的控制器 使用起来很不方便 这些具有人们所需要的智能化特性 的产品减轻了人的劳动 扩大了数字化的范围 为家庭数字化提供了可能 基 于单片机的电子闹钟就是新一代的产品 能够实现远程控制等功能 它功能强 大 体积小 质量轻 灵活好用 1 31 3 本次设计所要实现的目标本次设计所要实现的目标 设计一个电子闹钟 1 能随意设定走时起始时间 2 螚指示秒节奏 即秒指示 3 能通过 PC 机实现远程控制 4 时间预设 定时关机的功能 2 第二章第二章 系统总体设计系统总体设计 2 12 1 系统总体设计思路系统总体设计思路 先进行系统的整体规划确定整个系统的功能 然后按照每个功能的具体要 求 进行各个模块的实物设计并逐个调试 待全部通过后 进行整个系统的联 调 最终实现一个完整的系统 并制成印刷线路板 整个系统的设计步骤如下 在单片机最小系统的基础上 完成按键电路和复位电路的设计 完成显示电 路 数字按键 复位电路 具有 3 个功能按键 1 在复位后的待机状态下 用于启动设定时间参数 对时或定闹 2 在设定时间参数状态而且不是设定最低位 即分个位 的状态下 用于 结束当前位的设定 当前设定位下移 3 在设定最低位 分个位 的状态下 用于结束本次时间设定 2 键 用于对当前设定位 编辑位 进行加 1 操作 根据正在编辑的当前位的含义 时十位 时个位 分十位 分个位 自动进行数据的上限和下限判断 例如 对 12 小时制 小时的十位只能是 0 1 如果当前值为 0 则按 1 键后为 1 再按 1 键则又回复到 0 把以上各个模块联结起来 整体调试功能 2 22 2 总体硬件组成框图总体硬件组成框图 整个系统的原理框图如图 2 1 所示 图 2 1 系统原理框图 3 2 32 3 AT89C51AT89C51 的简介的简介 2 3 12 3 1 AT89C51AT89C51 简介简介 AT89C51 是一个低功耗 高性能 CMOS 8 位单片机 片内含 4k Bytes ISP In system programmable 的可反复擦写 1000 次的 Flash 只读程序存储器 器件采用 ATMEL 公司的高密度 非易失性存储技术制造 兼容标准 MCS 51 指令 系统及 80C51 引脚结构 芯片内集成了通用 8 位中央处理器和 ISP Flash 存储 单元 功能强大的微型计算机的 AT89C51 可为许多嵌入式控制应用系统提供高 性价比的解决方案 2 3 22 3 2 引脚介绍引脚介绍 AT89C51 具有如下特点 40 个引脚 4k Bytes Flash 片内程序存储器 128 bytes 的随机存取数据存储器 RAM 32 个外部双向输入 输出口 5 个中 断优先级 2 层中断嵌套中断 2 个 16 位可编程定时计数器 2 个全双工串行通信 口 看门狗 WDT 电路 片内时钟振荡器 图 2 2 为 AT89C51 引脚图 图 2 2 AT89C51 引脚图 此外 AT89C51 设计和配置了振荡频率可为 0Hz 并可通过软件设置省电模 式 空闲模式下 CPU 暂停工作 而 RAM 定时计数器 串行口 外中断系统可 继续工作 掉电模式冻结振荡器而保存 RAM 的数据 停止芯片其它功能直至外 中断激活或硬件复位 同时该芯片还具有 PDIP TQFP 和 PLCC 等三种封装形式 以适应不同产品的需求 4 主要功能特性 兼容 MCS 51 指令系统 32 个双向 I O 口 2 个 16 位可编程定时 计数器 全双工 UART 串行中断口线 2 个外部中断源 中断唤醒省电模式 看门狗 WDT 电路 灵活的 ISP 字节和分页编程 4k 可反复擦写 1000 次 ISP Flash ROM 4 5 5 5V 工作电压 时钟频率 0 33MHz 128x8bit 内部 RAM 低功耗空闲和省电模式 3 级加密位 软件设置空闲和省电功能 双数据寄存器指针 2 42 4 系统功能的确定系统功能的确定 2 4 12 4 1 基本功能基本功能 系统具有时间 日期 三路定时功能 并可以对时间 日期 定时进行设 定 有定时提示音 要求计时精度尽量提高 显示格式为 时间 时 第 1 2 位 分 第 3 4 位 秒 第 5 6 位 日期 年 第 1 2 位 如 2007 年显示为 07 月 第 3 4 位 日 第 5 6 位 定时 时 第 1 2 位 分 第 3 4 位 状态标志 第 5 6 位 键盘及数码管排列如图 2 3 所示 2 4 22 4 2 扩展功能扩展功能 该系统可以增加温度传感器 实现温度测量 以实时显示温度 用 1 2 位 5 数码管显示 还可以增加湿度传感器 实现湿度测量 以实时显示湿度 用 5 6 位数码管显示 多路定时器功能也可扩展为对多种家电等电气产品的自动控制 比如电饭 煲等 也可利用温度对某些电气产品进行自动控制 比如空调等 还可利用湿 度传感器对湿度进行调节 如图 2 3 所示 图 2 3 系统功能图 2 52 5 时钟电路时钟电路 实验板的时钟振荡源电路如图 2 4 所示 其中 JT 为 11 0592MHz 的晶振 改变两电容 CB 的值即可对此晶振频率进行调节 该电路提供单片机工作所需的 振荡频率 计算定时器初值即需此晶振频率 在通信时也需知道晶振频率 以 对波特率进行计算 图 2 4 时钟电路 2 62 6 复位电路复位电路 如图 2 5 所示为实验板的复位电路 当 RESET 信号为低电平时 实验板为 6 工作状态 当 RESET 信号为高电平时 实验板为复位或下载程序状态 由于 AT89S52 具有 ISP 的功能 即可以通过并口线直接将程序下载到单片机内 因 此 AT89S52 具有两种状态 下载程序状态和运行状态 该复位电路能实现上 电自动复位 也能手动复位 一般复位时 RESET 应保持 20 毫秒以上高电平 此 复位时间由接地电容控制 图 2 5 复位电路 2 72 7 键盘电路键盘电路 如图 2 6 所示为阵列按键电路 各设置及转换信号由此电路输入 实验板 提供了 16 个按键 由 P1 口经 SN74F244 驱动芯片 输出扩展成 4 4 的阵列 按键 P1 0 P1 3 为行线 P1 4 P1 7 为列线 SN74F244 有一片选信号线 G 当此口线为低电平时 A1 A4 与 Y1 Y4 接通 反之 A1 A4 与 Y1 Y4 断开 此键盘用扫描工作方式 若有键按下 则相应位端口被拉低为低电平 由 于本系统只用了 4 个按键 所以只需对 4 个按键进行扫描 扫描时 先置 P3 3 口为高电平 向 P1 口送 0EFH MOV P1 0EFH 再置 P3 3 口为低电平 读 P1 口 MOV A P1 最后判断 P1 口低 4 位哪位是低电平 若某位为低电平 则相应按键被按下 如 P1 0 为低电平 ACC 0 0 则 K1 键被按下 7 图 2 6 阵列按键 2 82 8 数码显示电路数码显示电路 如图 2 7 所示为数码显示电路 实验板使用了 6 个共阳数码管 P0 口为段 码信号线 B1 B6 为位控线 是 P1 口经 SN74F573 反向驱动芯片 即输入为 高电平 则输出为低电平 反之则输出为高电平 该芯片也有一片选信号 C 当此信号为高电平时有效 反向得到 再由 B1 B6 控制晶体管 Q1 Q6 以达 到控制每位数码管的目的 系统采用动态显示 先向 P0 口送第一位数码管需要显示的段码值 再给 P1 口送 0FEH 延时 1 毫秒使第一位数码管显示 又向 P0 口送第二位数码管需 要显示的段码值 P1 口送 0FDH 延时 1 毫秒 使第二位数码管显示 依次递推 直到最后一位数码管 然后再循环 改变延时时长可以调节数码管显示的亮度 由于单片机执行速度很快 微秒级 所以看上去数码管一直亮着 图 2 7 数码显示电路 8 第三章第三章 系统软件设计系统软件设计 3 13 1 数据单元分配数据单元分配 数据存储单元分配如表 3 1 所示 表 3 1 数据存储单元分配 项目秒分时日月年 存储单 元 30H31H32H33H34H35H 项目定时 1 开关 定时 1 分 定时 1 时 定时 2 开 关 定时 2 分 定时 2 时 存储单 元 36H37H38H39H3AH3BH 项目定时 3 开关 定时 3 分 定时 3 时 存显示首地址堆栈起始单元 存储单 元 3CH3DH3EH3FH50H 标志位单元 20H 分配如表 3 2 所示 表 3 2 标志位单元 20H 分配 位单元项目位单元项目 01H08H 定时 1 显示标志位 02H 1 2 位数码管闪烁标志位 09H 定时 2 显示标志位 03H0AH 定时 3 显示标志位 04H 3 4 位数码管闪烁标志位 0BH 定时 1 响铃标志位 05H0CH 定时 2 响铃标志位 06H 5 6 位数码管显示标志位 0DH 定时 3 响铃标志位 07H 日期显示标志位 0EH 总响铃标志位 3 23 2 时钟程序设计步骤时钟程序设计步骤 系统采用模块化结构 主程序只需调用各个子程序模块即可实现相应功能 其模块结构图如图 3 1 所示 9 图 3 1 模块结构图 3 33 3 计时子程序模块的实现计时子程序模块的实现 当 T0 中断时 执行本程序 因 T0 设为 50 毫秒中断 故中断 20 次为 1 秒 中断程序分别有 20 次计数 1 秒 60 次计数 1 分 60 次计数 1 小时 24 次计数 1 天 28 29 30 31 次计数 1 个月 12 次计数 1 年 当前 位到设定数值时写 0 或 1 下一位加 1 由于本世纪是 21 世纪 年位前两位是 4 的倍数 故判断闰年时只需对年的后两位进行计算 能被 4 整除为闰年 否 则为平年 年位只进行加 1 大于 99 时又重新开始 计时中断流程图如图 3 2 所示 10 图 3 2 计时子程序流程图 图 3 3 显示子程序流程图 3 43 4 时钟设定子程序模块的实现时钟设定子程序模块的实现 当设定时间时 断开 T0 中断 秒单元清 0 进入时 分单元设定 设定好 后重装 T0 初值 开 T0 中断 流程图如图 3 4 所示 11 图 3 4 时钟设定子程序流程图 3 53 5 程序说明程序说明 3 5 13 5 1 定时器初值计算定时器初值计算 因定时器工作于方式 1 需要 50ms 的中断 所以计数初值 216 t fosc 12 65536 50 10 3 11 0592 106 12 19456 表示成十六进制为 4C00H 故 TH0 4CH TL0 00H 3 5 23 5 2 程序初始化程序初始化 程序初始化时 清相应内存单元 20H 4FH 共 48 个单元 送时间 00 时 00 分 00 秒 日期 07 年 10 月 01 日 初值 送定时器 T0 T1 初值 TH0 TH1 4CH TL0 TL1 00H 特殊寄存器 SP 50H TMOD 11H 值等 3 5 33 5 3 误差分析及校正误差分析及校正 当 T0 中断时 需重装定时初值 且要加上从断开 T0 中断到允许 T0 中断共 有 13 个周期 以减小误差 故理论重装定时初值为 TH0 4CH TL0 13H 但该外接晶振电路的晶振频率可调 可能出现误差 所以实际不是这个 值 经调试 当定时初值为 TH0 4CH TL0 06H 时 24 小时约慢 2 秒 所以每当计时 24 小时之后 给秒单元 30H 送 02H 使秒累加时从 2 加起 24 小时就少加 2 秒 即可使时间得到校正 3 5 43 5 4 实现闪动设定实现闪动设定 闪动可选用段码送 00H 实现 也可禁止当前位显示 选通位送 0 实现 本 设计选用后者实现闪动 用定时器 T1 进行控制 12 3 5 53 5 5 实现连续加实现连续加 1 1 先判断键是否松开 若松开 则只执行一次加 1 程序段 进行单次加 1 若未松开则连续执行加 1 程序段 实现连续加 1 每执行一次加 1 程序段就调 用显示子程序进行延时 以对调节速度进行控制 本系统以 5Hz 的速度连续加 1 这样能快速对时间 日期 定时进行设定 3 63 6 实现方式实现方式 该时钟程序的功能模块先后实现的顺序为 主程序 时间模块 显示模块 键盘模块 时间设定及其显示模块 日期 及其显示模块 日期设定及其显示模块 定时及其显示模块 定时设定及其显 示模块 定时提示音及与显示相冲突的协调模块 每完成一个模块就与前一个已完成的模块结合起来调试 直至实现相应功 能 再编写下一模块程序 在与主程序衔接时 主程序和各子程序也需作相应 的改动 以便与子程序更好的衔接 特别是显示子程序需作较大改动 以便对 不同内容进行显示 3 73 7 源程序设计源程序设计 include include define uchar unsigned char define uint unsigned int sbit dula P1 0 sbit wela P1 1 sbit key1 P2 0 sbit key2 P2 1 sbit key3 P2 3 sbit key4 P2 3 sbit key5 P2 4 uchar temp tt sec min hour 13 uchar code table 0 x3f 0 x06 0 x5b 0 x4f 0 x66 0 x6d 0 x7d 0 x07 0 x7f 0 x6f 0 x77 0 x7c 0 x39 0 x5e 0 x79 0 x71 void init void keyscan void counter void delay uint z void main init wela 1 P0 0 xfe temp P0 wela 0 dula 1 P0 0 x3f dula 0 while 1 wela 1 P0 temp wela 0 if temp 0 xfe 1111 1110 dula 1 P0 table sec 10 dula 0 14 if temp 0 xfd 1111 1101 dula 1 P0 table sec 10 dula 0 if temp 0 xfb 1111 1011 dula 1 P0 0 x40 dula 0 if temp 0 xf7 1111 0111 dula 1 P0 table min 10 dula 0 if temp 0 xef 1110 1111 dula 1 P0 table min 10 dula 0 15 if temp 0 xdf 1101 1111 dula 1 P0 0 x40 dula 0 if temp 0 xbf 1011 1111 dula 1 P0 table hour 10 dula 0 if temp 0 x7f 0111 1111 dula 1 P0 table hour 10 dula 0 delay 2 temp crol temp 1 if temp 0 xff temp 0 xfe keyscan counter 16 void delay uint z 延时子函数 uint x y for x z x 0 x for y 110 y 0 y void init 系统初始化 tt 0 wela 0 dula 0 EA 1 ET0 1 TR0 1 TMOD 0 x01 TH0 65536 50000 256 TL0 65536 50000 256 void timer0 interrupt 1 定时器 0 中断 TH0 65536 50000 256 TL0 65536 50000 256 tt void counter 计时子函数 17 if tt 20 tt 0 sec if sec 60 sec 0 min if min 60 min 0 hour if hour 24 hour 0 void keyscan 键盘扫描 if key1 1 delay 5 if key1 1 18 TR0 0 while key1 delay 5 while key1 if key2 1 delay 5 if key2 1 sec while key2 delay 5 while key2 if key3 1 delay 5 if key3 1 min while key3 delay 5 while key3 if key4 1 19 delay 5 if key4 1 hour while key4 delay 5 while key4 if key5 1 delay 5 if key5 1 TR0 1 while