带定时功能的闹铃时钟设计.doc

课 程 设 计 任 务 书设计题目带定时功能的闹铃时钟设计学生姓名设计要求：1、有电源开具关及指示灯，有复位按键。2、接通电源后，蜂鸣器连续两次发出响声，同时工作指示灯LED闪动，表示程序执行，数码管显示“0000”3、接着设置当前时间。按K1键，LED停止闪动，即进入时间设置状态；按K2键调整小时，每按一次数值增1；按K3键调整时间。设置完成后，按K4，LED恢复闪烁，即设置完成，进入正常走时状态。4、设置闹铃时间，进入正常走时状态后再按K2键，即进入闹铃时间设定状态，K2为设置闹铃功能键，再按k2，小时调整；按k3，分钟调整。5、闹铃开、关设置。闹铃时间设定完后，再按k4，进入闹铃开、关设置。若设置为开，启动闹铃后连续3次发出响声；若设置为关，关闭闹铃时发出1次响声。6、掌握程序模块化设计思想。程序设计时可分解为走时、闹铃设置、显示、检查闹铃时间、执行 闹铃时间处理、调整等部分组成。每部分均通过子程序实现。再过主程序的调用，使其有机联系，最终实现定时闹铃时钟功能。学生应完成的工作：该组学生设计的是带定时功能的闹铃时钟，首先要查资料，画出设计原理图，然后编写设计程序，按照原理图焊接电路，烧程序最后写课程设计论文。冯晓明同学负责设计复位电路，该电路有电容和电阻及一个按键组成；周绍彬同学负责设计时钟电路，该时钟电路有两个电容和一个晶振组成；扈会荣负责设计电源电路部分，该电路有稳压管，桥堆，变压器组成；马捡选同学负责整个电路的设计工作，把该组组员的设计组合到一起。参考文献阅读：1 张迎新. 单片机微型计算机原理及应用.北京国防工业出版社，19992 赵曙光.可编程逻辑器件，原理，开发与应用.西安,西安电子科技大学, 20003 付家才.单片机控制工程实践技术.北京,化学工业出版社,20044 李全利.迟荣强.单片机原理及接口技术.北京，高等教育出版社，2004工作计划： 5月6日5月8日查资料，画出设计原理图5月9日5月10日编写设计程序5月135月14日按照原理图焊接电路5月155月16日烧程序，仿真5月17日写课程设计报告任务下达日期： 2013 年 5 月 6 日任务完成日期： 2013 年 5 月17日指导教师（签名）： 学生（签名）： 带定时功能的闹铃时钟设计摘 要：单片机是在一片半导体硅片上集成了CPU、存储器、并行I/O、串行I/O、定时器、中断系统、系统时钟电路及系统总线的微型计算机。主要用于测控领域。它有集成度高、功能强、通用性等特点，并且是计算机技术史上一个重要里程碑，性能价格比极高，对能源的有效节约和有效利用，应用广泛，深受人们关注。其中，51单片机是各单片机中最为典型和最有代表性的一种。本次设计的定时闹钟在硬件方面，采用了AT89S52芯片，用4位数码管来进行显示，LED用P1口进行驱动，采用的是动态扫描，能够比较准确的显示时间。一个开关和电容电阻接上电源构成了复位电路，然后通过S1、S2、S3和S4四个功能按键可以时间对事件的修改和定时，定时时间到后蜂鸣器发出响声。在软件方面采用汇编语言编程，整个系统能完成时间的显示、调时和定时闹钟、复位等功能，并通过仿真后得到准确的结果。关键词：时钟电路 电源电路 AT89S52 定时闹钟目录1. 设计背景12.设计方案22.1定时闹钟的系统设计22.2定时闹钟的硬件和软件22.3时钟设计方案32.4数码管显示方案33. 方案实施43.1单片机的功能43.2电路模块63.3电路原理图8原理图在附件2。83.4程序设计83.5系统仿真84. 结果与结论94.1设计结果94.2结论95. 收获与致谢96.参考文献107. 附件11附件1：源程序代码11附件2：系统原理图19附件3：实物图20附件4: 流程图21附件5：元件清单23 1. 设计背景 单片机技术自发展以来已走过了近20年的发展路程 。单片机技术的发展以微处理器(MPU)技术及超大规模集成电路技术的发展为先导，以广泛的应用领域拉动，表现出较微处理器更具个性的发展趋势。小到遥控电子玩具，大到航空航天技术等电子行业都有单片机应用的影子。针对单片机技术在电子行业自动化方面的重要应用，为满足广大学生、爱好者、产品开发者迅速学会掌握单片机这门技术，于是产生单片机开发板也称单片机学习板、单片机实验板。单片机更是微型计算机的一个重要领域。它经历了1位、4位、8位、16位及32位的发展史，单片机的品种日益增多，但就众多的通用性单片机而言，以Intel公司的MCS系列单片机最为著名。单片机是在一块半导体芯片上集成了CPU、存储器以及输入和输出接口电路的微型计算机，其集成度高、功能强、通用性好，特别是它具有体积小、重量轻、能耗低、价格便宜、抗扰、能力强和使用方面等特点，它不仅是一项技术上的突破，同时也是对能源方面的有效节约与有效利用，因此深受国家有关技术部门和能源部门的重视和支持。其组合配件在日常生活的使用过程中非常方便、简单且使用，深受广大消费者的喜爱，已成为测量控制应用系统中的优选机种和新电子产品的关键部件。51单片机是各单片机中最为典型和最有代表性的一种， 单片机在过程控制、机电一体化产品、智能仪器、国防装备、家用电器、计算机网络及通讯等方面得到广泛应用，已成为计算机发展和应用的一个极其重要的领域。2.设计方案2.1定时闹钟的系统设计定时闹钟的系统可以分为六个环节，分别是电源电路模块、时钟电路模块、复位电路模块、时间显示模块、控制按键模块和闹铃模块。通过若干模块的协调工作就可以完成相应的时间调整和定时闹钟的相应功能以及显示功能。模块的相互连接如下图所示：复 位 电 路 模 块时 钟 电 路 模 块电 源 电 路 模 块控 制 按 键 模 块时 间 显 示模 块闹 铃 模 块图2.1模块的相互关系2.2定时闹钟的硬件和软件在软件方面采用汇编语言编程，程序设计可分解为走时、闹铃设置、显示、检查闹铃实践、执行闹铃时间处理、调整等部分组成，每部分均通过子程序实现，再通过子程序调用，使其有机的联系，最终使整个系统完成时间的显示、调时和定时闹钟、复位等功能，并通过仿真后得到正确的结果。本次设计的定时闹钟在硬件方面，采用了AT89S52芯片，用4位数码管来进行显示，LED用P1口进行驱动，采用的是动态扫描，能够比较准确的显示时间，电源电路主要是由变压器、桥式整流、电容、稳压器、电阻、发光二极管构成的，由两个电容和一个晶振构成时钟电路，一个开关和电容电阻构成了复位电路，然后通过S1、S2、S3和S4四个功能按键可以时间对事件的修改和定时，定时时间到后蜂鸣器发出响声。2.3时钟设计方案方案一：运用所学的数字电子技术知识，利用555秒脉冲发生器和74系列等相关芯片设计出纯硬件的电子闹钟原理图。优点：思想简单，没有程序控制。缺点：所需元器件太多，电路复杂，不容易焊接，而且难于实现。 方案二:内部时钟方式。 AT89S51内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，输入端为芯片引脚XTAL1，输出端为引脚XTAL2。这两个引脚跨接石英晶体振荡器和微调电容，构成一个稳定的自激振荡器。优点：所需元器件少，成本较低，电路简单，易于实现。缺点：编写程序较复杂。方案三：外部时钟方式。用现成的外部振荡器产生脉冲信号，常用于多片AT89S51同时工作，以便于多片AT89S51单片机之间的同步，一般为低于12MHz的方波。优点：实现多片单片机的控制。缺点：使用器件多，造成资源浪费。 通过比较两方案的优点和缺点和单片机的功能，采用方案二。2.4数码管显示方案方案一：动态显示。就是一位一位的轮流点亮各个位，对于显示器的每一位来说，每隔一段时间点亮一次。利用人的视觉暂留功能可以看到整个显示，但必须保证扫描速度足够快，字符才不闪烁。显示器的亮度既与导通电流有关，也于点亮时间与间隔时间的比例有关。调整参数可以实现较高稳定度的显示。动态显示节省了I/O口，降低了能耗。方案二：静态显示。就是当显示器显示某一字符时，相应的发光二极管恒定的导通或截止。该方式每一位都需要一个8 位输出口控制。静态显示时较小的电流能获得较高的亮度，且字符不闪烁。但当所显示的位数较多时，静态显示所需的I/O口太多，造成了资源的浪费。方案三：不用数码管显示，直接用发光二极管显示。优点：思想简单，设计简单。缺点：能实现显示功能，但不能实现定时和计数的功能从节省I/O口和降低能耗出发，方案一较为可取。 3. 方案实施3.1单片机的功能 AT89S52芯片由CPU、振荡器与时序电路4KB的ROM、256KB的RAM、两个16位的定时器/计数器T0和T1、4个8位的I/O端口（P0、P1、P2、P3）、串行口等组成，其中振荡器时序电路与外时钟组成了一个定时控制部件。VCC：电源。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AT89S52的一些特殊功能口，如下所示：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（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。图3.1 AT89S52引脚图3.2电路模块1、系统时钟电路AT89S52内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，此放大器的输入和输出端分别是引脚XTAL1和XTAL2，在XTAL1和XTAL2上外接是时钟电源可构成时钟电路。单片机的生产工艺不同，时钟的产生方式也不同，有内部和外部两种时钟产生方式，根据该设计需要，采取内部方式。电路图如下图所示：图3.2.1系统时钟电路2、系统的电源电路这个电源电路主要是由变压器、桥式整流、电容、稳压器、电阻、发光二极管构成的。交流电压220V通过变压器变压以后，经过桥式整流变成直流电压，然后经过电容滤波和7805稳压，最后输出+5V的电源，然后在电源电路中加上一个发光二极管，当电源接通后发光二极管会亮。电路图如下图所示：图3.2.2系统电源电路3、复位电路在振荡器运行时，有两个机器周期（24个振荡周期）以上的高电平出现在此引腿时，将使单片机复位，只要这个脚保持高电平，51芯片便循环复位。复位后P0P3口均 在1引脚表现为高电平，程序计数器和特殊功能寄存器SFR全部清零。当复位脚由高电平变为低电平时，芯片为ROM的00H处开始运行程序。复位是由外部的复位电路来实现的。片内复位电路是复位引脚RST通过一个斯密特触发器与复位电路相连，斯密特触发器用来抑制噪声，它的输出在每个机器周期的S5P2，由复位电路采样一次。复位电路通常采用上电自动复位和按钮复位两种方式，此电路系统采用的是上电与按钮复位电路。电路图如下图所示： 图3.2.3复位电路4、控制按键模块按键K1、K2、K3、K4分别接到P0.4、P0.5、P0.6、P0.7端口。K1键为时间设置和正常走时的设置键。K2键设置闹钟功能键、闹钟和当前时间的小时设置。K3键调整当前时间和闹钟的分钟设置。K4键为设置当前时间后恢复键和闹铃开关设置键。电路图如下图所示：图3.2.4控制按键电路设置当前时间：按K1键LED停止闪动，即进入时间设置状态，按K2键调整小时，每按一次数值增一，按K3键调整时间，设置完成后按K4，LED恢复闪烁，及设置完成，进入正常走时状态。设置闹铃时间：K2键进入闹铃设置时间设定状态，K2为设置闹铃功能键，再按K2小时调整，按K3分钟调整。闹铃开关设置：闹铃时间设定后，再按K4键，进入闹铃开关设置。5、时间显示模块显示部分是采用4位共阳极的数码管，它们的公共端分别接到P0.0、P0.1、P0.2、P0.3端，它们的abcdefg和DP分别接到P2.0、P2.1、P2.2、P2.3、P2.4、P2.5、P2.6、P2.7端，自左到右分别显示小时和分钟。6、闹铃模块闹铃模块是由蜂鸣器和三极管组成的，接在单片机的P1.3端。接通电源后，蜂鸣器连续两次发生响声，LED闪动，程序执行。当闹铃开启后，蜂鸣器连续3次发出响声，当闹铃关闭后，蜂鸣器响一次。3.3电路原理图原理图在附件2。3.4程序设计程序代码在附件1。3.5系统仿真本系统时间显示不够完善，只能显示时和分不能显示秒。在测试中刚开始发现数码管的数字显示不完整，且按键不能实现其相应的功能，通过检查分析电路排除了硬件的问题，然后我们在程序中找问题，我们根据仿真发现的问题修改了一部分程序但还是不能解决问题，后来在老师的指导下只实现了按键功能。这次课程设计不是成功的，透露出本人在单片机电路设计和程序设计方面的不足。不过也学到了很多东西，以后我会注重加强专业知识的学习提高动手能力。 4. 结果与结论4.1设计结果 接通电源后，蜂鸣器连续两次发生响声，同时工作指示灯LED闪动，程序执行，数码管显示“0000”，若闹钟的当前时间没达到设定时间时，数码管显示当前时间，如果闹钟的当前时间和定时的时间一样时，蜂蜜器发出3响声，关闭闹铃后，蜂鸣器响一次。4.2结论本次课程设计是硬件和软件相结合的课程设计，它容纳了单片机的复位等功能，需要特别注意一些容易忽视的细节，通过理论图认真的连接和操作，单片机是与实践紧密联系在一起的，必须要保证硬件和软件都没有错误才行，这样才能显示 5. 收获与致谢 6.参考文献1 何立民.单片机高级教程.北京：北京航空航天大学出版社，2000.2 杜树春.单片机C语言和汇编语言混合编程实例详解.北京：北京航空航天大学出版社，2006.3 付家才.单片机控制工程实践技术.北京：化学工业出版社,2004.4 范红刚.51单片机自学笔记.北京：北京航空航天大学出版社，2009. 5 朱定华.单片机原理及接口技术实验.北京：北方交通大学出版社,2002.6 胡汉才.单片机原理及接口技术.北京：清华大学出版社，1996.7 柴钰.单片机原理应用（M）.西安：西安电子科技大学出版社，2009.8 谭浩强.微机原理与接口技术.北京：电子工业出版社，2001.9 高鹏.电路设计与制版.北京：人民邮电出版社。2010.10 李全利,迟荣强.单片机原理及接口技术.北京 ：高等教育出版社，2004.7. 附件附件1：源程序代码ALB EQU 20H.0 BUF EQU 30H HOUR EQU 34H MIN EQU 35H SEC EQU 36H HH EQU 38H MM EQU 39H K1 EQU P0.4 K2 EQU P0.5 K3 EQU P0.6 K4 EQU P0.7 SPK EQU P1.3 WLED EQU P1.2 ORG 0000H AJMP MAINORG 000BH AJMP TO_SRVMAIN:CLR ALB ACALL BZ ACALL LED_SD ACALL INIT ACALL INIT_TIMER MOV A,#0C0HMOV P2,ALOOP:ACALL CONV ACALL DISP KEYIN: MOV P0,#0F0HMOV A,P0CJNE A,#0FFH,QUDOULJMP RETURNQUDOU:MOV 10H,ALCALL DELAY10MOV A,P0CJNE A,10H,RETURNKEY1:MOV C,K1JC KEY2ACALL CONVACALL DISPAJMP K21KEY2:MOV C,K2 ACALL KEY3 AJMP SET_ATIME ACALL DISP INC HH MOV A,HH CJNE A,#24,N11 MOV HH,#0N11:ACALL CONVAACALL DISPK21:MOV C,K2 JC KEY3 INC HOURMOV A,HOURCJNE A,#24,L11MOV HOUR, #0AJMP K31L11:ACALL CONVACALL DISPKEY3:CLR TR0MOV HOUR, #0MOV C,K3JC KEY4INC MMMOV A,MMCJNE A,#60,N21MOV MM,#0N21:ACALL CONVAACALL DISPK31:MOV C,K3JC KEY4INC MINMOV A,MINCJNE A,#60,L21MOV MIN,#0 L21:ACALL CONVACALL DISPAJMP K41K41:MOV C,K4JC KEY1JNC RETURNRETURN:ACALL BZACALL LED_SDACALL CONVKEY4: MOV C,K4JC KEY1ACALL BZACALL LED_SDSETB TR0AJMP LOOPTO_SRV:PUSH PSWPUSH ACCMOV TH0,#3CHMOV TL0,#0B0HDJNZ 60H,BACKMOV 60H,#0AHMOV A,#01HADD A,36HDA AMOV 36H,ACJNE A,#60H,BACKMOV 36H,#00HMOV A,01HADD A,35HDA AMOV 35H,ACJNE A,#60H,BACKMOV 35H,#00HMOV A,#01HADD A,34HDA AMOV 34H,ACJNE A,#24H,BACKMOV 34H,#00HBACK:POP ACC POP PSW RETIBZ: SETB P1.3 ACALL DELAY CLR P1.3 ACALL DELAY SETB P1.3 ACALL DELAY CLR P1.3DELAY: MOV R7,#200DEL1: MOV 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