定时闹钟.doc

河南理工大学万方科技学院本科课程设计报告摘要本设计是定时闹钟的单片机应用系统设计，采用汇编语言进行程序编译，并在Proteus单片机仿真软件上进行仿真。该设计与制作采用的是单片机AT89C51, AT89C51是低功耗、高性能的CMOS型8位单片机。片内带有4KB的Flash存储器,且允许在系统内改写或用编程器编程。另外, AT89C51的指令系统和引脚与8051完全兼容,片内有128B 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。显示部分采用六位一体的共阳极数码管，运用同相三态双向总线收发器74LS245作为输出驱动显示部件的元件。在方案设计上，定时闹钟的系统由四个部分构成，分别是单片机控制系统、时间显示模块、控制键模块和闹铃模块。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在程序的编写上，采用了定时程序和时间调整程序对称的编写方法。并且在时间的调整或设置过程中本设计采用了长按进行调时或调分的选择，短按是进行在选择后进行加1，每短按一次，该单位加1.调整完毕以后再次长按原设置键即可跳出设置循环，显示部分共阳极数码管显示正常走时的时间。但是该程序在硬件的仿真过程中有点瑕疵。在仿真开始时警示灯直接亮，必须通过闹钟定时键K2的闹钟设置以后时间才可以正常走时。之后可以进行时间的调整或闹钟的重新调整。在仿真软件上调试后，该设计实现的结果是：能够显示“时时分分秒秒”；能够设定定时时间、修改定时时间；定时时间到能发出报警声或者启动继电器，从而控制电器的启停。目录1概述31.1设计意义31.2主要功能31.3本人所做工作32系统总体方案与硬件选择设计42.1 系统总体方案42.2 硬件选择设计42.2.1单片机控制系统只读存储器AT89C5152.2.2系统时钟电路62.2.3同相三态双向总线收发器74LS24572.2.4控制键模块82.2.5时间显示模块显示部分92.2.6闹铃模块93软件设计103.1 程序流程图103.2 程序模块114 Proteus软件仿真134.1 Proteus ISIS简介134.2 Proteus 运行流程及功能仿真135课程设计体会15参考文献16附1：源程序代码17附2：系统原理图231 概述1.1 设计意义通过利用MCS-51单片机制作定时闹钟，可以更加深刻的理解单片机在自动化仪表中的作用以及掌握单片机的编程方法；从而进一步熟悉和掌握单片机的内部结构和工作原理，了解单片机应用系统设计的基本方法和步骤；通过设计定时数字闹钟数字输出输入及扫描显示模拟系统，熟练掌握单片机仿真软件Proteus的使用方法。1.2 主要功能1) 能准确计时，并且能够通过一个按键使其分别显示时时分分秒秒；2) 翻页按钮查看四个不同的计时值 ；3) 设置一个拨位开关，当开关处于不同位置时，分别控制加时减时； 4) 不同功能通过功能键设置实现切换；5) 定时时间到能发出报警声或者启动继电器，从而控制电器的启停。在此设计中该定时闹钟的报警启动继电器的动作用LED灯的变化来显示。1.3 本人所做工作根据相关的单片机材料，利用所学的单片机知识，结合DVCC系列单片机微机仿真实验系统中的软件和硬件（集成电路芯片，七段数码管，开关电路及时钟信号电路，按键等），编写能够实现该项目的软件程序，最后将软、硬件有机的结合起来，进行有效的调试，达到完成该实验课程设计的目的要求。2 系统总体方案与硬件选择设计2.1 系统总体方案定时闹钟的系统可分为四个模块，分别是单片机控制系统模块、时间显示模块、控制键模块和闹铃模块。通过这些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（图2.1）所示： 控制键模块时间显示模块单片机控制系统模块闹铃模块 图1 模块连接图2.2 硬件选择设计：图2 系统总体硬件图2.2.1 单片机AT89C51 图3 AT89C51图1) 简介 该元件由CPU、振荡器与时序电路、4KB的ROM、256B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定时控制部件。2) CPU的主要功能是产生各种控制信号，控制存储器、输入/输出接口的数据传送、数据的算术运算、逻辑运算以及位操作处理等。它是单片机的头脑。3) CPU从功能上可以分为运算器和控制器两部分。其中运算器由算术逻辑运算部件ALU、累加器、暂存器、程序状态字寄存器、BCD码运算调整电路等组成。为了提高数据处理和位操作能力，片内增加了一个通用寄存器B和一些专用寄存器，还增加了位处理逻辑电路的功能。主要完成对数据进行算术四则运算和逻辑运算、移位操作、位操作等。控制器由程序计数器、指令寄存器、指令译码器、定时控制与条件转移逻辑电路等组成。主要功能是对来自存储器中的指令进行译码，通过定时控制电路，在规定的时刻发出各种操作所需的全部内部和外部控制信号，协调各功能元件的工作，完成指令所规定的功能。而控制器中的定时控制部件与时序是在规定时刻发出各种操作所需的全部内部和外部控制信号，使各功能元件能够协调工作，完成指令所规定动作的功能。主要任务是产生一个工作时序，其工作需要时钟电路提供一个工作频率。4) 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,被定义为高祖输入.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FLASH编程时,P0口作为原码输入口,当FLASH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口缓冲器能接受输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后,被内部上拉为高,可用做输入,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口作为地址的高8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。2.2.2 系统时钟电路 图4 时钟电路图MCS-51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上外接时钟源即可构成时钟电路。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。根据该设计的需要，采取了内部方式。1) HMOS型MCS-51外部时钟源的接法。内部时钟产生方式：XTAL1和 XTAL2两端跨接晶体或陶瓷振谐器，与内部反相器构成稳定的自激振荡器。其发出的时钟脉冲直接送入片内定时控制部件。C1、C2对频率有微调作用。2) CHMOS型的外部时钟源的接法与HMOS型的单片机内部时钟电路不同：（1） 内部时钟信号取自反相放大器的输入端。（2） 振荡器的工作可编程控制。即当相应的部件进入掉电保护，系统进入低功耗运行。因内部时钟发生器的信号取自放大器的输入端，故采用外部时钟源时，接线方法与HMOS型的单片机有所不同。2.2.3 驱动设备图5 74LS245图 用来驱动LED或其他的设备,可双向传输数据.还具有三态功能,既可以输出,也可以输入数据。当8051单片机的P0口总线负载达到或超过P0口负载能力时,必须接入74LS245等总线驱动器。2.2.4 控制键模块图6 控制模块图K1键为时间设置和正常走时的设置键。第一次长按该键即可进行分钟的设置状态，调整的部分为闪烁状态，之后短按该键每按下一次即可在要设置的分钟上加1。设置完成以后再次长按该键即可进入小时的设置，分钟的显示位置不再闪烁。而小时的显示位置为闪烁状态，之后短按该键每按下一次即可在要设置的小时上加1。设置完成之后再次长按该键（显示部分无闪烁状态），即可显示设置时间后的正常走时。K2键为闹钟设置键和正常走时的调整键。调整的过程与时间的设置过程类似。第一次长按该键即可进行分钟的调整状态，调整的部分为闪烁状态，之后短按该键每按下一次即可在要设置的分钟上加1。设置完成以后再次长按该键即可进入小时的设置，分钟的显示位置不再闪烁。而小时的显示位置为闪烁状态，之后短按该键每按下一次即可在要调整的小时上加1。调整完成以后长按该键（显示部分无闪烁状态），即可显示正常走时。须注意：该定时闹钟在定时之后才可以正常走时。2.2.5 时间显示模块显示部分图7 时间显示模块图显示部分采用六位一体共阳数码管，自左到右分别显示时时分分秒秒。在进行时间的闹钟设置和时间的调整过程中相应的设置或调整的单元部分为闪烁状态。2.2.6 闹铃模块图8 闹钟模块图警示灯，定时时间输出低电平，LED灯两端存在电位差即灯亮。3 软件设计 3.1 程序流程图 CPU等初始化设定闹铃时间启动走时有关量的初始化启动闹铃定时设置程序判断分时变化调时调分判断1S到否再次设置闹铃否定时时间到否显示刷新图9 程序流程图3.2 程序模块1. 主程序; 主 程 序 ;START: MOV R0 , #70HMOV R7, #0BHMOV 20H, #00HCLEARDISP: MOV R0, #00HINC R0DJNZ R7,CLEARDISP ； 给显示缓冲单元7075H赋初值MOV 7AH,#0AHMOV 3AH,#0AHMOV R0, #30HMOV R7, #0BHMOV 20H, #00HCLEARdDISP: MOV R0, #00HINC R0DJNZ R7,CLEARdDISPMOV 3AH,#0AHMOV TMOD,#11H；定时器等状态初始化MOV TL0, #0B0HMOV TH0, #3CHMOV TL1, #0B0HMOV TH1, #3CHSETB EA；开中断SETB ET0SETB TR0；T0开始工作MOV R4,#14Hstart1: LCALL DISPLAYJNB P3.2,SETMM1JNB P3.3,DSETMM1SJMP Start1SETMM1: LJMP SETMMDSETMM1:LJMP DSETMM程序开始先调用调整与正常走时显示程序，判断K1键是否按下，若按下择调用时钟调整程序，若无按下则判断K2是否按下，若按下则调用闹钟设置程序。若无键按下则返回主程序继续循环当定时器计数满溢出时，调用计时秒进位程序，时钟每增加一秒，通过以下语句：CJNE a,70H,yyyMOV a,31HCJNE a,71H,yyyMOV a,32HCJNE a,72H,yyyMOV a,33HCJNE a,73H,yyyMOV A,34HCJNE A,74H,yyyMOV A,35HCJNE A,75H,yyy判断定时时间是否到，若没有则返回主程序，若有则调用闹钟服务子程序。由于定时设置时的初值和正常走时的初值全部为00H，所以在刚开始运行时灯直接亮。之后可以通过长按k2键设置定时闹钟的时间进而实现该闹钟的正常走时。2. 计时秒进位程序 3. 时钟调整程序 调整通过判断按键按下时间的长短来判断是调小时还是调分，通过调用闪烁程序可以判断当前状态是调整小时或是调整分钟。4. 闹铃时钟调整程序 设置通过判断按键按下时间的长短来判断是设置小时还是设置分钟，通过调用闪烁程序可以判断当前状态是设置小时或是设置分钟。4 Proteus软件仿真4.1 Proteus ISIS简介Proteus是英国Labcenter electronics软件公司开发的EDA工具软件。作为一款EDA仿真软件，Proteus比同类软件更易操作，功能更强大。Proteus不仅可以仿真多系列几十种单片机，而其还有着数量庞大的元件库。Labcenter公司与相关的第三方软件阵容共同开发了6000多个模拟和数字电路中常用的Spice模型以及各种动态元件。在丰富的库元件的支持下，画原理图时只要对元件进行相应的调试和连线，并且每个元件的属性都可以自由设定，然后就可以进行仿真。系统仿真用到了PROTEUS软件，可通过仿真可以完全显示出所设计系统的功能,对于程序的调试等有很大的帮助。4.2 Proteus运行流程及功能仿真Proteus ISIS的工作界面是一种标准的Windows界面。PROTEUS软件工作界面：图10 PROTEUS软件工作界面图运行Proteus程序后，进入软件的主界面。通过左侧工具栏的P（从库中选择原件命令）命令，在Pick Devices左侧窗口中选择所需元件的关键字，然后放置元件并调整方向和位置以及参数设置。最后进行连线。在设计好程序之后，打开伟福编译器中运行程序liguodu.ASM文件。经过编译后生成了liguodu.hex文件，然后打开Proteus，在该软件中画出电路图，再加载刚才在伟福中生成的liguodu.hex,然后运行。然后根据软件设计的功能进行实验，可得到如下结果： 正常走时的仿真图：图11 正常走时仿真图 定时时间到灯亮时的仿真图：图12 定时时间到灯亮时仿真图定时时间到灯亮时的仿真图：图13 定时时间到灯亮时仿真图5 课程设计体会通过这一周单片机课程设计，我不仅加深了对单片机理论的理解，而且我发现单片机有很好地在实际中应用的价值。我觉得单片机课程设计非常能够培养的创新精神，从而不断地战胜自己，超越自己。通过这次课程设计我将理论很好地应用到实际中，这让我感到自己所学的知识是非常有实际应用价值。在这次课程设计中我学到了很多的东西。我发现原来老师在课堂上重点强调的一些知识点和考试时考到的知识在我的课程设计中都用到了，比如说中断那一部分知识，在我的定时闹钟设计中就用到。在整个课程设计过程中，我有很深的感触。在课程设计前我感到很迷茫，虽然已经学过而且考完了单片机，但是对于设计一套真正的应用系统自己的心里还是没底，这需要对单片机的各个语句有很深的理解，而且能够熟练的应用。在这一点上我感觉自己还是有很大的欠缺，因为自己学习和复习的过程都是对每一章，每一个知识点在进行学习和复习，当这些知识融合到一起时自己就感觉有些不知所措了。不过通过向老师的请教和同学之间的讨论我有了大致的思路。然后通过上网查询我发现了许多自己可以借鉴的程序，提取自己所需要的那一部分加上自己的修改。我的程序就初见雏形了。在课程设计中调试程序是最让我头疼的一件事，因为那都是些非常细微的错误，比如说少了一个逗号，0和英文中的“o”等等一些让自己烦恼的一些错误。通过程序的调试我发现要想做一名合格的程序员首先要做到的就是细心，要不然有无数多个自己想不到的错误在等这自己。完成本次课程设计的过程，是一个从无到有的过程，这次课程设计可以圆满完成，跟单片机课程里面的课外作业是离不开的。起初不知该从何下手，后来仔细阅读设计的题目和要求， 再到图书馆和网上查找资料，总算是有点眉目了。埋头苦干的过程是苦涩的，在书山中查找资料的过程是疲倦的。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。当课程设计完成时，那种成就感是甜蜜的，没有耕耘，哪来得收获的喜悦，不懂得付出怎么能知道回报的快乐，一分耕耘一分收获。总之通过第一次课程设计让我受益颇多。通过这次课程设计我认识到自己所学的知识是有非常高的实用价值的。非常感谢老师给我们的这次机会和老师的指导！参考文献期刊论文:1 金素华,张尉.单片机调试方法的讨论.电子世界,2004,25(4):34-652 宋凤娟,廉文利,付云强.单片机89C51在调速系统中的应用.微计算机信息,2007,12(6):113-114书、专著：1 余发山. 单片机原理及应用技术. 中国矿业大学出版社, 2003，21302 何立民编著.单片机中级教程(原理与应用).北京:北京航天大学出版社,2000.78-1003 张迎新编著.单片微型计算机原理应用及接口技术.北京:国防工业出版社,1993.67-89附1：源程序代码24- -；显示缓冲单元在70H75H，70H71H显示秒，72H73H显示分，74H75H显示时；定时缓冲单元在30H35H，30H-31H显示秒，32H-33H显示分，34H-35H显示小时；时间计数单元在70H71H（秒）、76H77H（分）、78H79H（时），7AH单元放熄;；灭符（#0AH）；计数单元采用BCD码计数，定时器T0设置为50MS溢出中断，为秒计数用，定时器T1;为调整时闪烁用；P3.2为调整按钮，P1口为字符输出口，采用共阳显示管。; 中断入口程序 ;ORG 0000HLJMP STARTORG 0003HRETIORG 000BHLJMP INTT0ORG 0013HRETIORG 001BHLJMP INTT1ORG 0023HRETIORG 002BHRETI; 主 程 序 ;START: MOV R0, #70HMOV R7, #0BHMOV 20H, #00HCLEARDISP: MOV R0, #00HINC R0DJNZ R7,CLEARDISPMOV 7AH,#0AHMOV 3AH,#0AHMOV TMOD,#11HMOV TL0, #0B0HMOV TH0, #3CHMOV TL1, #0B0HMOV TH1, #3CHSETB EASETB ET0SETB TR0MOV R4,#14Hstart1: LCALL DISPLAYJNB P3.2,SETMM1JNB P3.3,DSETMM1SJMP Start1SETMM1: LJMP SETMMDSETMM1:LJMP DSETMM;计时秒进位程序 ;INTT0: PUSH ACCPUSH PSWCLR ET0CLR TR0MOV A,#0B7H ;中断同步修正ADD A,TL0MOV TL0,AMOV A,#3CHADD A,TH0MOV TH0,ASETB TR0DJNZ R4, OUTT0ADDSS: MOV R4,#14HMOV R0,#71HACALL ADD1 ;加1程序MOV A,R3CLR CCJNE A,#60H,ADDMMADDMM: JC OUTT0ACALL CLR0MOV R0,#77HACALL ADD1MOV A,R3CLR CCJNE A,#60H,ADDHHADDHH: JC OUTT0ACALL CLR0MOV R0,#79HACALL ADD1MOV A,R3CLR CCJNE A,#24H,HOURHOUR: JC OUTT0ACALL CLR0OUTT0: MOV 72H,76HMOV 73H,77HMOV 74H,78HMOV 75H,79HMOV A,30HCJNE A,70H，yyyMOV A,31HCJNE A,71H,yyyMOV A,32HCJNE A,72H,yyyMOV A,33HCJNE A,73H,yyyMOV A,34HCJNE A,74H,yyyMOV A,35HCJNE A,75H,yyyCLR p1.0LCALL ALARMPROCESSyyy:POP PSWPOP ACCSETB ET0RETI;*; 闹时服务子程序;*ALARMPROCESS: clr p1.0; jb p3.3,$ setb p1.0ALARMRETURN: RET; 闪动调时程 序 ;INTT1: PUSH ACCPUSH PSWMOV TL1, #0B0HMOV TH1, #3CHDJNZ R2,INTT1OUT MOV R2,#06HJB 04H,DFLASHCPL 02HJB 02H,FLASH1MOV 72H,76HMOV 73H,77HMOV 74H,78HMOV 75H,79HINTT1OUT: POP PSW POP ACCRETIFLASH1: JB 01H,FLASH2 MOV 72H,7AHMOV 73H,7AHMOV 74H,78HMOV 75H,79HAJMP INTT1OUTFLASH2: MOV 72H,76HMOV 73H,77HMOV 74H,7AHMOV 75H,7AHAJMP INTT1OUT; 定时闪动调时程序 ;DFLASH:CPL 05HJB 05H,FLASH3MOV 32H,36HMOV 33H,37HMOV 34H,38HMOV 35H,39HAJMP INTT1OUTFLASH3: JB 06H,FLASH4MOV 32H,3AHMOV 33H,3AHMOV 34H,38HMOV 35H,39HAJMP INTT1OUTFLASH4: MOV 32H,36HMOV 33H,37HMOV 34H,3AHMOV 35H,3AHAJMP INTT1OUT; 加1程序 ;ADD1: MOV A,R0DEC R0SWAP AORL A,R0ADD A,#01HDA AMOV R3,AANL A,#0FHMOV R0,AMOV A,R3INC R0SWAP AANL A,#0FHMOV R0,ARET; 清零程序 ;CLR0: CLR AMOV R0,ADEC R0MOV R0,ARET; 时钟调整程序 ;SETMM: cLR ET0CLR TR0LCALL DL1SJB P3.2,CLOSEDISMOV R2,#06HSETB ET1SETB TR1SET2: JNB P3.2,SET1SETB 00HSET4: JB P3.2,SET3LCALL DL05SJNB P3.2,SETHHMOV R0,#77H ;加1分程序LCALL ADD1MOV A,R3CLR CCJNE A,#60H,HHHHHH: JC SET4LCALL CLR0CLR CAJMP SET4CLOSEDIS: SETB ET0SETB TR0CLOSE: JB P3.2,CLOSELCALL DISPLAYJB P3.2,CLOSEWAITH: JNB P3.2,WAITHLJMP START1SETHH: CLR 00HSETHH1: JNB P3.2,SET5SETB 01HSET6: JB P3.2,SET7LCALL DL05SJNB P3.2,SETOUTMOV R0,#79HLCALL ADD1MOV A,R3CLR CCJNE A,#24H,HOUUHOUU: JC SET6LCALL CLR0AJMP SET6SETOUT: JNB P3.2,SETOUT1LCALL DISPLAYJNB P3.2,SETOUTCLR 01HCLR 00HCLR 02HCLR TR1CLR ET1SETB TR0SETB ET0LJMP START1SET1: LCALL DISPLAYAJMP SET2SET3: LCALL DISPLAYAJMP SET4SET5: LCALL DISPLAYAJMP SETHH1SET7: LCALL DISPLAYAJMP SET6SETOUT1: LCALL DISPLAYAJMP SETOUT; 闹铃时钟调整程序 ;DSETMM: CLR ET0CLR TR0SETB 04HLCALL DDL1SJB P3.3,DCLOSEDISMOV R2,#06HSETB ET1SETB TR1DSET2: JNB P3.3,DSET1SETB 03HDSET4: JB P3.3,DSET3LCALL DDL05SJNB P3.3,DSETHHMOV R0,#37H ;加1分程序LCALL ADD1MOV A,R3CLR CCJNE A,#60H,DHHHDHHH: JC DSET4LCALL CLR0CLR CAJMP DSET4DCLOSEDIS: SETB ET0SETB TR0DCLOSE: JB P3.3,DCLOSELCALL DISPLAY2JB P3.3,DCLOSEDWAITH: JNB P3.3,DWAITHLJMP START1DSETHH: CLR 03HDSETHH1: JNB P3.3,DSET5SETB 06HDSET6: JB P3.3