定时闹钟.doc

河海大学河海大学河海大学 单片机课程设计报告单片机课程设计报告 定时闹钟定时闹钟 姓 名 张自强 陈七 学 号 0828010091 0828010030 专业班级 08 建工 1 班 指导老师 张宏伟 所在学院 建筑学院 2010 年 6 月 29 日 河南理工大学本科课程设计报告 1 摘要摘要 本设计是一个定时闹钟 以单片机为基础 实现显示时时 分分 能够设 定定时时间 修改定时时间 并且到定时时间可以发出警报 此设计也可以用 数字电路来实现 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 而单片机具有集成度高 功能强 通用性好 特 别是它能耗低 价格便宜 可靠性高 抗干扰能力强和使用方便等独特的优点 所以单片机现在广泛的应用到家用电器 机电产品 儿童玩具 机器人 办公 自动化产品等领域 单片计算机即单片微型计算机 是集 CPU RAM ROM 定 时 计数和多种接口于一体的微控制器 他体积小 成本低 功能强 广泛应 用于智能产品和工业自动化上 目前 单片机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 特别是 20 世纪 70 年代问世以来 以其极高 的性能价格比 受到人们的重视和关注 应用很广 发展很快 推广率高 市 场利润率高 而 51 单片机是各单片机中最为典型和最有代表性的一种 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 基于单片机的数字定时闹钟在设计时需要解决三个方面的主要问题 一是 LED 显示模块的驱动和编程 二是有关单片机中定时器的使用 三是如何利用 单片机的外中断实现时钟功能和运行模式的转化 在基于单片机系统的数字定 时闹钟电路中 除了基本的单片机系统和外围电路外 还需要外部的控制和显 示装置 在本设计中 输入装置是按键开关 用于控制数字定时闹钟的运行模 式 显示装置是 LED 七段数码管 在本次设计与制作中采用单片机 AT89C51 它是低功耗 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 整个定时闹钟系统能完成时间的显示 调时和定时闹钟 复位等功能 并 经过系统仿真后得到了正确的结果 河南理工大学本科课程设计报告 2 目录目录 1 1 概述概述 3 1 1 设计目的和意义 3 1 2 设计的主要功能 3 2 2 系统总体方案与硬件选择设计系统总体方案与硬件选择设计 4 2 1 系统总体设计框图 4 2 2 主电路 4 2 3 硬件设计 6 3 3 软件设计软件设计 9 3 1 软件设计说明 10 3 2 程序流程图 10 3 3 汇编程序 11 4 4 PROTEUSPROTEUS 软件仿真软件仿真 19 5 5 课程设计体会课程设计体会 20 参考文献参考文献 20 河南理工大学本科课程设计报告 3 1 1 概述概述 1 1 设计目的和意义 闹钟与我们的日常生活密不可分 通过闹钟的设计可以使我们进一步熟悉和 掌握单片机的内部结构和工作原理 掌握单片机仿真软件 Proteus 的使用方法 1 2 设计任务 1 能够显示 时时 分分 2 设定定时时间 修改定时时间 3 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 2 设计的主要功能 可以设置现在的时间及显示闹铃设置时间 若时间到则发出一分钟闹铃响 本课程设计主要用到 AT89C51 单片机定时器时间计时处理 按键扫描及七段显 示器扫描的设计方法等等 本文是利用 AT89C51 单片机结合七段显示器设计一 个简易的定时闹铃时钟 可以放在计算机教室或是实验室中使用 由于用七段 显示器显示数据 在夜晚或黑暗的场合中也可以使用 河南理工大学本科课程设计报告 4 2 2 系统总体方案与硬件选择设计系统总体方案与硬件选择设计 2 1 系统总体设计框图 该数字定时闹钟是由 AT89C51 单片机控制的 采用 24 小时制计时 基于单 片机的数字定时闹钟在设计时需要解决三个方面的主要问题 一是 LED 显示模 块的驱动和编程 二是有关单片机中定时器的使用 三是如何利用单片机的外 中断实现时钟功能和运行模式的转化 数字定时闹钟系统框图如图一所示 包 括主电路和显示电路两大部分 2 2 主电路 单片机选择 AT89C51 时钟系统通过将 XTAL1 与 XTAL2 分别接 1u 的电容 并将一晶振与两电容分别并联最后引出接地 复位电路通过引脚 RST 接出 此 系统采用上电加按钮电平复位方式 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 置位无效将 EA 接高电平作为掉电保护 P0 P1 P2 P3 分别与外围 器件相连 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 晶振 及复位 按钮 单片机 AT89S52 8 个 限流 电阻 蜂鸣器 4 位共阴 数码管显 示 选位 图 1 系统设计方框图 河南理工大学本科课程设计报告 5 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 河南理工大学本科课程设计报告 6 图二 2 3 硬件设计 1 系统时钟电路 图三 AT89C51 XTAL2 XTAL1 JZ 12M C1 30PF C2 30PF 河南理工大学本科课程设计报告 7 MCS 52 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 52 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 2 1 内部时钟信号取自反相放大器的输入端 2 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 控制键模块 R1 10k R2 10k D1 LED YELLOW K1 K2 图四 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 河南理工大学本科课程设计报告 8 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 3 闹铃模块 D1 LED GREEN 图五 警示灯 定时时间输出低电平 LED 灯两端存在电位差即灯亮 4 同相三态双向总线收发器 74LS245 河南理工大学本科课程设计报告 9 XTAL2 18 XTAL1 19 ALE 30 EA 31 PSEN 29 RST 9 P0 0 AD0 39 P0 1 AD1 38 P0 2 AD2 37 P0 3 AD3 36 P0 4 AD4 35 P0 5 AD5 34 P0 6 AD6 33 P0 7 AD7 32 P1 0 1 P1 1 2 P1 2 3 P1 3 4 P1 4 5 P1 5 6 P1 6 7 P1 7 8 P3 0 RXD 10 P3 1 TXD 11 P3 2 INT0 12 P3 3 INT1 13 P3 4 T0 14 P3 7 RD 17 P3 6 WR 16 P3 5 T1 15 P2 7 A15 28 P2 0 A8 21 P2 1 A9 22 P2 2 A10 23 P2 3 A11 24 P2 4 A12 25 P2 5 A13 26 P2 6 A14 27 U1 AT89C51 C2 10u X1 CRYSTAL C1 10u R1 10k R2 10k R3 10k A0 2 B0 18 A1 3 B1 17 A2 4 B2 16 A3 5 B3 15 A4 6 B4 14 A5 7 B5 13 A6 8 B6 12 A7 9 B7 11 CE 19 AB BA 1 U2 74LS245 D1 LED GREEN 图六 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 8052 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 3 3 软件设计软件设计 3 1 软件设计说明 河南理工大学本科课程设计报告 10 数字定时闹钟的秒信号是利用单片机定时器 T0 产生的 由于开发机的晶振 频率为 12MHz 使得 T0 的最大定时时间远远小于 1 秒 因此 在设计时采用了 硬件计数与软件计数相结合的方式 即通过 T0 产生一定的定时时间 然后再利 用软件进行计数 从而产生 1 秒钟的时间信号 在设计中 定时器 T0 采用了中 断方式 当定时时间到时 单片机产生中断 在 T0 的中断服务程序中实现时 分 秒的累加 并且 该中断的优先级别高于其它中断 因此 保证了定时闹 钟走时准确 在设计中 利用外部中断 0 和外部中断 1 分别作为校时和闹钟校时按键的 触发输入 3 2 程序流程图 显示时间 S4按下 S3按下 S1按下 显示闹钟 时间调整 闹钟调整 响铃 主程序 响铃判断 Y Y Y N Y N N N 初始化 开始 河南理工大学本科课程设计报告 11 3 3 汇编程序 主 程 序 include define uint unsigned int define uchar unsigned char uchar code tab 10 0 x3f 0 x06 0 x5b 0 x4f 0 x66 0 x6d 0 x7d 0 x07 0 x7f 0 x6f sbit L1 P2 3 sbit L2 P2 2 sbit L3 P2 1 sbit L4 P2 0 sbit LED P2 7 二极管 秒闪烁 sbit key1 P1 4 时钟设置 sbit key2 P1 1 闹钟设置 sbit key3 P1 2 1 sbit key4 P1 3 1 sbit beep P2 4 uchar m n s0 f0 shi fen miao aa b c b 设置时钟 闹钟变量 1 时钟 2 闹钟 c 蜂 鸣器鸣叫次数 void key void display void init void delay uint void main 河南理工大学本科课程设计报告 12 init while 1 display key void display if b 1 P0 tab fen 10 L3 0 delay 2 L3 1 P0 0 x00 P0 tab fen 10 L4 0 delay 2 L4 1 P0 0 x00 P0 tab shi 10 L1 0 delay 2 L1 1 P0 0 x00 P0 tab shi 10 L2 0 delay 2 L2 1 P0 0 x00 if b 2 设置闹钟显示函数 s0 闹钟小时 f0 闹钟分钟 河南理工大学本科课程设计报告 13 P0 0 x00 P0 tab s0 10 L1 0 delay 2 L1 1 P0 0 x00 P0 tab s0 10 L2 0 delay 2 L2 1 P0 0 x00 P0 tab f0 10 L3 0 delay 2 L3 1 P0 0 x00 P0 tab f0 10 L4 0 delay 2 L4 1 void init miao 0 fen 5 shi 0 TMOD 0 x01 TH0 65536 50000 256 TL0 65536 50000 256 EA 1 ET0 1 TR0 1 b 1 河南理工大学本科课程设计报告 14 void key if key1 0 delay 20 if key1 0 if n 0 m TR0 0 if m 3 m 0 TR0 1 while key1 0 if key2 0 delay 20 if key2 0 if m 0 n b 2 if n 3 n 0 b 1 while key2 0 河南理工大学本科课程设计报告 15 if key3 0 delay 20 if key3 0 if m 1 shi if shi 24 shi 0 if m 2 fen if fen 60 fen 0 if n 1 s0 if s0 24 s0 0 if n 2 f0 if f0 60 f0 0 while key3 0 if key4 0 delay 20 if key4 0 河南理工大学本科课程设计报告 16 if m 1 shi if shi 255 shi 23 if m 2 fen if fen 255 fen 59 if n 1 s0 if s0 255 s0 23 if n 2 f0 if f0 255 f0 59 while key4 0 void timer0 interrupt 1 TH0 65536 50000 256 TL0 65536 50000 256 aa beep 1 if aa 10 河南理工大学本科课程设计报告 17 LED 0 if aa 20 aa 0 LED 1 miao if miao 60 miao 0 fen if fen 60 fen 0 shi if shi 24 shi 0 if shi s0 if fen f0 if aa 5 beep 0 if aa 10 beep 1 if aa 15 beep 0 if aa 0 beep 1 河南理工大学本科课程设计报告 18 void delay uint a uchar x y uint z for z a z 0 z for x 2 x 0 x for y 226 y 0 y 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 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 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 河南理工大学本科课程设计报告 19 4 4 ProteusProteus 软件仿真软件仿真 通过 S1 S2 S3 和 S4 四个按键 对时间进行修改和闹钟的设置 定时时 间到能发出报警声 使用 KEIL 软件编辑程序 生成 HEX 文件 然后用 protel 进行仿真 按下 S1 键显示闹钟 松开后显示时间 按下 S4 键进入时间修改模式 再 按 S4 键时间的时加 1 按 S2 分加 1 调整结束后按下 S1 恢复正常显示 按下 S3 键进入闹钟修改模式 再按 S3 键闹钟的时加 1 按 S2 分加 1 调整结束后 按下 S1 恢复正常显示 系统正常运行时的仿真图 5 5 课程设计体会课程设计体会 课程设计是培养学生综合运用所学知识 发现 提出 分析和解决实际问 题 锻炼实践能力的重要环节 是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程 随着科学技术发展的日新日异 单片机已经成为当今计算机应用中空前活跃的 领域 在生活中可以说得是无处不在 作为二十一世纪的大学生来说掌握单片 机的开发技术是十分重要的 在经过一个星期的课程设计 以及搜集资料和上机操作的过程中 我发现 单片机是一门应用性很强的学科 课程设计是培养我们综合运用所学知识 发现 提出 分析和解决实际问题 锻炼实践能力的重要环节 是对我们实际工作能力 的具体训练和考察过程 尽管在上学期时也是把单片机课本认真的学习了一遍 但是在刚看到设计任务书时发现不知道该从