作息时间控制课程设计报告.doc

南华大学课 程 设 计课程名称 单片机课程设计 课题名称 作息时间控制 专 业 电气工程及其自动化 班 级 0217 学 号 20084450217 姓 名 黄 雁 指导教师 赵宇红 2011年 01 月 03 日 南华大学课 程 设 计 任 务 书课程名称 单片机原理及应用 课 题 作息时间控制器 班 级 电力082 学生姓名 黄 雁 学 号 20084450217 指导老师 赵宇红 审 批 任务书下达日期 2011年12月18日任务完成日期2012年 1月 3日 设计内容与设计要求设计内容：本课题要求以单片机为核心，设计一个具有定时和计数功能的智能化作息时间控制器。该控制器要求有以下功能：1、 按作息时间接通/断开电铃；2、 课间接通/断开播放音乐设备；3、 时钟显示。设计要求：1）确定系统设计方案； 2）进行系统的硬件设计；3）完成必要的参数计算与元器件选择；4）完成应用程序设计；*5）进行部分单元电路几应用程序的调试；主 要 设 计 条 件作息时间控制器常用于学校教学楼的时间控制，利用单片机内部定时器实现时间基准定时，并配合“启动”、“复位”等按键的操作完成铃声、音乐的开/停控制，显示的内容要求有时、分、秒各两位。说 明 书 格 式1. 课程设计任务书2. 目录3. 系统总体方案选择与说明4. 系统结构框图与工作原理5. 各单元硬件设计说明及计算方法6. 软件设计与说明（包括流程图）7. 调试结果与必要的调试说明8. 使用说明9. 程序清单10、总结11、参考文献附录附录A 系统原理图附录B 程序清单评分表进 度 安 排设计时间两周第一周：星期一 老师布置课题任务，借阅有关资料；星期二 总体方案设想，初步确定设计方案；星期三 上午：方案论证与检查；下午：总体设计，硬、软件功能分配；星期四 硬、软件流程设计与计算； 第二周：星期一 分单元调试；星期二 写说明书初稿；星期三 检查设计情况，修改说明书；星期四 整理资料，准备交稿；参 考 文 献参考文献1张迎新.单片微型计算机原理、应用及接口技术.国防工业出版社2房小翠.单片机实用系统设计技术. 国防工业出版社3何立民.单片机应用系统设计.北航出版社4王迎旭.单片机原理及及应用.机械工业出版社.2004年目录第1章 概论61.1 课题的提出及其意义61.2 课题设计内容与要求7第2章 整体设计方案72.1 总体思路72.2 方案确定8第3章 硬件电路设计83.2 LED数码管驱动电路93.3 按键电路93.4 蜂鸣器驱动电路103.5 继电器电路11第4章 软件设计124.1 系统软件方案的设计124.2 I/O口的分配134.3 主程序设计134.4 子程序设计14 4.4.1 键盘扫描子程序的流程图14 4.4.2 时间比较子程序流程图15第5章 调试运行165.1 硬件调试165.2 软件调试175.3 操作说明175.4proteus仿真18第6章 总结18参考文献19附录A 系统原理框图21附录B 程序22第1章 概论1.1课题的提出及其意义 作息时间控制器由单片机、LED数码显示器，键盘、蜂鸣器等基本元器件组成。具有时钟调整功能，每到设定时间完成铃声与音乐的播放。作息时间控制器一般用于学校教学楼的时间控制。1.2 课题设计内容与要求 本课题是以单片机为核心，设计一个具有定时和计数功能的智能化作息时间控制器。该控制器要求有以下内容：(1)按作息时间接通/断开电铃；(2)课间接通/断开播放音乐设备；(3)时钟显示。 作息时间控制系统广泛应用于学校等各种环境,在设计此系统时,必须满足如下五个要求(1)确定系统设计方案；(2)进行系统的硬件设计；(3)完成必要的参数计算与元器件选择；(4)完成应用程序设计；(5)进行部分单元电路几应用程序的调试；第2章 整体设计方案2.1 总体思路 根据课题的内容与要求自己的思路如下： （1）首先定时部分通过单片机内部定时器/计数器T0控制时间。（2）时间的显示利用4个数码管动态扫描来实现，每次显示的延时时间调用延时1MS子程序实现，不断地调整延时时间使数码管得显示达到最佳。（3）数码管的位码由P2口控制，段码由P0口控制。（4）时间调整由K1和中断子程序完成。K1：当前时间调整键K2：响铃时间调整键K3：加1，即对当前选择数码管数字加1K4：确定键（5）利用端口P3.7驱动蜂鸣器，P3.6驱动继电器。2.2 方案确定首先由单片机为核心，4个独立按键，时钟电路，复位电路，蜂鸣器，继电器以及LED组成，下图1-1是该课题设计方案的硬件图。 图 1-1 系统的电路设计框图第3章 硬件电路设计 3.1单片机选择 选择STC89C52单片机，它有四个8位并行I/O端口，分别记作P0、P1、P2和P3。每个端口都是8位准双向I/O口，共占32根管脚。每个端口包含一个锁存器、一个输出驱动器和一个输入缓冲器。如图1-2 图1-2 单片机STC89C523.2 LED数码管驱动电路利用4位LED数码管进行时钟显示，第1，2位是分显示,第3,4位是小时显示，利用单片机的P0口段码选择，P2.0,P2.1,P2.2，P2.3对数码管进行位选。图1-3 数码管显示电路3.3 按键电路利用4个独立键盘作为该系统的按键控制。4个键盘分别接至P3口的P3.0,P3.1,P3.2,P3.3。K1：当前时间调整键K2：响铃时间调整键K3：加1，即对当前选择数码管数字加1K4：确定键图1-4 按键电路3.4 蜂鸣器驱动电路 利用蜂鸣器模拟铃声，利用端口P3.7驱动蜂鸣器，每到下课或上课的时候，给P3.7一个高电平，蜂鸣器发出声音，实现了打铃功能。图1-5为蜂鸣器电路： 图1-5 蜂鸣器电路3.5 继电器电路 利用继电器的接通与关断来模拟音乐播放，利用P1.5驱动继电器工作，当到大课间时或放学时，给P3.6一个高电平则继电器工作，即音乐播放开关闭合。图1-6为继电器电路。 图1-6 继电器电路第4章 软件设计4.1 系统软件方案的设计进行应用软件设计时采用模块化设计，有以下几点优点：（1) 每个模块的程序结构简单，任务明确，易于编写、调试和修改。（2) 程序可读性好，对程序修改可局部进行，其他部分可以保持不变。（3) 对于使用频率高的子程序可以建立程序库，便于多个模块调用。（4) 便于分开合作，多个程序可同时进行程序编写和调试工作，加快件的开发进度。 根据设计要求，首先要确定软件设计方案，即确定该软件应该完成哪些功能；其次是规划这些功能需要分成多少个功能模块，以及每一个程序模块的具体任务是什么。 其系统的软件设计的模块应该遵循下述原则： (1) 每个模块应具备独立的功能，能产生一个明确的结果。 (2) 模块之间的控制参数应尽量简单，数据参数应尽量少。控制参数是指模块进入和退出的条件及方式，数据参数是指模块间信息的交换方式、交换量的多少及交换的频繁程度。 (3) 模块的长度适中。模块语句的长度通常是在20-100句之间比较合适，模块太长，调试和分析会有难度，修改时也会增加难度；模块太短，信息交换太过频繁，不利于模块功能的体现。根据自己的总体思路，确定了各个模块的功能，该系统总共分为6个模块，系统的结构框图如下图1-7所示4.2 I/O口的分配P3.0-3.3 控制键盘端口P0.0-0.7 LED数码管的段选P2.0-2.3 LED数码管的位选P3.6 继电器驱动P3.7 蜂鸣器驱动4.3 主程序设计 图1-8 主程序流程图4.4 子程序设计该系统的子程序主要有3个分别是时间比较子程序，键盘扫描子程序（其中包括对时间的调整），时钟显示子程序。4.4.1 键盘扫描子程序的流程图：主程序不断在扫描键盘状态，当有键盘被按下时，对时间进行调整图1-9 键盘扫描流程图4.4.2 时间比较子程序流程图： 程序运行时，提取实时的时钟值跟设定值比较如果相等则蜂鸣器或继电器打开，不等则继续提取查询。 图2-1 时间比较流程图第5章 调试运行单片机应用系统的调试，包括硬件调试和软件调试，是一个很重要的步骤。硬件调试和软件调试并不能完全分开，许多硬件错误事在软件调试过程中被发现和纠正的，一般方法是先排除明显的硬件故障，在进行软硬件综合调试。5.1 硬件调试 当设计者完成了绘图制板工作，并且拿到印制电路板，准备焊接元器件及插座，进行联机仿真调试之前，应做好下述工作：（1）未焊接元器件管座或元件之前，首先用眼睛和万用表直接检查线路板各处是否有明显的断路、短路的地方，尤其是要注意电源是否短路。这一步虽然简单，而且枯燥，但非常重要。否则未检查就焊上元件或管座，以至发现短路、开路、故障时，却常因管座、元件遮盖住线路难以进行故障定位，甚至还要将已焊好的管座再拔下来，造成的麻烦可想而知的。（2）元件在焊接过程中要逐一检查，例如二极管、三极管、电容的极性，电阻的阻值和摆放的位置是否正确。（3）元器件焊接完毕后，还有仔细检查元件面各元件之间裸露部分有无相互接触现象，焊接面的各焊点间有无连接或着是否出现虚焊。（4）完成上述检查后，先空载上电（未插芯片），检查电路电路板各引脚及插件上的电位是否正常，特别是单片机引脚上的各点电位是否正常。若一切正常，将芯片插入各管座，再通电检查各点电压是否达到要求，逻辑电平是否符合电路或器件的逻辑关系。若有问题，掉电后再认真检查故障原因。 在完成上述联机调试准备工作后，在断电情况下用，用串行口线将试验板与PC机相连，下载综合程序，然后操作实验板上的按键，仔细观察实验现象，反复调试，直到没有错误为止。5.2 软件调试 单片机系统的开发除了需要硬件支持以外，同样离不开软件。CPU真正可执行的是机器码，用汇编语言或C语言等高级语言编写的程序必须转换为机器码才能被执行，转换的方法有手工汇编和机器汇编两种，前者比较麻烦，已不太实用了。机器汇编是指通过汇编软件将程序变为机器码的编译方法。这种汇编软件称为编译器。本次系统开发用到了目前流行的Keil编译器。5.3 操作说明 接通电源后，开发板上的4个LED灯显示分别为时钟的十位，个位，分钟的十位和个位，按键K1为当前时间调整键，K2为响铃时间调整键，K3加一键，K4为确定键5.4proteus仿真第6章 总结经过两周的课程设计，我深刻的体会到做一个实际产品的不易，尽管自身能力比较差，但是从中却学到了很多书本上学不到的东西，比如如何写课程设计报告，如何到网上查找芯片，对比芯片的好坏等等。在这两个星期的学习时间中，我遇到了相当多的困难，通过查找资料，问同学，老师解决了一大部分。通过这次的课程设计，自己的实践能力也有了很大的提高，以前学的都是理论知识感觉学不了多久自己很快就忘了，觉得没多大用，只有像课程设计这样的学习才能把很好的把实践与理论很好的结合在一起，把我们所学的知识不断的牢固，这才是我们每个人所看到的。两个星期的单片机课程设计对我们学习单片机起了很大的作用，但是还远远不够，自己以后会在课余时间去努力学习该门课程，希望能学到更多的知识，不断地丰富自己。参考文献1王迎旭.单片机原理及及应用.机械工业出版社.2004年。2刘乐善等.微型计算机接口技术及应用.华中科技大学出版社.2008年。3周慈航.单片机应用成学设计技术.北京航空航天大学出版社.2002年附录A 系统原理框图附录B 程序;-主程序 ORG 0000H SJMP MAIN ORG 0003H SJMP T0_INT ORG 0030H MAIN:SW1 EQU P3.1 SW2 EQU P3.2 SW3 EQU P3.3 SW4 EQU P3.4 MIAO EQU 30H FEN EQU 31H SHI EQU 32H;-键盘扫描子程序 KEY_WAIT:JNB SW1,SET_T JNB SW2,SET_N SW3_OK:JNB SW3,ADD_1 SW4_OK:JNB SW4,SURE SET_T:LCALL DELAYMS MOV R0,#7AH MOV A,R0 JMP SW3_OK SET_N:LCALL DELAYMS MOV R0,#60H MOV A,R0 JMP SW3_OK ADD_1:LCALL DELAYMS MOV R1,#4 CJNE R1,#0,NEXT CJNE A,#2,QINQ_0 INC A MOV R0,A JMP SW4_OK NEXT:CJNE R1,#1,NEXT1 CJNE A,#9,QINQ_0 INC A MOV R0,A JMP SW4_OK NEXT1:CJNE R1,#2,NEXT2 CJNE A,#5,QINQ_0 INC A MOV R0,A JMP SW4_OK NEXT2:CJNE R1,#3,NEXT CJNE A,#9,QINQ_0 INC A MOV R0,A JMP SW4_OK QINQ_0:MOV A,#0 MOV R0,A JMP SW4_OK SURE:LCALL DELAYMS RETURE:RET;-当前时间计时 T0_INT:PUSH ACC PUSH PSW CLR EA MOV TMOD,#01H MOV TH0,#240 MOV TL0,#96 INC LEDHC MOV A,LEDHC CJNE A,#250,SONGLED MOV LEDHC,#00H INC MIAO MOV A,MIAO CJNE A,#60,SONGLED MOV MIAO,#00H INC FEN CJNE A,#60,SONGL