基于单片机的定时闹钟课程设计报告书

任务簿一、设计目的本设计主要是51单片机的扩展，可以实现通用定时闹钟的功能。当需要实现某项功能时，只需按相应的键即可。经过多次验证，该设计灵活简单，能够实现显示、定时、修改定时、定时报警声音的功能。二、设计要求1、可以显示时间-分-秒。2、可以设置计时时间，并修改计时时间。3、定时报警时间。内容导言12.方案演示1方案说明24.硬件方案设计24.1单片机STC89C5224.2时钟电路44.3数码管显示电路44.4键盘电路64.5报警电路75.软件方案设计75.1系统软件设计75.2键盘程序75.3 LED85.4音频报警电路85.5程序流程图86.调试9摘要108.参考文献119.附录：定时闹钟源程序121.介绍该系统以单片机89C52为核心部件。在此基础上，采用外围扩展芯片、外围电路、附加时钟电路、复位电路、键盘接口和发光二极管显示器。键盘是独立的连接类型。还有一个定时报警系统，即当定时时间到了，扬声器会发出报警提示预设时间到达，从而起到定时的作用。外围设备包括可由单片机设计制造的发光二极管显示驱动器和相应的显示数字电子钟。由于其功能的实现主要是通过软件编程来完成的，所以硬件电路的复杂性降低了，成本也降低了。因此，设计和制造中采用了低功耗、高性能的8位CMOS微控制器STC89C52。8KB的片上闪存是可用的，允许系统中的程序员进行重写或编程。此外，STC89C52的指令系统和引脚与8051、512B内存、32个输入/输出端口、3个16位定时计数器、4个外部中断、7矢量4级中断结构(与传统的51 5矢量2级中断结构兼容)等完全兼容。在发光二极管显示器中，它分为静态显示和动态显示。在设计的最小系统中，主要使用其动态显示功能。动态显示利用人类视觉的短暂停留，在数据传输中一个接一个地传输，先传输低位。2.方案论证单片机作为核心控制元件，使电路更加可靠和强大，并能随时更新系统以组合不同的状态。该系统以STC89C52为核心部件，采用两个4位7段共负发光二极管作为显示器件。当连接到公共阴极发光二极管显示器时，它可以显示小时、分钟和秒钟。单片机外围连接有定时报警系统。当计时结束时，蜂鸣器会发出警报，提示预设时间的到来。该电路由时钟电路、复位电路、控制电路、发光二极管显示和报警电路组成。该芯片是STC89C52单片机。系统的基本框图如图2.1所示。图2.1系统基本框图3.节目叙述本设计主要是通过单片机系统，综合运用定时器、中断、数字显示等知识来设计一个定时电子钟。它包括系统总体规划和硬件设计、软件设计、Proteus软件仿真等部分。系统的总体方案和硬件设计是本次设计的重要组成部分。该部分详细介绍了时钟原理、硬件设计、数码管发光二极管以及技术指标、型号选择和器件选择等一系列问题。硬件设计的主要任务是根据总体设计要求，在所选模型的基础上，确定系统扩展所需的内存、输入输出电路和相关外围电路，然后设计系统的电路原理图。合理的软件结构是设计性能优良的单片机应用系统软件的基础，必须给予充分重视。本设计使用了广泛使用的C语言。Proteus软件用于模拟和检查设计是否合理。4.硬件方案设计4.1单片机STC89C52STC89C52是一款低电压、高性能的8位单片机。该芯片包含8KB的可重写闪存只读程序存储器和512B的随机存取数据存储器。该设备由STC的高密度、非易失性存储技术生产。它与标准的MCS-51指令系统兼容。该芯片包含一个通用的8位中央处理器和闪存单元。带有强大微型计算机的STC89C52提供了一种经济有效的解决方案。引脚图如下图4.1所示。图4.1 STS89C52具体描述如下：1)主电源引脚(2)VCC(40):电源输入，连接至5v电源GND(20):地线2)外部晶体振荡器引脚(2)XTAL1(19):片内振荡器电路的输入XTAL2(18):片内振荡器电路的输出3)控制销(4)RST/VPP(9):重置引脚。引脚上2个机器周期的高电平将复位微控制器。ALE/PROG(30):数据锁存允许信号PSEN(29):外部存储器读取选通信号EA/VPP(31):程序存储器的内部和外部选通，在低电平时从外部程序存储器读取指令，在高电平时从内部程序存储器读取指令。4)可编程输入/输出引脚(32)单片机有4组8位可编程输入输出端口，分别是P0、P1、P2和P3端口，每个端口有8位(8个引脚)，共32个端口。端口(39 32): 8位双向输入输出端口线，命名为P0.0P0.7P1端口(1 8): 8级双向输入输出端口线，命名为P1.0P1.7P2端口(21 28): 8级双向输入输出端口线，命名为P2.0P2.7P3港(10 17): 8级双向输入输出端口线，命名为3.0 3.74.2时钟电路单片机有两种时钟产生方法：内部时钟模式和外部时钟模式。在该系统中，单片机采用内部时钟模式。最常见的内部时钟模式是由外部晶体和电容组成的并联谐振电路。振荡晶体可以在1.2兆赫和12兆赫之间。对电容值没有严格要求，但电容值对振荡频率输出的稳定性和大小以及振荡电路的启动速度影响很小，一般可以取20pf 100 pf。单片机的时钟电路如图4.2所示。图4.2时钟电路4.3数码管显示电路单片机中通常使用七段发光二极管。发光二极管是发光二极管显示器的缩写。发光二极管显示器因其结构简单、价格低廉、体积小、亮度高、电压低、可靠性高、寿命长、响应速度快、色彩鲜艳、配置灵活、与单片机接口方便等优点而得到广泛应用。发光二极管显示器是由多个发光二极管组成的显示部件，并显示区域。当发光二极管打开时，相应的点或笔画发光，并且二极管的不同组合被控制打开以显示各种字符。发光二极管显示器有多种形式，如“米”型显示器、点阵显示器和七段数字显示器。七段数字显示器是单片机系统中最常用的。发光二极管七段数字显示器由8个发光二极管组成，用于显示字符的连接形式不同。发光二极管有公共阴极和公共阳极。如图4.3.1所示，4是7段普通阴极数码管的引脚图。图4.3.1第4节普通阴极数字管的引脚图采用高亮度共阴极型S位数码管。为了显示差异，两个显示秒的数码管较小，另外四个较大。普通阴极数码管的连接线如下：一般用7个发光二极管显示数字和符号，也用一段发光二极管显示小数点。这种显示器一般分为两种类型，公共阳极显示器和公共阴极显示器，公共阳极显示器将每个二极管的正极连接在一起，公共阴极显示器将每个二极管的负极连接在一起。显示器由八个发光二极管组成。当给某一段加上直流电压时，对应于该段的笔画在没有直流电压的情况下是亮的和暗的。为了保护每一段不受损坏，需要增加一个限流电阻。无论是普通的阳极显示器还是普通的阴极显示器，它的8个段都是以相同的顺序排列的：A段、B段、C段、D段、E段、F段、G段和DP段。单片机中通常使用七个发光二极管段。数码管的显示电路如下图4.3.2所示：图4.3.2数字显示电路二极管本身的电压降为2V。一般来说，如果二极管电流为10mA，要添加的电阻为R=(U-ULed)/ILed，相关值替换为300。在本设计中，如果电阻为470，则电流为I=(U-ULed)/R，代入实际值，即6.4毫安，即可满足显示效果。4.4键盘电路在设计方案中，使用了由3个按键组成的键盘电路，如下图4.4所示：图4.4键盘电路图4.5报警电路在设计方案中，采用了由蜂鸣器和PNP三极管组成的报警电路。如下图4.5所示：图4.5报警电路5.软件方案设计5.1系统软件设计系统软件主要由六个模块组成：主程序模块、预定中断服务程序、中断等待服务程序、键盘程序和显示子程序服务程序。因为C语言容易理解和记忆，我们用C语言编写这个程序。5.2键盘程序键盘采用查询方式，放在主程序中。当没有按键时，单片机循环主程序。一旦按下一个键，它就转到相应的子程序进行处理，并在处理后返回。5.3发光二极管七个发光二极管段由七个发光二极管以日常排列方式排列。所有发光二极管的阳极连接在一起以形成公共阳极，阴极连接在一起以形成公共阴极连接。使用芯片驱动器时，不需要增加限流电阻，否则应该从外部连接。动态显示电路由显示块、字形码块驱动器和字位锁存驱动器组成。5.4音频报警电路在STC89C52外围的喷嘴上增加了一个蜂鸣器，通过软硬件结合可以实现定时器闹钟功能。5.5程序流程图图5.5程序流程图6.试车从左到右设置几个键为K1、K2、K3。K1连接到P1.0，K2连接到P1.1，K3连接到p1.2按下启动开关显示时间。按K1进入时间显示的小时设置状态；按K1两次进入时间显示的分钟设置状态；按K1三次进入定时小时设置状态；按K1四次进入计时分钟设置状态；按K1五次退出设置，进入当前时间显示状态；K2和K3分别是当前设定值的加法和减法。如下图6.1和6.2所示。图6.1时序模拟效果图图6.2时序模拟效果图摘要在课程设计的过程中，我进一步认识到综合专业知识和逻辑思维方式对研究问题的重要性。同时，我也更具体地掌握了课程设计的基本方法。经过不断努力，我终于完成了课程设计。总的来说，我学到了很多，并且意识到了理论与实践相结合的重要性。在设计过程中，我遇到了很多困难，但没有放弃。我查阅了许多相关书籍，独立思考并借鉴了前人的许多优秀成果，并与所学知识紧密结合。我相信这个过程会对我今后的学习和工作产生积极的影响，并搭建一个良好的平台。通过本次设计，我对这门课程有了更好的了解，尤其是结合了近年来所学的相关专业知识，对每门课程都有了更全面的了解。这对我今后的学习和工作肯定会有很大的帮助。本课程设计的定时闹钟电路能够满足人们的基本要求。然而，由于知识水平有限，该电路存在一些问题。虽然可以通过增加电路来解决，但它太复杂，现有的水平有限。这一设计并未深入人心。为了更好地改进电路，还需要进一步的努力。如果有好的意见，我希望老师会给我支持和指导。8.参考1何立民。10单片机应用选。北京：北京航空航天大学出版社2李琳。单片机的原理及应用。北京：电子工业出版社3沙占友等.单片机外围电路设计。Xi安：电子工业出版社4李江。蔡军.王彦春。董泽芳。单片机原理及应用技术。北京，清华大学出版社5潘永红。刘舒。单片机的原理及应用。Xi安，西安电子科技大学出版社9.附录：定时闹钟源程序#包括无符号字符无符号字符a8；无符号char秒=0，分钟=0，小时=1；