自动打铃器设计

1、I目 录一、设计题目.3二、设计要求.3三、设计作用与目的.3四、自动打铃器设计方案.34.1 自动打铃器总体设计.34.2 工作原理.44.2.1 STC89C52RC 单片机的简介.44.2.2 引脚及其功能.5五、自动打铃器硬件设计.75.1 时钟电路.75.2 复位电路.75.3 单片机最小系统.75.4 键盘与开关电路.85.5 输出电路.9六、电子打铃器软件设计.1161 主函数.1162 按键处理函数.1163 打铃比较函数.12七、电子打铃器调试与分析.137.1 软件调试步骤.137.2 子程序调试步骤.137.3 调试结果.147.4 系统误差及性能分析.14八、心得体会.

2、14附录 A .16附录 B.16附录 C.17自动打铃器设计1摘要随着科学技术的发展，单片机作为嵌入式系统的机种之一，已经在日常生活和控制领域等方面得到了极其广泛的应用。电子打铃器并不陌生，自步入学校以来，它就一直伴随着我们。它使得我们的生活变得很有规律，是作息时间执行不可或缺的工具。一些单位或公司等也有它的存在。电子打铃器在人们对工作、生活的时间规划方面具有重要的意义。电子打铃器实际上就是一个电子闹钟。本课题采用深圳宏晶公司的 STC89C52RC单片机作为整个系统的控制核心，采用 4 位数码管显示时间，伴有调时校正电路，响铃控制则是通过作息时间表和定时器来实现的。对于不同的季节，作息时间

3、可能不同，可以制定多个作息时间表采用开关切换达到目的。本设计采用了 1 个开关实现夏季和冬季作息时间的切换。实验运行表明，本人设计的电子打铃器性能稳定、准确可靠、成本低廉，如果将蜂鸣器换成继电器则可以直接驱动实际的电铃。关键字关键字：电子钟，自动打铃，作息时间自动打铃器设计2SummaryAlong with the development of science and technology, SCM is moving toward the high performance and many varieties direction development trend will be furt

4、her toward CMOS, low power consumption, small volume, large capacity, high performance, low prices and a peripheral circuit in several aspects, such as development, has been in the field of daily life and control, etc widely used, since entering the school, the electronic bell device has been with u

5、s, it makes our life become very regularly, is an indispensable tool, work and rest time for the school as the bells ringing when adding and dropping classes, enterprises and institutions to work attendance ringing the bell, ringing the bell, corporate office and electrical automation control of the

6、 time in seconds as a unit of time applications, application is very extensive. Electronic bell ring in our planning of time has the vital significance. This course design with STC89C52RC single-chip microcomputer as the control core of the whole system, the realization of digital tube display clock

7、 and when school, schedule, alarm clock, and other functions. Display options by four 8 digital tube to display the current time, run by single chip microcomputer timer to achieve time, schedule, alarm clocks, and other functions are directly controlled by the software implementation. Which adopted

8、such as Protel99Se, Keil uVision4l, STC_ISP_V483 software STC89C52RC and macros crystal company development board, provide an enabling environment for the whole design自动打铃器设计31.概述随着科学技术的发展，单片机作为嵌入式系统的机种之一，已经在日常生活和控制领域等方面得到了极其广泛的应用。电子打铃器并不陌生，自步入学校以来，它就一直伴随着我们。它使得我们的生活变得很有规律，是作息时间执行不可或缺的工具。一些单位或公司等也有它

9、的存在。电子打铃器在人们对工作、生活的时间规划方面具有重要的意义。这次嵌入式系统课程设计的课题为“自动打铃器的设计” 。目的是： 通过这个具体实例的实现，熟练一些常用软件诸如 Protel、Keil C、Proteus 等的使用。 掌握嵌入式系统的基本设计方法以及应用开发过程，进一步提高编程能力和应用开发能力。培养独立思考问题、分析问题、解决问题的能力。具体设计要求如下： 利用单片机设计一个电子打铃器。 用 4 位 LED 显示当前时间。 用一个蜂鸣器模拟电铃，响铃 10s。 按我校冬、夏两季作息时间每天上下课自动打铃。 通过“时” 键和“分”键分别校正时和分，每按一次对应+1 或-1。2自动

10、打铃器设计方案根据课题设计要求，自动打铃器实际上就是一个利用单片机控制的电子闹钟。其基本原理是用电子钟的当前时间与预先设定好的作息时间表作比较，若当前时间与作息表 表 1 湖南文理学院夏季、冬季作息时间表夏季冬季6:00起床6:00起床7:007:50早自习7:007:50早自习8:008:45第一节课8:008:45第一节课8:559:40第二节课8:559:40第二节课10:0010:45第三节课10:0010:45第三节课10:5511:40第四节课10:5511:40第四节课14:3015:15第五节课14:0014:45第五节课15:2516:10第六节课14:5515:40第六节课

11、16:2017:05第七节课15:5016:45第七节课17:1518:00第八节课16:5517:40第八节课自动打铃器设计419:0022:00晚自习19:0022:00晚自习23:30就寝23:00就寝的某时间相符就打铃，每次响铃 10 秒。作息时间表选定我校冬、夏两季作息时间，如表 1 所示。图 1 是自动打铃器电路框图，它由单片机最小系统、校时电路、作息时间表切换电路、LED 显示电路、蜂鸣器电路、电源电路六部分组成。单片机采用 STC89C52RC，是整个的核心，起控制作用，它和校时电路、LED 显示电路构成一个电子钟；LED 显示电路采用了 4 个八段 LED 数码管，动态显示，

12、起显示时间的时和分的作用；校时电路采用了 4 个按键，分别实现时和分的加 1 或减 1 调整，其校正时间的作用；蜂鸣器电路用了 1 个蜂鸣器模拟电铃，起响铃的作用。3. 自动打铃器硬件设计自动打铃器硬件设计自动打铃器硬件由单片机最小系统、校时电路、作息时间表切换电路、LED 显示电路、蜂鸣器电路、电源六部分组成。3.1 单片机最小系统单片机最小系统单片机最小系统校时电路作息时间表切换电路LED 显示电路图 1 自动打铃器电路框图蜂鸣器电路自动打铃器设计53.2 校时电路校时电路3.3 作息时间表切换电路作息时间表切换电路3.4 LED 显示电路显示电路3.5 蜂鸣器电路蜂鸣器电路3.6 电源电

13、源自动打铃器的工作电源是 DC5V。直流 5V 电源电路典型、技术成熟，这里不再赘述。请将以下到请将以下到 P11 的内容归口揉和到前面红色部的内容归口揉和到前面红色部分的分的 3.13.5，注意序号！，注意序号！3.13.5 每部分的内容为：单元电路功能、单元每部分的内容为：单元电路功能、单元电路图以及简单的描述或说明。电路图以及简单的描述或说明。STC89C52RC 单片机的简介设计之前得对单片机的特性有所了解，STC89C52RC 单片机是宏晶科技推出的新一代高速/低功耗/超强抗干扰的单片机，指令代码完全兼容传统 8051 单片机，12 时钟/机器周期和 6 时钟/机器周期可以任意选择。

14、主要特性如下：1、增强型 8051 单片机，6 时钟、机器周期和 12 时钟、机器周期可以任意选择，指令代码完全兼容传统的 80512、工作电压：5.5V3.3V（5V 单片机）/3.8V2.0V（3V 单片机）3、工作频率范围：040MHz，相当于普通 8051 的 080MHz，实际工作频率可达48MHz。 4、用户应用程序空间为 8K 字节5、片上集成 512 字节 RAM6、通用 I/O 口（32 个） ，复位后为：P1/P2/P3/P4 是准双向口/弱上拉，P0 口是漏极开路输出，作为总线扩展用时，不用加上拉电阻，作为 I/O 口用时，需加上拉电阻。自动打铃器设计67、ISP（在系统

15、可编程）/IAP（在应用可编程） ，无需专用编程器，无需专用仿真器，可通过串口（RxD/P3.0,TxD/P3.1）直接下载用户程序，数秒即可完成一片8、具有 EEPROM 功能9、具有看门狗功能10、 共 3 个 16 位定时器/计数器。即定时器 T0、T1、T211、外部中断 4 路，下降沿中断或低电平触发电路，Power Down 模式可由外部中断低电平触发中断方式唤醒12、 通用异步串行口（UART） ，还可用定时器软件实现多个 UART13、 工作温度范围：-40+85（工业级）/075（商业级）4.2.2 引脚及其功能1、主电源引脚VCC：芯片电源，接+5V。 VSS：电源接地端。

16、2、时钟引脚XTAL1：片内放大器输入端。XTAL2：片内放大器输出端。3、专用控制端口 (1)ALE/：地址锁存允许/片内 EPROM 编程脉冲 。PROG ALE 功能：用来锁存 P0 口送出的低 8 位地址。 功能：片内有 EPROM 的芯片，在 EPROM 编程期间，此引脚输入编程PSEN脉冲。(2) ：外 ROM 读选通信号。 PSEN(3)RST/VPD：复位/备用电源。 RST（RESET）功能：复位信号输入端。 VPD 功能：在 VCC 掉电情况下，接备用电源。 (4)/VDD:内外 ROM 选择/片内 EPROM 编程电源。 EA功能：内外 ROM 选择端。 EA自动打铃器设

17、计7 VDD 功能：片内有 EPROM 的芯片，在 EPROM 编程期间，施加编程电源VPP。 4、输入/输出端口 STC80C52RC 共有 4 个 8 位并行 I/O 端口：P0、P1、P2、P3 口，共 32 个引脚。 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

18、 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。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

19、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 口还具有第二功能，用于特殊信号输入输出和控制信号（属控制总线） 。 5、 P3 口第二功能 P3.0 RXD：串行输入口。 P3.1 TXD：串行输出口 。 P3.2 ：外部中断 0。 INT

20、OP3.3 ：外部中断 1。 1INT P3.4 T0：定时计数器 0。 P3.5 T1：定时计数器 1。自动打铃器设计8P3.6 ：外部数据存储器写选通。 WRP3.7 ：外部数据存储器读选通。RD单片机是由 CPU、并行口、ROM、RAM、定时/计数器、串行口和中断系统等组成部分，通过内部总线把各主要部件接为一体，其内部总线包括地址总线、数据总线和控制总线。其中，地址总线的作用是在进行数据交换时提供地址，CPU 通过它们将地址输出到存储器或 I/O 接口；数据总线的作用是在 CPU 与存储器或 I/O 接口之间，或存储器与外设之间交换数据；控制总线包括 CPU 发出的控制信号线和外部送入

21、CPU 的应答信号线等。该电子打铃系统由 4 个模块实现:单片机最小系统，键盘与开关电路，数码管动态显示以及打铃电路。5.1 时钟电路单片机的时钟电路用来产生时钟信号，以提供单片机片内各种数字逻辑电路工作的时间基准。时钟电路可采用内部振荡方式和外部振荡方式两种电路形式。此时钟电路采用内部振荡方式，即在单片机的 XTAL1 和 XTAL2 两个引脚间接一只晶振及两只电容就构成了单片机的时钟电路，如上图 2 所示。5.2 复位电路复位是是单片机的片内电路初始化的操作，复位使单片机从初始状态开始运行。在复位引脚 RET 输入宽度为 2 个机械周期以上的高电平，单片机就会执行复位操作。有两种操作形式：

22、上电复位、手动复位。单片机的 RESET 引脚为主机提供一个外部复位信号输入端口，按下复位键 S1，单片机被强制执行复位操作。复位后，单片机内各部件恢复到初始状态，单片机从 ROM 的 0000H 开始执行程序。其电路图如图 2 所示，RESET 按键选择开关。5.3 单片机最小系统单片机的最小系统指的是由最基本的电路元件组成的，外接部分简单的电路就能够独立完成一定的工作任务的单片机系统。52单片机的最小系统有单片机芯片、电源、时自动打铃器设计9钟电路和复位电路组成，如图2所示。图 2 单片机最小系统5.4 键盘与开关电路自动打铃器中的外围电路中，键盘与开关电路这部分是对其的调整，人只有通过键

23、盘与开关电路，才能对自动打铃器的校正与改变，即一个单刀双掷开关控制是夏季时间表，还是冬季时间表；其他4*4独立键盘式的按键，分别是对分钟高位的调整，分钟地位的调整，对时钟高位的调整以及时钟地位的调整；操作起来非常方便。如图3所示，通过编程来判断P1.0是高电平，还是低电平接入来控制冬、夏两季的时间表；编程P1.5、P1.7两端，当P1.5有低电平通过时，时间表上时钟区加“1”，当P1.7有低电平通过时，时间表上分钟区加“1”。当单刀双掷开关接“冬季”端时，即P1.0接高电平，将高电平信号送入单片机中，即选择冬季作息时间表， ；当单刀双掷开关接“夏季”端时，即P1.0接低电平，将低电平信号送入单

24、片机中，即选择夏季作息时间表。 “时加”键、“分加”键两个按键是对当前时间进行调整，当按下“时加”键S3时，会将一个低电平信号通过P1.5端口送人单片机，经过单片机处理，数码管的最前面的两位（即小时区）会加“1”；当按下“分加”键S2时，会将一个低电平信号通过P1.7端口送人单片机，经过单片机处理，数码管的后两位（即分钟区）会加“1”。自动打铃器设计10图 3 键盘与开关电路图5.5 输出电路此电子打铃器的输出电路包括LED显示接口电路与打铃电路。其中，LED显示接口电路是用来显示当前的时间，只需认识阿拉伯数字即可知道当前时间是多少，很明显；打铃电路是通过当前时间与设定时间相比较而设计的，若相

25、等即打铃。是作息时间很好的工具。1、 LED 显示接口电路LED 数码管通常由 8 个发光二极管组合而成，称为八段 LED 数码管。为获得不同的字形，显示块各段所加的电平也不同，因而编码也不一样，它有共阴极和共阳极两种结构形式。根据设计要求可知，系统需要显示 4 位数字，因此需用到 4 个 LED，数码管显示电路使用 STC89C52RC 的动态显示功能。4 个 LED 八段（a、b、c、d、e、f、g、dp）数码管分别显示：“时”和“分”，并用数码管的“点”，作为“时”、 “分”的间隔，切改点每隔一秒闪烁一次。根据实际情况及设计要求，该自动打铃系统采用共阳极数码管，对于共阳极 LED数码管，

26、其公共端必须施加高电平，而在需要点亮端应施加低电平编码，如表 2 所示，给出了共阳极八段 LED 数码管字形码表。表 2 字形与字段关系D7D6D5D4D3D2D1D0字形dpgfedcba编码（共阳极）000111111C0H100000110F9 H自动打铃器设计11201011011A4 H301001111B0 H40110011099 H50110110192 H60111110182 H700000111F8 H80111111180 H90110111190 H硬件电路图如图4所示，显示部分采用扫描显示模块，其中P0口控制段选，P2口控制位选，利用P2口中的4个端口（即P2.0、

27、 P2.1 、P2.3 、P2.4）来控制4个LED数码管。图 4 LED 显示接口电路图2、打铃电路打铃电路的设计是，通过比较模块程序，将当前时间与设定打铃时间比较，当它们的值相等时，STC89C52RC 对其进行相应处理，由 P3.7 输出低电平，即仿真中的模拟电铃的发光二极管发光；如图 5 所示，当 P3.7 端输出高电平时，才能导通，即打铃，故若接电铃，只需在控制 P3.7 输出端这部分程序中，将其输出电平与模拟打铃的发光二极管的输出电平相反即可。据设计要求，当有打铃信号通过时，响铃 10s。自动打铃器设计12图 5 打铃电路图4.自动打铃器软件设计自动打铃器的软件是自动打铃器的另一个

28、重要组成部分。在硬件设计好的基础上，软件设计的成功与否，直接关系到它能否正常运行。根据功能要求，电子打铃器软件采用 C51 编写，包括：主函数、延时函数、键校时函数、显示函数、时分秒生成函数、控制响铃时间函数。主函数、延时函数、作息时间表、键校时函数、显示函数、时分秒生成与打铃控制函数、响铃时间控制函数。开始初始化显示当前时间打铃时间比较打铃执行是否有键按下？获取键值按键处理是图 6 主函数流程图否自动打铃器设计1341 主函数42 延时函数43 作息时间表44 键校时函数45 显示函数46 时分秒生成与打铃控制函数47 响铃时间控制函数请将以下到请将以下到 P14 的内容归口揉到前面红色部分

29、的内容归口揉到前面红色部分的的 4.14.7，注意序号！，注意序号！4.14.7 每部分的内容为：函数功能、流程图以每部分的内容为：函数功能、流程图以及简单的描述或说明。及简单的描述或说明。主函数通过定时器 T0（工作方式为 1） ，实现一日的 24 小时，首先得初始化，正常走时。主程序调用比较打铃函数，当它与设定的时间相等时，则打铃；利用数码管（其中包含显示函数模块） ，显示当前时间。当需要对时间进行校正时，可对此程序进行按键扫描，若有键按下，则调用按键处理函数，修改当前时间，若没有键按下，则返回。主函数流程图如图 8 所示。以下是初始化的部分值：定时/计数器方式控制寄存器: TMOD=01

30、H寄存器的初值： TH0=(65536-50000)/256 TL0=(65536-50000)%256;软件控制其启动： TR0=1;62 按键处理函数这部分程序主要是针对时间调整而设计的，通过按键处理函数读取键值，判断是自动打铃器设计14“时”键，还是“分”键。若为“时”键，则小时加“1”，当“时”为“24”时时，显示“00”时；若为“分”键，则分钟加“1”，当“分”为“60”分时，显示“00”分。为防止按键抖动，加 10ms延时，消除抖动。按键处理函数流程图如图 7。返回是min =”00”否=60?“时”键读取键值“分”键hour hour+1min min+1=60?否hour =”

31、00”是图 7 按键处理函数流程图入口63 打铃比较函数首先根据输入 P1.0 端口的电平信号，判断当前所用时间表为冬季还是夏季；再通过当前时间与时间表内预先设定好的时间相比较，若相等，即为打铃时间，并打铃（通过延时 10s 实现） ，否则继续比较，即返回。流程图如图 8 所示。自动打铃器设计15入口与当前时间相等？选择冬、夏时间表否响铃返回是图 8 打铃比较函数流程图5、电子打铃器调试与分析5.1 软件调试步骤1、打开软件后,在 Project 菜单中选择 New Project 命令，打开一个新项目。保存此项目，输入工程文件名后，并保存工程文件的目录。2、为项目文件选择一个目标器件，在 D

32、ata base 列表框中选择“STC89C52RC”，确定。3、上述设置好后，创建源程序文件并输入程序代码。输入好代码后点击“文件/保存”。4、把源文件添加到项目中，用鼠标指在目标工作区的目标 1，点击右键在弹出的菜单中选择添加文件到源代码组，在弹出的添加文件框中，选择需要添加到项目中的文件。5、开始编译，对项目文件进行编译。若没有错误后进行硬件调试。5.2 子程序调试步骤子程序调试应一个模块一个模块地进行，首先单独调试各功能子程序，检查程序是否能够实现预期的功能，接口电路的控制是否正常等；最后逐步将各子程序连接起来进行总调试。故调试步骤如下：自动打铃器设计16A、数码管程序调试正确的显示时

33、间是整个程序的关键之一。调试方法：先把程序下载到单片机，让数码管显示，是否正确的显示时间的变化。B、蜂鸣器的调试调试方法：先把打铃程序下载到单片机，让蜂鸣器发声，看是否在正确的时间内实现打铃。C、键盘调时序正确的显示所调的时间是整个程序的关键之一。调试方法：先把键盘程序和显示程序下载到单片机，让数码管显示，是否正确的所调时间的变化。5.3 调试结果实现计时和显示功能（24 小时制），可设置当前时间（包括上下午标志，时、分的数字显示），能在所设置的时间处正常打铃，且每次打铃均为响铃 10s5.4 系统误差及性能分析经测试该简易自动打铃系统在一天内会出现时间误差，该误差主要是由于晶振自身的误差所造

34、成的。另外在中断的过程中，只会在第一次计时时产生时间的偏移，而它所产生累积误差很小，可以忽略。6、心得体会这两周的课程设计我选择的是 STC89C52RC 单片机的自动打铃器的设计，主要的过程：1、老师给我们提供了课题并在第一天上午给我们耐心的讲解了此次设计所需要掌握的知识，和所需要使用到的软件，并进行了演示，这让我明白自己应该要设计什么，需要哪些要求，但是对于整个设计过程需要计算的一些数据还是没有一个清晰的思维模式；2、在老师的讲解与点拨下我弄清楚了第一步应该干什么？第二步应该干什么？整体上有了一个框架，3、根据自己的思维，查阅各种书籍以及根据从实验室借回来的 STC89C52RC 开发自动

35、打铃器设计17板进行熟悉与了解它的引脚及其各种功能4、在这次的设计中，老师要求我们使用 C 语言的编程将程序放进 Keil 软件中进行编译，并且放置发烧工具中进行调试实现其效果，而在这个过程中遇到的最大的困难便是程序的编写，由于自己之前对 C 语言的编写能力还不够强大，以至于第一次编写后在开发板上实现不了其效果，出现的只是 4 个 0，并且按键和蜂鸣器都无效，同时在调试的过程中也有出现了非法打铃状况但却不知道问题原因在哪，应该怎么解决，只有寻求老师的帮助，老师很细心也很耐心的给我讲解了整个程序编写我应该具备哪些函数，应该怎样去实现，老师还提供给了我数字电子钟的程序，回来再次修改程序中，还是遇到

36、了很多的困难，例如在比较函数中，让让当前时间与之前自己设置的时间去比较，若相等则打铃不相等则返回，一次次的更改，一次次的琢磨，在中间的过程中出现按键 7 点59 分时，则时间继续走，但在 8 点整式实现了打铃但是显示时间清零了并且打铃一直不中断，还有也由于自己不够仔细，在调试的过程中没有将时间逐一的去比较，只是验证了几个结果，以至于有出现了非法打铃的情况，而此时自己静下心来把老师所给的数字电子钟的程序从头至尾反复的理解、琢磨它每一个语句所实现的功能，达到的效果，最后的程序在老师的指导与帮助下编写完成并能够在 STC89C52RC 开发板中实现其全部的效果在这次整个的过程中，虽然遇到的困难很多，设计的过程也很辛苦，尤其是调试的过程，但是感觉收获更多远远要大于辛苦，而我再次发现自己很多知识的狭隘及很多知识掌握的不够扎实，例如上学期所学的 51 单片机，按键的功能，虽然它是 51 系列，但是对于理解 52 的还是有很大帮助，同时在 C 语言编程中，由于之前过了 C 语言国家二级还以为自己能够独立将它完成，事实让我反省，学习如逆水行舟不进则退，很多知识都必须反复的巩固和不断的钻研与学习才会越加的进步，同时我觉得最应该感谢的是老师一次又一次不厌其烦的给我讲解设计的思路，编写程序的方法，让我能够将这次的设计完成。课程设计诚然是一门专业课，给我很多专业知识以及专业技能上的提升，同时，设