單片機89C51簡易自動打鈴系統(tǒng).doc

課程設計報告 課程名稱課程名稱 單片機原理及應用課程設計 設計題目設計題目 簡易自動打鈴系統(tǒng) 系系 別 別 專專 業(yè) 業(yè) 班班 級 級 學生姓名學生姓名 學學 號號 起止日期起止日期 摘 要 隨著科學技術的飛速發(fā)展 單片機應用的范圍越來越廣 本設計正是基于 STC89C52 型單片機為核心 加上適當?shù)耐鈬考?設計而成的簡易自動打鈴系統(tǒng) 簡易自動打鈴系統(tǒng)的設計以 STC89C52 單片機芯片和 8255 芯片的拓展 I 0 引腳為 核心部件 用中斷系統(tǒng)進行時間設置 數(shù)碼管顯示當前時間并輔以必要的電路 構成 了本系統(tǒng) 根據(jù)設計要求 該簡易自動打鈴系統(tǒng)可以進行計時和顯示 設置當前時間 實現(xiàn)定點打鈴等功能 該設計簡單 實用 操作便捷 關鍵字 單片機 自動定點打鈴 設置時間 中斷關鍵字 單片機 自動定點打鈴 設置時間 中斷 目目 錄錄 設計要求 1 1 方案論證與對比 1 1 1 方案一 采用時鐘芯片和鍵盤實現(xiàn)功能 1 1 2 方案二 采用中斷定時實現(xiàn)功能 2 1 3 方案比較 2 2 單元電路設計與論證 2 2 1 中斷和復位電路設計 2 2 2 2 電源電路設計 3 2 3 單片機 I O 拓展 3 2 4 打鈴電路設計 5 2 5 數(shù)碼管電路設計 5 3 系統(tǒng)軟件工作流程圖 6 3 1 主程序工作流程 6 3 2 讀秒顯示子程序 7 3 3 中斷服務子程序 7 3 4 時間設定子程序 8 4 系統(tǒng)功能實際測試 9 4 1 程序實際編譯測試 9 4 2 系統(tǒng)實際測試 9 4 3 軟件調試步驟 9 4 4 子程序調試步驟 10 4 5 調試結果 10 4 6 系統(tǒng)誤差及性能分析 10 5 設計總結 11 6 詳細儀器清單 12 7 致謝 13 參考文獻 14 附錄 15 附錄 1 詳細程序 15 附錄 2 整體電路圖 20 簡易自動打鈴系統(tǒng)設計 設計要求 1 基本計時和顯示功能 12 小時制 2 可設置當前時間 包括上下午標志 時 分的數(shù)字顯示 3 能實現(xiàn)基本打鈴功能 規(guī)定 上午 7 30 早自習 打鈴 5 秒 停 2 秒 再打鈴 5 秒 下午 10 30 熄燈鈴 打鈴 5 秒 停 2 秒 再打鈴 5 秒 1 方案論證與對比 1 1 方案一 采用時鐘芯片和鍵盤實現(xiàn)功能 方案一原理框圖如圖 1 1 所示 圖 1 1 采用時鐘芯片和鍵盤實現(xiàn)功能 該系統(tǒng)用 DS1302 1 對時 分 秒計時和設置打鈴時間 采用三線串行數(shù)據(jù) 傳輸接口與 STC89C52 進行同步通信 用矩陣鍵盤來設置時間值 并通過 8255 芯片讀入設置值 最后通過 89C52 單片機芯片綜合控制 把當前時間送到數(shù)碼 管顯示 到點把信號送入蜂鳴器 實現(xiàn)打鈴 DS1302 芯片 蜂鳴器 89C52 單 片機 8255 芯片 數(shù) 碼 管 鍵 盤 1 2 方案二 采用中斷定時實現(xiàn)功能 方案二原理框圖如圖 1 2 所示 圖 1 2 采用中斷定時實現(xiàn)功能 該系統(tǒng)以 STC89C52 單片機為核心部件 用 8255 做 I O 拓展芯片 數(shù)碼管 接 8255 的 PA PB 引腳 蜂鳴器與單片機的 P3 4 口相連 1 外加 INT0 和 INT1 中斷 該系統(tǒng)因為使用定時器中斷實現(xiàn)計時和中斷按鈕實現(xiàn)調試大大節(jié)省了設 計的復雜程度 數(shù)碼管顯示當前時間 1 3 方案比較 2 單元電路設計與論證 2 1 中斷和復位電路設計 2 利用按鍵實現(xiàn)中斷電路如圖 2 1 所示 蜂鳴器 中 斷 數(shù)碼管 8255 芯片89C52 圖 2 1 中斷和復位電路圖 2 2 電源電路設計 利用 USB 接口供電 電路圖如 2 2 所示 圖 2 2 電源電路圖 2 3 單片機 I O 拓展 STC89C52RC 7 是一個低功耗 高性能 CMOS 8 位單片機 片內(nèi)含 8k Bytes ISP In system programmable 的可反復擦寫 1000 次的 Flash 只讀程序存儲 器 器件采用 ATMEL 公司的高密度 非易失性存儲技術制造 兼容標準 MCS 51 單片微型計算機 指令系統(tǒng)及 80C51 引腳結構 芯片內(nèi)集成了通用 8 位中央處理器和 ISP Flash 存儲單元 功能強大的微型計算機的 STC89C52 可 為許多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供高性價比的解決方案 STC89C52 具有如下特 點 40 個引腳 8k Bytes Flash 片內(nèi)程序存儲器 256 bytes 的隨機存取數(shù)據(jù)存儲 器 RAM 32 個外部雙向輸入 輸出 I O 口 5 個中斷優(yōu)先級 2 層中斷嵌 套中斷 2 個 16 位可編程定時 計數(shù)器 2 個全雙工串行通信口 看門狗 WDT 電路 片內(nèi)時鐘振蕩器 主要特性如下 與MCS 51 兼容 8k可反復擦寫 1000次 Flash ROM 全靜態(tài)工作 0Hz 24MHz 三級程序存儲器鎖定 256 8位內(nèi)部RAM 32可編程I O線 2個16位可編程定時 計數(shù)器 5個中斷源 可編程串行通道 低功耗的空閑和掉電模式 I O 拓展采用 8255 芯片 晶振采用 12M 單片機用 89C52 電路如圖 2 3 3 所示 圖 2 3 主控電路圖 2 4 打鈴電路設計 圖 2 4 打鈴電路圖 3 2 5 數(shù)碼管電路設計 8255 的 PA 口控制數(shù)碼管的位選 低電平有效 PB 口做為段選輸出 接 1K 歐姆的限流電阻 如圖 2 5 4 所示 圖 2 5 數(shù)碼管電路圖 3 系統(tǒng)軟件工作流程圖 3 1 主程序工作流程 主程序首先設置 8255 模式 并打開中斷 0 設置中斷為邊沿觸發(fā)模式 然 后在死循環(huán)中順序執(zhí)行讀秒顯示子程序 按鍵掃秒子程序 打鈴判斷子程序 主程序流程圖 5 如圖 3 1 所示 主程序見附錄一 圖 3 1 主函數(shù)流程圖 Y 開 始 初始化 8255 芯片 和打開中斷 調用掃秒顯示子 程序 打 鈴 鍵按下 打鈴到 進入時間設置子 程序 Y N N 3 2 讀秒顯示子程序 此子程序 1 為本設計的核心之一 首先初始化定時器 T0 設置 T0 為工作 方式 1 其初始值為 3CB0H 既每次溢出定時 50ms 并對其循環(huán) 20 次 然后 把時間加 1s 并送入顯示緩沖區(qū)等待顯示 子程序流程圖如圖 3 2 所示 圖 3 2 T0 中斷計時程序流程圖 3 3 中斷服務子程序 此子程序是為調時時服務的 首先初始化定時器 T1 設置 T1 為工作方式 1 其初始值為 3CB0H 既每次溢出定時 50ms 并對其循環(huán) 8 次 然后使數(shù) 碼管被選中的調時位閃爍 子程序流程圖如圖 3 3 所示 Y T 加一處理 恢復現(xiàn)場 中斷返回 1S 到 數(shù)碼管顯示當前時間 保護現(xiàn)場 T0 中斷 定時器初值校正 N 圖 3 3 T1 中斷服務程序流程圖 3 4 時間設定子程序 時間設定模塊的設計要點是按鍵的去抖處理與 一鍵多態(tài) 6 的處理 即 只涉及 2 個鍵完成了 6 位時間參數(shù)的設定 一鍵多態(tài) 即多種功能的實現(xiàn)思想 史 根據(jù)按鍵時刻的系統(tǒng)狀態(tài) 決定按鍵采取何種動作 即何種功能 圖 3 4 鍵盤掃描子程序流程圖 秒表 時鐘調時閃爍 T1 中斷 保護現(xiàn)場 閃爍處理 秒表 閃爍 恢復現(xiàn)場 中斷返回 加 10ms 處理 Y 中斷屏蔽 移位 加 1 移位鍵 左移六位 加一鍵 Y 4 系統(tǒng)功能實際測試 4 1 程序實際編譯測試 在 Keil C51 編譯環(huán)境下編譯通過 0 警告 0 錯誤 4 2 系統(tǒng)實際測試 實際效果如圖 4 2 所示 達到設計要求 圖 4 2 實物圖 4 3 軟件調試步驟 1 打開軟件后 在 Project 菜單中選擇 New Project 命令 打開一個新項目 保存此項目 輸入工程文件名后 并保存工程文件的目錄 2 為項目文件選擇一個目標器件 即選擇 8051 的類型 在 Data base 列 表框中選擇 ATML 89C52 確定 3 上述設置好后 創(chuàng)建源程序文件并輸入程序代碼 輸入好代碼后點擊 文件 保存 4 把源文件添加到項目中 用鼠標指在目標工作區(qū)的目標 1 點擊右鍵在 彈出的菜單中選擇添加文件到源代碼組 在彈出的添加文件框中 選擇需要添 加到項目中的文件 5 開始編譯 對項目文件進行編譯 若沒有錯誤后進行硬件調試 4 4 子程序調試步驟 子程序調試應一個模塊一個模塊地進行 首先單獨調試各功能子程序 檢 查程序是否能夠實現(xiàn)預期的功能 接口電路的控制是否正常等 最后逐步將各 子程序連接起來進行總調試 故調試步驟 7 如下 A 蜂鳴器的調試 調試方法 先把打鈴程序下載到單片機 讓蜂鳴器發(fā)聲 看是否在正確的 時間內(nèi)實現(xiàn)打鈴 B 數(shù)碼管程序調試 正確的顯示時間是整個程序的關鍵之一 調試方法 先把程序下載到單片 機 讓數(shù)碼管顯示 是否正確的顯示時間的變化 C 鍵盤調時序 正確的顯示所調的時間是整個程序的關鍵之一 調試方法 先把鍵盤程序 和顯示程序下載到單片機 讓數(shù)碼管顯示 是否正確的所調時間的變化 4 5 調試結果 實現(xiàn)計時和顯示功能 12 小時制 可設置當前時間 包括上下午標志 時 分的數(shù)字顯示 能實現(xiàn)打鈴功能 上午 7 30 早自習 打鈴 5 秒 停 2 秒 再打鈴 5 秒 下午 10 30 熄燈鈴 打鈴 5 秒 停 2 秒 再打鈴 5 秒 4 6 系統(tǒng)誤差及性能分析 經(jīng)測試該簡易自動打鈴系統(tǒng)在一天內(nèi)會出現(xiàn)時間誤差 該誤差主要是由于 晶振自身的誤差所造成的 另外在中斷的過程中 只會在第一次計時時產(chǎn)生時 間的偏移 而它所產(chǎn)生累積誤差很小 可以忽略 7 5 設計總結 通過這次課程設計 我們得到了很多收獲和體會 懂得了團隊合作的重要 性和必要性 以及工程設計的大體過程 第一 鞏固和加深了對單片機基本知 識和理解 提高了綜合運用所學知識的能力 第二 增強了根據(jù)課程需要選學 參考資料 查閱手冊 圖表和文獻資料的自學能力 通過獨立思考 深入研究 有關問題 學會自己分析解決問題的方法 第三 通過實際方案的分析比較 設計計算 安裝調試等環(huán)節(jié) 初步掌握了簡單使用電路的分析方法和工程設計 方法 第四 在這次課程設計過程中 光有理論知識是不夠的 還必須懂一些 實踐中的知識 所以在課程設計的實踐中 我們應將實驗課與課堂教學結合起 來 鍛煉自己的理論聯(lián)系實際的能力與實際動手能力 第五 掌握了比較常用 的儀器的使用方法 提高了動手能力 第六 培養(yǎng)了嚴謹?shù)墓ぷ髯黠L和科學態(tài) 度 總體來說這些知識是對我們大學生來說十分寶貴的實踐經(jīng)驗 是無法在課 堂上獲得的 是現(xiàn)今社會最重視的同時也是我們最需要提高的部分 6 詳細儀器清單 類型規(guī)格數(shù)量備注 5V 直流電源 ZH 60031 USB232converterU232 P91 電阻 1k 13 個 芯片 8255 1 片擴展 I O 芯片 STC89C52 1 片 晶振 12M 1 個 蜂鳴器無源1 個 數(shù)碼管3 位共陽極2 個 極性電容 0 1UF 1 個 非極性電容 30pf 2 個 LED 2 個 按鍵開關3 個 單刀雙擲開關1 個 三極管7 個 7 致謝 經(jīng)過近幾天的課程設計 我們組的成員都充分認識到理論知識和實踐結合 的重要性 經(jīng)過兩年多的理論基礎的學習 我們成功的將理論運用如實踐 并 成功的運用單片機 以前只是在路上看見那些交通燈 但是并沒有認真的研究 交通燈的內(nèi)部控制原理 還有單片機上那些芯片的功能和引腳圖平常也不是常 接觸 通過這次城市道口交通燈控制系統(tǒng)設計讓我清楚如果想做一個產(chǎn)品該怎 樣思考 在設計中 組員之間的相互配合和分工是尤其重要的 同時整個團隊 的合作意識是本次設計成功的關鍵因素 此次課程設計持續(xù)的時間長 對 組員的耐心是一種極大的考驗 同時學校的支持力度也應該加強 而不應該對 學生的提問表示不解 對有些程序的編寫要及時的給予指導 當然學生也要積 極的配合老師的工作 努力將自己所學的知識盡可能的運用到對方案的設計中 去 感謝老師的細心指導 和伙伴之間的配合 參考文獻 1 張鑫 單片機原理及應用 M 北京 電子工業(yè)出版社 2005 8 2 邱關源 羅先覺 電路 M 北京 高等教育出版社 2006 5 3 康光華 電子技術基礎 數(shù)字部分 M 北京 高等教育出版社 2006 1 4 康光華 電子技術基礎 模擬部分 M 北京 高等教育出版社 2006 1 5 祁偉 楊亭 單片機 C51 程序設計教程與實驗 M 北京 北京航空航天大學出版社 2006 6 樓然苗 李光飛 單片機課程設計指導 M 北京 北京航空航天大學出版社 2007 4 7 單片機學習網(wǎng) 附錄 附錄 1 詳細程序 include reg52 h include define PA XBYTE 0 xD1FF PA 口地址 define PB XBYTE 0 xD2FF PB 口地址 define PC XBYTE 0 xD5FF PC 口地址 define CON XBYTE 0 xD7FF 控制字地址 define uchar unsigned char Code Char dis 7 14 0 xA0 0 xBB 0 x62 0 x2A 0 x39 0 x2C 0 x24 0 xBA 0 x20 0 x28 0 xff 0 x7f 0 x3 0 0 x70 共陽 LED 段碼表 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 不亮 A P code char scan con 8 0 xDF 0 xEF 0 xF7 0 xFB 0 xFD 0 xFE 0 xBF 0 x7f 列掃 描控制字 data char disdata 8 0 x08 0 x05 0 x09 0 x02 0 x0b 0 x00 0 x01 0 x0d 計時單元數(shù)據(jù) 初值 共 6 個 data char dis 8 0 x00 0 x00 0 x00 0 x00 0 x00 0 x00 0 x0a 0 x00 顯示單元數(shù)據(jù) 共 6 個數(shù)據(jù) data char con1s 0 x00 con04s 0 x00 con 0 x00 con05s 0 x00 d 0 x00 1 秒定時用 sbit key0 P3 2 移位鍵 sbit key1 P3 3 加一 sbit BEEP P2 0 蜂鳴器接口 1 毫秒延時程序 delay1ms int t int i j for i 0 i t i for j 0 j 120 j 掃描程序 scan char k for k 0 k 6 con 0 TR1 0 ET1 0 TR0 1 ET0 1 if con 0 if key1 0 delay1ms 10 while key1 0 d con 2 disdata d if disdata d 14 disdata d 0 dis con disdata d dis 6 0 x0a EA 1 打鈴程序 Play1 uchar i t for i 0 i 100 i BEEP BEEP delay1ms t BEEP 1 Play2 BEEP 1 bell if disdata 0 0 x00 disdata 0 0 x01 disdata 0 0