基于單片機的定時鬧鐘課程設(shè)計報告書

任務(wù)簿一、設(shè)計目的本設(shè)計主要是51單片機的擴展，可以實現(xiàn)通用定時鬧鐘的功能。當(dāng)需要實現(xiàn)某項功能時，只需按相應(yīng)的鍵即可。經(jīng)過多次驗證，該設(shè)計靈活簡單，能夠?qū)崿F(xiàn)顯示、定時、修改定時、定時報警聲音的功能。二、設(shè)計要求1、可以顯示時間-分-秒。2、可以設(shè)置計時時間，并修改計時時間。3、定時報警時間。內(nèi)容導(dǎo)言12.方案演示1方案說明24.硬件方案設(shè)計24.1單片機STC89C5224.2時鐘電路44.3數(shù)碼管顯示電路44.4鍵盤電路64.5報警電路75.軟件方案設(shè)計75.1系統(tǒng)軟件設(shè)計75.2鍵盤程序75.3 LED85.4音頻報警電路85.5程序流程圖86.調(diào)試9摘要108.參考文獻(xiàn)119.附錄：定時鬧鐘源程序121.介紹該系統(tǒng)以單片機89C52為核心部件。在此基礎(chǔ)上，采用外圍擴展芯片、外圍電路、附加時鐘電路、復(fù)位電路、鍵盤接口和發(fā)光二極管顯示器。鍵盤是獨立的連接類型。還有一個定時報警系統(tǒng)，即當(dāng)定時時間到了，揚聲器會發(fā)出報警提示預(yù)設(shè)時間到達(dá)，從而起到定時的作用。外圍設(shè)備包括可由單片機設(shè)計制造的發(fā)光二極管顯示驅(qū)動器和相應(yīng)的顯示數(shù)字電子鐘。由于其功能的實現(xiàn)主要是通過軟件編程來完成的，所以硬件電路的復(fù)雜性降低了，成本也降低了。因此，設(shè)計和制造中采用了低功耗、高性能的8位CMOS微控制器STC89C52。8KB的片上閃存是可用的，允許系統(tǒng)中的程序員進(jìn)行重寫或編程。此外，STC89C52的指令系統(tǒng)和引腳與8051、512B內(nèi)存、32個輸入/輸出端口、3個16位定時計數(shù)器、4個外部中斷、7矢量4級中斷結(jié)構(gòu)(與傳統(tǒng)的51 5矢量2級中斷結(jié)構(gòu)兼容)等完全兼容。在發(fā)光二極管顯示器中，它分為靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示。在設(shè)計的最小系統(tǒng)中，主要使用其動態(tài)顯示功能。動態(tài)顯示利用人類視覺的短暫停留，在數(shù)據(jù)傳輸中一個接一個地傳輸，先傳輸?shù)臀弧?.方案論證單片機作為核心控制元件，使電路更加可靠和強大，并能隨時更新系統(tǒng)以組合不同的狀態(tài)。該系統(tǒng)以STC89C52為核心部件，采用兩個4位7段共負(fù)發(fā)光二極管作為顯示器件。當(dāng)連接到公共陰極發(fā)光二極管顯示器時，它可以顯示小時、分鐘和秒鐘。單片機外圍連接有定時報警系統(tǒng)。當(dāng)計時結(jié)束時，蜂鳴器會發(fā)出警報，提示預(yù)設(shè)時間的到來。該電路由時鐘電路、復(fù)位電路、控制電路、發(fā)光二極管顯示和報警電路組成。該芯片是STC89C52單片機。系統(tǒng)的基本框圖如圖2.1所示。圖2.1系統(tǒng)基本框圖3.節(jié)目敘述本設(shè)計主要是通過單片機系統(tǒng)，綜合運用定時器、中斷、數(shù)字顯示等知識來設(shè)計一個定時電子鐘。它包括系統(tǒng)總體規(guī)劃和硬件設(shè)計、軟件設(shè)計、Proteus軟件仿真等部分。系統(tǒng)的總體方案和硬件設(shè)計是本次設(shè)計的重要組成部分。該部分詳細(xì)介紹了時鐘原理、硬件設(shè)計、數(shù)碼管發(fā)光二極管以及技術(shù)指標(biāo)、型號選擇和器件選擇等一系列問題。硬件設(shè)計的主要任務(wù)是根據(jù)總體設(shè)計要求，在所選模型的基礎(chǔ)上，確定系統(tǒng)擴展所需的內(nèi)存、輸入輸出電路和相關(guān)外圍電路，然后設(shè)計系統(tǒng)的電路原理圖。合理的軟件結(jié)構(gòu)是設(shè)計性能優(yōu)良的單片機應(yīng)用系統(tǒng)軟件的基礎(chǔ)，必須給予充分重視。本設(shè)計使用了廣泛使用的C語言。Proteus軟件用于模擬和檢查設(shè)計是否合理。4.硬件方案設(shè)計4.1單片機STC89C52STC89C52是一款低電壓、高性能的8位單片機。該芯片包含8KB的可重寫閃存只讀程序存儲器和512B的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器。該設(shè)備由STC的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)。它與標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令系統(tǒng)兼容。該芯片包含一個通用的8位中央處理器和閃存單元。帶有強大微型計算機的STC89C52提供了一種經(jīng)濟有效的解決方案。引腳圖如下圖4.1所示。圖4.1 STS89C52具體描述如下：1)主電源引腳(2)VCC(40):電源輸入，連接至5v電源GND(20):地線2)外部晶體振蕩器引腳(2)XTAL1(19):片內(nèi)振蕩器電路的輸入XTAL2(18):片內(nèi)振蕩器電路的輸出3)控制銷(4)RST/VPP(9):重置引腳。引腳上2個機器周期的高電平將復(fù)位微控制器。ALE/PROG(30):數(shù)據(jù)鎖存允許信號PSEN(29):外部存儲器讀取選通信號EA/VPP(31):程序存儲器的內(nèi)部和外部選通，在低電平時從外部程序存儲器讀取指令，在高電平時從內(nèi)部程序存儲器讀取指令。4)可編程輸入/輸出引腳(32)單片機有4組8位可編程輸入輸出端口，分別是P0、P1、P2和P3端口，每個端口有8位(8個引腳)，共32個端口。端口(39 32): 8位雙向輸入輸出端口線，命名為P0.0P0.7P1端口(1 8): 8級雙向輸入輸出端口線，命名為P1.0P1.7P2端口(21 28): 8級雙向輸入輸出端口線，命名為P2.0P2.7P3港(10 17): 8級雙向輸入輸出端口線，命名為3.0 3.74.2時鐘電路單片機有兩種時鐘產(chǎn)生方法：內(nèi)部時鐘模式和外部時鐘模式。在該系統(tǒng)中，單片機采用內(nèi)部時鐘模式。最常見的內(nèi)部時鐘模式是由外部晶體和電容組成的并聯(lián)諧振電路。振蕩晶體可以在1.2兆赫和12兆赫之間。對電容值沒有嚴(yán)格要求，但電容值對振蕩頻率輸出的穩(wěn)定性和大小以及振蕩電路的啟動速度影響很小，一般可以取20pf 100 pf。單片機的時鐘電路如圖4.2所示。圖4.2時鐘電路4.3數(shù)碼管顯示電路單片機中通常使用七段發(fā)光二極管。發(fā)光二極管是發(fā)光二極管顯示器的縮寫。發(fā)光二極管顯示器因其結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉、體積小、亮度高、電壓低、可靠性高、壽命長、響應(yīng)速度快、色彩鮮艷、配置靈活、與單片機接口方便等優(yōu)點而得到廣泛應(yīng)用。發(fā)光二極管顯示器是由多個發(fā)光二極管組成的顯示部件，并顯示區(qū)域。當(dāng)發(fā)光二極管打開時，相應(yīng)的點或筆畫發(fā)光，并且二極管的不同組合被控制打開以顯示各種字符。發(fā)光二極管顯示器有多種形式，如“米”型顯示器、點陣顯示器和七段數(shù)字顯示器。七段數(shù)字顯示器是單片機系統(tǒng)中最常用的。發(fā)光二極管七段數(shù)字顯示器由8個發(fā)光二極管組成，用于顯示字符的連接形式不同。發(fā)光二極管有公共陰極和公共陽極。如圖4.3.1所示，4是7段普通陰極數(shù)碼管的引腳圖。圖4.3.1第4節(jié)普通陰極數(shù)字管的引腳圖采用高亮度共陰極型S位數(shù)碼管。為了顯示差異，兩個顯示秒的數(shù)碼管較小，另外四個較大。普通陰極數(shù)碼管的連接線如下：一般用7個發(fā)光二極管顯示數(shù)字和符號，也用一段發(fā)光二極管顯示小數(shù)點。這種顯示器一般分為兩種類型，公共陽極顯示器和公共陰極顯示器，公共陽極顯示器將每個二極管的正極連接在一起，公共陰極顯示器將每個二極管的負(fù)極連接在一起。顯示器由八個發(fā)光二極管組成。當(dāng)給某一段加上直流電壓時，對應(yīng)于該段的筆畫在沒有直流電壓的情況下是亮的和暗的。為了保護(hù)每一段不受損壞，需要增加一個限流電阻。無論是普通的陽極顯示器還是普通的陰極顯示器，它的8個段都是以相同的順序排列的：A段、B段、C段、D段、E段、F段、G段和DP段。單片機中通常使用七個發(fā)光二極管段。數(shù)碼管的顯示電路如下圖4.3.2所示：圖4.3.2數(shù)字顯示電路二極管本身的電壓降為2V。一般來說，如果二極管電流為10mA，要添加的電阻為R=(U-ULed)/ILed，相關(guān)值替換為300。在本設(shè)計中，如果電阻為470，則電流為I=(U-ULed)/R，代入實際值，即6.4毫安，即可滿足顯示效果。4.4鍵盤電路在設(shè)計方案中，使用了由3個按鍵組成的鍵盤電路，如下圖4.4所示：圖4.4鍵盤電路圖4.5報警電路在設(shè)計方案中，采用了由蜂鳴器和PNP三極管組成的報警電路。如下圖4.5所示：圖4.5報警電路5.軟件方案設(shè)計5.1系統(tǒng)軟件設(shè)計系統(tǒng)軟件主要由六個模塊組成：主程序模塊、預(yù)定中斷服務(wù)程序、中斷等待服務(wù)程序、鍵盤程序和顯示子程序服務(wù)程序。因為C語言容易理解和記憶，我們用C語言編寫這個程序。5.2鍵盤程序鍵盤采用查詢方式，放在主程序中。當(dāng)沒有按鍵時，單片機循環(huán)主程序。一旦按下一個鍵，它就轉(zhuǎn)到相應(yīng)的子程序進(jìn)行處理，并在處理后返回。5.3發(fā)光二極管七個發(fā)光二極管段由七個發(fā)光二極管以日常排列方式排列。所有發(fā)光二極管的陽極連接在一起以形成公共陽極，陰極連接在一起以形成公共陰極連接。使用芯片驅(qū)動器時，不需要增加限流電阻，否則應(yīng)該從外部連接。動態(tài)顯示電路由顯示塊、字形碼塊驅(qū)動器和字位鎖存驅(qū)動器組成。5.4音頻報警電路在STC89C52外圍的噴嘴上增加了一個蜂鳴器，通過軟硬件結(jié)合可以實現(xiàn)定時器鬧鐘功能。5.5程序流程圖圖5.5程序流程圖6.試車從左到右設(shè)置幾個鍵為K1、K2、K3。K1連接到P1.0，K2連接到P1.1，K3連接到p1.2按下啟動開關(guān)顯示時間。按K1進(jìn)入時間顯示的小時設(shè)置狀態(tài)；按K1兩次進(jìn)入時間顯示的分鐘設(shè)置狀態(tài)；按K1三次進(jìn)入定時小時設(shè)置狀態(tài)；按K1四次進(jìn)入計時分鐘設(shè)置狀態(tài)；按K1五次退出設(shè)置，進(jìn)入當(dāng)前時間顯示狀態(tài)；K2和K3分別是當(dāng)前設(shè)定值的加法和減法。如下圖6.1和6.2所示。圖6.1時序模擬效果圖圖6.2時序模擬效果圖摘要在課程設(shè)計的過程中，我進(jìn)一步認(rèn)識到綜合專業(yè)知識和邏輯思維方式對研究問題的重要性。同時，我也更具體地掌握了課程設(shè)計的基本方法。經(jīng)過不斷努力，我終于完成了課程設(shè)計?？偟膩碚f，我學(xué)到了很多，并且意識到了理論與實踐相結(jié)合的重要性。在設(shè)計過程中，我遇到了很多困難，但沒有放棄。我查閱了許多相關(guān)書籍，獨立思考并借鑒了前人的許多優(yōu)秀成果，并與所學(xué)知識緊密結(jié)合。我相信這個過程會對我今后的學(xué)習(xí)和工作產(chǎn)生積極的影響，并搭建一個良好的平臺。通過本次設(shè)計，我對這門課程有了更好的了解，尤其是結(jié)合了近年來所學(xué)的相關(guān)專業(yè)知識，對每門課程都有了更全面的了解。這對我今后的學(xué)習(xí)和工作肯定會有很大的幫助。本課程設(shè)計的定時鬧鐘電路能夠滿足人們的基本要求。然而，由于知識水平有限，該電路存在一些問題。雖然可以通過增加電路來解決，但它太復(fù)雜，現(xiàn)有的水平有限。這一設(shè)計并未深入人心。為了更好地改進(jìn)電路，還需要進(jìn)一步的努力。如果有好的意見，我希望老師會給我支持和指導(dǎo)。8.參考1何立民。10單片機應(yīng)用選。北京：北京航空航天大學(xué)出版社2李琳。單片機的原理及應(yīng)用。北京：電子工業(yè)出版社3沙占友等.單片機外圍電路設(shè)計。Xi安：電子工業(yè)出版社4李江。蔡軍.王彥春。董澤芳。單片機原理及應(yīng)用技術(shù)。北京，清華大學(xué)出版社5潘永紅。劉舒。單片機的原理及應(yīng)用。Xi安，西安電子科技大學(xué)出版社9.附錄：定時鬧鐘源程序#包括無符號字符無符號字符a8；無符號char秒=0，分鐘=0，小時=1；