基于ATC控制的定時鬧鐘設(shè)計說明書

1、單位代碼 學(xué)號 1201050050 分 類 號 密 級 單片機應(yīng)用技術(shù)課程設(shè)計基于AT89C51單片機的定時鬧鐘設(shè)計 院（系）名稱 專業(yè)名稱 學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師2015 年 月 日目 錄1 概述11.1 課程設(shè)計的目的和意義11.2 設(shè)計要求12 系統(tǒng)總體方案及硬件設(shè)計22.1 系統(tǒng)設(shè)計原理22.2 硬件設(shè)計22.2.1 單片機AT89C5122.2.2 顯示器的選擇42.2.3 控制按鍵的選擇52.2.4 時鐘電路62.2.5 喇叭:SPEAKER63 系統(tǒng)軟件設(shè)計83.1 系統(tǒng)軟件設(shè)計說明83.2 程序流程圖93.2.1 程序主流程圖93.2.2 時間設(shè)定設(shè)計93.3 程序調(diào)試103.4

2、 仿真步驟113.5 仿真結(jié)果114 課程設(shè)計體會14參考文獻15附1源程序代碼16附2系統(tǒng)原理圖291概述1.1課程設(shè)計的目的和意義課程設(shè)計是在學(xué)完單片機原理及接口技術(shù)課程之后綜合利用所學(xué)單片機知識完成一個單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計并在實驗室實現(xiàn)，從而加深對單片機，軟硬知識的理解，獲得初步的應(yīng)用經(jīng)驗，使對已學(xué)過的基礎(chǔ)知識能有更深入的理解，學(xué)會獨立思考、獨立思考、獨立工作，以及提高對所學(xué)應(yīng)用基本理論分析和解決實際問題的能力。為走出校門從事單片機應(yīng)用的相關(guān)工作打下基礎(chǔ).1.2 設(shè)計要求1）能顯示：時時分分秒秒。2）能夠設(shè)定定時時間、修改定時時間。3）定時時間到能發(fā)出報警聲。設(shè)計的部分分為軟件及硬件，軟件

3、部分寫出鬧鐘的工作方式以及它是如何工作的，而硬件部分是軟件的載體，畫出正確的電路圖然后在軟件的控制下能使設(shè)計的定時鬧鐘正常工作。2系統(tǒng)總體方案及硬件設(shè)計2.1系統(tǒng)設(shè)計原理本設(shè)計使用的是單片機作為核心的控制元件，使得電路的可靠性比較高，功能也比較強大，而且可以隨時的更新系統(tǒng)，進行不同狀態(tài)的組合。本系統(tǒng)采用單片機AT89C51作為本設(shè)計的核心元件，利用6位共陰數(shù)碼管作為顯示器件。接入共陰LED顯示器，可顯示時，分鐘，秒，單片機外圍接有定時報警系統(tǒng)，時間的定時用時鐘電路，修改時間和定時用手動按鍵控制，報警聲通過喇叭發(fā)出。提示預(yù)先設(shè)定時間電器的起停時間到，從而控制電器的起停。電路由下列部分組成：時鐘電

4、路、復(fù)位電路、控制電路、LED顯示，報警電路，芯片選用AT89C51單片機。系統(tǒng)框圖如圖 2-1所示：復(fù)位、時鐘等電路按鈕電路AT89C51單片機6位數(shù)碼管顯示電路鬧鈴聲指示電路電源系統(tǒng)圖2-1 系統(tǒng)框圖2.2硬件設(shè)計2.2.1單片機AT89C51AT89C51是一個低電壓，高性能CMOS型8位單片機，片內(nèi)含4KB的可反復(fù)擦寫的Flash只讀程序存儲器（ROM）和128B的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標準MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲單元，內(nèi)置功能強大的微型計算機的AT89C51為用戶提供了許多高性價比

5、應(yīng)用場合，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。AT89C51是一個低功耗高性能單片機，40個引腳，32個外部雙向輸入/輸出（I/O）端口，同時內(nèi)含2個外中斷口，2個16位可編程定時計數(shù)器，2個全雙工串行通信口，AT89C51可以按照常規(guī)方法進行編程，也可以在線編程。其將通用的微處理器和Flash存儲器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫的Flash存儲器可有效地降低開發(fā)成本。主要特性：·與MCS-51 兼容 ·4K字節(jié)可編程閃爍存儲器 ·壽命：1000寫/擦循環(huán)·數(shù)據(jù)保留時間：10年·全靜態(tài)工作：0Hz-24Hz·三級程序存儲器鎖定·128&

6、#215;8位內(nèi)部RAM·32可編程I/O線·兩個16位定時器/計數(shù)器·5個中斷源 ·可編程串行通道·低功耗的閑置和掉電模式·片內(nèi)振蕩器和時鐘電路 振蕩器特性:XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時鐘源驅(qū)動器件，XTAL2應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器，因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度. 圖2-2是單片機AT89C51的引腳圖：圖2-2單片機AT89C51引腳圖顯示器的選擇方案一：液晶顯示

7、器。如果選擇此方案，將會降低系統(tǒng)的功耗，這樣就可以用電池供電，便于攜帶。但液晶顯示器的驅(qū)動電路復(fù)雜，使用起來有一定的難度。方案二：點陣顯示，是由八行八列的發(fā)光二極管集成在一塊電路上組成，主要用來顯示漢字，同時也能顯示數(shù)字和少量圖象,但它的焊接較麻煩,價格高，鑒于所設(shè)計的題目要求它不切實際。所以排除此方案。方案三：用數(shù)碼管作為顯示器。數(shù)碼管的驅(qū)動電路簡單，使用方便，如果選擇了此方案，那么在夜間看時間的時候就不需要有光源，非常方便。其缺點是功耗較大。由于數(shù)碼管使用起來較為方便，在夜間看時間也很方便，因此我選擇了方案三。單片機中通常使用7段LED，LED是發(fā)光二極管顯示器的縮寫。LED顯示器由于結(jié)構(gòu)

8、簡單，價格便宜，體積小，亮度高，電壓低，可靠性高，壽命長，響應(yīng)速度快，配置靈活，與單片機接口方便而得到廣泛應(yīng)用。LED顯示器是由若干個發(fā)光二極管組成顯示字段的顯示部件，當發(fā)光二極管導(dǎo)通時，相應(yīng)的一個點或一個筆劃發(fā)光，控制不同組合的二極管導(dǎo)通，就能顯示出各種字符。LED顯示器有多種形式，如：“米”字型顯示器，點陣顯示器和七段數(shù)碼顯示器等，在單片機系統(tǒng)中使用最多的是七段數(shù)碼顯示器。本系統(tǒng)利用7SEG-MPX6-CC-BLUE數(shù)字顯示器，7SEG-MPX6-CC-BLUE數(shù)字顯示器的1-6引腳連接AT89C51單片機 P2.0 P2.5接口，其他8個引腳分別與AT89C51單片機的P0.0 - P0

9、.7和共陽極管RESPACK-8排阻的 2 - 9 引腳分別連接。因為共陰極的LED數(shù)碼管它的驅(qū)動電流是分開的,在單片機進行動態(tài)掃描的時候不會影響彼此的電流,故該系統(tǒng)中的6位LED數(shù)碼管均用共陰極的數(shù)碼管。6位數(shù)碼管的引腳圖如圖2-3所示：圖2-3 6位數(shù)碼管的引腳2.2.3控制按鍵的選擇方案一: 選取陣列式按鍵,減少了I/O口的使用,且掃描M×N個按鍵只需占用M+N個I/O口即可實現(xiàn)，但給編程帶來了一定的困難，雖然節(jié)省了很多的口線，降低了成本，但在此設(shè)計中所用的按鍵要盡量少，因此排除此方案。方案二: 獨立式按鍵,每個按鍵實現(xiàn)一個功能,易于控制且編寫程序簡單,容易理解，雖然會占用一定

10、的單片機I/O口資源,但是題目中要求使用的按鍵要盡量少。通過以上兩種方案比較，采用方案二。時鐘電路單片機的時鐘產(chǎn)生方法有兩種:內(nèi)部時鐘方式和外部時鐘方式。本系統(tǒng)中AT89C51單片機采用內(nèi)部時鐘方式。最常用的內(nèi)部時鐘方式是采用外接晶體和電容組成的并聯(lián)諧振回路。振蕩晶體可在1.2MHz12MHz之間。電容值無嚴格要求，但電容取值對振蕩頻率輸出的穩(wěn)定性、大小和振蕩電路起振速度有少許影響，一般可在20pF100pF之間取值。AT98C51單片機的時鐘電路。如圖2-4所示：圖2-4 時鐘電路圖上拉電阻：RESPACK8控制按鍵：BUTTON ACTIVE SPST PushButton本系統(tǒng)要進行時間

11、的調(diào)整和定時，因此用4個手動按鍵對其進行控制。2.2.5喇叭:SPEAKER由P3.7口控制喇叭，使其定時時間到能發(fā)出報警聲。如圖2-5所示：圖2-5 喇叭引腳圖經(jīng)過方案論證與比較，選擇AT89C51作為主控，采用獨立式按鍵控制，LED數(shù)碼管動態(tài)掃描顯示，喇叭:SPEAKER，其中AT89C51單片機采用內(nèi)部時鐘方式。3 系統(tǒng)軟件設(shè)計3.1系統(tǒng)軟件設(shè)計說明該系統(tǒng)軟件程序主要有主程序模塊，定時中斷服務(wù)程序，中斷等待服務(wù)程序，鍵盤服務(wù)程序，顯示子程序服務(wù)程序等六大模塊組成。在AT89C51外圍的一個17管腳即P3.7管口上加喇叭器，通過軟件與硬件的結(jié)合可實現(xiàn)定時報警功能。圖中按鍵從上往下設(shè)定為S1

12、,S2,S3,S4,S1與p1.0相連，S2與p1.1相連,S3與p1.2相連，S4與p1.3相連。當需要設(shè)定當前時間時，按一下S1鍵，進入時間設(shè)定狀態(tài)，按一下S3，分鐘加1；按一下S2，小時加1。如此反復(fù)來設(shè)定當前時間。調(diào)好時間后按S4退出當前時間設(shè)定狀態(tài)；當要設(shè)定定時時間時，按下S2，進入定時時間設(shè)定狀態(tài)，按一下S3,小時加1；按一下S1，分鐘加1。如此反復(fù)來設(shè)定要設(shè)定的定時時間。設(shè)好后，按下S4退出定時時間設(shè)定狀態(tài)。3.2 程序流程圖程序主流程圖圖3-1 程序流程圖 時間設(shè)定設(shè)計時間設(shè)定模塊的設(shè)計要點是按鍵的去抖處理與“一鍵多態(tài)”的處理。即只涉及4個鍵完成了6位時間參數(shù)的設(shè)定。軟件法去抖

13、動的實質(zhì)是軟件延時，即檢測到某一鍵狀態(tài)變化后延時一段時間，再檢測該按鍵的狀態(tài)是否還保持著，如是則作為按鍵處理，否則，視為抖動，不予理睬。去抖中的延時時間一般參考資料多描述為10ms左右，實際應(yīng)用中，應(yīng)大于20ms，否則，會導(dǎo)致按一次作多次處理，影響程序正常執(zhí)行?！耙绘I多態(tài)”即多功能鍵的實現(xiàn)思想是，根據(jù)按鍵時刻的系統(tǒng)狀態(tài)，決定按鍵采取何種動作，即何種功能其流程圖如下圖3-2所示：圖3-2 時間設(shè)定流程3.3程序調(diào)試1）將程序輸入到keil uvision4的環(huán)境下；2）用單步運行和斷點運行方式調(diào)試程序；3）調(diào)試T0中斷服務(wù)程序，首先在記數(shù)單元39H、3AH、3BH、3CH單元中預(yù)置數(shù)，調(diào)試秒單元

14、向分單元進位及分單元向時單元的進位，最后將T0中斷服務(wù)程序統(tǒng)調(diào)通過；4）在39H、3AH、3BH、3CH單元中預(yù)置數(shù)，調(diào)試顯示程序；5）調(diào)試主程序，使鬧鐘走時系統(tǒng)工作正常。3.4仿真步驟第一步：用keil uvision4軟件對程序進行編譯，編譯通過后，會自動生成HEX文件。第二步：在Proteus的元件庫中找到AT89C51以及相應(yīng)的元件，按照硬件設(shè)計中的說明把各部件連接起來組成一個定時鬧鐘的硬件系統(tǒng)。第三步：把在keil uvision4環(huán)境調(diào)試下生成的.HEX文件裝入到AT89C51里，點擊運行符號就可以使軟硬件的配套設(shè)施在Proteus的環(huán)境下仿真實現(xiàn)。第四步：驗證系統(tǒng)能否實現(xiàn)所要求的

15、功能,并檢驗錯誤。3.5仿真結(jié)果通過S1、S2、S3和S4四個按鍵，對時間進行修改和鬧鐘的設(shè)置。定時時間到能發(fā)出報警聲，使用keil uvision4軟件編輯程序然后進行proteus進行仿真，其仿真圖如下：開始仿真時，顯示如圖3-3所示：圖3-3 仿真圖（1）設(shè)定當前時間當需要設(shè)定當前時間時，按一下S1鍵，進入時間設(shè)定狀態(tài)，按一下S3，分鐘加1；按一下S2，小時加1。如此反復(fù)來設(shè)定當前時間。調(diào)好時間后按S4退出當前時間設(shè)定狀態(tài)。如圖3-4所示：圖3-4 設(shè)定樣式圖如圖3-5：設(shè)定當前時間是06：06：06圖3-5 仿真時間設(shè)定圖（2）設(shè)定定時時間當要設(shè)定定時時間時，按下S2，進入定時時間設(shè)定

16、狀態(tài)，按一下S3,小時加1；按一下S1，分鐘加1。如此反復(fù)來設(shè)定要設(shè)定的定時時間。設(shè)好后，按下S4退出定時時間設(shè)定狀態(tài)。如圖3-6所示圖：設(shè)定定時時間為06：06圖3-6 設(shè)定定時時間如圖3-7所示當?shù)竭_時間06：06時，喇叭發(fā)出報警聲。圖3-7 鬧鐘響起圖4課程設(shè)計體會 通過這次設(shè)計讓我更深入了解在設(shè)計程序之前,務(wù)必要對所學(xué)單片機課程的內(nèi)容有一個系統(tǒng)的了解,知道單片機片內(nèi)片外的內(nèi)容及其功能。設(shè)計程序采用什么編程語言并不是非常重要,關(guān)鍵要有一個清晰的思路和一個完整的軟件流程圖。在設(shè)計程序時,不能妄想一次就將整個程序設(shè)計好,"反復(fù)修改,不斷改進"是程序設(shè)計的必經(jīng)之路。程序剛開

17、始編好時，一般情況下會存在很多錯誤，要不斷地修改，不斷的改進才能達到預(yù)期的目的，編寫程序的時間并不是很長，主要是修改程序會花很多時間?？傊?，通過這次設(shè)計讓我更深入了解單片機基本電路、如何控制和定時器和中斷編程的基本方法，從而鍛煉了我學(xué)習(xí)、設(shè)計和開發(fā)軟、硬件的能力。并且使我鞏固了本課程所學(xué)的基本知識，還使我具有了撰寫設(shè)計報告的初步訓(xùn)練能力，我相信這些能力在我以后的工作或者是再學(xué)習(xí)中一定會起到不小的作用，看到自己幾周的小成果，感覺一切的辛苦和艱難都是值得的。參考文獻1.張毅剛,單片機原理及應(yīng)用,高等教育出版社.2014.2.皮大熊.單片機課程設(shè)計指導(dǎo)書.北京理工大學(xué)出版社.2010.3.吳金戌.8

18、051單片機實踐與應(yīng)用.清華大學(xué)出版社.2003.4.樓然苗.51系列單片機設(shè)計實例.北京航空航天出版社.2004.5.黃仁欣.單片機原理及應(yīng)用技術(shù).清華大學(xué)出版社.2005.6.趙曉安. MCS-51單片機原理及應(yīng)用.天津大學(xué)出版社.2001.3.7.凌玉華，單片機原理及應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計,中南大學(xué)出版社.2006.8.胡漢才，單片機原理及應(yīng)用，清華大學(xué)出版社 .2004.9.徐江海.單片機實用教程.機械工業(yè)出版社.2007.附1源程序代碼 ORG 0000H LJMP MAIN ORG 000BH LJMP TIME ORG 0100H MAIN:MOV SP,#50H MOV 20H,#00H

19、 ;時間 BIN SECOND MOV 21H,#00H ; BIN MINUTE MOV 22H,#00H ; BIN HOUR MOV 23H,#01H ;鬧鈴 BIN MINUTE MOV 24H,#01H ; BIN HOUR MOV 25H,#00H ;定義一個標志位 MOV 30H,#00H ;時間 BCD SECOND MOV 31H,#00H ; MOV 32H,#00H ; BCD MINUTE MOV 33H,#00H ; MOV 34H,#00H ; BCD HOUR MOV 35H,#00H ; MOV 36H,#01H ;鬧鈴 BCD MINUTE MOV 37H,#

20、00H ; MOV 38H,#01H ; BCD HOUR MOV 39H,#00H ; MOV TMOD,#01H ;16位計數(shù)器 T0,方式1 MOV TH0,#03CH ;賦初值 MOV TL0,#0B0H MOV IE,#10000111B ;開中斷 T0，EA=1 SETB TR0 ;T0啟動計數(shù) MOV R2,#14H ;計數(shù)器 MOV P2,#0FFH LOOP:LCALL TIMEPRO ; 調(diào)用現(xiàn)在時間與鬧鈴時間比較程序 LCALL DISPLAY1 ; 調(diào)用現(xiàn)在時間顯示子程序 JB P1.0,M1 ; 判斷按鍵是否按下 LCALL XIAOZHEN1 ; 調(diào)用消抖程序 MO

21、V C,25H.0 JC A1 A1:CLR 25H.0 LCALL SETTIME ; 調(diào)用設(shè)置現(xiàn)在時間子程序 LJMP LOOP M1:JB P1.1,M2 LCALL XIAOZHEN2 MOV C,25H.0 JC A2 A2:CLR 25H.0 LCALL SETATIME ; 調(diào)用設(shè)置鬧鐘的程序 LJMP LOOP M2:JB P1.3,M3 A3:LCALL XIAOZHEN3 MOV C,25H.0 JC A4 A4:CLR 25H.0 M3:LJMP LOOPSETTIME: L0:LCALL DISPLAY1 JB P1.1,L1 LCALL XIAOZHEN4 MOV C

22、,25H.0 JC A5 A5:CLR 25H.0 INC 22H MOV A,22H CJNE A,#18H,GO12 MOV 22H,#00H MOV 34H,#00H MOV 35H,#00H LJMP L0 L1:JB P1.2,L2 LCALL XIAOZHEN5 MOV C,25H.0 JC A6 A6:CLR 25H.0 INC 21H MOV A,21H CJNE A,#3CH,GO11 MOV 21H,#00H MOV 32H,#00H MOV 33H,#00H LJMP L0 GO11:MOV B,#0AH DIV AB MOV 32H,B MOV 33H,A LJMP L

23、0 GO12:MOV B,#0AH DIV AB MOV 34H,B MOV 35H,A LJMP L0 L2:JB P1.3,L0 LCALL XIAOZHEN3 MOV C,25H.0 JC AX AX:CLR 25H.0 RETSETATIME:LCALL DISPLAY2 ;調(diào)用鬧鐘設(shè)置，鬧鈴響時的顯示程序 N0:LCALL DISPLAY2 JB P1.2,N1 LCALL XIAOZHEN6 MOV C,25H.0 JC A7 A7:CLR 25H.0 INC 24H MOV A,24H CJNE A,#24,GO22 MOV 24H,#00H MOV 38H,#00H MOV 3

24、9H,#00H LJMP N0 N1:JB P1.0,N2 LCALL XIAOZHEN7 MOV C,25H.0 JC A8 A8:CLR 25H.0 INC 23H MOV A,23H CJNE A,#60,GO21 MOV 23H,#00H MOV 36H,#00H MOV 37H,#00H LJMP N0 GO21:MOV B,#0AH DIV AB MOV 36H,B MOV 37H,A LJMP N0 GO22:MOV B,#0AH DIV AB MOV 38H,B MOV 39H,A LJMP N0 N2:JB P1.3,N0 LCALL XIAOZHEN3 MOV C,25H.

25、0 JC A9 A9:CLR 25H.0 RETTIMEPRO:MOV A,21H MOV B,23H CJNE A,B,BK MOV A,22H MOV B,24H CJNE A,B,BK SETB 25H.0 MOV C,25H.0 JC XX XX:LCALL TIMEOUT BK:RET TIMEOUT: X1:LCALL BZ LCALL DISPLAY2 CLR 25H.0 JB P1.3, X1 RET BZ:CLR P3.7 MOV R7,#250 T2:MOV R6,#124 T3:DJNZ R6,T3 DJNZ R7,T2 SETB P3.7 JB P1.3,XY LCAL

26、L XIAOZHEN3 MOV C,25H.0 JC XY1 XY:RET XY1:LJMP LOOPXIAOZHEN1:LCALL DISPLAY1 JB P1.0,XIAOZHEN1 MOV C,P1.0 JC XIAOZHEN1 LCALL DELAY MOV C,P1.0 JC XIAOZHEN1 STOP1:MOV C,P1.0 JNC STOP1 LCALL DELAY MOV C,P1.0 JNC STOP1 SETB 25H.0 RET XIAOZHEN2:LCALL DISPLAY2 JB P1.1,XIAOZHEN2 MOV C,P1.1 JC XIAOZHEN2 LCAL

27、L DELAY MOV C,P1.1 JC XIAOZHEN2 STOP2:MOV C,P1.1 JNC STOP2 LCALL DELAY MOV C,P1.1 JNC STOP2 SETB 25H.0 RET XIAOZHEN3:LCALL DISPLAY1 JB P1.3,XIAOZHEN3 MOV C,P1.3 JC XIAOZHEN3 LCALL DELAY MOV C,P1.3 JC XIAOZHEN3 STOP3:MOV C,P1.3 JNC STOP3 LCALL DELAY MOV C,P1.3 JNC STOP3 SETB 25H.0 RET XIAOZHEN4:LCALL

28、 DISPLAY1 JB P1.1,XIAOZHEN4 MOV C,P1.1 JC XIAOZHEN4 LCALL DELAY MOV C,P1.1 JC XIAOZHEN4 STOP4:MOV C,P1.1 JNC STOP4 LCALL DELAY MOV C,P1.1 JNC STOP4 SETB 25H.0 RET XIAOZHEN5:LCALL DISPLAY1 JB P1.2,XIAOZHEN5 MOV C,P1.2 JC XIAOZHEN5 LCALL DELAY MOV C,P1.2 JC XIAOZHEN5 STOP5:MOV C,P1.2 JNC STOP5 LCALL D

29、ELAY MOV C,P1.2 JNC STOP5 SETB 25H.0 RET XIAOZHEN6:LCALL DISPLAY2 JB P1.2,XIAOZHEN6 MOV C,P1.2 JC XIAOZHEN6 LCALL DELAY MOV C,P1.2 JC XIAOZHEN6 STOP6:MOV C,P1.2 JNC STOP6 LCALL DELAY MOV C,P1.2 JNC STOP6 SETB 25H.0 RET XIAOZHEN7:LCALL DISPLAY2 JB P1.0,XIAOZHEN7 MOV C,P1.0 JC XIAOZHEN7 LCALL DELAY MOV C,P1.0 JC XIAOZHEN7 STOP7:MOV C,P1.0 JNC STOP7 LCALL DELAY MOV C,P1.0 JNC STOP7 SETB 25H.0 RETDELAY:MOV R4,#14H DL00:MOV R5,#0FFH DL11:DJNZ R5,DL11 DJNZ R4,DL00 RETTIME:PUSH ACC PUSH PSW MOV TH0,#03CH MOV TL0,#0B0H D