單片機設(shè)計電子打鈴器

單片機課程設(shè)計PAGE17單片機課程設(shè)計目錄摘要 0引言 0第一章設(shè)計簡介及方案論述 1第二章設(shè)計思路與方案 12.1單片機總體設(shè)計思路 12.2各功能模塊程序?qū)崿F(xiàn)原理分析 22.3AT89C51單片機性能介紹 2第三章電子打鈴系統(tǒng)硬件設(shè)計 53.1系統(tǒng)主要硬件電路 53.3蜂鳴器驅(qū)動模塊的硬件設(shè)計 7第四章系統(tǒng)軟件設(shè)計 74.1系統(tǒng)軟件設(shè)計的主要內(nèi)容 84.2主程序流程設(shè)計 8第五章系統(tǒng)調(diào)試與測試結(jié)果分析 105.1系統(tǒng)調(diào)試 105.2調(diào)試現(xiàn)象及分析 105.3仿真結(jié)果 10第六章、心得體會 12參考文獻： 12附錄： 13摘要本次設(shè)計中的LED數(shù)碼管電子時鐘電路采用24小時制記時方式,本次設(shè)計采用AT89C51單片機的擴展芯片和6個PNP三極管做驅(qū)動，由三塊LED數(shù)碼管構(gòu)成的顯示系統(tǒng)，與傳統(tǒng)的基于8/16位普通單片機的LED顯示系統(tǒng)相比較，本系統(tǒng)在不顯著地增加系統(tǒng)成本的情況下，可支持更多的LED數(shù)碼管穩(wěn)定顯示。設(shè)計采用AT98C51單片機，使用5V電源供電，并且在按鍵的作用下可以進行調(diào)時，調(diào)分，復(fù)位功能。計時數(shù)據(jù)的更新在計算機C語言的驅(qū)動下每秒自動進行一次，但不需程序干預(yù)其輸出狀態(tài)。關(guān)鍵詞：AT89C51；數(shù)碼管；LED引言本設(shè)計是根據(jù)我們所學(xué)習(xí)的單片機課程，按照大綱要求對我們進行的一次課程檢驗，是進行單片機課程訓(xùn)練的必要任務(wù)，也對我們掌握單片機應(yīng)用有很大的幫助。掌握單片機技術(shù)是一門不可或缺的技術(shù)，對我們將來的工作以及生活和學(xué)習(xí)都有很密切的聯(lián)系。近年來，隨著電子技術(shù)和微機計算機的迅速發(fā)展，單片機的檔次不斷提高，其應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷的擴大，已在工業(yè)控制、尖端科學(xué)、智能儀器儀表、日用家電、汽車電子系統(tǒng)、辦公自動化設(shè)備、個人信息終端及通信產(chǎn)品中得到了廣泛的應(yīng)用，成為現(xiàn)代電子系統(tǒng)中最重要的智能化的核心部件。當今時代是一個新技術(shù)層出不窮的時代，在電子領(lǐng)域尤其是自動化智能控制領(lǐng)域，傳統(tǒng)的分立元件或數(shù)字邏輯電路構(gòu)成的控制系統(tǒng)，正以前所未有的速度被單片機智能控制系統(tǒng)所取代。單片機具有體積小、功能強、成本低、應(yīng)用面廣等優(yōu)點，可以說，智能控制與自動控制的核心就是單片機。目前，一個學(xué)習(xí)與應(yīng)用單片機的高潮正在工廠、學(xué)校及企事業(yè)單位大規(guī)模地興起。學(xué)習(xí)單片機的最有效的方法就是理論與實踐并重，本文用AT89C51單片機設(shè)計的一個電子打鈴系統(tǒng)。

第一章設(shè)計簡介及方案論述1.1作息時間控制鐘系統(tǒng)概述：

本設(shè)計是一個具有打鈴功能的作息時間控制鐘。它利用89C51單片機的2Hz時基計時，進行年歷計算，并用的蜂鳴器驅(qū)動模塊將它打出來；在進行時間計算，分每加一時，都與規(guī)定的作息時間比較，如果相等則進行相應(yīng)的控制或動作。由七段顯示驅(qū)動模塊、蜂鳴器驅(qū)動模塊和按鈕控制模塊三部分組成，四個按鍵用于報時及校正時間?，F(xiàn)代機關(guān)企業(yè)，特別是學(xué)校要求對時間加以控制，要按時打鈴及播放廣播，以保證學(xué)習(xí)與工作的正常運行。本設(shè)計實現(xiàn)了這些功能，給學(xué)校及其他機關(guān)企業(yè)帶來方便，整體性好，人性化強、可靠性高，實現(xiàn)了對時間控制的智能化。1.2設(shè)計要求：利用單片機組成一個電子打鈴器。按照學(xué)校上下課鈴聲次序設(shè)定定時間用一個蜂鳴器模擬電鈴，響鈴10s。周六周日不打鈴?fù)ㄟ^“周”“時”鍵和“分”鍵分別校正周、時和分，每按一次對應(yīng)+1。

第二章設(shè)計思路與方案2.1單片機總體設(shè)計思路(1)設(shè)計能正常工作的一個單片機最小硬件系統(tǒng)，外圍電路包括設(shè)置鍵盤，LCD或LED的顯示屏；

(2)進行軟件設(shè)計，利用單片機系統(tǒng)時鐘先設(shè)計一個高精度的內(nèi)部時鐘系統(tǒng)，最小精確時間為期1秒；

(3)在秒計數(shù)器的基礎(chǔ)上設(shè)計一個24小時時鐘，并設(shè)計若干定時功能；(4)設(shè)計打鈴執(zhí)行機構(gòu)，完成自動打鈴功能。2.2各功能模塊程序?qū)崿F(xiàn)原理分析圖2-1模塊組成框圖如圖2-1所示，該模塊由蜂鳴器驅(qū)動模塊、蜂鳴器驅(qū)動模塊和按鈕控制模塊三部分組成。且三部分都通過AT89C51來實現(xiàn)。EQ\o\ac(○,1)七段式數(shù)碼管驅(qū)動模塊采用動態(tài)掃描方式，通過一組單片機端口驅(qū)動并聯(lián)在一起的LED發(fā)光管的一端(共陰或共陽端)，LED發(fā)光管的另一腳接通用I/O口，控制其亮滅。該方法能驅(qū)動較多的LED，控制方式較靈活，而且節(jié)省單片機的資源。EQ\o\ac(○,2.)蜂鳴器驅(qū)動模塊采用壓電式蜂鳴器，壓電式蜂鳴器主要由多諧振蕩器、壓電蜂鳴片、阻抗匹配器及共鳴箱、外殼等組成。多諧振蕩器由晶體管或集成電路構(gòu)成，當接通電源后（1.5-15V直流工作電壓），多諧振蕩器起振,輸出1.5～2.5kHZ的音頻信號，阻抗匹配器推動壓電蜂鳴片發(fā)聲。EQ\o\ac(○,3)按鈕控制模塊四個按鈕的一端分別接地，另一端接單片機一個端口的四個引腳，當某一個按鈕按下的時候，其對應(yīng)的引腳就由高電平變成低電平，然后通過單片機掃描讀取引腳的電平來判斷按鈕是否按下。2.3AT89C51單片機性能介紹AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。

引腳說明：

VCC：供電電壓。

P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當P1口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時，P0口作為原碼輸入口，當FIASH進行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。

P1口：P1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1口作為第八位地址接收。

P2口：P2口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當P2口被寫“1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。

P3口：P3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：

口管腳備選功能

P3.0RXD（串行輸入口）P3.1TXD（串行輸出口）P3.2/INT0（外部中斷0）

P3.3/INT1（外部中斷1）P3.4T0（記時器0外部輸入）P3.5T1（記時器1外部輸入）

P3.6/WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）P3.7/RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）

P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。89C51各部分引腳圖如下：P1.0140VccP1.1239P0.0

P1.2338P0.1

P1.3437P0.2

P1.4536P0.3

P1.5635P0.4

P1.6734P0.5

P1.7833P0.6RST/Vpd932P0.7

RXDP3.01031EA/Vpp

TXDP3.11130ALE/-P

INT0P3.21229PSEN

INT1P3.31328P2.7

T0P3.41427P2.6

T1P3.51526P2.5

WRP3.61625P2.4

RDP3.71724P2.3

X21823P2.2

X11922P2.1

GND2021P2.0

圖2-289C51引腳圖RST：復(fù)位輸入。當振蕩器復(fù)位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間。ALE/PROG：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時，ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。為使該模塊化自動打鈴系統(tǒng)具有更加方便和靈活性，我們對系統(tǒng)的硬件做了精心設(shè)計。硬件電路包括七段式數(shù)碼管驅(qū)動模塊、蜂鳴器驅(qū)動模塊、按鈕控制模塊等三大模塊。第三章電子打鈴系統(tǒng)硬件設(shè)計3.1系統(tǒng)主要硬件電路系統(tǒng)主要硬件電路作為驅(qū)動整個打鈴系統(tǒng)的電路又分為七段數(shù)碼顯示電路和蜂鳴器驅(qū)動電路。由顯示七段數(shù)碼顯示電路和蜂鳴器驅(qū)動電路組成的系統(tǒng)硬件主要電路如下：圖3-3：系統(tǒng)主要硬件電路該系統(tǒng)通過按鈕控制（系統(tǒng)使用4只按鍵，3只按鍵用來調(diào)整時間，另一只為強制打鈴按鈕；調(diào)整選擇鍵SET_KEY：P1.0通過選擇鍵選擇調(diào)整位，選中位閃爍；增加鍵ADD_KEY：P1.1按一次使選中位加1；減少鍵DEC_KEY：P1.2按一次使選中位減1；如果長按ADD_KEY或DEC_KEY，識別后則進行調(diào)時快進，此時停止閃爍）AT89C51的計時和定時，在七段數(shù)碼管上顯示出來（實現(xiàn)24小時制電子鐘，8位數(shù)碼管顯示，顯示時分秒），再通過蜂鳴器(BEEP：P3.7)來實現(xiàn)打鈴。

3.2七段式數(shù)碼管驅(qū)動模塊的硬件設(shè)計LED數(shù)碼管顯示器內(nèi)部有七個條形發(fā)光二極管和一個小圓點發(fā)光二極管組成，其結(jié)果圖如下所示：comABcomABCDEFG圖3-4：七段數(shù)碼顯示管因而它的控制原理和發(fā)光二極管的控制原理是相同的。根據(jù)各管接線的形式，可分成共陰極型和共陽極型。其八個接口對應(yīng)的字形如下表：表一：數(shù)碼管字型碼表顯示字形dpgfedcba共陰極字型碼共陽極字型碼0001111110x3F0xC01000001100x060xF92010110110x5B0xA43010011110x4F0xB04011001100x660x995011011010x6D0x926011111010x7D0x827000001110x070xF88011111110x7F0x809011011110x6F0x90A011101110x770x88B011111000x7C0x83C001110010x390xC6D010111100x5E0xA1E011110010x790x86F011100010x710x8E3.3蜂鳴器驅(qū)動模塊的硬件設(shè)計本設(shè)計中的蜂鳴器驅(qū)動模塊用到了蜂鳴器（SPEAKER）、三極管、100歐姆的電阻。將蜂鳴器的一段接地，另一端接三極管的發(fā)射極，三極管的基極通過100歐姆的電阻接在三極管的P3.7引腳，三極管的集電極接+5V的電源。其電路圖如下圖所示：圖3-5：蜂鳴器驅(qū)動電路圖第四章系統(tǒng)軟件設(shè)計軟件是該LED顯示屏控制系統(tǒng)的重要組成部分，在系統(tǒng)的軟件設(shè)計中我們也才用了模塊化設(shè)計，將系統(tǒng)的各部分功能編寫成子模塊的形式，這樣增強了系統(tǒng)軟件的可讀性和可移植性。4.1系統(tǒng)軟件設(shè)計的主要內(nèi)容系統(tǒng)軟件設(shè)計由三個模塊編程組成：蜂鳴器打鈴編程，七段顯示管顯示編程，按鍵編程。4.2主程序流程設(shè)計主程序初始化，并打開中斷，然后執(zhí)行中斷服務(wù)程序。實現(xiàn)24小時制電子鐘，8位數(shù)碼管顯示，顯示時分秒顯示格式：23-59-59（小時十位如果為0則不顯示）

到預(yù)定時間啟動蜂鳴器模擬打鈴，蜂鳴器BEEP：P3.7打鈴方式分起床、熄燈鈴和上、下課鈴兩種系統(tǒng)使用4只按鍵，3只按鍵用來調(diào)整時間，另一只為強制打鈴按鈕

調(diào)整選擇鍵SET_KEY：P1.0；通過選擇鍵選擇調(diào)整位，選中位閃爍增加鍵ADD_KEY：P1.1；按一次使選中位加1減少鍵DEC_KEY；P1.2；按一次使選中位減1，如果長按ADD_KEY或DEC_KEY，識別后則進行調(diào)時快進，此時停止閃爍。主程序流程設(shè)計圖：圖4.1如圖所示主程序開始初始化后，就跳轉(zhuǎn)到中斷服務(wù)程序，如正常走時，則往下進行打鈴時間的比較，繼續(xù)向下執(zhí)行對打鈴的判斷程序；如不正常走時，則直接轉(zhuǎn)到顯示程序。這以后，繼續(xù)執(zhí)行按鍵的檢測，若有鍵按下，則取值打鈴；反之，則返回到中斷服務(wù)程序的開始繼續(xù)執(zhí)行。主程序清單見附錄。第五章系統(tǒng)調(diào)試與測試結(jié)果分析5.1系統(tǒng)調(diào)試根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計方案，本系統(tǒng)的調(diào)試共分為三大部分：硬件調(diào)試，軟件調(diào)試和軟硬件聯(lián)調(diào)。由于在系統(tǒng)設(shè)計中采用模塊設(shè)計法，所以方便對各電路模塊功能進行逐級測試：LED驅(qū)動模塊的調(diào)試，數(shù)據(jù)存儲模塊的調(diào)試，PC機通信模塊的調(diào)試等，最后將各模塊組合后進行整體測試。5.2調(diào)試現(xiàn)象及分析進入調(diào)試狀態(tài)后應(yīng)該在關(guān)鍵的地方設(shè)置斷點然后按步運行，同時觀察參數(shù)的變化，通過變化來判斷程序運行的過程即可找出程序中混亂的部分，進行改正，這需要對軟件熟練的掌握和對語言程序的很好的理解，實驗板搭建成功后，我們就進入了程序的設(shè)計和調(diào)試階段，開始編寫程序時很順利，但是后來在調(diào)試過程中出現(xiàn)了很多的錯誤，比如定時器準確度的設(shè)置，子程序的調(diào)用問題，最困難的就是對沒步程序執(zhí)行順序的分析，由于程序中一些語句的錯誤理解和執(zhí)行順序的判斷失誤，讓我掉進了誤區(qū)，耽誤了很長時間，最后在同學(xué)的幫助下終于找到了錯誤的關(guān)鍵點，更正成功了?？磥韺Τ绦虻恼{(diào)試能力我還需要加強，程序的調(diào)試需要耐心，而且需要熟練掌握軟件的跟部分功能。5.3仿真結(jié)果此系統(tǒng)的仿真效果很好，能實現(xiàn)設(shè)計要求和目的所規(guī)定的內(nèi)容。下面是兩幅仿真結(jié)果圖：圖5-1圖5-2第六章、心得體會本系統(tǒng)被廣泛用企事業(yè)單位，設(shè)計比較簡單。經(jīng)過一學(xué)期的學(xué)習(xí)，使我對單片機有了初步的認識，了解了一些軟件編程的技巧。經(jīng)過這次的課程設(shè)計，使我學(xué)會了課堂上學(xué)不到的知識，頗有一番感受，對于單片機更加的了解了，對各種器件的使用方法更加熟悉，學(xué)會了電路的基本設(shè)計思路和原理，掌握單片機設(shè)計步驟，知道這門課程在工作中的重要性。由于知識點不夠精通，所以經(jīng)常出現(xiàn)問題，在程序設(shè)計中我太過馬虎，導(dǎo)致第一次制作出來的打鈴器不正常工作，仔細檢查后我發(fā)現(xiàn)程序有錯誤，然后經(jīng)過仔細排查我修改了錯誤。在電路調(diào)試過程中我發(fā)現(xiàn)了電路的一些問題，但在老師和同學(xué)們的同共努力下都得到解決,。這些教訓(xùn)使我領(lǐng)悟到了科學(xué)是嚴謹?shù)模荒苡幸稽c馬虎，所以我們在對待科學(xué)的態(tài)度上應(yīng)該要一絲不茍。最終看到了成果。另外，如果在工作中遇到困難，就要及時虛心向他人請教，提早解決問題，這樣才不至于延誤工作。課程設(shè)計加深了學(xué)生對所學(xué)課程理論的理解，擴展了教學(xué)中的實驗內(nèi)容和要求，積累了實踐體驗和經(jīng)驗，讓我們提前感受到畢業(yè)設(shè)計的大致過程，進而能順利進入畢業(yè)設(shè)計，提高畢業(yè)設(shè)計質(zhì)量和學(xué)生實際應(yīng)用能力。參考文獻：《電子技術(shù)基礎(chǔ)：模擬部分》北京高等教育出版社康華光1999《單片機原理及接口技術(shù)》北京航空航天大學(xué)出版社李朝青2005《單片機課程設(shè)計指導(dǎo)》北京航空航天大學(xué)出版社樓然苗2007《單片機實驗與實踐教程》北京航空航天大學(xué)出版社何立民2004附錄：#include<reg51.h>#defineuintunsignedint#defineucharunsignedcharucharcodesegcode[]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,0xbf};//0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,-ucharcodedispbit[]={0x01,0x02,0x04,0x08,0x10,0x20,0x40,0x80};//數(shù)碼管位選碼uintcodexshijianbiao[]={10500,75000,80000,84500,85500,94000,100000,104500,105500,114000,150000,154500,155500,164000,165000,173500,193000,213000};//夏季時間uintcodedshijianbiao[]={11000,75000,80000,84500,85500,94000,100000,104500,105500,114000,143000,151500,152500,160500,161500,170000,190000,210000};//冬季時間ucharbuffer[]={1,1,0,0,0,0,0,0};uintzhou,hour,min,sec,shijian;uintstatus;sbitspot=P0^7;sbitled=P3^7;sbitdxxz=P1^0;//函數(shù)聲明voiddelayMS(uintt);voidkeyprocess(unsignedcharkey);voiddisplay();voidtimer0();voidshanl();//延時函數(shù)voiddelayMS(uintt)//晶振頻率12M{ uinti; while(t--) for(i=0;i<125;i++);}//比較打鈴函數(shù)voidcompare(){ uinti; shijian=hour*10000+min*100+sec; for(i=0;i<18;i++) { if(dxxz==1) { if(dshijianbiao[i]==shijian&&zhou!=6&&zhou!=7) { uinti; for(i=0;i<235;i++) { display(); led=0; delayMS(20); led=1; } } } else { if(xshijianbiao[i]==shijian&&zhou!=6&&zhou!=7) { uinti; for(i=0;i<235;i++) { display(); led=0; delayMS(20); led=1; } } } }}//按鍵處理函數(shù)voidkeyprocess(unsignedcharkey)//鍵值處理，正常計時，設(shè)置時分秒{ switch(key) {case0xB0:if(zhou<7)zhou++;elsezhou=1;break;case0xe0: if(hour<23) hour++;//小時加1 elsehour=0;break; case0xd0: if(min<59)min++;//分鐘加1 elsemin=0;break; break; default:break;}}//數(shù)碼管顯示函數(shù)voiddisplay(){ uchari;//正常計時顯示 buffer[0]=zhou;buffer[1]=hour/10;//顯示時的十位 buffer[2]=hour%10;//顯示時的個位 buffer[3]=min/10;//顯示分的十位 buffer[4]=min%10;//顯示分的個位 buffer[6]=sec/10;//顯示秒的十位 buffer[7]=sec%10;//顯示秒的個位 for(i=0;i<8;i++) { if(i==0||i==2||i==4) { P0=segcode[buffer[i]];//賦于段選值 { if(sec%2==0) spot=0; else spot=1; } P2=dispbit[i];//賦于位選值 } else { P0=segcode[buffer[i]]; P2=dispbit[i]; } delayMS(1);//防止數(shù)碼管顯示的時候閃動 P2=0x0; } }//定時器0中斷函數(shù)voidtimer0()interrupt1using2{staticuintcount;TH0=(65536-1000)/256;//定時器0設(shè)置初始值1ms中斷初始值TL0=(6