《電子鬧鐘設(shè)計 單片機課程設(shè)計》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《電子鬧鐘設(shè)計 單片機課程設(shè)計（12頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、一 概述1.1 課程設(shè)計的目的和意義 本文是利用AT89C51單片機結(jié)合七段顯示器設(shè)計一個簡易的定時鬧鈴時鐘，可以放在計算機教室或是實驗室中使用，由于用七段顯示器顯示數(shù)據(jù)，在夜晚或黑暗的場合中也可以使用?？梢栽O(shè)置現(xiàn)在的時間及顯示鬧鈴設(shè)置時間，若時間到則發(fā)出一分鐘鬧鈴響。本課程設(shè)計主要用到AT89C51單片機定時器時間計時處理、按鍵掃描及七段顯示器掃描的設(shè)計方法等等。鬧鐘與我們的日常生活密不可分，通過鬧鐘的設(shè)計可以使我們進(jìn)一步熟悉和掌握單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理，掌握單片機仿真軟件Proteus的使用方法。1.2 課程設(shè)計所需元件 AT89C511，8255A1 ，7SEG-MPX6-CC1，A

2、VX0402NPO33P2，CRYSTAL1，3WATT10K3，BUTTON3，10WATT1K8，74LS001，SOUNDER1，MINRES300R1，SW-SPDT1。1.3設(shè)計任務(wù)在熟練掌握單片機及其仿真系統(tǒng)的使用方法的基礎(chǔ)上,綜合應(yīng)用單片機原理,微機原理,微機接口技術(shù)等專業(yè)知識,設(shè)計采用一個AT89C51單片機控制的定時鬧鐘。二 系統(tǒng)總體方案及硬件設(shè)計2.1總體設(shè)計框圖該數(shù)字定時鬧鐘是由AT89C51單片機控制的，采用24小時制計時。基于單片機的數(shù)字定時鬧鐘在設(shè)計時需要解決三個方面的主要問題：一是LED顯示模塊的驅(qū)動和編程，二是有關(guān)單片機中定時器的使用，三是如何利用單片機的外中斷

3、實現(xiàn)時鐘功能和運行模式的轉(zhuǎn)化。數(shù)字定時鬧鐘系統(tǒng)框圖如圖一所示，包括主電路和顯示電路兩大部分。2.2 主電路主電路圖如圖三所示。該電路使用P3端口的P3.0端口線實現(xiàn)整點報時功能；同樣使用P3端口的P3.0端口實現(xiàn)鬧鐘功能。整點報時信號用SOUNDER來模擬。當(dāng)整點時，P3.0端口所接的SOUNDER鬧一分鐘。圖二中的開關(guān)K4用于鬧鐘控制。當(dāng)K41時（開關(guān)處于ON的位置），打開鬧鐘，使之在預(yù)定時間起鬧；當(dāng)K40時（開關(guān)處于OFF的位置），則關(guān)閉鬧鐘。另外，在鬧鐘響起時，K4也可以作為止鬧開關(guān)使用，若不止鬧，則鬧一分鐘。鬧鐘信號也是用SOUNDER來模擬的。按鍵Kl、K2、K3以及開關(guān)K5、K6的

4、定義如表一所示。表一 按鍵功能按鍵鍵名功能K5校時鍵進(jìn)入校時狀態(tài)K6鬧鐘校時鍵進(jìn)入鬧鐘校時狀態(tài)K3轉(zhuǎn)換鍵校分后切換到校時校時后切換到時鐘狀態(tài)鬧鐘校分后切換到校時鬧鐘校時后切換到時鐘狀態(tài)K1+校分或校時的時候使其加1遞增K2-校分或校時的時候使其減1遞減本設(shè)計采用的AT89C51單片機是ATMEL89系列單片機。ATMEL89系列單片機是ATMEL公司的8位Flash單片機系列。89系列單片機是以8031為核心構(gòu)成的，它和8051系列單片機是兼容的，其最大特點是片內(nèi)含有Flash存儲器。其功能特點為：（1）由于內(nèi)部含有Flash存儲器，因此在系統(tǒng)的開發(fā)過程中可以十分容易地進(jìn)行程序的修改，大大地縮

5、短了系統(tǒng)的開發(fā)周期。同時，在系統(tǒng)工作過程中，能有效地保存一些數(shù)據(jù)信息，即使外界電源損壞也不影響信息的保存。（2）89系列單片機的端子和8051系列是一樣的，因此，當(dāng)89系列單片機取代8051系列單片機時，可以直接進(jìn)行代換。（3）89系列單片機采用靜態(tài)時鐘方式，可以節(jié)省電能。這對于降低便攜式產(chǎn)品的功耗十分有用。（4）一般的OTP產(chǎn)品，一旦錯誤編程就成了廢品。而89系列單片機內(nèi)部采用了Flash存儲器。所以，錯誤編程之后仍可以重新編程，直到正確為止，因此不存在廢品。（5）用89系列單片機設(shè)計的系統(tǒng)，可以反復(fù)進(jìn)行系統(tǒng)試驗。每次試驗可以編入不同的程序，這樣可以保證用戶的系統(tǒng)設(shè)計到最優(yōu)。而且隨著用戶的需

6、要和發(fā)展，還可以進(jìn)行修改，使系統(tǒng)能不斷追隨用戶的最新要求。AT89C51單片機的結(jié)構(gòu)與8051系列基本相近，片內(nèi)有128B的RAM，有6個中斷源，有片內(nèi)振蕩器，只是片內(nèi)有一個4KB的Flash存儲器，輸出端子和指令系統(tǒng)都與8051系列兼容。其引腳功能見上圖AT89C51是用靜態(tài)邏輯來設(shè)計的，其工作頻率可下降到0Hz，并提供兩種可用軟件來選擇的省電方式，即空閑方式和掉電方式。在空閑方式中，CPU停止工作，而RAM、定時器計數(shù)器、串行口和中斷系統(tǒng)都繼續(xù)工作。在掉電方式中，片內(nèi)振蕩器停止工作，由于時鐘被“凍結(jié)”，使一切功能都暫停，故只保存片內(nèi)RAM中的內(nèi)容，直到下一次硬單片機選擇AT89C51，時鐘

7、系統(tǒng)通過將XTAL1與XTAL2分別接1u的電容，并將一晶振與兩電容分別并聯(lián)最后引出接地。復(fù)位電路通過引腳RST接出，此系統(tǒng)采用上電加按鈕電平復(fù)位方式。RST：復(fù)位輸入。當(dāng)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(dāng)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(dāng)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，

8、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，置位無效將EA接高電平作為掉電保護(hù)，P0、P1、P2、P3分別與外圍器件相連。VCC：供電電壓。GND：接地。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(dāng)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(dāng)FIASH進(jìn)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4T

9、TL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(dāng)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(dāng)用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)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(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存

10、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(dāng)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。三 軟件系統(tǒng)設(shè)計3.1軟件設(shè)計說明數(shù)字定時鬧鐘的秒信號是利用單片機定時器T0產(chǎn)生的。由于開發(fā)機的晶振頻率為6MHz，使得T0的最大定時時間遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于1秒，因此，在設(shè)計時采用了硬件計數(shù)與軟件計數(shù)相結(jié)合的方式。即通過T0產(chǎn)生一定的定時時間，然后再利用軟件進(jìn)行計數(shù)，從而產(chǎn)生1秒鐘的時間信號。在設(shè)計中，定時器T0采用了中

11、斷方式。當(dāng)定時時間到時，單片機產(chǎn)生中斷，在T0的中斷服務(wù)程序中實現(xiàn)時、分、秒的累加。并且，該中斷的優(yōu)先級別高于其它中斷，因此，保證了定時鬧鐘走時準(zhǔn)確。在設(shè)計中，利用外部中斷0和外部中斷1分別作為校時和鬧鐘校時按鍵的觸發(fā)輸入。當(dāng)需要校時時，撥動K5或K6開關(guān)，便產(chǎn)生外部中斷，進(jìn)入相應(yīng)的中斷服務(wù)程序。在外部中斷0和外部中斷1的中斷服務(wù)程序中，都只有一條“表示有按鍵”的標(biāo)志位置1的指令，然后在主程序中用查詢標(biāo)志位的方式判斷是否有鍵按下。若查得標(biāo)志位為1則進(jìn)入校時子程序進(jìn)行校時處理；若為0則照常進(jìn)行時間顯示。當(dāng)撥動K5開關(guān)時，進(jìn)入校時狀態(tài)，用戶可以方便地校準(zhǔn)時間。當(dāng)撥動K6開關(guān)時，便進(jìn)入鬧鐘校時狀態(tài)，

12、這時，可以根據(jù)需要設(shè)置起鬧時間。在鬧鐘校時期間，時鐘繼續(xù)計數(shù)，即鬧鐘校時不影響時鐘走時。3.2 定時鬧鐘程序流程圖合理的軟件結(jié)構(gòu)是設(shè)計出一個性能優(yōu)良的單片機應(yīng)用系統(tǒng)的基礎(chǔ)，根據(jù)系統(tǒng)的定義，可以把整個工作分解為若干個相對獨立的操作，采用模塊化的設(shè)計方法，它具有便于設(shè)計和調(diào)試、容易完成、可供多個程序共享等優(yōu)點。程序設(shè)計中重新設(shè)置初值時一開始設(shè)為#0ACH，后來發(fā)現(xiàn)數(shù)字定時鬧鐘走時有點慢，所以改為#0ACH。設(shè)計寫顯示數(shù)據(jù)段碼程序時，向28H送的值一開始定為#1，發(fā)現(xiàn)LED有閃爍現(xiàn)象，所以后來定為#2。8255A的控制字為80H。數(shù)字定時鬧鐘的主程序流程圖如圖六所示，校時子程序如圖七所示。編寫程序如

13、下：ORG 0000H LJMP MAIN ORG 0003H SETB PSW.5 NOP ;外部中斷INT0，校時 RETI ORG 000BH ;定時器T0，定時0.1秒中斷 LJMP CLOCK ORG 0013H ;外部中斷INT1，鬧鐘校時 SETB 7FH RETI ORG 0030HMAIN: MOV SP,#60H MOV TMOD,#01H ;設(shè)置T0為定時器，方式1工作 MOV IE,#87H SETB PT0 ;T0優(yōu)先中斷 MOV TL0,#0B7H ;T0設(shè)置初值 MOV TH0,#3CH MOV 20H,#00H ;清內(nèi)存單元 MOV 21H,#00H MOV 2

14、2H,#00H MOV 23H,#00H MOV 50H,#06H MOV 51H,#28H MOV 52H,#00H MOV DPTR, #0300H ;8255控制字 MOV A,#80H MOVX DPTR,A CLR PSW.5 ;清標(biāo)志位 CLR 7FH SETB TR0 SETB IT0 SETB IT1 CLR P3.0 ;鬧鐘關(guān)SS: LCALL CUTIN0 LCALL SSCAN JNB PSW.5,LK LCALL KEY0LK: JNB 7FH,SS LCALL KEY1 SJMP SSCUTIN0:PUSH PSW ;顯示單元譯碼 PUSH Acc MOV 25H,R

15、0 MOV R0,#79H MOV A,22H ;秒單元 ACALL BCD MOV A,21H ;分單元 ACALL BCD MOV A,20H ;時單元 ACALL BCD MOV R0,25H POP Acc POP PSW RETCUTIN1:PUSH PSW ;校時或鬧鐘小時顯示單元譯碼 PUSH Acc MOV 25H,R0 MOV R0,#79H MOV A,42H ;秒單元 ACALL BCD MOV A,41H ;分單元 ACALL BCD MOV A,40H ;時單元 ACALL BCD MOV R0,25H POP Acc POP PSW RETBCD: MOV B,#0

16、AH ;十進(jìn)制調(diào)整，轉(zhuǎn)BCD碼 DIV AB MOV R0,B INC R0 MOV R0,A INC R0 RETCLOCK: JNB PSW.5,ZC ;定時器T0中斷 LJMP FHZC: MOV TL0,#0B7H ;重新設(shè)置初值 MOV TH0,#0ACH PUSH PSW PUSH Acc INC 23H MOV A,23H CJNE A,#10,RET0 ;一秒鐘到了嗎 MOV 23H,#00H INC 22H MOV A,22H CJNE A,#60,RET0 ;一分鐘到了嗎 MOV 22H,#00H CLR P3.0 INC 21H MOV A,21H CJNE A,#60,

17、RET0 ;一小時到了嗎 MOV 21H,#00H INC 20H MOV A,20H CJNE A,#24,RET0 ;24小時到嗎 MOV 20H,#00HRET0: MOV A,21H CJNE A,51H,B0 ;起鬧時間，分相等嗎 MOV A,20H CJNE A,50H,B0 ;時相等嗎 SETB P3.0 ;鬧鐘開B0: POP Acc POP PSWFH: RETISSCAN: MOV R1,#79H ;顯示子程序，顯存起始地址 MOV R3,#06H ;六位LED數(shù)碼顯示 MOV 26H,#0FEHDISP: MOV A,#0FFH MOV DPTR,#0100H MOVX

18、DPTR,A MOV DPTR,#0000H MOV A,R1 LCALL TABLE MOVX DPTR,A ;寫顯示數(shù)據(jù)段碼 MOV DPTR,#0100H MOV A,26H MOVX DPTR,A MOV 28H,#2D1MS: MOV 27H,#250 DJNZ 27H,$ DJNZ 28H,D1MS RL A MOV 26H,A INC R1 DJNZ R3,DISP MOVX DPTR,A RETTABLE: ADD A,#1 MOVC A,A+PC RET DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H DB 6DH,7DH,07H,7FH,6FHKEY: MOV 42H,#00

19、H ;鍵盤掃描子程序A0: ACALL DELAY MOV P1,#0FFH JB P1.3, JJ1 INC 41H MOV R2,41H CJNE R2,#3CH,A1 MOV 41H,#00HA1: ACALL DELAY JNB P1.3,A1 SJMP A0JJ1: JB P1.4, ZHJ DEC 41H MOV R2,41H CJNE R2,#0FFH,A2 MOV 41H,#3BHA2: ACALL DELAY JNB P1.4,A2 SJMP A0ZHJ: JB P1.5,A0 ACALL DELAY JNB P1.5,ZHJSSR: ACALL SSCAN JB P1.3,

20、JJ2 INC 40H MOV R2,40H CJNE R2,#18H,A4 MOV 40H,#00HA4: ACALL DELAY JNB P1.3,A4 SJMP SSRJJ2: JB P1.4,ZHH2 DEC 40H MOV R2,40H CJNE R2,#0FFH,A5 MOV 40H,#17HA5: ACALL DELAY JNB P1.4,A5 SJMP SSRZHH2: JB P1.5,SSRZHH3: ACALL DELAY JNB P1.5,ZHH3 ACALL SSCAN RETKEY0: ACALL SSCAN JB P3.2,JZD MOV 41H,21H ;校時 M

21、OV 40H,20H CLR TR0 ACALL KEY MOV 22H,42H MOV 21H,41H MOV 20H,40H MOV TH0,#0BCHJZD: CLR PSW.5 SETB TR0 RETKEY1: MOV 41H,51H ;鬧鐘校時 MOV 40H,50H ACALL DELAY JB P3.3,JZD2 LCALL KEY MOV 51H,41H MOV 50H,40HJZD2: CLR 7FH RETDELAY: PUSH Acc ;延時子程序 LCALL CUTIN1 LCALL SSCAN POP Acc RET END四 Proteus和keil軟件仿真4.1

22、 注意事項在Proteus 7.4 ISIS中進(jìn)行放置元件、設(shè)置電路參數(shù)、連接各元件，經(jīng)幾次修改布線錯誤, 畫出數(shù)字定時鬧鐘總電路，并進(jìn)行ERC檢查。然后加載用keil編譯生成的A.HEX進(jìn)行功能測試,仿真。在仿真時注意不能用那種沒有仿真功能的元器件。比如SOUNDER，要用可以驅(qū)動發(fā)聲的那種，而不能隨便選用。要注意本設(shè)計用的是7段共陰極LED數(shù)碼管的驅(qū)動芯片。在放置六位數(shù)碼管LED時要選擇7SEG-MPX6-CC(共陽極)而不是7SEG-MPX6-CA（共陰極）。Keil軟件是一款程序編輯軟件，是目前最流行開發(fā)MCS-51系列單片機的軟件，通過一個集成開發(fā)環(huán)境（uVision）將這些部份組合

23、在一起。運行Keil軟件需要Pentium或以上的CPU，16MB或更多RAM、20M以上空閑的硬盤空間、WIN98、NT、WIN2000、WINXP等操作系統(tǒng)，本實驗中需要將Proteus和keil聯(lián)調(diào)，在keil上輸入程序，編譯并運行正確，然后將其下載到Proteus中，配合其電路圖進(jìn)行仿真。4.2仿真步驟（1）首先在Proteus上連接實驗所需的電路，如下圖：（2）在keil上輸入程序，并運行程序正確后。，下載到Proteus中，然后電路就可以運行了。（3）單機Proteus中的鍵，電路便開始工作了，如下圖：接下來是如何調(diào)節(jié)時間和鬧鐘。（4）下面得三個開關(guān)K4、K5、K6打到左邊電源邊，

24、點擊開始按鈕仿真，鬧鐘從零走時K5打到右邊接地邊，點K1校分加1分,點K2校分減一分。單擊K3重新開始計時，使K3轉(zhuǎn)為校時，每點K1一次計時加1小時，點K2一次計時減一小時點K3回到時鐘狀態(tài)，從秒開始計時K5打到左邊電源邊，K6打到右邊接地邊，點K1鬧鐘校分加1，點K2鬧鐘校分減1。點K3轉(zhuǎn)到鬧鐘校時，點K1鬧鐘時加1，點K2鬧鐘時減1K4打到右邊接地邊，停止鬧鐘五 課程設(shè)計體會時光飛逝，一轉(zhuǎn)眼，一個學(xué)期又進(jìn)尾聲了，本學(xué)期的單片機綜合課程設(shè)計也在終于完成。俗話說“好的開始是成功的一半”。說起課程設(shè)計，我認(rèn)為最重要的就是做好設(shè)計的預(yù)習(xí)，認(rèn)真的研究老師給的題目，選一個自己有興趣的題目。其次，老師對

25、實驗的講解要一絲不茍的去聽去想，因為只有都明白了，做起設(shè)計就會事半功倍，如果沒弄明白，就迷迷糊糊的去選題目做設(shè)計，到頭來一點收獲也沒有。最后，要重視程序的模塊化，修改的方便，也要注重程序的調(diào)試，掌握其方法。雖然這次的課程設(shè)計算起來在實驗室的時間只有十六個小時，不過因為我們都有自己的電腦，所以在宿舍里做實驗的時間一定不止這短短的十六個小時。軟件的編程也要我們不斷的調(diào)試，由于沒有方便的電路板，只能用仿真軟件去仿真，當(dāng)看到自己的課設(shè)有了結(jié)果的時候，我差點從床上跳起來，太興奮了，雖然只是六個不斷變換的數(shù)字，可是它背后包含的許多東西，不是幾句話就能說清楚的。當(dāng)然，這其中也有很多問題，第一、由于對課本理論

26、的不熟悉導(dǎo)致編程出現(xiàn)錯誤。第二，是在學(xué)習(xí)態(tài)度上，這次課設(shè)是對我的學(xué)習(xí)態(tài)度的一次檢驗。對于這次單片機綜合課程實習(xí)，我的第一大心得體會就是作為一名工程技術(shù)人員，要求具備的首要素質(zhì)絕對應(yīng)該是嚴(yán)謹(jǐn)。我們這次實習(xí)所遇到的多半問題多數(shù)都是由于我們不夠嚴(yán)謹(jǐn)。第三，在做人上，我認(rèn)識到，無論做什么事情，只要你足夠堅強，有足夠的毅力與決心，有足夠的挑戰(zhàn)困難的勇氣，就沒有什么辦不到的。在這次難得的課程設(shè)計過程中我鍛煉了自己的思考能力和動手能力。通過題目選擇和設(shè)計電路的過程中，加強了我思考問題的完整性和實際生活聯(lián)系的可行性。在方案設(shè)計選擇和芯片的選擇上，培養(yǎng)了我們綜合應(yīng)用單片機的能力,對單片機的各個管腳的功能也有了進(jìn)

27、一步的認(rèn)識。還鍛煉我們個人的查閱技術(shù)資料的能力，動手能力，發(fā)現(xiàn)問題，解決問題的能力。并且我們熟練掌握了有關(guān)器件的性能及測試方法。再次感謝老師的輔導(dǎo)以及同學(xué)的幫助，是他們讓我有了一個更好的認(rèn)識，無論是學(xué)習(xí)還是生活，生活是實在的，要踏實走路。課程設(shè)計時間雖然很短，但我學(xué)習(xí)了很多的東西，使我眼界打開，感受頗深。參考文獻(xiàn)1 馮育長.單片機系統(tǒng)設(shè)計與實例分析.西安電子科技大學(xué)出版社，2007,52 何立民.單片機應(yīng)用技術(shù)選編8.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2000，103 余發(fā)山. 單片機原理及應(yīng)用技術(shù). 中國礦業(yè)大學(xué)出版社, 2003，21304 張迎新編著.單片微型計算機原理應(yīng)用及接口技術(shù).北京:國防工業(yè)出版社,1993.67-895 楊剛，周群.電子系統(tǒng)設(shè)計與實踐.電子工業(yè)出版社.2004:18-23 341-347 118-1226 涂時亮,張友德.單片微機控制技術(shù).清華大學(xué)出版社.1994:86-87 146-147