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文檔簡介
1、<p><b> 交通與汽車工程學院</b></p><p><b> 課程設(shè)計說明書</b></p><p> 課 程 名 稱: 微機原理及應用課程設(shè)計 </p><p> 課 程 代 碼: 8234570 </p><p>
2、題 目: 帶LCD顯示的定時鬧鐘 </p><p> 年級/專業(yè)/班: 09級汽電三班 </p><p> 學 生 姓 名: 楊宇 </p><p> 學 號: 312009080605223 </p><p&
3、gt; 開 始 時 間: 2012 年 07 月 02 日</p><p> 完 成 時 間: 2012 年 07 月 06 日</p><p><b> 課程設(shè)計成績:</b></p><p> 指導教師簽名: 年 月 日</p><p&g
4、t;<b> 目 錄</b></p><p><b> 摘 要2</b></p><p><b> 1 引 言3</b></p><p> 1.1 問題的提出3</p><p> 1.2任務(wù)與分析4</p><p> 2 系
5、統(tǒng)方案設(shè)計5</p><p> 2.1 系統(tǒng)設(shè)計方案5</p><p> 2.2 系統(tǒng)總體框圖6</p><p> 3 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計7</p><p> 3.1 89C51單片機7</p><p> 3.2 1602LCD9</p><p> 3.3 鍵盤12&l
6、t;/p><p> 4 系統(tǒng)軟件設(shè)計13</p><p> 4.1 proteus軟件環(huán)境介紹13</p><p> 4.2 Protel軟件環(huán)境介紹13</p><p> 4.3系統(tǒng)軟件分析14</p><p> 4.3.1 系統(tǒng)時鐘電路設(shè)計14</p><p> 4.3.2
7、系統(tǒng)復位電路的設(shè)計14</p><p> 4.3.3 鬧鐘指示電路設(shè)計15</p><p> 4.3.4 電子鬧鐘的顯示電路設(shè)計15</p><p> 4.4 程序流程圖15</p><p> 5.系統(tǒng)調(diào)試過程21</p><p><b> 結(jié) 論24</b></p&
8、gt;<p><b> 致 謝25</b></p><p><b> 參考文獻26</b></p><p> 附表(本設(shè)計所有程序)38</p><p><b> 摘 要</b></p><p> 本設(shè)計是基于AT89C51單片機為控制核心的定
9、時鬧鐘設(shè)計。系統(tǒng)采用了美國DALLAS公司的DS1302實時時鐘芯片構(gòu)成了計時電路,實現(xiàn)了時間和日期的顯示。T89C51單片機結(jié)合七段顯示器設(shè)計的簡易定時鬧鈴時鐘,可以設(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)出一陣聲響,進—步可以擴充控制電器的啟停。本設(shè)計說明書對該系統(tǒng)的硬件電路,工作原理進行了詳細的介紹。同時給出了軟件設(shè)計的流程圖和主要源代碼。</p><p> 關(guān)鍵詞: 89C51單片機 DS1
10、302時鐘芯片 LED顯示器</p><p><b> 1 引 言</b></p><p><b> 1.1 問題的提出</b></p><p> 隨著人類科技文明的發(fā)展,人們對于時鐘的要求在不斷地提高。時鐘已不僅僅被看成一種用來顯示時間的工具,在很多實際應用中它還需要能夠?qū)崿F(xiàn)更多其它的功能。高精度、多功能、小
11、體積、低功耗,是現(xiàn)代時鐘發(fā)展的趨勢。而單片機是一種集成在電路芯片,是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器CPU隨機存儲器RAM、只讀存儲器ROM、多種I/O口和中斷系統(tǒng)、定時器/計時器等功能(可能還包括顯示驅(qū)動電路、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器等電路)集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個小而完善的計算機系統(tǒng)。定時鬧鐘是采用數(shù)字電路實現(xiàn)對.時,分,秒.數(shù)字顯示的計時裝置,廣泛用于個人家庭,車站, 碼頭辦公室等公共場所
12、,成為人們?nèi)粘I钪胁豢缮俚谋匦杵?由于數(shù)字集成電路的發(fā)展和石英晶體振蕩器的廣泛應用,使得數(shù)字鐘的精度,遠遠超過老式鐘表, 鐘表的數(shù)字化給人們生產(chǎn)生活帶來了極大的方便,而且大大地擴展了鐘表原先的報時功能。諸如定時自動報警、按時自動打鈴、時間程序自動控制、定時廣播、自動起閉路燈、定時開關(guān)烘箱、通斷動力設(shè)備、甚至各種定時電氣的自動啟用等,所有這些,都是以鐘表數(shù)字化為基礎(chǔ)的。定時鬧鐘已成為人們?nèi)粘I?lt;/p><p>
13、 本設(shè)計基于單片機技術(shù)原理,以單片機芯片AT89C51作為核心控制器,通過硬件電路的制作以及軟件程序的編制,設(shè)計制作出一個多功能定時鬧鐘系統(tǒng)。該時鐘系統(tǒng)主要由秒信號發(fā)生器、時間顯示電路、按鍵電路、供電電源以及鬧鈴指示電路組成。系統(tǒng)具有簡單清晰的操作界面,可隨時進行時間調(diào)整。同時,該時鐘系統(tǒng)還具有功耗小、成本低的特點,具有很強的實用性。由于系統(tǒng)所用元器件較少,單片機所被占用的I/O口不多,因此系統(tǒng)具有一定的可擴展性。</p>
14、<p><b> 1.2任務(wù)與分析</b></p><p> 本次設(shè)計的系統(tǒng)的控制中心是AT89C51單片機。首先,在Protel軟件環(huán)境中進行硬件電路圖的設(shè)計。然后在kell軟件環(huán)境中進行系統(tǒng)的軟件編程,并進行程序源文件的編譯和調(diào)試,最后生成.hex文件。此.hex文件是硬件電路運行實現(xiàn)的源代碼來源。把.hex文件加載到AT89C51單片機芯片,然后在Proteus軟件環(huán)境
15、中運行硬件電路,時鐘的日期就可以正常顯示了。 </p><p> 本設(shè)計的系統(tǒng)主要由:AT89C51為中央處理芯片,用于數(shù)據(jù)處理,初值設(shè)定。時鐘芯片DS1302是本例的核心模塊,由他提供時鐘信息并由LED顯示,C語言進行編程。本系統(tǒng)可以分為以下4大模塊:</p><p> 1、AT89C51模塊:用于數(shù)據(jù)處理,和外圍的時鐘芯片通信,并控制時鐘傳輸過程,采集時間信息并予以處理。</
16、p><p> 2、DS1302模塊:實時顯示可以通過軟件編程來實現(xiàn),但這種方法需要編制的程序復雜,代碼多,且單片機軟件開銷大,時間信息也不容易長期保存。而采用時鐘芯片DS1302可以避免這些問題,它可以長期保存此信息,因此本例中我們使用此芯片來實現(xiàn)此系統(tǒng)。</p><p> 3、數(shù)碼管顯示模塊:顯示模塊采用普通的共陽LED數(shù)碼管,此模塊用于實時的顯示時間信息。</p><
17、;p> 4、程序:包括單片機控制時鐘芯片的接口程序(實現(xiàn)單片機和時鐘芯片之間的數(shù)據(jù)傳輸過程)和數(shù)碼管顯示程序。</p><p><b> 2 系統(tǒng)方案設(shè)計</b></p><p> 2.1 系統(tǒng)設(shè)計方案</p><p> 通過查閱相關(guān)資料,設(shè)計初期共有3個方案供我選擇,分別是:(1)采用89C2051單片機組成的系統(tǒng);(2)采用A
18、T89C51單片機,8155芯片組成的系統(tǒng);(3)采用89C51單片機,DS1302實時時鐘芯片組成的系統(tǒng)。</p><p> (1)采用89C2051單片機組成的系統(tǒng)</p><p> 此系統(tǒng)的硬件部分主要是由89C2051單片機,74LS48芯片,ULN2003芯片所組成。該系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)簡單,但是單片機的I/O接口太少,不足以實現(xiàn)多種功能,軟件設(shè)計部分,程序冗長而復雜,易產(chǎn)生混淆。
19、</p><p> (2)采用89C51單片機,8155芯片組成的系統(tǒng)</p><p> 這個方案采用89C51單片機,8155芯片,LED顯示器,4*4鍵盤來組成系統(tǒng)的硬件。該系統(tǒng)采用的是單片機內(nèi)部的定時/計數(shù)器進行中斷定時,配合軟件延時實現(xiàn)時,分,秒的計時。但這樣的話,程序復雜化,時間信息也不容易長期保存。</p><p> ?。?)采用89C51單片,DS
20、1302實時時鐘芯片組成的系統(tǒng)</p><p> 此方案在硬件部分采用了89C51單片機,DS13O2時鐘芯片,LED顯示器,幾個按鍵。該系統(tǒng)的最大特點是采用了新的芯片即DS1302。在功能上進行了擴充,并且使得硬件連線顯得較為簡單,在軟件部分,程序顯得層次分明。</p><p> 最后確定設(shè)計采用第3方案,即 系統(tǒng)是由89C51單片機, DS1302時鐘芯片,LED顯示器組成。<
21、;/p><p> 2.2 系統(tǒng)總體框圖</p><p> 圖2-1 系統(tǒng)總體框圖</p><p> 電子鬧鐘應包括秒信號發(fā)生器、時間顯示電路、按鍵電路、供電電源以及鬧鈴指示電路等幾部分。</p><p> 電子鬧鐘的主電路指的是圖1中虛線框內(nèi)部分,主要涉及到CPU電路和按鍵按鈕電路。主機的設(shè)計具體地說有:1)系統(tǒng)時鐘電路設(shè)計;2)系統(tǒng)復位
22、電路設(shè)計;3)按鍵與按鈕電路設(shè)計;4)鬧鈴聲指示電路設(shè)計。</p><p> 3 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計</p><p> 3.1 89C51單片機</p><p> AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器(FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory)的低電壓,高性能CMOS 8位
23、微處理器,俗稱單片機。AT89C2051是一種帶2K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的單片機。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復擦除100次。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,AT89C2051是它的一種精簡版本。AT89C51單片機為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的
24、方案。</p><p> 圖3-1 89C51單片機引腳圖</p><p> 89C51單片機與早期Intel的8051/8751/8031芯片的外部引腳和指令系統(tǒng)完全兼容,只不過用Flash ROM 替代了ROM/EPROM而已[3]。89C51單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖所示。</p><p> 圖3-2 89C51單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖</p><
25、;p><b> 各引腳的功能如下:</b></p><p><b> VCC:供電電壓。</b></p><p><b> GND:接地。</b></p><p> 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
26、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[3]。</p><p> 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
27、程和校驗時,P1口作為第八位地址接收。 </p><p> 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
28、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。</p><p> 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。</p><p&g
29、t; RST:復位輸入。當振蕩器復位器件時,要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間。</p><p> 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
30、脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR 8EH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。</p><p> /PSEN:外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間,每個機器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時,這兩次有效的/PSEN信號將不出現(xiàn)。</p><p>
31、 /EA:當/EA保持低電平時,則在此期間CPU只訪問外部程序存儲器(0000H-FFFFH),不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式1時,/EA將內(nèi)部鎖定為RESET;當/EA端保持高電平時,則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器中的程序。在FLASH編程期間,此引腳也用于施加12V編程電源(VPP)。</p><p> XTAL1:反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。</p><p>
32、XTAL2:來自反向振蕩器的輸出。 </p><p> 3.2 1602LCD</p><p> LCD1602顯示方式的方案比較。</p><p> 方案一:采用花樣顯示,花樣顯示是指LCD顯示某一屏字符時,采取從左到右或者是從右到左的整屏移動的顯示方式。在這種顯示方式下,給人的感覺就是程序是在執(zhí)行的,同時如果控制好了移動一屏的時間間隔的話,在整體
33、視覺上可以達到很好的效果。</p><p> 方案二:采用靜態(tài)顯示,靜態(tài)顯示是指LCD顯示某一屏字符時,時鐘保持當前字符的顯示,不使用移屏顯示。便于控制,同時能夠滿足正常的顯示效果。</p><p> 由于在顯示中存在播放時間的動態(tài)變化,這樣的話,即使是不產(chǎn)生整屏移動,也能給人動態(tài)感,也易于控制?;谝陨细鞣N特點,我選擇了方案二。</p><p> 1602液
34、晶模塊內(nèi)部的控制器共有11條控制指令,如表2-1所示.</p><p> 表3-2 1602液晶模塊控制指令</p><p> 1602字符型LCD通常有14條引腳線或16條引腳線的LCD,多出來的2條線是背光電源線。</p><p> VCC(15腳)和地線GND(16腳),其控制原理與14腳的LCD完全一樣,各引腳符號及其功能表如下表2-1所示。</
35、p><p> 表3-3各引腳及其功能表</p><p><b> 3.3 鍵盤</b></p><p> 按鍵用于控制數(shù)碼顯示、LCD顯示、揚聲器等模塊的工作。通過掃描按鍵是否按下,來設(shè)定各模塊的工作情況,使各模塊可以在按鍵的控制下,有序地進行工作。設(shè)計中使用單個按鍵實現(xiàn)單個功能,屬于較為簡單的控制方式。</p><p&
36、gt; 按鍵采用5個button,分別控制倒計時開始、調(diào)分個位、調(diào)分十位、調(diào)秒個位、調(diào)秒十位;另外還加一個總開關(guān)用于控制所有電路的通電情況</p><p><b> 4 系統(tǒng)軟件設(shè)計</b></p><p> 4.1 proteus軟件環(huán)境介紹</p><p> 本系統(tǒng)的硬件設(shè)計首先是在Proteus軟件環(huán)境中仿真實現(xiàn)的。Proteus
37、軟件是來自英國Labcenter electronics公司的EDA工具軟件,Proteus軟件有十多年的歷史,在全球廣泛使用,除了具有和其它EDA工具一樣的原理布圖、PCB自動或人工布線及電路仿真的功能外,其革命性的功能是,它的電路仿真是互動的。針對微處理器的應用,還可以直接在基于原理圖的虛擬原型上編程,并實現(xiàn)軟件源碼級的實時調(diào)試。如果有顯示及輸出,配合系統(tǒng)配置的虛擬儀器如示波器、邏輯分析儀等,還能看到運行后輸入輸出的效果。Prote
38、us建立了完備的電子設(shè)計開發(fā)環(huán)境,尤其重要的是Proteus Lite可以完全免費,也可以花微不足道的費用注冊達到更好的效果[2]。</p><p> Proteus是目前最好的模擬單片機外圍器件的工具??梢苑抡?1系列、AVR、PIC等常用的MCU及其外圍電路(如LCD,RAM,ROM,鍵盤,馬達,LED,AD/DA,部分SPI器件,部分IIC器件...)。其實Proteus 與 multisim比較類似,只
39、不過它可以仿真MCU,當然,軟件仿真精度有限,而且不可能所有的器件都找得到相應的仿真模型,用開發(fā)板和仿真器當然是最好選擇,可是初學者擁有它們的可能性比較小。當然,硬件實踐還是必不可少的。在沒有硬件的情況下,Proteus能像pspice 仿真模擬/數(shù)字電路那樣仿真MCU及外圍電路。另外,即使有硬件,在程序編寫早期用軟件仿真一下也是很有必要的。Proteus軟件主要具有以下幾個方面的特點:</p><p> 1、
40、設(shè)計和仿真軟件Proteus 是一個很有用的工具,它可以幫助學生和專業(yè)人士提高他們的模擬和數(shù)字電路的設(shè)計能力。</p><p> 2、它允許對電路設(shè)計采用圖形環(huán)境,在這種環(huán)境中,可以使用一個特定符號來代替元器件,并完成不會對真實電路造成任何損害的電路仿真操作。</p><p> 3、它可以仿真儀表以及可描述在仿真過程中所獲得的信號的圖表。</p><p> 4
41、、它可以仿真目前流行的單片機,如PICS, ATMEL-AVR, MOTOROLA, 8051 等。</p><p> 5、在設(shè)計綜合性方案中,還可以利用ARES開發(fā)印制電路板。</p><p> 4.2 Protel軟件環(huán)境介紹</p><p> Protel印制板設(shè)計軟件包是澳大利亞protel technology公司與1990年推出的電子CAD產(chǎn)品,具
42、有方便、易學、實用、快速以及高速度、高步通率的特點。它采用了分層次下拉窗口菜單結(jié)構(gòu)形式,用戶基本上不需要記背太多的鍵盤命令,用鼠標點擊菜單命令就能操作,protel有著很高的自動布線布通率。布通率是電子產(chǎn)CAD產(chǎn)品的一項重要指標,它反映電子元件在電路圖中連接關(guān)系有多少能在印刷版圖中實現(xiàn)。在設(shè)計常用的單、雙面印制板時只要選擇適當?shù)脑季趾筒季€策略方法,protel就可以輕易的達到98%-100%的布通率。對于極少數(shù)不能布通的定方,pro
43、tel可以用飛線指示出來,引導用戶用手工方法連通。另外,protel有強大的宏命令設(shè)置功能,利用宏命令功能多定義的熱鍵可以大大提高操作速度[1]。</p><p> Protel對微機的軟硬件配置要求很低:cpu在8088以上,dos2.0以上版本,內(nèi)存640kb以上,雙軟件(或一個軟件一個硬盤),單色顯示器(多層板設(shè)計時最好用彩色),各種兼容打印機。也能在Windows9X平臺的模擬DOS下運行。</p
44、><p> Protel已成為印制板設(shè)計加工方面的工業(yè)標準。據(jù)初步統(tǒng)計protel在CAD的市場占有率達 95%,成為電子產(chǎn)品制造業(yè)界的首選CAD軟件。</p><p><b> 4.3系統(tǒng)軟件分析</b></p><p> 任何一個應用系統(tǒng),它們都有著自己的硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng),少了任何一個部分都不可能稱之為一個完整的應用系統(tǒng),它們之間是相互
45、依存的一個整體,硬件系統(tǒng)是軟件系統(tǒng)的一個基礎(chǔ)和前提,為軟件系統(tǒng)提供了一個操作平臺;而軟件系統(tǒng)是硬件系統(tǒng)的靈魂,它對硬件系統(tǒng)起到擴充和完善的作用。可想而知軟件系統(tǒng)與硬件系統(tǒng)同等重要,下面為系統(tǒng)軟件設(shè)計過程</p><p> 4.3.1 系統(tǒng)時鐘電路設(shè)計</p><p> 對于時間要求不是很高的系統(tǒng),只要按圖進行設(shè)計就能使系統(tǒng)可靠起振并穩(wěn)定運行。但由于原理圖中的C1、C2電容起著系統(tǒng)時鐘頻
46、率微調(diào)和穩(wěn)定的作用,因此,在本鬧鐘系統(tǒng)的實際應用中一定要注意正確選擇參數(shù)(30±10 PF),并保證對稱性(盡可能匹配),選用正牌廠家生產(chǎn)的瓷片或云母電容,如果可能的話,溫度系數(shù)要盡可能低。實驗表明,這2個電容元件對鬧鐘的走時誤差有較大關(guān)系。</p><p> 4.3.2系統(tǒng)復位電路的設(shè)計</p><p> 智能系統(tǒng)一般應有手動或上電復位電路。復位電路的實現(xiàn)通常有兩種方式:1
47、)RC復位電路;2)專用µP監(jiān)控電路。前者實現(xiàn)簡單,成本低,但復位可靠性相對較低;后者成本較高,但復位可靠性高,尤其是高可靠重復復位。對于復位要求高、并對電源電壓進行監(jiān)視的場合,大多采用這種方式。本次課程設(shè)計采用了上電按鈕電平復位電路。</p><p> 4.3.3 鬧鐘指示電路設(shè)計</p><p> 鬧鈴指示可以有聲或光兩種形式。本系統(tǒng)采用聲音指示。關(guān)鍵元件是蜂鳴器。蜂鳴
48、器有無源和有源兩種,前者需要輸入聲音頻率信號才能正常發(fā)聲,后者則只需外加適當直流電源電壓即可,元件內(nèi)部已封裝了音頻振蕩電路,在得電狀態(tài)下即起振發(fā)聲。市場上的有源蜂鳴器分為3V、5V、6V等系列,以適應不同的應用需要。鬧鐘電路是用比較器來比較計時系統(tǒng)和定時系統(tǒng)的輸出狀態(tài),如果計時系統(tǒng)和定時系統(tǒng)的輸出狀態(tài)相同,則發(fā)出一個脈沖信號,再和一個高頻信號混合,送到放大電路驅(qū)動揚聲器發(fā)聲,從而實現(xiàn)定時鬧響的功能。其電路設(shè)計參見系統(tǒng)原理圖。</p
49、><p> 4.3.4 電子鬧鐘的顯示電路設(shè)計</p><p> 本次課程設(shè)計采用了6位數(shù)碼管顯示電路。在6位LED顯示時,為了簡化電路,降低成本,采用動態(tài)顯示的方式, 6個LED顯示器共用一個8位的I/O, 6位LED數(shù)碼管的位選線分別由相應的P2. 0~P2. 5控制,而將其相應的段選線并聯(lián)在一起,由一個8位的I/O口控制,即P0口。譯碼顯示電路將“時”、“分”、計數(shù)器的輸出狀態(tài)菁七段
50、顯示譯碼器譯碼,通過LED顯示器顯示出來。到達定時電路時根據(jù)計時系統(tǒng)的輸出狀態(tài)產(chǎn)生一脈沖信號,然后去觸發(fā)一音頻發(fā)生器實現(xiàn)鬧鈴。校時電路時用來對“時”、“分”顯示數(shù)字進行校對調(diào)整的。</p><p><b> 4.4 程序流程圖</b></p><p><b> 1.主程序流程圖</b></p><p> 主程序流程圖
51、說明:主模塊是系統(tǒng)軟件的主框架。結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計一般有“自上而下”和“自下而上”兩種方式,“自上而下”法的核心就是主框架的構(gòu)建。它的合理與否關(guān)系到程序最終的功能的多少和性能的好壞。</p><p> 圖4-1 主程序流程框圖</p><p> 2.時間設(shè)定模塊流程圖</p><p> 圖4-2 時間設(shè)定模塊程序流程圖框圖</p><p>
52、 時間設(shè)定模塊流程圖說明: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個鍵完成了時間參數(shù)的設(shè)定。軟件法去抖動的實質(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,實際應用中,應大于20ms,否則,會導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
53、時刻的系統(tǒng)狀態(tài),決定按鍵采取何種動作,即何種功能。</p><p> 3.鬧鈴功能的實現(xiàn)流程圖</p><p> 圖4-3鬧鈴功能的實現(xiàn)流程圖框圖</p><p> 鬧鈴功能的實現(xiàn)涉及到兩個方面:鬧鈴時間設(shè)定和是否鬧鈴判別與相應處理。鬧鈴時間設(shè)定模塊的設(shè)計可參照時間設(shè)定模塊,這里著重闡述鬧鈴判別與處理模塊的設(shè)計問題。鬧鈴判別與鬧鈴處理的關(guān)鍵在于判別何時要進行鬧
54、鈴。當時十位、時個位、分十位、分個位中任一位發(fā)生改變(進位)時,就必須進行鬧鈴判別。譯碼顯示電路將“時”、“分”計數(shù)器的輸出送到七段顯示譯碼驅(qū)動器譯碼驅(qū)動,通過六個七段LED顯示器顯示出來。鬧鈴電路根據(jù)計時系統(tǒng)的輸出狀態(tài)產(chǎn)生一脈沖信號,然后加上一個高頻或低頻信號送到放</p><p> 電路驅(qū)動蜂鳴器發(fā)聲實現(xiàn)報時。校時電路是直接加一個脈沖信號到時計數(shù)器或者分計數(shù)</p><p> 或者
55、秒計數(shù)器來對“時”、“分”顯示數(shù)字進行校對調(diào)整。</p><p> 考慮到實用性,在該電子鐘的設(shè)計中修改定時或調(diào)整時間時采用了閃爍,而且以定時20組鬧鐘。在編程上,首先進行了初始化定義了程序的入口地址以及中斷的入口地址,在主程序的開始定義了一組固定單元用來存儲計數(shù)的秒,分,時以及定時時間的序號等。</p><p> 在顯示程序段中主要進行了閃爍的處理,采用定時器中斷置標志位,再與位選相
56、互結(jié)合的方法來控制調(diào)時或定時中的閃爍。時,分顯示則是用了軟件譯碼(查表)的方式,再用了一段固定的程序段進行進制轉(zhuǎn)化。初始化之后,用中斷方式對其計數(shù),計數(shù)的同時采用了定時器比較的方法,比較當前計數(shù)時間與定時時間是否相等,若相等則將鬧鈴標志位置數(shù)。由于定義了定時鬧鐘組,在這里采用中斷組次,每中斷一次比較一組鬧鐘,避免了一次比較中斷時間過長,影響下次中斷時間。顯示之后查詢鬧鈴標志位是否與前面所置數(shù)相等,若相等則響鈴。</p>&
57、lt;p> 為了避免響鈴影響顯示,采用了每顯示幾屏以后在顯示程序中出現(xiàn)脈沖,驅(qū)動喇叭,不會影響顯示。之后用查詢方式對按鍵進行判斷,若有鍵按下,則進行軟件延時消抖,避免了抖動引起的干擾,執(zhí)行相應的定時,選時或調(diào)時程序段。對當前時間或定時時間修改后又返回到最初的顯示程序段,如此循環(huán)下去。</p><p> 4.基本顯示模塊的實現(xiàn)流程圖</p><p> 基本顯示模塊設(shè)計的重點是由顯
58、示代碼取得相應的段碼,顯示段碼數(shù)據(jù)的并行發(fā)送,高精度的計時工具大多數(shù)都使用了石英晶體振蕩器,由于電子鐘,石英表,石英鐘都采用了石英技術(shù),因此走時精度高,穩(wěn)定性好,使用方便,不需要經(jīng)常調(diào)校,數(shù)字式電子鐘用集成電路計時時,譯碼代替機械式傳動,用LED顯示器代替顯示器代替指針顯示進而顯示時間,減小了計時誤差,這種表具有時,分顯示時間的功能,還可以進行時和分的校對,片選的靈活性好。</p><p><b>
59、程序流程如圖所示。</b></p><p> 圖4-4基本顯示模塊的實現(xiàn)流程圖</p><p><b> 5.系統(tǒng)調(diào)試過程</b></p><p> 通過上面的硬件設(shè)計和軟件設(shè)計過程,設(shè)計的工作已經(jīng)基本完成,接下來的工作就是對所設(shè)計好的應用系統(tǒng)進行調(diào)試。通過調(diào)試可以檢查出系統(tǒng)出現(xiàn)的一些錯誤,從而進行下一步的修改。</p&
60、gt;<p> ?。?)在Protel 99 SE中,對硬件電路圖進行ERC電氣規(guī)則檢查。 </p><p> 圖 5-1 protel原理圖</p><p> 圖5-2 ERC電氣規(guī)則檢查結(jié)果</p><p><b> 圖5-3 PCB圖</b></p><p><b> ?。?)程
61、序調(diào)試</b></p><p> 程序經(jīng)過調(diào)試顯示“0錯誤,0警告”。表示程序調(diào)試通過。</p><p> 圖5-3 程序調(diào)試通過示意圖</p><p> ?。?)protues調(diào)試</p><p> 圖5-4 protues仿真圖</p><p><b> 結(jié) 論</b>&
62、lt;/p><p> 單片機是一門應用性很強的學科,課程設(shè)計是培養(yǎng)我們綜合運用所學知識,發(fā)現(xiàn)、提出、分析和解決實際問題,鍛煉實踐能力的重要環(huán)節(jié),是對我們實際工作能力的具體訓練和考察過程。雖然在做課程設(shè)計以前已經(jīng)系統(tǒng)的把單片機課本認真的學習了一下,但是在剛拿到設(shè)計任務(wù)書時還是有點一頭霧水,不知道該從哪里下手。令人欣慰的是經(jīng)過一周的學習,雖然過程很艱辛,但是總算實現(xiàn)了定時鬧鐘的功能,所有的努力都很值得。這一周的大部分時
63、間都在研究程序怎么處理,在這個過程中加深了我對匯編語言命令的應用,而且也更加了解到軟硬件配套的重要性。</p><p> 通過這次課程設(shè)計,使我們對這們功課有了更深刻的認識和了解。首先對于硬件電路的工作原理有了進一步系統(tǒng)的學習,同樣就有了進一步的認識,使我懂得了理論與實際相結(jié)合的重要性,只有理論知識是遠遠不夠的,只有把所學的理論知識與實踐相結(jié)合起來,才能提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。其次軟件在這次設(shè)計
64、中也有不足之處,比如音樂的響聲不連續(xù),但又不知道從哪個地方入手解決這個問題,這要求在以后的學習中,拓寬自己的知識面,解決設(shè)計的不足之處。</p><p> 總之,通過這次課程設(shè)計不僅使我鞏固了本課程所學的基本知識,還使我們具有了撰寫科研報告的初步訓練能力,我相信這些能力在我們以后的工作或者是再學習中一定會起到不小的作用,一切的辛苦和艱難都是值得的。</p><p><b>
65、。</b></p><p><b> 致 謝</b></p><p> 在陳飛老師的指導下,我完成了本次設(shè)計。本設(shè)計從選題到完成,都得到了陳老師細心的指導。另外,本設(shè)計的完成也離不開其他老師和各位同學給我的建議和幫助,是他們讓我明白了團隊合作的精神。當然,這之中也有我自己的努力。這次課程設(shè)計最令我高興的是:遇到困難,翻閱書本解決困難的同時鞏固了已學知識
66、,也學到了新知識。在此,我謹向陳飛老師和幫助過我的老師和同學們,表示崇高的敬意和衷心的感謝!</p><p><b> 參考文獻</b></p><p> [1]張毅剛,彭喜元. 單片機原理與應用設(shè)計. 北京:電子工業(yè)出版社,2008.4</p><p> [2]徐錚穎,孫海維.Protel 99 se EDA技術(shù)及應用.北京:機械工業(yè)出
67、版社,2012.2 </p><p> [3]譚浩強.C程序設(shè)計(第三版).北京:清華大學出版社,2005</p><p> [4]劉文濤.單片機應用開發(fā)實例.北京:清華大學出版社,2005.9</p><p> [5]高衛(wèi)東,辛友順,韓彥征.51單片機原理與實踐.北京:北京航空航天大學出版社.2008.1</p><p> 附表(本
68、設(shè)計所有程序)</p><p> #include<reg52.h></p><p> #define uint unsigned int </p><p> #define uchar unsigned char uint miao,fen,fen1,shi,shi1,flag1,flag2,flag3,aa,K1num,K2num,K3num,
69、K4num,N;//K1num-K1按鍵被按下的標記變量,K2num-K2按鍵被按下的標記變量,K3num=0-K3按鍵被按下的標記變量</p><p> uchar code table[]=" TIMING CLOCK";//定義初始上電時液晶默認顯示狀態(tài)</p><p> sbit K1=P1^0;//四個按鍵</p><p>
70、 sbit K2=P1^1;</p><p> sbit K3=P1^2;</p><p> sbit K4=P1^3;</p><p> sbit rs=P2^0;</p><p> sbit lcden=P2^2;</p><p> sbit led=P2^3;//發(fā)光二極管控制端</p>
71、<p> sbit beep=P2^4; //蜂鳴器控制端</p><p> sbit relay=P2^5;//繼電器控制端</p><p> void delay(uint z)//延時函數(shù)</p><p><b> {</b></p><p><b> uint x,y;
72、</b></p><p> for(x=z;x>0;x--)</p><p> for(y=110;y>0;y--);</p><p><b> }</b></p><p> void write_com(uchar com)//液晶寫命令函數(shù)</p><p>&
73、lt;b> {</b></p><p><b> rs=0;</b></p><p><b> lcden=0;</b></p><p><b> P0=com;</b></p><p><b> delay(5);</b>&l
74、t;/p><p><b> lcden=1;</b></p><p><b> delay(5);</b></p><p><b> lcden=0;</b></p><p><b> }</b></p><p> void
75、 write_date(uchar date)//液晶寫數(shù)據(jù)函數(shù)</p><p><b> {</b></p><p><b> rs=1;</b></p><p><b> lcden=0;</b></p><p><b> P0=date;</b
76、></p><p><b> delay(5);</b></p><p><b> lcden=1;</b></p><p><b> delay(5);</b></p><p><b> lcden=0;</b></p>&
77、lt;p><b> }</b></p><p> void write_sfm(uchar add,uchar date)//液晶寫時分秒函數(shù)</p><p><b> {</b></p><p> uchar shi,ge;</p><p> shi=date/10;</p
78、><p> ge=date%10;</p><p> write_com(0x80+0x40+add);</p><p> write_date(0x30+shi);</p><p> write_date(0x30+ge);</p><p><b> }</b></p>&l
79、t;p> void init()//初始化函數(shù)</p><p><b> {</b></p><p> uint num;//寫液晶的循環(huán)控制變量</p><p> aa=0;//中斷次數(shù)標志</p><p> K1num=0;//K1按鍵被按下的標記變量</p><p&
80、gt; K2num=0;//K2按鍵被按下的標記變量</p><p> K3num=0;//K3按鍵被按下的標記變量</p><p><b> K4num=0;</b></p><p> flag1=1;//控制lcd屏刷新的變量</p><p> flag2=1;//控制鬧鐘響鬧和繼電器開啟關(guān)閉的標記
81、</p><p> flag3=1;//控制鬧鐘響起時,按下K4停止鬧鐘響鬧的標記</p><p> led=1; //發(fā)光二極管初始化</p><p> relay=0;//繼電器初始化</p><p> N=100;//系統(tǒng)啟動時,鬧鐘時間到發(fā)出的聲音為連續(xù)三次發(fā)出“嘩”的一聲</p><p>
82、; miao=0;//系統(tǒng)初始化時間</p><p><b> fen=0;</b></p><p><b> shi=0;</b></p><p> fen1=1;//初始化鬧鐘的時間</p><p><b> shi1=0;</b></p>
83、<p> beep=0;//蜂鳴器初始化</p><p> lcden=0;//液晶使能端初始化</p><p> write_com(0x38);//1602液晶初始化,設(shè)置16*2顯示。5*7點陣,8位數(shù)據(jù)接口</p><p> write_com(0x0c);//設(shè)置開顯示,不顯示光標</p><p>
84、write_com(0x06);//寫一個字符后地址指針自動加1</p><p> write_com(0x01);//顯示清0,數(shù)據(jù)指針清0</p><p> write_com(0x80);//將數(shù)據(jù)指針定位到第一行,第一個字處</p><p> for(num=0;num<15;num++)//顯示鬧鐘標示:TIMING CLOCK<
85、;/p><p><b> {</b></p><p> write_date(table[num]);</p><p> delay(10);</p><p><b> }</b></p><p> write_com(0x80+0x40+7);//寫出時間顯示部分的兩
86、個冒號</p><p> write_date(':');</p><p> write_sfm(8,fen);//送去液晶顯示秒,分,時</p><p> write_sfm(5,shi);</p><p> TMOD=0x01;//設(shè)置定時器0為工作方式1</p><p> TH0=(
87、65536-50000)/256;//定時器裝初值</p><p> TL0=(65536-50000)%256;</p><p> EA=1;//開總中斷</p><p> ET0=1;//開定時器0中斷</p><p> TR0=1;//啟動定時器0</p><p><b> }<
88、;/b></p><p> void keyscan()//鍵盤掃描函數(shù)</p><p><b> {</b></p><p> if(K1==0&&K3num==0)//判斷K1按下,按下前沒有按下K3鍵,則開始修改時間</p><p><b> {</b>
89、</p><p><b> delay(5);</b></p><p> if(K1==0&&K1num==0)</p><p><b> {</b></p><p><b> K1num=1;</b></p><p> w
90、hile(!K1)//判斷是否松開按鍵,后同</p><p> if(K1num==1)</p><p><b> {</b></p><p> TR0=0;//關(guān)閉計數(shù)器0</p><p> write_com(0x80+0x40+9);//第一次按下光標定位到分鐘位置</p><
91、;p> write_com(0x0f); //光標開始閃爍</p><p><b> }</b></p><p><b> }</b></p><p><b> }</b></p><p> if(K3==0&&K3num==0&&
92、amp;K1num==0)//判斷K3首次被按下,則設(shè)置鬧鐘</p><p><b> {</b></p><p> delay(5);//延時消抖,后同</p><p><b> if(K3==0)</b></p><p><b> {</b></p&g
93、t;<p><b> flag1=0;</b></p><p> write_com(0x80+0x40+9);//第一次按下光標定位到分鐘位置</p><p> while(!K3);</p><p><b> K3num=1;</b></p><p> write_s
94、fm(8,fen1);//送去液晶顯示定時的分,時</p><p> write_sfm(5,shi1);</p><p> write_com(0x0f);//光標開始閃爍</p><p> write_com(0x80+0x40+9);//顯示位置回到調(diào)節(jié)處</p><p><b> }</b><
95、/p><p><b> }</b></p><p> if(K1==0&&K1num==1)//判斷K1按下,修改系統(tǒng)時間的小時</p><p><b> {</b></p><p><b> delay(5);</b></p><p
96、><b> if(K1==0)</b></p><p><b> {</b></p><p> write_com(0x80+0x40+6);//光標定位到小時位置</p><p> K1num=1;//置K1num=1</p><p> while(!K1);</p&g
97、t;<p> shi++; //則調(diào)整時加1</p><p> if(shi==24) shi=0;//若滿24后將清零</p><p> write_sfm(5,shi);//每調(diào)節(jié)一次送液晶顯示一下</p><p> write_com(0x80+0x40+6);//顯示位置重新回到調(diào)節(jié)處</p><p>&
98、lt;b> }</b></p><p><b> }</b></p><p> if(K2==0&&K1num==1)//判K2按下,修改系統(tǒng)時間的分鐘</p><p><b> {</b></p><p><b> delay(5);&
99、lt;/b></p><p><b> if(K2==0)</b></p><p><b> {</b></p><p> write_com(0x80+0x40+9);//光標定位到分鐘位置</p><p><b> K1num=1;</b></p&
100、gt;<p> while(!K2);</p><p> fen++; //則調(diào)整分加1</p><p> if(fen==60)fen=0;//若滿60后將清零</p><p> write_sfm(8,fen);//每調(diào)節(jié)一次送液晶顯示一下</p><p> write_com(0x80+0x40+9);/
101、/顯示位置重新回到調(diào)節(jié)處</p><p><b> }</b></p><p><b> }</b></p><p> if(K1num==1||K3num==1)//當設(shè)置時間或鬧鐘時,K3被按下設(shè)置完成。</p><p><b> {</b></p>
102、<p> if(K3==0)//判斷K3按下</p><p><b> {</b></p><p><b> delay(5);</b></p><p><b> if(K3==0)</b></p><p><b> {</b>&
103、lt;/p><p><b> K1num=0;</b></p><p><b> K3num=0;</b></p><p> while(!K3);</p><p> write_com(0x0c);//取消光標閃</p><p> TR0=1;//啟動定時器使時鐘
104、開始走</p><p> flag1=1;//flag=1.則修改系統(tǒng)時間時液晶顯示的系統(tǒng)時間值,flag=0,則為修改鬧鐘時間時,屏幕顯示的是修改鬧鐘時間的值</p><p> write_sfm(8,fen);//送去液晶顯示分,時</p><p> write_sfm(5,shi);</p><p><b> }&l
105、t;/b></p><p><b> }</b></p><p><b> }</b></p><p> if(K2==0&&K1num==0&&K3num==0)//K2被按下時顯示定時時間</p><p><b> {</b>
106、</p><p><b> delay(5);</b></p><p><b> if(K2==0)</b></p><p><b> {</b></p><p> write_sfm(8,fen1);//送去液晶顯示定時的分,時</p><p&
107、gt; write_sfm(5,shi1);</p><p> while(!K2);</p><p> write_sfm(8,fen);//K2松開顯示當前時間</p><p> write_sfm(5,shi);</p><p><b> }</b></p><p><b
108、> }</b></p><p> if(K1==0&&K3num==1)//修改小時,判斷K1鍵按下,K3num=1,表示K3按鍵按下,則此時修改的是鬧鐘時間的小時</p><p><b> {</b></p><p><b> delay(5);</b></p>
109、<p><b> if(K1==0)</b></p><p><b> {</b></p><p> write_com(0x80+0x40+6);//光標定位到小時位置</p><p><b> K3num=1;</b></p><p> whil
110、e(!K1);</p><p> shi1++; //則調(diào)整定時的時加1</p><p> if(shi1==24)//若滿24后將清零</p><p><b> shi1=0;</b></p><p> write_sfm(5,shi1);//每調(diào)節(jié)一次送液晶顯示一下</p><p&g
111、t; write_com(0x80+0x40+6);//顯示位置重新回到調(diào)節(jié)處</p><p><b> }</b></p><p><b> }</b></p><p> if(K2==0&&K3num==1)//卸螷2按下,修改鬧鐘時間的分鐘</p><p>&l
112、t;b> {</b></p><p><b> delay(5);</b></p><p><b> if(K2==0)</b></p><p><b> {</b></p><p> write_com(0x80+0x40+9);//光標定位
113、到分鐘位置</p><p><b> K3num=1;</b></p><p> while(!K2);</p><p> fen1++; //則調(diào)整分加1</p><p> if(fen1==60)//若滿60后將清零</p><p><b> fen1=0;</b
114、></p><p> write_sfm(8,fen1);//每調(diào)節(jié)一次送液晶顯示一下</p><p> write_com(0x80+0x40+9);//顯示位置重新回到調(diào)節(jié)處</p><p><b> }</b></p><p><b> }</b></p>&l
115、t;p> if(K4==0&&flag3==0)//當鬧鐘響起時,按下K4停止響鬧,當鬧鐘響起時候flag3置為1</p><p><b> {</b></p><p><b> delay(5);</b></p><p><b> if(K4==0)</b><
116、/p><p><b> {</b></p><p><b> flag2=0;</b></p><p> flag3=1;//此處需置flag3為1,否則鬧鐘沒有響起的時候按下K4鍵,程序會執(zhí)行此句</p><p><b> }</b></p><p
117、><b> }</b></p><p> if(K4==0&&flag3==1&&K4num==0)//K4按下設(shè)置鬧鐘的狀態(tài)為ON或OFF,flag3=1,表示鬧鐘此時沒響起。K4num==0,表示此時為ON狀態(tài)。</p><p><b> {</b></p><p><
118、;b> delay(5);</b></p><p><b> {</b></p><p><b> K4num=1;</b></p><p><b> }</b></p><p><b> }</b></p>&
119、lt;p> if(K4==0&&flag3==1&&K4num==1)//K4按下設(shè)置鬧鐘的狀態(tài)為ON或OFF,flag3=1,表示鬧鐘此時沒響起。K4num==1,表示此時為OFF狀態(tài)。</p><p><b> {</b></p><p><b> delay(5);</b></p>
120、<p><b> {</b></p><p><b> K4num=0;</b></p><p><b> }</b></p><p><b> }</b></p><p><b> }</b></p&
121、gt;<p> void clock()//鬧鐘函數(shù) K4—鬧鈴ON/OFF的狀態(tài)設(shè)置,設(shè)置為ON時連續(xù)三次發(fā)出“嘩”的一聲,設(shè)置為OFF發(fā)出“嘩”的一?</p><p><b> {</b></p><p> if((fen==fen1)&&(shi==shi1)&&(flag2==1)&&(K
122、4num==0))//鬧鐘的響鬧控制</p><p><b> {</b></p><p> beep=1;//此時鬧鐘響起,連續(xù)三次發(fā)出嘩的一聲</p><p> relay=1;//鬧鐘時間到,則繼電器啟動</p><p> flag3=0;//置flag3=0,表示此時鬧鐘響起,按下K4
123、鍵執(zhí)行停止鬧鐘響鬧語句</p><p> delay(100);//這些語句是為了使鬧鐘響起時,發(fā)出連續(xù)三次嘩的聲音</p><p><b> beep=0;</b></p><p> delay(100);</p><p><b> beep=1;</b></p><
124、p> delay(100);</p><p><b> beep=0;</b></p><p> delay(100);</p><p><b> beep=1;</b></p><p> delay(100);</p><p><b> beep
125、=0;</b></p><p> delay(300);</p><p><b> }</b></p><p> else if((fen==fen1)&&(shi==shi1)&&(flag2==1)&&(K4num==1))//鬧鐘的響鬧控制</p>
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