(精品)單片機課程設(shè)計精品多功能電腦時鐘設(shè)計(2013年優(yōu)秀畢業(yè)設(shè)計)

重慶科技學院單片機課程設(shè)計報告多功能電腦時鐘設(shè)計1多功能電腦時鐘的功能規(guī)劃要求設(shè)計的多功能電腦時鐘完成以下功能：Case 0：顯示秒表功能，LED燈全部熄滅；Case 1：跑表的設(shè)定，只有P23燈亮；Case 2：調(diào)試秒表，只有P24燈亮；Case 3：調(diào)試分鐘，只有P25燈亮；Case 4：調(diào)試小時，只有P16燈亮；Case 5：設(shè)定鬧鐘，P23與P24燈亮，P25滅，P26滅時鬧鐘打開； Case 6：倒計時的設(shè)定，LED燈全亮。 值初始化Mode0Mode1Mode2Mode3Mode4Mode5Mode6LED全滅LDE1亮LED2亮LED3亮LED4亮LED3滅LED全亮1.1基本功能要求(1)按MODE健切換顯示模式。(2)按UP、DN健修改當前時鐘。(3)UP、DN鍵設(shè)置鬧鐘時間（兩組）(4)按MODE鍵切換到秒表模式，按ENT鍵秒表開始計時，再按ENT鍵秒表計時停止。(5)UP、DN鍵設(shè)定倒計時初值，按MODE鍵切換到倒計時模式，自動開始倒計時。2方案設(shè)計STC89C51RC40I-PDIP0533RB4469.1D蜂鳴器4個數(shù)碼管顯示4個LED指示燈MAX232芯片電源開關(guān)4個獨立式的按鍵電源指示燈2.1硬件方案設(shè)計 圖 2.1.1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖MCS-51內(nèi)部有4KB閃爍儲存器，芯片本身就是一個最小系統(tǒng)，該設(shè)計是一個多功能顯示的最小系統(tǒng)，MCS-51能夠滿足該系統(tǒng)的性能要求。而且用這種芯片簡單可靠，只需要接上時鐘電路和復位電路即可，省去了外部擴展程序存儲器的工作，從而減少了芯片的數(shù)目，縮小了產(chǎn)品的體積。單片機應(yīng)用系統(tǒng)由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩部分組成。硬件系統(tǒng)是指單片機以及擴展的存儲器、IO接口、外圍擴展的功能芯片以及接口電路。軟件系統(tǒng)包括監(jiān)控程序和各種應(yīng)用程序。 在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中，單片機是整個系統(tǒng)的核心，對整個系統(tǒng)的信息輸入、處理、信息輸出進行控制。與單片機配套的有相應(yīng)的復位電路、時鐘電路以及擴展的存儲器和IO接口，使單片機應(yīng)用系統(tǒng)能夠運行。 在一個單片機應(yīng)用系統(tǒng)中，往往都會輸入信息和顯示信息，這就涉及鍵盤和顯示器。在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中，一般都根據(jù)系統(tǒng)的要求配置相應(yīng)的鍵盤和顯示器。配置鍵盤和顯示器一般都沒有統(tǒng)一的規(guī)定，有的系統(tǒng)功能復雜，需輸入的信息和顯示的信息量大，配置的鍵盤和顯示器功能相對強大，而有些系統(tǒng)輸入/輸出的信息少，這時可能用幾個按鍵和幾個LED指示燈就可以進行處理了。在單片機應(yīng)用系統(tǒng)在中配置的鍵盤可以是獨立鍵盤，也可能是矩陣鍵盤。顯示器可以是LED指示燈，也可以是LED數(shù)碼管，也可以是LCD顯示器，還可以使用CRT顯示器。單片機應(yīng)用系統(tǒng)中鍵盤一般用的比較多的是矩陣鍵盤，顯示器用的比較多的是LED數(shù)碼管還LCD顯示器。按鍵的設(shè)置：設(shè)置4個按鍵：MODE鍵：0 模式：顯示秒表1模式：設(shè)定跑表 2模式：設(shè)定秒 3模式：設(shè)定分鐘 4模式：設(shè)定小時5模式：設(shè)定鬧鐘6模式：設(shè)定的倒計時功能UP鍵：修改模式：+1操作；（不在同的模式下）DN鍵：修改模式：-1操作；（不在同的模式下）ENT鍵：設(shè)置模式與正常顯示模式切換按鈕原理圖見附錄1。2.2軟件方案設(shè)計此次選用C51來編程，首先要有初始化程序，通過初始化程序，將對主程序所用到的變量、常量以及各個參數(shù)和所調(diào)用的子函數(shù)定義。其次還有顯示程序、按鍵掃描及處理程序、時鐘程序、通訊程序和倒計時程序，系統(tǒng)軟件流程圖圖如圖 2.2.1所示：開始系統(tǒng)初始化While (1)MODE模式選擇按鍵的掃描及處理A主程序開始現(xiàn)場保護，重置初值啟動下一個5ms5ms 計數(shù)器加1秒單元加1，50ms計數(shù)器清0，秒寫入秒個位和秒十位5ms 計數(shù)器=200？否是分單元加1，秒單元清0，分寫入分個位和分十位秒單元=60？時單元加1，分單元清0，時寫入時個位和時十位分單元=60？時單元清0時單元=24？中斷返回否否否是是是B定時中斷程序圖 2.2.1 系統(tǒng)軟件流程圖3硬件電路設(shè)計與分析3.1時鐘電路時鐘電路用于產(chǎn)生MCS-51單片機工作時所需要的時鐘控制信號。MCS-51單片機的內(nèi)部電路在時鐘信號控制下，嚴格地按照時序執(zhí)行指令進行工作。而時序所研究的是指令執(zhí)行中各個信號在時間上的關(guān)系。MCS-51單片機個功能部件的運行都是以時鐘控制信號為基準，有條不紊地一拍一拍地工作。因此，時鐘頻率直接影響單片機的速度，時鐘電路的質(zhì)量也直接影響單片機系統(tǒng)的穩(wěn)定性。常用的時鐘電路設(shè)計有兩種方式，一種是內(nèi)部時鐘方式，另一種方式為外部時鐘方式。圖3.1.1所示：圖3.1.1時鐘電路3.2數(shù)碼管顯示電路如圖所示，數(shù)碼管主要是用于數(shù)字的顯示。數(shù)碼管有共陰和共陽的區(qū)分，單片機都可以進行驅(qū)動，但是驅(qū)動的方法卻不同。四位數(shù)碼管循環(huán)電路是由1K的電阻、IN4148二極管和數(shù)碼管組成，電源+5V通過560的電阻直接給數(shù)碼管的7個段位供電，P0.0-P0.7對應(yīng)了兩個接數(shù)碼管的A,B,C,D,E,F,G和小數(shù)點位DP，P1.0，P1.1，P1.2，P1.3接位碼。有四位共陰極的七段數(shù)碼管，在不同的模式下顯示不同的內(nèi)容，例如在模式0下顯示北京時間，在模式3下顯示跑表等，P0口送段碼，P1口的低四位送位碼，小數(shù)點1秒亮，1秒滅，用來指示秒。當相應(yīng)的端口變成高電平時，驅(qū)動相應(yīng)的PNPS8550三極管會導通，+5V通過IN4148二極管和驅(qū)動三極管給數(shù)碼管相應(yīng)的位供電，這時只要P0口送出數(shù)字的顯示代碼，數(shù)碼管就能正常顯示需要的數(shù)字。如圖3.2.1所示：3.3按鍵接口電路如圖3.3.1所示，時間設(shè)定模塊設(shè)計的設(shè)計要點是按鍵的去抖動處理與“一鍵多態(tài)”的處理。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)是否保持著，如是則作為按鍵處理，否則，視為抖動，不予理睬。圖3.3.1按鍵接口電路圖3.2.1 顯示電路3.4LED指示電路圖3.4.1LED指示電路如圖3.4.1所示，四個共陰極的發(fā)光二極管，用來指示模式，另外還有一個發(fā)光二極管用來指示電源，若通電，發(fā)光二極管亮，否則，發(fā)光二極管滅。3.5蜂鳴器接口電路蜂鳴器發(fā)聲原理是電流通過電磁線圈，使電磁線圈產(chǎn)生磁場來驅(qū)動振動膜發(fā)聲的。因此需要一定的電流才能驅(qū)動它，單片機IO口輸出的電流較小，其TTL電平基本上驅(qū)動不了蜂鳴器，因此需要增加一個電流放大的電路。程序中通過改變單片機對應(yīng)IO口輸出波形的頻率，就可以調(diào)整控制蜂鳴器音調(diào)，產(chǎn)生各種不同音色、音調(diào)的聲音。我們可以通過程序控制IO口輸出的電平來使蜂鳴器發(fā)出聲音和關(guān)閉，從而實現(xiàn)各種可能音響的產(chǎn)生。如圖3.5.1為蜂鳴器的原理圖。4軟件設(shè)計4.1控制程序的結(jié)構(gòu)及模塊劃分實現(xiàn)多功能電腦時鐘的程序包含以下部分：（1）初始化程序（2）數(shù)碼管掃描程序（3）時鐘程序（4）設(shè)定時鐘小時程序（5）設(shè)定時鐘分鐘程序（6）跑表程序（7）鬧鐘程序（8）倒計時設(shè)定程序（9） 倒計時執(zhí)行程序（10）掃描鍵盤程序 4.2初始化程序定義一個長度為4的數(shù)組來存放數(shù)碼管顯示的數(shù)。我們采用查表的方法來求得對應(yīng)的段碼，故而我們?nèi)孕枰x一個長度為11的數(shù)組。定義P2.0位為MODE鍵、P2.1位為UP鍵、P2.2位為DOWN鍵、P3.2為ENT鍵。鬧鈴接在P1.4腳。定modle0-6分別來表示表示當前的模式。 其次在程序中使用了定時5ms的定時器，故而需要進行初始化，其對應(yīng)的初始化程序如下：TMOD=0x11; /設(shè)置定時器0工作模式,16位計數(shù)模式 TH0=THCO; TL0=TLCO; TR0=1; /啟動定時器 ET0=1; /使能定時器中斷IT0=1; /外部中斷0連沿觸發(fā)方式EX0=1; /使能外部中斷0 EA=1; /開總中斷4.3數(shù)碼管掃描程序在程序中我們把模式定義為：顯示當前時間（小時和分鐘），顯示跑表的秒和百分秒，顯示鬧鈴的小時分鐘，顯示倒計時的分鐘和秒。修改當前小時和分鐘，分別進入模式1和2，當修改小時時，只顯示小時位；修改分鐘時，只顯示分鐘位；在剩下的模式中，各種模式對應(yīng)修改鬧鈴的小時和分鐘，倒計時的分鐘和秒等，故而在顯示時也區(qū)分這幾種顯示情況。用LED燈的亮滅顯示情況來表示工作在不同的模式情況下。當模式處在模式0的時候，即當前時間模式，所有LED燈熄滅；進入模式1，即跑表模式，LED1亮起；進入模式2，設(shè)定秒表，LED2亮起；進入模式3，設(shè)定分鐘，LED3亮起；進入模式4，即設(shè)定小時，LED4亮起；進入模式5，設(shè)定鬧鐘，LED1與LED2亮起，LED3滅，當LED4滅時鬧鐘打開；進入模式6，LED1、LED2、LED3與LED4亮起。用來顯示數(shù)字的數(shù)碼管采用動態(tài)顯示的方法，每隔5ms送一個位選碼到接有數(shù)碼管的P1端口，并用四只LED燈來動態(tài)顯示當前處在的模式功能狀態(tài)。4.4時鐘程序有按鍵按下Sec+Count=0結(jié)束Count+Count=0NONOYESYESCount=30Sec=60Min+Min=0Hour+Sec=0Min=604.5設(shè)定時鐘的小時程序在程序中定義#define UpKey ；#define DownKey，當模式切換進入模式1，就開始了當前小時的設(shè)定，在按鍵掃描函數(shù)中：if (UpKey) HOUR+; if (HOUR=24) HOUR=0;if (DownKey) HOUR-;if(HOUR=60) MIN =0;if (DownKey) MIN -;if(MIN =60Min=200Daosec-Daosec=0-Dsoflaj5調(diào)試與測試5.1軟件調(diào)試步驟1、打開軟件后,在Project菜單中選擇New Project命令，打開一個新項目。保存此項目，輸入工程文件名后，并保存工程文件的目錄。2、為項目文件選擇一個目標器件，即選擇8051的類型。在Data base 列表框中選擇“ATML 89C52”，確定。3、上述設(shè)置好后，創(chuàng)建源程序文件并輸入程序代碼。輸入好代碼后點擊“文件/保存”。4、把源文件添加到項目中，用鼠標指在目標工作區(qū)的目標1，點擊右鍵在彈出的菜單中選擇添加文件到源代碼組，在彈出的添加文件框中，選擇需要添加到項目中的文件。5、開始編譯，對項目文件進行編譯。若沒有錯誤后進行硬件調(diào)試5.2程序調(diào)試步驟程序調(diào)試應(yīng)一個模塊一個模塊地進行，首先單獨調(diào)試各功能子程序，檢查程序是否能夠?qū)崿F(xiàn)預期的功能，接口電路的控制是否正常等；最后逐步將各子程序連接起來進行總調(diào)試。故調(diào)試步驟如下：a、顯示程序調(diào)試 顯示程序是整個程序的基礎(chǔ)，我們必須保證其正確。調(diào)試方法：先一位顯示，然后實現(xiàn)走馬顯示。為此完成了顯示程序的調(diào)試。此顯示可以用軟件來模擬進行，在實驗中已得到了應(yīng)用。在定義的時候，修改顯示緩沖區(qū)的內(nèi)容，屏蔽其它子程序，調(diào)試動態(tài)掃描顯示功能。例如將 case0:led0=0;break;case1:led1=0;break;case2:led0=2;break;case3:led3=0;break；4個語句里分別賦值，即led0=1，led1=2，led2=3，led3=4，檢查LED上是否能正確顯示1234。若顯示不正確，則在相應(yīng)子程序位置設(shè)置斷點，進行調(diào)試檢查，直至可以實現(xiàn)該功能為止。b、按鍵程序調(diào)試 按鍵程序的調(diào)試可以先從單個按鍵開始，比如：用了一個簡單的按鍵程序，及按一下顯示1000在按一下顯示1001，逐漸修改程序到實現(xiàn)功能為止。在調(diào)試按鍵程序時要注意，由于按鍵是機械開關(guān)，在按下和松開時必然會存在抖動，所以在調(diào)節(jié)時我們要采用去抖動技術(shù)?？梢远x另一個變量來控制CPU對鍵盤的掃描次數(shù)。來降低抖動對程序結(jié)果的影響。先用延時1500ms的子程序代替顯示子程序延時去抖動，在求取鍵號后設(shè)置斷點，中斷后觀察累加器的鍵號是否正確；然后恢復用顯示子程序延時去抖動，檢查與按鍵模塊能否正確連接。在調(diào)試程序時，需要在void keyset（void）函數(shù)里設(shè)置按鍵去抖動，使按鍵按一下后，在數(shù)碼管上可以進行加1或減1的操作，然后下載調(diào)試即可以實現(xiàn)預定功能。5.3測試方法及測試結(jié)果5.3.1測試方法測試與調(diào)試相比很簡單，只需要找一個準確的時鐘和一個秒表既可。具體測試方法如下：a、對時鐘的測試在時鐘模式下，將其與能夠工作正常的時鐘進行比較，如兩時鐘的步伐一致，則正確，如不一致，則需要進行改進。b、按鍵程序的測試直接按照程序編程時規(guī)定的諸多功能說明進行操作，如果操作結(jié)果跟程序設(shè)定的功能相同，則按鍵程序達到其功能要求，即程序是好的；若不能達到程序預先設(shè)定的功能，則需要對程序進行改進，以達到最終所期望的效果。5.3.2測試結(jié)果雖然我們對程序做了較為細致的調(diào)試，但是在測試中仍然發(fā)現(xiàn)了不少問題，比如，當前時間無法顯示到秒位；鬧鐘報時持續(xù)時間沒有達到預先規(guī)定的要求；跑表每次及時完畢，沒有設(shè)定清零，必須用MODE鍵再次切換回來才能清零。故應(yīng)該對程序進行進一步的調(diào)試，以求排除了問題。最終圓滿完成了任務(wù)。6技術(shù)小結(jié)該課程設(shè)計中應(yīng)用到了蜂鳴器、LED流水燈、數(shù)碼管，并且要求在一個電路板上將各個功能集成在一起，也就是能實現(xiàn)LED燈流水工作，數(shù)碼管計時以及蜂鳴器發(fā)生。以前我們做試驗都是一個功能一個功能的完成，從來沒有一起實現(xiàn)過，這樣問題就來了，比如三種程序放在一起相互沖突怎么辦？經(jīng)過老師的講解和分析，我們可以用鍵盤掃描的程序來解決，將各個功能設(shè)置在不同的模塊作為子程序一一調(diào)試，這樣就可以實現(xiàn)全部功能并互不干擾。之