單片機電子鬧鐘的設(shè)計 精品.doc

電子信息工程專業(yè)課程設(shè)計任務(wù)書題目：基于單片機電子鬧鐘的設(shè)計設(shè)計內(nèi)容1.能隨意設(shè)定走時時間，具有對時功能，既能隨意設(shè)定走時起始時間。2.能設(shè)定鬧鈴時間，一旦走到該時間，能以聲或光的形式報警。3可采用交直流供電電源，即能自動切換。4.設(shè)計5V直流電源，系統(tǒng)時鐘電路、復(fù)位電路。5.按鈕與按鍵電路、鬧鈴聲光電路。 設(shè)計步驟1、 總體方案設(shè)計 電子鬧鐘既可以通過純硬件實現(xiàn)，也可以通過軟硬件結(jié)合實現(xiàn)，根據(jù)電子時鐘核心部件秒信號的產(chǎn)生原理，通常可以用NE555時基電路、石英鐘專用芯片、微處理器等三種形式來實現(xiàn)。本系統(tǒng)采用基于微處理器的實現(xiàn)形式。2、 硬件選型工作 對于每一個芯片要有具體型號，對每個分立元件要給出其參數(shù) 3、 硬件的設(shè)計和工作 1.選擇計算機機型 2.設(shè)計支持計算機工作的外圍電路 3.接口電路 4.其他相關(guān)電路設(shè)計或方案（電源，通信等） 4、 軟件設(shè)計 1.分配系統(tǒng)資源，編寫系統(tǒng)初始化和主程序模塊 2.編寫相關(guān)子程序 3.其他程序模塊（顯示與鍵盤等處理程序）5、 編寫課程設(shè)計說明書，繪制完整的系統(tǒng)電路圖（A3幅面）課程設(shè)計說明書要求1 課程設(shè)計說明書應(yīng)采用學(xué)校統(tǒng)一印制的課程設(shè)計（）說明書封面，書寫應(yīng)認真。2 課程說明書應(yīng)有目錄，摘要，序言，主干內(nèi)容（按章節(jié)編寫），主要論理和參考書，附錄應(yīng)包括序清單，系統(tǒng)方框圖和電路原理圖。3 課程設(shè)計說明書應(yīng)包括上述設(shè)計步驟進行設(shè)計的分析和思考內(nèi)容和引用的相關(guān)知識。4 要求打印B5紙，排版要求請向指導(dǎo)教師索取。目錄第一章：系統(tǒng)概述.(3 )一、電子鬧鐘的設(shè)計的基本原理( 3)二、電子鬧鐘的設(shè)計框圖及基本工作過程.(3 )第二章：系統(tǒng)硬件的設(shè)計.( 4 )一、單片機AT89C51芯片的簡介( 4 )二、直流電源的設(shè)計( 7 )三、時鐘電路的設(shè)計.( 7 )四、數(shù)碼管的顯示電路.( 7 )五、復(fù)位電路.( 9 )六、按鍵電路.( 9 )第三章：系統(tǒng)軟件的設(shè)計.( 10 )一、走時功能的設(shè)計( 10 )二、顯示功能的設(shè)計( 11 )三、調(diào)整時間功能的設(shè)計( 12 )四、喇叭和指示燈等功能的設(shè)計( 13 )五、鬧鈴功能的設(shè)計( 14 )六、時鐘主程序( 16 )第四章：心得體會.( 18 )第五章：附錄：.( 19 )一、系統(tǒng)整體硬件圖( 19 )二、原件清單.(20 )第一章：系統(tǒng)概述一、.電子鬧鐘的設(shè)計的基本原理 電子鬧鐘一般由走時、顯示、調(diào)整時間和鬧鈴4項基本功能組成，這些功能在單片機里主要在單片機里由軟件設(shè)計體現(xiàn)出來，其中，走時部分利用單片機里的定時器/計數(shù)器產(chǎn)生 的中斷。 例如，設(shè)置定時器T0工作在模式0狀態(tài)下，設(shè)置每隔5ms中斷一次，中斷200次正好是1s。中斷服務(wù)程序里記載著中斷的次數(shù)，中斷200次為1秒，60秒為1分，60分為1小時，24小時為1天。 時鐘的顯示是使用4位數(shù)碼管，其軟件設(shè)計原理是：由中斷產(chǎn)生的秒、分、時數(shù)據(jù)，經(jīng)轉(zhuǎn)換子程序轉(zhuǎn)換成LED燈數(shù)碼管顯示的數(shù)據(jù)，并通過單片機的輸出功能輸入到數(shù)碼管的顯示器，再通過顯示器的掃描程序，顯示出時鐘的走時時間。 調(diào)整時鐘時間是利用單片機的輸入功能，把按鍵開關(guān)作為單片機的輸入信號，通過檢測到被按下的按鍵開關(guān)所連接的端口的低電平，從而執(zhí)行調(diào)整時間的功能。 鬧鈴時間的設(shè)計是通過與走時時間進行比較來設(shè)計的，首先設(shè)置鬧鈴時間，然后，將走時時間與設(shè)置的鬧鈴時間不斷進行比較，當走時時間與所設(shè)定的鬧鈴時間一致時，鬧鈴響起。 因此，在設(shè)計程序時把單片機時鐘功能分解為走時、顯示、調(diào)整和鬧鈴4部分，每一部分的的功能通過編寫相應(yīng)的子程序來完成，然后再通過主程序調(diào)用子程序，使這幾部分連在一起，完成基于單片機的電子鬧鐘的設(shè)計。二、電子鬧鐘的設(shè)計框圖及工作過程1.鬧鐘系統(tǒng)框圖： AT89C51芯片數(shù)碼管顯示電路聲光指示電路按鍵電路時鐘電路復(fù)位電路5v直流電源圖1.1 系統(tǒng)框圖2.工作過程： 接通電源后，蜂鳴器連續(xù)兩次響兩聲，同時工作指示燈LED燈閃動，表示程序開始執(zhí)行，數(shù)碼管顯示“0000”。 接著需要設(shè)置現(xiàn)在：K1為設(shè)置當前時間功能鍵，按一下k1鍵，發(fā)光二極管LED停止閃動，表明進入了當前時間的設(shè)置狀態(tài)，K2鍵為小時設(shè)置鍵，每按一下小時增加1， K3鍵為分鐘設(shè)置鍵，每按一下，分鐘數(shù)值增加1，設(shè)置完成后，要按一下K4鍵，LED燈恢復(fù)閃動，進入正常走時狀態(tài)。 第二章：系統(tǒng)硬件的設(shè)計一、單片機AT89C51芯片簡介AT89C51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 1288位內(nèi)部RAM32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)振蕩器和時鐘電路引腳使用說明：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，如下所示：管腳備選功能：P3.0RXD（串行輸入口）P3.1 TXD（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。ST：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。/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)。/EA/VPP：當/EA保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（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，此間內(nèi)部程序存儲器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。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.如圖2.1圖2.1 AT89C51芯片管腳圖二、直流電源的設(shè)計 在電力電子中，整流電路主要由變壓器、橋式整流電路、濾波電路、穩(wěn)壓電路組成，根據(jù)整流電路的主要組成，我選用初、次級線圈之比為1:0.04的變壓器TRAN-2P2S,橋式整流集成電路BR1,電容C1、C2構(gòu)成濾波電路以及集成穩(wěn)壓芯片7805組成，電路圖如圖2-1：圖2.2 直流電源原理圖三、時鐘電路的設(shè)計 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2-3所示：圖2.3 時鐘電路原理圖四、數(shù)碼管顯示電路LED是發(fā)光二極管顯示器的縮寫。LED顯示器由于結(jié)構(gòu)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。本系統(tǒng)采用四位共陽極LED數(shù)碼顯示管，a-f及dp八個引腳分別接一個電阻與p0.0-p0.7八個管腳相連。共陽極引腳1-4分別與Q1-Q4三極管集電極相連，三極管的基極分別通過一個限流電阻與p2.3-p2.0相連。電路圖如圖2.4：圖2.4 數(shù)碼顯示電路原理連接圖五、復(fù)位電路的設(shè)計當振蕩電路工作，并且在RST引腳加上一個至少保持倆個機器周期的高電平，就能完成一次復(fù)位，復(fù)位方式有上電復(fù)位和按鍵復(fù)位兩種，這里我使用按鍵復(fù)位方式，利用RC微分電路產(chǎn)生的正脈沖來達到復(fù)位的目的，該正脈沖的持續(xù)時間大于兩個機器周期，如圖2.5：圖2.5 復(fù)位電路原理圖六、按鍵電路的設(shè)計此次按鍵電路的設(shè)計K1-K4分別接到P2.4-P2.7，另一端共接地，用以調(diào)時及定鬧鐘如圖2.6：圖2.6 按鍵電路原理圖第三章：系統(tǒng)軟件的設(shè)計一、走時功能的設(shè)計 單片機時鐘實現(xiàn)走時功能使用了兩個子程序：定時器子程序INIT_TIMER和中斷服務(wù)子程序TO_SRV主要服務(wù)子程序。其中，定時器子程序INIT_TIMER的作用每隔5ms產(chǎn)出一次中斷信號，中斷服務(wù)子程序TO_INT的主要作用記載中斷的次數(shù)。 1、定時器子程序INIT_TIMER：INIT_TIMER:MOV TMOD,#00000000B MOV IE, #10000010B MOV TL0,#(8192-4900)MOD 32 MOV TH0,#(8192-4900)/32 SETB TRO RET 2 .中斷服務(wù)程序TO_SRV:TO_SRV:PUSH ACCMOV TL0,#(8192-4900)MOD 32MOV TH0 #(8192-4900)/32INC DEDAMOV A,DEDACJNE A,#200,TT1MOV DEDA,#0CPL WLEDINC SECMOV A,SECCJNE A,#60,TT1INC MINMOV SEC,#0MOV A,MINCJNE A,#60,TT1INC HOURMOV MIN,#0MOV A,HOURCJNE A,#24,TT1MOV SEC,#0MOV MIN,#0MOV HOUR,#0TT1:POP ACCRETI二、顯示功能的設(shè)計單片機電子鬧鐘實現(xiàn)顯示功能的子程序有：轉(zhuǎn)換時、分子程序conv和掃描顯示子程序DISP。先通過轉(zhuǎn)換時、分程序，把由中斷服務(wù)程序產(chǎn)生的小時數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成適應(yīng)LED數(shù)碼管顯示的數(shù)據(jù)，并存入到數(shù)碼管顯示內(nèi)存中，再經(jīng)掃描顯示子程序DISP，便能在LED數(shù)碼管上顯示出時間。1、轉(zhuǎn)換時、分子程序CONV: CONV: MOV A,HOUR MOV B,#10 DIV AB MOV DPTR,#TABLE MOVC A,A+DPTR MOV BUF,A MOV A,B MOVC A,A+DPTR MOV BUF+1,A MOV A,MIN MOV B,#10 DIV AB MOV DPTR,#TABLE MOVC A,A+DPTR MOV BUF+2,A MOV A,B MOVC A,A+DPTR MOV BUF+3,A RETTABLE: DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0F8H,80H,90H,88H,83H,0C6H,0A1H,86H,8EH2、掃描顯示子程序DISP: DISP: MOV R0,#BUF MOV R2,#4 MOV ACC,#11110111BS1: PUSH ACC MOV A,R0 MOV P0,A POP ACC MOV P2,ACC MOV R5,#2 ACALL DELAY RR A INC R0 DJNZ R2,S1 RET三、調(diào)整時間功能的設(shè)計SET_TIME是調(diào)整時鐘時間子程序。當單片機時鐘每次啟動時，都需要重新設(shè)置目前時鐘的時間，程序如下：SET_TIME: CLR TR0 MOV SEC,#0 LO: ACALL DISP JB K2,L1 JNB K2,$ INC HOUR MOV A,HOUR CJNE A,#24,L11 MOV HOUR,#0 L11: ACALL CONV ACALL DISP JMP L0 L1:JB K3,L2 JNB K3,$ INC MINMOV A,MINCJNE A,#60,L21MOV MIN,#0L21: ACALL CONV ACALL DISP JMP L0L2: JB K4,L0 JNB K4,$ACALL BZ ACALL LED_BLSETB TR0RET四、喇叭和指示燈等功能的設(shè)計1、計時單元清零子程序INIT: MOV DEDA,#0 MOV SEC,#0 MOV MIN,#0 MOV HOUR,#0 RET2、蜂鳴器鳴響一聲子程序BZ: MOV R6,#250B1:ACALL DEX CPL SPK DJNZ R6,B1 MOV R5,#50 ACALL DELAY RET3、工作指示燈閃爍子程序LED_BL: MOV R4,#6LE1:CPL WLED MOV R5,#25 ACALL DELAY DJNZ R4,LE1 RET4、延時子程序DELAY: MOV R6,#10D1:MOV R7,#100 DJNZ R7,$ DJNZ R6,D1 DJNZ R5,DELAY RET5、蜂鳴器短暫延時子程序DEX:MOV R7,#180DE1:NOP DJNZ R7,DE1RET五、鬧鈴功能的設(shè)計 鬧鈴功能由設(shè)置鬧鈴時間子程序、加載鬧鈴時間子程序、檢查鬧鈴時間子程序和執(zhí)行鬧鈴時間處理子程序構(gòu)成。1、設(shè)置鬧鈴時間子程序：SET_ATIME: ACALL CONVAN0: ACALL DISP JB K2,N1 JNB K2,$ INC HH MOV A,HH CJNE A,#24,N11 MOV HH,#0N11: ACALL CONVAACALL DISPJMP N0 N1: JB K3,N2 JNB K3,$ INC MM MOV A,MM CJNE A,#60,N21 MOV MM,#0 N21: ACALL CONVA ACALL DISP JMP N0 N2:JB K4,N0 JNB K4,$ ACALL LED_BL ACALL CONV RET2、加載鬧鈴時間數(shù)據(jù)子程序： CONVA: MOV A,HH MOV B,#10 DIV AB MOV DPTR #TABLE MOVC A,A+DPTR MOV BUF,A MOV A,B MOVC A,A+DPTR MOV BUF+1,A MOV A,MM MOV B,#10 DIV AB MOV DPTR #TABLE MOVC A,A+DPTR MOV BUF+2,A MOV A,B MOVC A,A+DPTR MOV BUF+3,A RET 3、檢查鬧鈴時間子程序： TIME_PRO JB ALB,T13RETT13: MOV A,HOUR MOV B,HH CJNE A,B,BK MOV A,MIN MOV B,MM CJNE A,B,BK ACALL TIME_OUTBK: RET4、執(zhí)行鬧鈴時間處理子程序： TIME_OUT: X1:ACALL LED_BL ACALL BZ JB K4,X1JNB K4,$ACALL LED_BLCLR ALRRET六、時鐘主程序1、程序初始化：ALB EQU 20H.0 BUF EQU 30H HOUR EQU 34H MIN EQU 35H SEC EQU 36H DEDA EQU 37H HH EQU 38H MM EQU 39H K1 EQU P2,4 K2 EQU P2.5 K3 EQU P2.6 K4 EQU P2.7 SPK EQU P3.4 WLED EQU P1.0 ORG 0H JMP MAIN ORG 0BH JMP TO_SRV2、主程序MAIN: CLR ALB ACALL BZ ACALL BZ ACALL LED_BL ACALL INIT ACALL INIT_TIMER M