《單片機(jī)原理及應(yīng)用》期末課程設(shè)計(jì)基于單片機(jī)的多功能數(shù)字鐘

1、數(shù)理與信息工程學(xué)院?jiǎn)纹瑱C(jī)原理及應(yīng)用期末課程設(shè)計(jì)基于單片機(jī)的多功能數(shù)字鐘目 錄 第1節(jié) 引 言3第2節(jié) 設(shè)計(jì)方案的選擇與論證4第3節(jié) 系統(tǒng)原理設(shè)計(jì)5 3.1 設(shè)計(jì)思想53.2 系統(tǒng)框圖5第4節(jié) 硬件設(shè)計(jì)64.1元器件清單64.2電路設(shè)計(jì)及其工作原理6 4.2.1控制部分6 4.2.2數(shù)碼管顯示部分7 4.2.3發(fā)光二極管電路9 4.2.4鬧鐘設(shè)計(jì)9 4.2.5按鈕與開關(guān)部分94.3無線控制電路104.3.1發(fā)射模塊104.3.2接收模塊10第5節(jié) 軟件設(shè)計(jì)135.1程序原理概述135.2總的設(shè)計(jì)思想135.3程序代碼13第6節(jié) 調(diào)試17第7節(jié) 結(jié)束語18參考文獻(xiàn)基于單片機(jī)的多功能數(shù)字鐘數(shù)理與信息

2、工程學(xué)院 071計(jì)算機(jī)專升本 賴燕燕指導(dǎo)教師：余水寶 第1節(jié) 引 言 本系統(tǒng)采用單片機(jī)at89c51控制，以at89c51為核心，它完成整個(gè)系統(tǒng)的信息處理及協(xié)調(diào)功能，本次設(shè)計(jì)我們選用atmel公司的at89c51芯片，其功能強(qiáng)大，兼容性好，還支持軟件選擇的空間和掉電兩種節(jié)電方式。本設(shè)計(jì)的軟件，硬件都采用模塊化的設(shè)計(jì)方法，提高了設(shè)計(jì)的效率。 本次設(shè)計(jì)通過對(duì)一個(gè)實(shí)現(xiàn)定時(shí)、時(shí)鐘顯示、報(bào)時(shí)、鬧鐘、無線電控制等功能的時(shí)間系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，其中結(jié)合了數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換顯示、數(shù)碼管顯示、動(dòng)態(tài)掃描、單片機(jī)定時(shí)中斷等技術(shù)。系統(tǒng)由at89c51、led數(shù)碼管、按鍵、三極管、74ls47、74ls138、vd5026、vd5027

3、、電阻等組成。能實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘時(shí)、分、秒的顯示。也具有時(shí)間設(shè)置、鬧鈴開和關(guān)設(shè)置、制式切換、無線控制。文章后附有電路圖、程序清單。第2節(jié) 設(shè)計(jì)方案的選擇與論證 該課題主要有兩種方案：一種是用數(shù)字電路通過硬件實(shí)現(xiàn)，另一種是用單片機(jī)通過軟件編程實(shí)現(xiàn)。在以上兩種方案中：第一種是直接采用的是數(shù)字電路，但是在外圍電路和控制比較麻煩，需要比較多的器件來控制；第二種是采用軟件來實(shí)現(xiàn)一些特定功能，硬件電路只需要一些顯示部件和控制部件，其他的都是由軟件來實(shí)現(xiàn)。第一種一切都由硬件實(shí)現(xiàn)，幾乎沒有軟件編程，但電路復(fù)雜、芯片多、后續(xù)制板及硬件調(diào)試麻煩而且成本高；第二種雖電路簡(jiǎn)單、芯片少、成本低，但編寫程序相當(dāng)復(fù)雜。經(jīng)過一番利弊

4、的權(quán)衡及對(duì)今后電子業(yè)發(fā)展趨勢(shì)的考量，最后敲定用單片機(jī)方案實(shí)現(xiàn)。另外用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)本設(shè)計(jì)也有兩種可選的子方案：第一種，用軟件編程實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)中的鐘控功能；另一種則選用單片機(jī)加時(shí)鐘芯片實(shí)現(xiàn)鐘控功能。在本次主要的是時(shí)間的設(shè)計(jì)，因此對(duì)時(shí)間的精度要求是比較高的，竟量是誤差減少到最小值，但是為了更好的練習(xí)復(fù)習(xí)自己在以前所學(xué)習(xí)的編程能力，所以不采用單片機(jī)加時(shí)鐘芯片的方案，直接用軟件編程實(shí)現(xiàn)鐘控功能。總的來看，單片機(jī)已成為工控領(lǐng)域、尖端武器、日常生活中最廣泛使用的計(jì)算機(jī)，且將進(jìn)一步向著cmos化、低功耗、小體積、大容量、高性能、低價(jià)格方向發(fā)展，因此敲定用單片機(jī)加軟編程方案符合今后電子業(yè)發(fā)展趨勢(shì)；另外運(yùn)用此方案既能將

5、自己以前學(xué)過的模擬電路、數(shù)字電路、單片機(jī)、匯編語言、protel99等知識(shí)結(jié)合實(shí)踐進(jìn)行一次全面的檢測(cè)，又能為將來實(shí)際制作電路積累寶貴的經(jīng)驗(yàn)。第3節(jié) 系統(tǒng)原理設(shè)計(jì)3.1 設(shè)計(jì)思想單片機(jī)控制系統(tǒng)是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心，它完成整個(gè)系統(tǒng)的信息處理及協(xié)調(diào)功能。本次我們選用atmel公司的at89c51芯片；其功能強(qiáng)大，兼容性好。at89c51是與8051兼容的chmos微控制器。與chmos工藝的8051一樣，支持軟件選擇的空閑和掉電兩種節(jié)電方式。 在at89c51的p2.0p2.3是數(shù)碼管的段選；p2.4p2.6是數(shù)碼管的位選。p1.0和p1.1是發(fā)光二極管。是顯示制式切換后的工作制式.p1.2是蜂鳴器

6、，作鬧鈴和準(zhǔn)點(diǎn)報(bào)時(shí)用。p0.0p0.7是按鍵的判斷輸入口，是對(duì)時(shí)間調(diào)整鬧鈴時(shí)間設(shè)置,和其他功能的區(qū)分。3.2系統(tǒng)框圖制式切換控 制按鈕時(shí)間控 制無線電時(shí)間控制鬧鈴控 制觸摸開 關(guān)單片機(jī)譯碼電 路聲音驅(qū)動(dòng)電 路觸摸報(bào)時(shí)電 路制式切換和制式顯示電路驅(qū)動(dòng)電 路時(shí)顯示分顯示秒顯示鬧鈴圖3-1第4節(jié) 硬件設(shè)計(jì) 4.1元器件清單表4-1 元器件清單表器件數(shù)量/規(guī)格單面覆銅板1塊at89c51單片機(jī)1塊74ls471塊74ls1382塊74ls1481只vd50261只vb50271只共陽數(shù)碼管8只9012三極管8只按鈕開關(guān)18只蜂鳴器1只電阻10k，4.7k，100，8.2k，100k，200k發(fā)光二極管

7、led2只電容器10uf（1只），30pf（2只）晶振12m（1只）接插件8口（4副），2口（2副）底座6只語音芯片1只芯片6塊4.2電路設(shè)計(jì)及其工作原理4.2.1控制部分:at89c2051單片機(jī)at89c51單片機(jī)概述：at89c51單片機(jī)是國(guó)atmel公司生產(chǎn)的采用高性能的靜態(tài)89c2051設(shè)計(jì)，是一個(gè)低電壓，高性能chmos 8位單片機(jī)，片內(nèi)含4kbytes的可反復(fù)擦寫的只讀flash程序存儲(chǔ)器和128 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ram），器件采用atmel公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)mcs-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和flash存儲(chǔ)單元。 at89c

8、51是一個(gè)功能強(qiáng)大的單片機(jī)，但它只有40個(gè)引腳，32個(gè)雙向輸入/輸出（i/o）端口，其中p1是一個(gè)完整的8位雙向i/o口，兩個(gè)外中斷口，兩個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器，兩個(gè)全雙向串行通信口，一個(gè)模擬比較放大器。此外，由于器件采用了動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)，可提供很寬的操作頻率范圍(頻率0hz24mhz)。即具備可用軟件設(shè)置的睡眠省電功能，系統(tǒng)的喚醒方式有ram、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、串行口和外中斷口，系統(tǒng)喚醒后即進(jìn)入繼續(xù)工作狀態(tài)。省電模式中，片內(nèi)ram將被凍結(jié)，時(shí)鐘停止振蕩，所有功能停止工作，直至系統(tǒng)被硬件復(fù)位方可繼續(xù)運(yùn)行。圖4-1 at89c51時(shí)鐘電路連接在本設(shè)計(jì)中at89c51的時(shí)鐘電路采用內(nèi)部時(shí)鐘方式，此方式是在

9、xtal1和xtal2兩端跨接晶體或陶瓷諧振器。在本設(shè)計(jì)中xtal1和xtal2兩端跨接12mhz晶體振蕩器，其發(fā)出的脈沖直接送入內(nèi)部時(shí)鐘電路。本設(shè)計(jì)采用按鍵手動(dòng)復(fù)位的按鍵電平復(fù)位。圖4-2 89c2051外部復(fù)位電路設(shè)計(jì)at89c51在本設(shè)計(jì)中的i/o口應(yīng)用：at89c51的p2.0p2.3控制7448譯碼實(shí)現(xiàn)數(shù)碼管段選；at89c51的p2.4p2.6控制74ls138實(shí)現(xiàn)數(shù)碼管位選；at89c51的p1.1 p1.1控制am pm顯示；at89c51的p1.2控制蜂鳴器實(shí)現(xiàn)鬧鐘的鬧鈴；at89c51的p0連接按鈕，用于輸入校時(shí)、定時(shí)信號(hào)和停止信號(hào)。4.2.2數(shù)碼管顯示部分 本設(shè)計(jì)中所涉及

10、數(shù)碼管皆采用共陰數(shù)碼管，顯示電路為動(dòng)態(tài)掃描式顯示。圖4-3數(shù)碼管及顯示電路選擇數(shù)碼管顯示位選：at89c51的p2.4p2.6輸出控制數(shù)碼管位選，在本次設(shè)計(jì)的電路中，因?yàn)槭鞘褂玫氖枪碴帞?shù)碼管，因此由at89c51的p2.4p2.6的輸出控制74ls138，使之輸出相應(yīng)的端口為低電平，控制數(shù)碼管點(diǎn)亮。 74ls138芯片簡(jiǎn)介：圖4-4 74ls138芯片 74ls138芯片是由非門，與門和與非門組成的3線8線譯碼器，由a1，a2，a3三個(gè)端口輸入的不同的信號(hào)，經(jīng)過譯碼，輸出端口輸出相應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)字?，F(xiàn)將輸入與輸出的對(duì)應(yīng)關(guān)系圖表示如下：圖4-5譯碼真值表圖4-6 數(shù)碼管位選原理數(shù)碼管段選at89c

11、51的p2.0p2.3控制7448譯碼實(shí)現(xiàn)數(shù)碼管段選，在本次設(shè)計(jì)的電路中，由于二級(jí)管使用的是共陰數(shù)碼管，在輸出的是要高電平。在設(shè)計(jì)的時(shí)候，怕在芯片輸出的電流信號(hào)過大，因此在輸出的時(shí)候加了限流電阻，為保護(hù)數(shù)碼管，防止燒壞。 圖4-7 數(shù)碼管段選原理4.2.3 發(fā)光二極管電路 在本次設(shè)計(jì)電路之中，由于在內(nèi)存的不足，因此在鬧鐘的秒脈沖有發(fā)光二極管來顯示，當(dāng)過一秒起點(diǎn)亮一次，由p1.1口輸出，在其內(nèi)部無上拉電阻，因此在其外部另接了10k上拉電阻，能夠在起輸出高電平的時(shí)候快速執(zhí)行。圖4-84.2.4 鬧鐘設(shè)計(jì)當(dāng)設(shè)計(jì)的時(shí)間到達(dá)的時(shí)候，要驅(qū)動(dòng)蜂鳴器，使其能夠響起，聲音的頻譜范圍約在幾十到幾千赫茲，若能利用程

12、序來控制單處機(jī)某個(gè)口線的高電平或低電平，則在該口線上就能產(chǎn)生一定頻率的矩形波，接上喇叭就能發(fā)出一定頻率的聲音，若再利用延時(shí)程序控制“高”“低”電平的持續(xù)時(shí)間，就能改變輸出頻率，從而改變音調(diào)。4.2.5 按鈕與開關(guān)部分s1按鈕: 秒加1鍵 ；s2按扭: 分加1鍵；s3按扭: 時(shí)加1鍵；s4按扭: 制式轉(zhuǎn)換鍵；s5按扭: 鬧鐘停止鍵；s6按扭: 鬧鐘調(diào)整時(shí)間開關(guān)；s7按扭: 設(shè)置時(shí)間開關(guān)；s8按扭: 鬧鐘開關(guān)。圖4-9按鍵電路原理4.3無線控制電路4.3.1發(fā)射模塊八個(gè)按鈕通過編碼送入vd5026芯片,經(jīng)過發(fā)射模塊315m發(fā)射。圖4-104.3.2接收模塊通過接收模塊接收,經(jīng)74ls138解碼送到

13、vd5027,送到單片機(jī)的po口進(jìn)行控制。圖4-11圖4-12 電路圖圖4-13 pcb圖第5節(jié) 軟件設(shè)計(jì) 5.1程序原理概述 在程序設(shè)計(jì)這一環(huán)節(jié)，本次將其分為時(shí)鐘中斷程序、時(shí)鐘顯示程序、鍵盤程序、鬧鐘定時(shí)控制程序、鬧鐘響鬧程序、音樂響鬧程序、主程序、各程序銜接程序。在以下幾節(jié)中將根據(jù)實(shí)際各個(gè)部分的編程及調(diào)試順序，依次介紹各程序的設(shè)計(jì)思想和流程。5.2總的設(shè)計(jì)思想 在本次主要是使用的是數(shù)字鬧鐘,因此主要部分是數(shù)字鐘的實(shí)現(xiàn),因此要實(shí)現(xiàn)這樣的功能必須要在硬件的電路上實(shí)現(xiàn)數(shù)字鐘的實(shí)現(xiàn),然后在此基礎(chǔ)上逐步實(shí)現(xiàn)其他的功能, 數(shù)字電子鐘的程序大概可以分為三個(gè)部分：時(shí)鐘主程序、時(shí)鐘顯示程序、時(shí)鐘中斷程序。時(shí)

14、鐘主程就是對(duì)時(shí)鐘的各個(gè)模塊的實(shí)現(xiàn)。時(shí)鐘顯示程序是將秒顯示用發(fā)光二極管顯示,每一秒點(diǎn)亮一次；將分個(gè)位、分十位、時(shí)個(gè)位、時(shí)十位數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元的計(jì)時(shí)數(shù)據(jù)通過設(shè)置段選和位選、由74ls47段選譯碼，最后顯示在相應(yīng)的數(shù)碼管上。時(shí)鐘中斷程序則通過重設(shè)計(jì)時(shí)、1秒計(jì)時(shí)與時(shí)鐘程序相結(jié)合實(shí)現(xiàn)秒個(gè)位、秒十位、分個(gè)位、分十位、時(shí)個(gè)位、時(shí)十位數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元的數(shù)據(jù)按計(jì)時(shí)規(guī)則加1進(jìn)位和清零，以配合時(shí)鐘顯示程序?qū)崿F(xiàn)數(shù)字電子鐘。在實(shí)現(xiàn)數(shù)字電子鐘的基礎(chǔ)上，逐一添加調(diào)試鍵盤程序、鬧鐘定時(shí)程序,鬧鐘音樂程序，最后實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)目標(biāo)。鍵盤程序就是通過軟件掃描各按鍵狀態(tài)來實(shí)現(xiàn)各按鈕的功能。5.2程序代碼k0 bit p0.0k1 bit p0.1

15、k2 bit p0.2k3 bit p0.3k4 bit p0.4k5 bit p0.5k6 bit p0.6k7 bit p0.7xiaoshi data 2ahfengzhong data 2bhmiao data 2ch org 0000h jmp start org 000bh jmp tim0start: mov sp,#70h ;設(shè)置堆棧在70h mov 28h,#00 ;顯示寄存器初值為12h mov 2ah,#12h mov 2bh,#00 mov 2ch,#00 mov tmod,#00000001b mov th0,#high(65536-4000) mov tl0,#lo

16、w(65536-4000) mov ie,#10000010b mov r4,#250 setb tr0loop: jb p0.0,n2 call delay mov a,2ch add a,#01h da a mov 2ch,a cjne a,#60h,n1 mov 2ch,#00n1: jnb p0.0,$ call delayn2: jb p0.1,n4 call delay mov a,2bh add a,#01h da a mov 2bh,a cjne a,#60h,n3 mov 2bh,#00n3: jnb p0.1,$ call delayn4: jb p0.2,loop cal

17、l delay mov a,2ah add a,#01 da a mov 2ah,a cjne a,#24h,n5 mov 2ah,#00n5: jnb p0.2,$ call delay jmp looptim0: mov th0,#high(65536-4000) mov tl0,#low(65536-4000) push acc push psw djnz r4,x2 mov r4,#250 call clock call dispx2: call saomiao pop psw pop acc retisaomiao: mov r0,#28h inc r0 cjne r0,#6,x3

18、mov r0,#0x3: mov a,r0 add a,#20h mov r1,a mov a,r0 swap a orl a,r1 mov p2,a retclock: mov a,2ch add a,#1 da a mov 2ch,a cjne a,#60h,x4 mov 2ch,#00 mov a,2bh add a,#1 da a mov 2bh,a cjne a,#60h,x4 mov 2bh,#00 mov a,2ah add a,#1 da a mov 2ah,a cjne a,#24h,x4 mov 2ah,#00x4: retdisp: mov r1,#20h mov a,2

19、ch mov b,#10h div ab mov r1,b inc r1 mov r1,a inc r1 mov a,2bh mov b,#10h div ab mov r1,b inc r1 mov r1,a inc r1 mov a,2ah mov b,#10h div ab mov r1,b inc r1 mov r1,a retdelay: mov r6,#60d1: mov r7,#248 djnz r7,$ djnz r6,d1 retend第六節(jié) 調(diào)試 在繪制好pcb以后,就用腐蝕液將不需要的銅泊進(jìn)行腐蝕和打孔,然后用萬用表檢查線路的好壞,在進(jìn)行腐蝕的時(shí)候,由于在腐蝕的時(shí)候是人工

20、的,而且在用鑷子搖pcb板的時(shí)候,將需要的線路給劃傷,所以就被腐蝕液給腐蝕了,將無法復(fù)原,因此就必須在腐蝕完后用電烙鐵將線路補(bǔ)好,再使用萬用表檢查以消除電路的短路與斷路. 結(jié) 束 語 任何一個(gè)作品都不可能是完美的，這個(gè)作品也一樣。按照人類的習(xí)慣，電子鐘的時(shí)和分之間，分和秒之間都應(yīng)該有“：”此符號(hào)，但在此設(shè)計(jì)中卻沒有達(dá)到這一點(diǎn) (要解決這個(gè)問題只需要將第三個(gè)和第五個(gè)led數(shù)碼管倒一下就行了)；這個(gè)數(shù)字鐘顯示的亮暗度是無法調(diào)解的(需要在軟件設(shè)計(jì)中加入一個(gè)分支程序)；在位選和段選用的是獨(dú)立連接式鍵盤，如果換作矩陣式鍵盤，可以使得接口線更加的節(jié)省，從而可以連接更加豐富的功能?；谝陨系牟蛔?，根據(jù)余老師

21、在上課時(shí)的講解，我雖然知道該在方面對(duì)其進(jìn)行修改，但是具體實(shí)現(xiàn)起來還是有點(diǎn)困難的，我現(xiàn)在也終于明白了余老師的那句話只要?jiǎng)邮志湍軐W(xué)到東西。俗話說“好的開始是成功的一半”。說起課程設(shè)計(jì)，我認(rèn)為最重要的就是做好設(shè)計(jì)的預(yù)習(xí)，選一個(gè)自己有興趣的題目。其次，對(duì)老師的要求要一絲不茍的去想，因?yàn)橹挥卸济靼琢?，做起設(shè)計(jì)就會(huì)事半功倍，如果沒弄明白，就迷迷糊糊的去選題目做設(shè)計(jì)，到頭來一點(diǎn)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。 在學(xué)習(xí)態(tài)度方面，自從進(jìn)入大學(xué)以后在這一方面我從不認(rèn)為自己是懶惰的，但這次課程設(shè)計(jì)使我對(duì)學(xué)習(xí)態(tài)度有了重新的認(rèn)識(shí)勤奮不等于好結(jié)果，只有科學(xué)的方法加上汗水才能出成品??！對(duì)于這次單片機(jī)綜合課程實(shí)習(xí)，我的第一大心得體會(huì)就是作為一名工科專業(yè)的大學(xué)生，要求具備的首要素質(zhì)絕對(duì)應(yīng)該是嚴(yán)謹(jǐn)。我們這次實(shí)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)。其次在做人上，我認(rèn)識(shí)到，無論做什么事情，只要你足夠堅(jiān)強(qiáng)，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當(dāng)考試結(jié)束，開始課程設(shè)計(jì)的時(shí)候，我有一種莫名的火氣，天哪！這可怎么