自動打鈴課程設(shè)計

1、課程設(shè)計說明書 第 II頁目 錄1 設(shè)計方案及論證.11.1 設(shè)計的應(yīng)用意義.11.2 設(shè)計方案選擇.11.3 總體設(shè)計框圖.21.4 整體電路原理圖.21.5 元器件清單.42 硬件電路設(shè)計.42.1 單元電路設(shè)計與原理分析.42.1.1 基本原理概述.42.2 元件參數(shù)及功能簡介.52.2.1 主控制器 AT89C51.52.2.2 時鐘電路 DS1302.52.2.3 顯示電路設(shè)計.72.2.4 鍵盤接口設(shè)計.73 系統(tǒng)軟件設(shè)計.83.1 程序流程圖.83.2 程序設(shè)計.11總 結(jié).15致 謝.16參考文獻.17課程設(shè)計說明書 第1頁1 設(shè)計方案及論證1.1 設(shè)計的應(yīng)用意義 “單片機與接

2、口技術(shù)”課程設(shè)計是在教學(xué)及實驗基礎(chǔ)上，對課程所學(xué)理論知識的深化和提高。因此，要求學(xué)生能綜合應(yīng)用所學(xué)知識，設(shè)計與制造出具有較復(fù)雜功能的小型單片機系統(tǒng)，并在實踐的基本技能方面進行一次系統(tǒng)的訓(xùn)練。 能夠較全面地鞏固和應(yīng)用“單片機”課程中所學(xué)的基本理論和基本方法，并初步掌握小型單片機系統(tǒng)設(shè)計的基本方法。 培養(yǎng)獨立思考、獨立收集資料、獨立設(shè)計規(guī)定功能的單片機系統(tǒng)的能力；培養(yǎng)分析、總結(jié)及撰寫技術(shù)報告的能力。1.2 設(shè)計方案選擇設(shè)計課題簡要概述自動打鈴裝置用于工廠，學(xué)校等地的時間控制，本設(shè)計是按照學(xué)校作息時間設(shè)定的，模擬了電子鐘顯示時，分，秒。還根據(jù)學(xué)校的作息時間按時打鈴，本系統(tǒng)有兩個按鈕，分別用來調(diào)時，周

3、分，以保證時鐘與標準時間相吻合。首先設(shè)計出本系統(tǒng)的硬件基本框圖，根據(jù)框圖設(shè)計電氣原理圖，簡要概述基本原理，按照設(shè)計技術(shù)參數(shù)設(shè)計出各部分程序。系統(tǒng)軟硬件劃分由于要依據(jù)最小系統(tǒng)設(shè)計，因此，極大地節(jié)約系統(tǒng)的硬件成本，所有能用軟件實現(xiàn)的功能都用軟件完成，如按鍵的去抖，采用延時，顯示部分用動態(tài)顯示等，這樣硬件部分的設(shè)計可以采用單片機最小系統(tǒng)，所謂最小系統(tǒng)是僅有程序存儲器和時鐘及復(fù)位電路的為時過早片機系統(tǒng)。單片機選型根據(jù)課題的具體內(nèi)容，任務(wù)要求，計時，校時，定時，鍵盤顯示等功能，經(jīng)多方考慮，所以本系統(tǒng)選項用與 MCS51 系統(tǒng)單片機完全兼容的AT89C51 低功耗單片機。課程設(shè)計說明書 第2頁1.3 總體

4、設(shè)計框圖時鐘電路電源顯示電路AT89C51CPU鍵盤電路驅(qū)動電路電鈴圖 1 整體框圖總體設(shè)計框圖如圖 1 所示：1.4 整體電路原理圖整體電路原理圖如圖 2 所示：課程設(shè)計說明書 第3頁123456ABCD654321DCBAEA/VP31X119X218RESET9RD17WR16INT012INT113T014T115P101P112P123P134P145P156P167P178P0039P0138P0237P0336P0435P0534P0633P0732P2021P2122P2223P2324P2425P2526P2627P2728PSEN29ALE/P30TXD11RXD10U?8

5、051abfcgdeDPY1234567abcdefg8dpdpDPY_7-SEG_DPabfcgdeDPY1234567abcdefg8dpdpDPY_7-SEG_DPabfcgdeDPY1234567abcdefg8dpdpDPY_7-SEG_DPabfcgdeDPY1234567abcdefg8dpdpDPY_7-SEG_DPabfcgdeDPY1234567abcdefg8dpdpDPY_7-SEG_DPabfcgdeDPY1234567abcdefg8dpdpDPY_7-SEG_DPU?OPTOISO1R?RES2R?RES2R?RES2R?RES2R?RES2R?RES2R?RES

6、2R?RES2R?RES2R?RES2R?RES2R?RES2R?RES2R?RES2R?RES2R?RES2R?RES2R?RES2R?RES2R?RES2R?RES2R?RES2S?SW-PBS?SW-PBS?SW-PBK?RELAY-SPSTU?NOTY2U?BELLC1C2C3C4BATTERYY112345678DS1302123456789101112131415161718192021222324252674LS104Q?NPN1Q?NPN1Q?NPN1Q?NPN1Q?NPN1Q?NPN1Q?NPN1VCCU?GNDGNDU?GNDU?GNDQ?NPN1D?ZENER3VCCVC

7、CS?SW SPSTVCCU?GNDVCCC?CAPC?CAPC?ELECTRO1C?ELECTRO1T?TRANS1Vin1GND2Vout3U?VOLTREGAC1V+2AC3V-4D?BRIDGE2NOT圖 2 整體電路原理圖課程設(shè)計說明書 第4頁1.5 元器件清單 AT89C511 片DS13021 片74LS1641 片數(shù)碼顯示管6 個晶振 12MHZ1 個按鍵3 個電阻若干電容若干三極管若干二極管若干表 1 元器件清單元器件清單如表 1 所示：2 硬件電路設(shè)計2.1 單元電路設(shè)計與原理分析2.1.1 基本原理概述本系統(tǒng)主要由主控模塊，時鐘模塊，顯示模塊，鍵盤接口模塊等 4 部分組成

8、。通過內(nèi)部定時產(chǎn)生中斷，從而驅(qū)動電鈴打鈴。設(shè)定 51 單片機工作在定時器工作方式 1，每課程設(shè)計說明書 第5頁100ms 產(chǎn)生一次中斷，利用軟件將基準 100ms 單元進行累加，當定時器產(chǎn)生 10 次中斷就產(chǎn)生 1S 信號，這時秒單元加 1。同理，對分單元和時單元計數(shù)，從而產(chǎn)生秒，分，時的值，通過六位七段顯示器進行顯示。由于動態(tài)顯示法需要數(shù)據(jù)鎖存等硬件，接口較復(fù)雜，考慮顯示只有六位，且系統(tǒng)沒有其他復(fù)雜的處理任務(wù)，所以采用動態(tài)掃描實現(xiàn) LED 的顯示。本系統(tǒng)采用三個按鍵，1 鍵為功能鍵，另外兩個做控制鍵。按一下 1 鍵進入時間設(shè)置，然后按 2 鍵進行時調(diào)整，按 3 鍵進行分調(diào)整，按兩下 1 鍵進

9、入打鈴時間設(shè)定，在分別用 2 鍵 3 鍵進行調(diào)整，調(diào)整完后按下 1 鍵便退出調(diào)整，時鐘繼續(xù)走動。當時鐘時間與設(shè)置時間一致時，驅(qū)動電路動作進行打鈴，每次打鈴 10 秒。2.2 元件參數(shù)及功能簡介 2.2.1主控制器 AT89C51AT89C51 分司生產(chǎn)的 AT89C51 單片機用高性能的靜態(tài) 80C51 設(shè)計，由先進工藝制造，并帶有非易失性 FLASH 程序存儲器，它是一種高性能，低功耗的 8 位 CMOS 微處理芯片，市場應(yīng)用最多，主要性特點有：有 4K 的 FLASH 程序存儲器，256 字節(jié)內(nèi)部 RAM。電源控制模式：時鐘可停止和恢復(fù)，空閑模式，掉電模式。6 個中斷源。4 個中斷優(yōu)先級。

10、4 個 8 位 I/O 口。全雙工增強型 UART。2 個 16 位定時/計數(shù)器2.2.2時鐘電路 DS1302性能特性 實時時鐘可對秒，分，時等進行計數(shù)，存在高速數(shù)據(jù)暫存的 31*8 位 RAM，最少引腳的串行 I/O 口；2.55.5V 電壓工作范圍;2.5V 耗電小于 300nA；用于時鐘或 RAM數(shù)據(jù)讀/寫的單字節(jié)或多字節(jié)數(shù)據(jù)傳送方式；簡單的 3 線接口；可選的慢速充電的能力。課程設(shè)計說明書 第6頁DS1302 時鐘芯片包括實時時鐘和 31 字節(jié)的靜態(tài) RAM，它經(jīng)過一個簡單的串行接口與微處理器通信，實時時鐘提供秒，分，時等信息，時鐘運行可以采用 24H，或帶AM/PM 的 12H 格

11、式，采用三線接口與 CPU 進行同眇通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個字節(jié)的時鐘信號或 RAM 數(shù)據(jù)。DS1302 有主電源/后備電源雙電源引腳；工作原理DS1302 在任何數(shù)據(jù)傳送時必須先初始化，把 RST 引腳置為高電平，然后把 8 位地址和命令裝入移位寄存器，數(shù)據(jù)在 SCLK 的上升沿被輸入，無論是讀周期還是寫周期開始 8 位指定 40 個寄存器中哪個將被訪問到，在開始 8 個時鐘周期，把命令字節(jié)裝入撳位寄存器之后，另外的時鐘周期在闈時操作時輸出數(shù)據(jù)，在寫操作時寫入數(shù)據(jù)，時鐘脈沖的個數(shù)在單位字節(jié)下為 8 加 8，在多字節(jié)方式下為 8 加字節(jié)數(shù)，最大可達 248字節(jié)數(shù)。為了提高對 32 個

12、地址的尋址能力，可以把時鐘或 RAM 寄存器規(guī)定為多字節(jié)方式，在多字節(jié)方式中，讀或?qū)憦牡刂?0 的位 0 開始，必須管按數(shù)據(jù)傳送的次序電先的 8 個寄存器。但是當以多個字節(jié)寫 RAM 時，為了傳送數(shù)據(jù)不必寫所有 31 字節(jié)，不管是否寫了全部 31 字節(jié)，所寫的每個字節(jié)都將傳送至 RAM。時鐘暫停：秒寄存器的位 7 定義位時鐘暫停位，當它為 1 時，DS1302 停止振蕩，進入低功耗的備份方式，通常在對 DS1302 進行寫操作時，停止振蕩，當它為 0 時時鐘將開始啟動。8051 通過串口向 DS1302 寫數(shù)據(jù)的程序框圖如圖 2 所示:8051 PX TXDRXDVcc1Vcc2 DS1302

13、RSTSCLKI/O X2圖 3 程序框圖其中,Px 可以是 8051 單片機的任何一位 I/O 口,注意因為 DS1302 的數(shù)據(jù)發(fā)送或接收時序和 8051 的串行口不完全一致,因此,需要在 TXD 的輸出端加反相器,另外,接收數(shù)課程設(shè)計說明書 第7頁據(jù)時,不能以串行口的接收方式接收,必須將串行口當作普通 I/O 口進行數(shù)據(jù)接收.DS1302 的晶振選用 32.768KHZ，電容推薦值為 6PF，因為振蕩頻率較低，也可以不接電容， 對計時精度影響不大。2.2.3顯示電路設(shè)計顯示部分采用普通的共陽數(shù)碼管顯示，采用動態(tài)掃描，以減少硬件電路，數(shù)碼管分別為十時，時，十分，分，十秒，秒顯示，顯示時采用

14、串行口輸出段碼，用74LS164 來驅(qū)動數(shù)碼管掃描只需 7ms。74LS164 內(nèi)部為 8 個 D 觸發(fā)器，用以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的串行移位，74LS164 為 TTL 單向 8 位移位寄存器，可實現(xiàn)串行輸入并行輸出，CPU 為時鐘輸入端，可連接到串行口 TXD 端。每個時鐘信號的上升沿加到 CP 端時，移位寄存器移一位，8 個時鐘脈沖過后 8 位二進制數(shù)全部移入 74LS164 中，MR 腳為復(fù)位端，當該位為低電平時，移位寄存器各位復(fù)0。當它為高電平時時鐘脈沖才起作用。Q1Q8 并行輸出分別接數(shù)碼管的各段對應(yīng)腳上，在給出 8 個脈沖后，最先進入 74LS164 的第一個字節(jié)數(shù)據(jù)到達最高位，再來 1 個

15、脈沖，第一個脈沖就會從最高位移出，進入下一個 74LS164 的第一位。2.2.4 鍵盤接口設(shè)計由于按鍵盤只有 3 個，采用獨立式按鈕,分別與 8051 的 P10.P11.P12 相連,用普通按鈕 10K 上拉電阻，用查詢法完成讀鍵功能。鍵盤接口設(shè)計電路圖如圖 3 所示：圖 4 鍵盤接口設(shè)計電路圖課程設(shè)計說明書 第8頁3 系統(tǒng)軟件程序設(shè)計3.1 程序流程圖開始初始化參數(shù)設(shè)置調(diào)用鍵盤子程序調(diào)用顯示子程序調(diào)用控制子程序圖 5 主程序流程圖主程序流程圖如圖 5 所示：定時中斷程序流程圖如圖 6 所示：課程設(shè)計說明書 第9頁開始保護現(xiàn)場100ms單元加1100ms單元 =0？100ms單元清零，秒單

16、元加1秒單元 =60？秒單元清零，分單元加 1分單元 =60？分單元清零，時單元加 1時單元 =24？時單元清零退出NNN N N圖 6 定時中斷程序流程圖課程設(shè)計說明書 第10頁開始向緩沖區(qū)放數(shù)指向緩沖區(qū)首地址關(guān)顯示指向A口查段碼，送段碼指向B口送出碼延時 1ms指向指向下一個緩沖單元顯示下一位六位顯示完返回圖 7 顯示程序流程圖顯示程序流程圖如圖 7 所示：圖 10 延時子程序流程課程設(shè)計說明書 第11頁3.2 程序設(shè)計K-KEY EQU P1.0 ；控制按鍵M-KEY EQU P1.1 ；分按鍵H-KEY EQU P1.2 ；時按鍵S-DATA DATA 50H ；秒單元數(shù)據(jù)存儲地址M-

17、DATA DATD 51H ；分單元數(shù)據(jù)存儲地址H-DATA DATA 52H ；時單元數(shù)據(jù)存儲地址MOV SP,#70H ；堆棧區(qū)地址從 70H 開始MOV DPTR,#0FB00HMOV A,#03H ；設(shè) 8155 的 PA，PB 口為輸出方式MOVX DPTR,ASTART:LCALL KEY ；調(diào)用鍵盤設(shè)置子程序LCALL DIS ；調(diào)用顯示子程序LCALL CONTROL ；調(diào)用控制子程序AJMP START ；循環(huán)調(diào)用KEY:JB M-KEY，H-SET ；分設(shè)置鍵壓下嗎？如果沒壓下，則判斷時設(shè)置鍵LCALL DELL ；調(diào)用鍵盤防抖動子程序JB M-KEY,H-SETINC M

18、-DATA ；如果分設(shè)置健壓下，則分單元加 1MOV A,M-DATACJNZ A,#60,M-DIS ；分單元=60，則清 0MOV M-DATA,#00HM-DIS:MOV A,M-DATALCALL HEX-BCD ；調(diào)用 HEX 至 BCD 碼轉(zhuǎn)換子程序MOV 69H,AMOV 6AH,B M-REP:LCALL DIS ；調(diào)用顯示子程序JNB M-KEY,M-REP ；等待分設(shè)置鍵釋放H-SET：JB H-KEY，HEX-BCD ；判斷時設(shè)置鍵是否壓下？ LCALL DELL ；調(diào)用鍵盤防抖動子程序 JB H-KEY，HEX-BCD INC H-DATA ；如時設(shè)置鍵壓下，則時單元加

19、 1 MOV A，H-DATA CJNZ A，#24，H-DIS ；時單元=24，則清 0 MOV H-DATA，#10HH-DIS：MOV A，H-DATALACLL HEX-BCD ；調(diào)用 HEX 至 BCD 碼轉(zhuǎn)換子程序MOV 79H，AMOV 7AH，B課程設(shè)計說明書 第12頁H-REP：LCALL DIS ；調(diào)用顯示子程序 JNB H-KEY，H-REP ；等待時設(shè)置鍵釋放HEX-BCD：MOV B，#10 DIV AB RETDELL：MOV R6，#20H ；延遲 10ms 子程序DEL1：MOV R7，#0FFH DJNZ R7，DJNZ R6，DEL1 RET CLOCK：P

20、USH ACC ；參數(shù)入棧保護 PUSH PSW CLR TR0 MOV TL0，#0B0H ；定時參數(shù)重新設(shè)置 MOV TH0，#03CH SETB TR0 INC 4FH ；100ms 單元內(nèi)容加 1 MOV A，4FH CJNZ A，#10，D0 ；100ms 單元內(nèi)容=10，則秒單元加 1 MOV 4FH，#00H ；100ms 單元清 0 MOV A，S-DATA ADD A，#01H ；秒單元加 1 MOV S-DATA，A CJNE A，#60，D0 ；秒單元內(nèi)容=60，則清 0 MOV S-DATA，#00H MOV A，M-DATA ADD A，#01H ；分單元加 1 MO

21、V M-DATA，A CJNE A，#60，D0 ；分單元=60，則清 0 MOV M-DATA，#00H MOV A，H-DATA ADD A，#01H ；時單元加 1 MOV H-DATA，A CJNE A，#24，D0 ；時單元=24，則清 0 MOV H-DATA，#00H D0：POP PSW ；出棧，出中斷程序 POP ACC RETIDIS：MOV R0，#4FH ；準備向緩沖區(qū)放數(shù) MOV A，27H ACALL PTDS ；放秒值 MOV A，28H ACALL PTDS ；放分值課程設(shè)計說明書 第13頁 MOV A，29HACALL PTDS ；放時值 MOV R0，#4A

22、H ；指向緩沖區(qū)首地址 MOV R2，#0FFH ；左邊第一位開始顯示 MOV DPTR，#SEGPT ；指向字形碼表首DIS1：MOV A，#00H MOV 20H，DPL MOV 21H，DPH ；熄滅碼 MOV DPTR，#4001H ；取顯示緩沖區(qū)中的數(shù) MOV A，#0FFH MOVX DPTR,A MOV DPL,20H MOV DPH,21H MOV A,R0 MOVC A,A+DPTR ；查表，找字形碼 CPL A MOV DPTR,#4002H MOVX DPTR,A ；送出字形碼 MOV A,R2 ；取字位碼 MOV DPTR,#4001H ；字位口地址 MOVX DPTR

23、,A MOV DPL,20H MOV DPH,21H ；顯示一位數(shù) MOV R3,#00HDIS2:DJNZ R3,DIS2 ；延時一段時間 INC R0 ；修改顯示緩沖區(qū)指針 CLR ；為移位作準備 MOV A,R2 ；取字位碼 RL A ；右移一位，為顯示下一位作準備 MOV R2,A ；存位碼 JB ACC.7,DIS1 ；不到最后一位，則繼續(xù) RETPTOS:MOV R1,A ；暫存 ACALL DIS1 ；低 4 位先放入緩沖區(qū) MOV A,R1 ；取了原數(shù) SWAP A ；高 4 位放入低 4 位中RTDS1:ANL A,#0FH ；放進顯示緩沖區(qū) MOV R0,A DEL R0

24、；緩沖區(qū)地址指針減 1RET課程設(shè)計說明書 第14頁SEGPT: DB 3FH , 06H, 5BH, 4FH, 66H, DB6DH, 7DH, 07H, 7FH, 6FH；時間表DL: MOV DPTR, #P0MOVX A, DPTRINC AMOVC A, A+PC TAB: DB 320H, 352H, 384H, 3B6H, DB 3F2H, 44CH, 47EH, 4B0H, DB 532H, 58CH, 596H, 5F0H, DB 604H, 65EH, 668H, 6C2H, DB 76CH, 79EH, 7B0H, 802H, 課程設(shè)計說明書 第15頁總 結(jié)經(jīng)過一學(xué)期的學(xué)習(xí)，使我對單片機有了初步的認識，了解了一些軟件編程的技巧。通過本次課程設(shè)計，使我學(xué)會了課堂上學(xué)不到的知識。對單片機又有了更深的認識，掌握單片機設(shè)計步驟，知道這門課程在工作中的重要性。在課程設(shè)計過程中也遇到了許多困難,但在老師和同學(xué)們的同共努力下都得到解決 ,最終看到了成果 .我感謝老師這半年來對我們細心的教導(dǎo),使我熟悉了一些軟件方面的知識 ,相信定會為日后工作打下堅實基礎(chǔ) .課程設(shè)計加深了學(xué)生對所學(xué)課程理論的理解，擴展了教學(xué)中的實驗內(nèi)容和要求，積累了實踐體驗和經(jīng)驗，讓我們提前感受到畢業(yè)設(shè)計的大致過程，進而能順利進入畢業(yè)設(shè)