定時鬧鈴的設(shè)計(jì)

1、武漢理工大學(xué)微處理器與微控制器應(yīng)用課程設(shè)計(jì)說明書目 錄1 技術(shù)指標(biāo)12 設(shè)計(jì)方案及原理12.1 設(shè)計(jì)原理12.2 相關(guān)器件的選擇22.2.1按鍵的選擇22.2.2顯示器的選擇22.2.3發(fā)音部分的設(shè)計(jì)22.2.4顯示器驅(qū)動電路23 實(shí)現(xiàn)方案33.1 硬件部分33.2實(shí)現(xiàn)電路仿真連線圖44 模塊功能分析54.1 主程序部分的設(shè)計(jì)54.2 中斷定時器的設(shè)置54.3 計(jì)時函數(shù)64.4 鍵盤掃描函數(shù)84.4 鬧鐘子函數(shù)85 調(diào)試過程及結(jié)論95.1 Proteus仿真結(jié)果95.2 調(diào)試過程中出現(xiàn)的問題105.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)論106 心得體會107 參考文獻(xiàn)118 附錄11定時鬧鈴的設(shè)計(jì)1 技術(shù)指標(biāo)以89s5

2、1單片機(jī)為核心芯片，設(shè)計(jì)一個定時鬧鈴，要求如下：1.能夠顯示定時的時間2.定時時間到讓相應(yīng)的發(fā)光二極管發(fā)光2 設(shè)計(jì)方案及原理2.1 設(shè)計(jì)原理根據(jù)相關(guān)的要求，本設(shè)計(jì)以AT89C51芯片為核心，輔以必要的外圍電路，設(shè)計(jì)了一個結(jié)構(gòu)簡單，功能齊全的電子時鐘，它由5V直流電源供電。在硬件方面，除了CPU外，使用八個七段LED數(shù)碼管來進(jìn)行顯示，LED采用的是動態(tài)掃描顯示，使用74LS245芯片進(jìn)行驅(qū)動。通過LED能夠較為準(zhǔn)確地顯示時、分、秒。四個簡單的按鍵實(shí)現(xiàn)對時間的調(diào)整。軟件方面采用C語言編程。整個電子鐘系統(tǒng)能完成時間的顯示、調(diào)時、校時和三組定時鬧鐘的功能。系統(tǒng)原理圖如圖一所示。圖一 系統(tǒng)原理圖2.2

3、相關(guān)器件的選擇2.2.1按鍵的選擇方案一：4×4矩陣式鍵盤。如果選擇此方案，那么在修改時鐘或設(shè)置鬧鈴時間時就可以直接從鍵盤輸入，方便、快捷，但程序較為復(fù)雜。 方案二：獨(dú)立式按鍵。如果設(shè)置過多按鍵，將會占用較多I/O口，而且會給布線帶來不便，因此，此方案適用于按鍵較少的情況。如果選擇此方案，由于按鍵較少，在修改時間或設(shè)置鬧鈴時間時就不能直接輸入，只能通過加或減完成，稍為麻煩一些，但其程序簡單。 由于并不需要經(jīng)常修改時間和設(shè)置鬧鈴時間，而且方案二的程序簡單，按鍵少、成本低，因此，選擇方案二。2.2.2顯示器的選擇方案一：液晶顯示器。如果選擇此方案，將會降低系統(tǒng)的功耗，這樣就可以用電池供電

4、，便于攜帶。但液晶顯示器的驅(qū)動電路復(fù)雜，使用起來有一定的難度。 方案二：用數(shù)碼管作為顯示器。數(shù)碼管的驅(qū)動電路簡單，使用方便，如果選擇了此方案，那么在夜間看時間的時候就不需要有光源，非常方便。其缺點(diǎn)是功耗較大。由于數(shù)碼管使用起來較為方便，在夜間看時間也很方便，因此我選擇了方案二。2.2.3發(fā)音部分的設(shè)計(jì)通過三極管放大后驅(qū)動蜂鳴器工作，再通過軟件這時產(chǎn)生等時時間方波驅(qū)動蜂鳴器發(fā)出間斷嘀聲，這樣就可以省去硬件振蕩電路，降低成本。2.2.4顯示器驅(qū)動電路由于通過數(shù)碼管公共及的電流較大且避免過多地使用分立元件，采用了一片74LS245來驅(qū)動段碼，用P3口作位碼驅(qū)動。3 實(shí)現(xiàn)方案3.1 硬件部分根據(jù)系統(tǒng)電

5、路圖，所以給出相應(yīng)芯片以及引腳的功能。1. 段碼驅(qū)動器74LS245引腳圖如圖二所示。74LS245是常用的芯片，用來驅(qū)動led或者其他的設(shè)備，它是8路同相三態(tài)雙向總線收發(fā)器，可雙向傳輸數(shù)據(jù)。74LS245還具有雙向三態(tài)功能，既可以輸出，也可以輸入數(shù)據(jù)。當(dāng)8051單片機(jī)的P0口總線負(fù)載達(dá)到或超過P0最大負(fù)載能力時，必須接入74LS245等總線驅(qū)動器。圖二 段碼驅(qū)動器74LS245引腳圖2.單片機(jī)控制芯片89C51引腳圖如圖三所示 ，89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory）

6、的低電壓、高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除1000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(biāo)準(zhǔn)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89C51是一種高效微控制器。圖三 89C51引腳圖 3.2實(shí)現(xiàn)電路仿真連線圖圖四 實(shí)現(xiàn)電路仿真連線圖 4 模塊功能分析4.1 主程序部分的設(shè)計(jì)程序部分主要采用了程序結(jié)構(gòu)的模塊化設(shè)計(jì)，避免了一些函數(shù)的不必要的重復(fù)書寫，使程序變得單間易懂。程序在執(zhí)行時，主程序要須通過調(diào)用子函數(shù)就可完成相應(yīng)的功能 。主程序流程圖如圖五所示。圖五 主程序流程

7、圖4.2 中斷定時器的設(shè)置數(shù)字電子鐘設(shè)計(jì)中主要使用定時器T0中斷ET0，利用ET0中斷進(jìn)行計(jì)時時間的自增，從而實(shí)現(xiàn)計(jì)時功能。AT89C51有兩個通用定時/計(jì)數(shù)器。兩者均可配置為定時器或事件計(jì)數(shù)器。另外增加了定時器T0/T1,溢出時T0/T1腳自動翻轉(zhuǎn)的功能選項(xiàng)。 用作“定時器”功能時，每經(jīng)過一個機(jī)器周期，寄存器值加1。 用作“計(jì)數(shù)器”功能時，寄存器在對應(yīng)的外部輸入管腳T0/T1上每發(fā)生一次1到0的跳變時加1。使用該功能時，外部輸入每個機(jī)器周期被采樣一次，中斷定時的流程圖如圖六所示。圖六 中斷定時的流程圖4.3 計(jì)時函數(shù)計(jì)時函數(shù)部分，主要是通過單片機(jī)定時中斷來計(jì)時，每產(chǎn)生一次中斷標(biāo)志位flag加

8、1，當(dāng)flag加滿20次為1秒，然后把flag清0把秒存儲單元加1。然后再依次判斷分、時。其流程圖如下圖七所示。 圖七 計(jì)時函數(shù)流程圖4.4 鍵盤掃描函數(shù)這些函數(shù)主要是判斷是否有按鍵按下，并根據(jù)相應(yīng)按鍵按下的情況調(diào)用相關(guān)函數(shù)執(zhí)行，其相關(guān)流程圖如下圖八。圖八 鍵盤掃描函數(shù)流程圖4.4 鬧鐘子函數(shù)鬧鐘時間的判別主要是通過設(shè)定時間與實(shí)時時間對逐位對比確定是否進(jìn)行鬧鈴。其流程圖如圖九所示。圖九 鬧鐘子函數(shù)流程圖5 調(diào)試過程及結(jié)論5.1 Proteus仿真結(jié)果圖十 實(shí)驗(yàn)過程仿真圖硬件部分設(shè)置了的三個按鍵S1、S2、S3、S4。當(dāng)按鍵S1第一次按下時，停止計(jì)時進(jìn)入鬧鐘1的秒設(shè)置，當(dāng)按鍵S1第二、第三次按下

9、時，分別進(jìn)入鬧鐘1的分設(shè)置和時設(shè)置，當(dāng)按S1第四 、第五、第六次按下時分別進(jìn)入鬧鐘2的秒、分、時設(shè)置，當(dāng)按S1第七 、第八、第九次按下時分別進(jìn)入鬧鐘3的秒、分、時設(shè)置，當(dāng)按S1第十 、第十一、第十二次按下時分別進(jìn)入時間的秒、分、時設(shè)置，在S1按下的各階段，可用按鍵S2、S3進(jìn)行時間和鬧鈴時間的時、分、秒進(jìn)行加減設(shè)置；當(dāng)按鍵S1第十三次按下時恢復(fù)到時間顯示功能。當(dāng)顯示的時間和定時設(shè)置的時間一致時，蜂鳴器發(fā)出等時間斷蜂鳴聲，鬧鈴時間設(shè)置為60秒。在各個鬧鐘設(shè)置階段，如果有S4按下，則相應(yīng)鬧鐘功能關(guān)閉或開啟；如在鬧鈴時有S4按下則提前停止鬧鈴。5.2 調(diào)試過程中出現(xiàn)的問題在調(diào)試過程中，遇到了許許多多

10、的問題，前期設(shè)計(jì)出現(xiàn)部分不足：如位選閃爍功能不能實(shí)現(xiàn)、鬧鐘的開啟與關(guān)閉、間斷蜂鳴聲等。這些只是軟件設(shè)計(jì)時相應(yīng)功能部分還不完善造成。不過經(jīng)仔細(xì)思考和程序的完善，最終將軟件設(shè)計(jì)改進(jìn)，并完全可以很好實(shí)現(xiàn)所有要求的功能。5.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)論 通過實(shí)驗(yàn)仿真結(jié)果可以得出，功能上基本達(dá)標(biāo)：時鐘的顯示，調(diào)時功能、校時功能、鬧鈴功能、鬧鐘設(shè)置功能。并且在此基礎(chǔ)上，可以進(jìn)行多個鬧鐘的設(shè)定，其精確度完全可以滿足日常生活顯示時間的需要；調(diào)時功能，方便快捷；校時功能保證了時鐘準(zhǔn)確和可靠性，鬧鐘響鈴還有擴(kuò)展成音樂鬧鐘的余地。6 心得體會通過本次實(shí)驗(yàn)，讓我深深感受到了自己能力的不足，本次設(shè)計(jì)的過程中，我發(fā)現(xiàn)很多的問題，雖然以前

11、沒有做過相關(guān)的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)但通過這次設(shè)計(jì)我學(xué)會了很多東西，比如說應(yīng)該腦袋中先有一個總體的框架，電子鬧鈴的具體實(shí)現(xiàn)需要哪幾個功能模塊的功能，這都要考慮好，然后對每一個小模塊流程進(jìn)行分析，最后進(jìn)行綜合，單片機(jī)課程設(shè)計(jì)重點(diǎn)就在于軟件算法的設(shè)計(jì)，需要有很巧妙的程序算法，雖然以前寫過幾次程序，但我覺的寫好一個程序并不是一件簡單的事，比如寫一個程序看其功能很少認(rèn)為編寫程序簡單，但到編程的時候才發(fā)現(xiàn)一些細(xì)微的知識或低級錯誤經(jīng)常犯做不到最后常常失敗，所以有些東西只有學(xué)精弄懂并且要細(xì)心才行，只學(xué)習(xí)理論有些東西是很難理解的，更談不上掌握。從這次的課程設(shè)計(jì)中，不僅僅考察了自己獨(dú)立思考和獨(dú)立解決問題的能力，也讓我在利用

12、單片機(jī)設(shè)計(jì)一些和我們?nèi)粘Ｏ嚓P(guān)的小東西學(xué)到了很多，讓我真真正正的意識到，科技與生活的的聯(lián)系是多么的緊密，科技也使得我們的生活有了更多的方便，在以后的學(xué)習(xí)中，要理論聯(lián)系實(shí)際，把我們所學(xué)的理論知識用到實(shí)際當(dāng)中，學(xué)習(xí)單機(jī)片機(jī)更是如此，程序只有在經(jīng)常的練習(xí)的過程中才能提高，我想這就是我在這次課程設(shè)計(jì)中的最大收獲。7 參考文獻(xiàn)1 胡漢才，單片機(jī)原理及應(yīng)用M，北京：清華大學(xué)出版社，20042凌玉華，單片機(jī)原理及應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)M,長沙：中南大學(xué)出版社，20063張毅剛，MCS-51單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)M，哈爾賓：哈爾賓工業(yè)大學(xué)出版社，1997 4 陳光東，單片機(jī)微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)M，武漢：華中理工大學(xué)出版社，1

13、9985何立明，單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)M，北京：北京航空航天大學(xué)出版社，19906王榮良，計(jì)算機(jī)接口技術(shù)M，北京：電子工業(yè)出版社，20038 附錄#include<reg51.h> /頭文件 #include<intrins.h>#define uchar unsigned char /宏定義#define uint unsigned intsbit key1=P10; /位聲明 sbit key2=P11;sbit key3=P12;sbit key4=P13;sbit fmq=P21;uchar code table=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0

14、x92, 0x82,0xf8,0x80,0x90,0xbf,0x0ff; /數(shù)碼管顯示的數(shù)值void jia(); /函數(shù)聲明 void jian(); uchar table18,table28,table38,table48; /數(shù)組定義，數(shù)組內(nèi)含有8個數(shù)值uchar shi=12,fen=0,miao=0; /時間顯示初始值uchar shi1,fen1,miao1,shi2,fen2,miao2,shi3,fen3,miao3; /定義全局變量uchar shi4,fen4,miao4;uchar flag, flag1, wss, cnt, cnt1, alm1, alm2, alm

15、3;/ 1秒 等時 位閃 次數(shù) 校時 鬧1 鬧2 鬧3uint flag2;/ 蜂鳴 void delay(uchar i) / 延時函數(shù)，用于動態(tài)掃描數(shù)碼管 uchar x,y; for(x=i;x>0;x-) for(y=120;y>0;y-); void init() / 初始化函數(shù) TMOD=0x01; /工作方式1 TH0=0x3c; /定時時間為：50ms(65536-50000)/256 TL0=0x0b0; /(65536-50000)%256 ET0=1; /打開定時器 EA=1; /開總中斷 TR0=1; /啟動定時器 void display() / 顯示子函

16、數(shù)，用于顯示時間數(shù)值 uchar i,j; if(cnt!=10|wss=0) table10=miao%10; /分離秒的個位與十位 table11=miao/10; else table10=table11=11;if(cnt!=11|wss=0) table13=fen%10; /分離分的個位與十位 table14=fen/10; else table13=table14=11;if(cnt!=12|wss=0) table16=shi%10; /分離時的個位與十位 table17=shi/10; else table16=table17=11; table12=table15=10;

17、j=0x7f; for(i=0;i<=7;i+) /從秒到時的掃描 P3=j; P0=tabletable1i; /顯示數(shù)值 delay(10); j=_cror_(j,1); /循環(huán)右移 void display1() / 顯示子函數(shù)，用于顯示定時1時間 uchar i,j; if(alm1=0) if(cnt!=1|wss=0) table20=miao1%10; /以下含義同上 table21=miao1/10; else table20=table21=11; if(cnt!=2|wss=0) table23=fen1%10; table24=fen1/10; else tabl

18、e23=table24=11; if(cnt!=3|wss=0) table26=shi1%10; table27=shi1/10; else table26=table27=11; else table20=table21=table23=table24=table26=table27=10; table22= table25=10; j=0x7f; for(i=0;i<=7;i+) P3=j; P0=tabletable2i;delay(10); j=_cror_(j,1); void display2()/ 顯示子函數(shù)，用于顯示定時2時間 uchar i,j; if(alm2=0)

19、 if(cnt!=4|wss=0) table30=miao2%10; /以下含義同上 table31=miao2/10; else table30=table31=11; if(cnt!=5|wss=0) table33=fen2%10; table34=fen2/10; else table33=table34=11;if(cnt!=6|wss=0) table36=shi2%10; table37=shi2/10; else table36=table37=11; else table30=table31=table33=table34=table36=table37=10; table

20、32= table35=10; j=0x7f; for(i=0;i<=7;i+) P3=j; P0=tabletable3i;delay(10); j=_cror_(j,1); void display3() / 顯示子函數(shù)，用于顯示定時3時間數(shù)值 uchar i,j; if(alm3=0) if(cnt!=7|wss=0) table40=miao3%10; /分離秒的個位與十位 table41=miao3/10; else table40=table41=11;if(cnt!=8|wss=0) table43=fen3%10; /分離分的個位與十位 table44=fen3/10;e

21、lse table43=table44=11;if(cnt!=9|wss=0) table46=shi3%10; /分離時的個位與十位 table47=shi3/10;else table46=table47=11; else table40=table41=table43=table44=table46=table47=10; table42= table45=10; j=0x7f; /從秒到時的掃描 for(i=0;i<=7;i+) P3=j; P0=tabletable4i; /顯示數(shù)值delay(10); j=_cror_(j,1); /循環(huán)右移 void shijian() /

22、 時間子函數(shù) if(flag>=20) /判斷是否到一秒 wss=wss; flag=0; /到了，則標(biāo)志位清零 if(cnt1!=0) miao4+; /秒加1 if( miao4>59) /判斷秒是否到60s miao4=0; /到了，則清零 fen4+; /分加1 if(fen4>59) /以下含義同上 fen4=0; shi4+; if(shi4>23) shi4=0; else miao+; /秒加1 if( miao>59) /判斷秒是否到60s miao=0; /到了，則清零 fen+; /分加1 if(fen>59) /以下含義同上 fen=

23、0; shi+; if(shi>23) shi=0; void key_scan()/ 鍵盤掃描子函數(shù) if(key1=0) while(!key1) /防止掉顯 if(cnt=1|cnt=2|cnt=3) display1(); if(cnt=4|cnt=5|cnt=6) display2(); if(cnt=7|cnt=8|cnt=9) display3(); if(cnt=0|cnt=10|cnt=11|cnt=12|cnt=13) display(); cnt+; /記下按鍵key1按下的次數(shù) if(cnt=10&&cnt1=0) miao4=miao; fen4

24、=fen;shi4=shi;cnt1+;if(cnt=13) cnt=0; if(cnt1=1) miao=miao4; fen=fen4; shi=shi4; cnt1=0; if(key2=0) /判斷key2是否按下 while(!key2) /防止掉顯 if(cnt=1|cnt=2|cnt=3) display1(); if(cnt=4|cnt=5|cnt=6) display2(); if(cnt=7|cnt=8|cnt=9) display3(); if(cnt=0|cnt=10|cnt=11|cnt=12|cnt=13) display(); jia(); if(key3=0)

25、/判斷key3是否按下 while(!key3) /防止掉顯 if(cnt=1|cnt=2|cnt=3) display1(); if(cnt=4|cnt=5|cnt=6) display2(); if(cnt=7|cnt=8|cnt=9) display3(); if(cnt=0|cnt=10|cnt=11|cnt=12|cnt=13) display(); jian(); /調(diào)用減1子函數(shù) if(key4=0) /判斷key4是否按下 while(!key4) /防止掉 if(cnt=1|cnt=2|cnt=3) alm1=alm1; display1(); if(cnt=4|cnt=5|

26、cnt=6) alm2=alm2; display2(); if(cnt=7|cnt=8|cnt=9) alm3=alm3; display3(); if(cnt=0|cnt=10|cnt=11|cnt=12|cnt=13) display(); void jia() / 加1子函數(shù) if(cnt=1) /判斷key1按下的次數(shù)是否為1 miao1+; /是，則秒加1 if(miao1>59) /判斷秒是否大于60，是，則秒清零 miao1=0; if(cnt=2) /以下含意同上 fen1+; if(fen1>59) fen1=0; if(cnt=3) shi1+; if(shi

27、1>23) shi1=0; if(cnt=4) miao2+; if(miao2>59) miao2=0; if(cnt=5) fen2+; if(fen2>59) fen2=0; if(cnt=6) shi2+; if(shi2>23) shi2=0; if(cnt=7) miao3+; if(miao3>59) miao3=0; if(cnt=8) fen3+; if(fen3>59) fen3=0; if(cnt=9) shi3+; if(shi3>23) shi3=0; if(cnt=10) miao+; if(miao>59) miao

28、=0;cnt1+; if(cnt=11) fen+; if(fen>59) fen=0;cnt1+; if(cnt=12) shi+; if(shi>23) shi=0;cnt1+; void jian() / 減1子函數(shù) if(cnt=1)/判斷key1按下的次數(shù)是否為1，是則秒減1 miao1-; if(miao1=255)/判斷秒是否減到255，是，則秒置59 miao1=59; if(cnt=2)/以下含意同上 fen1-; if(fen1=255) fen1=59; if(cnt=3) shi1-; if(shi1=255) shi1=23; if(cnt=4) miao

29、2-; if(miao2=255) miao2=59; if(cnt=5) fen2-; if(fen2=255) fen2=59; if(cnt=6) shi2-; if(shi2=255) shi2=23; if(cnt=7) miao3-; if(miao3=255) miao3=59; if(cnt=8) fen3-; if(fen3=255) fen3=59; if(cnt=9) shi3-; if(shi3=255) shi3=23; if(cnt=10) miao-; if(miao=255) miao=59;cnt1+; if(cnt=11) fen-; if(fen=255) fen=59;cnt