【畢業(yè)設(shè)計】基于單片機(jī)的可預(yù)置定時顯示時鐘報警系統(tǒng)設(shè)計

PAGEPAGE25基于單片機(jī)的可預(yù)置定時顯示時鐘報警系統(tǒng)設(shè)計摘要定時控制在日常生活和工作中應(yīng)用廣泛，如擴(kuò)印過程中的曝光定時等。由于單片機(jī)具有體積小，價格便宜，功耗低，可靠性好等特點(diǎn)。以STC89C52RC單片機(jī)作為控制芯片，整個系統(tǒng)由控制模塊電路、數(shù)碼管顯示模塊電路、鍵盤輸入模塊電路、報警模塊電路、串口通信模塊電路構(gòu)成，該系統(tǒng)具有一個走時準(zhǔn)確的時鐘，可以通過按鍵任意預(yù)置時間，系統(tǒng)按照初始值進(jìn)行倒計時，當(dāng)計時到零時執(zhí)行打鈴報警，同時發(fā)出對繼電器進(jìn)行控制的信號。本系統(tǒng)已在上海浩豚電子有限公司設(shè)計的單片機(jī)開發(fā)板上成功實(shí)現(xiàn)了設(shè)計功能，具有便于攜帶的特點(diǎn)。關(guān)鍵詞：STC89CC52RC；定時報警系統(tǒng)；51開發(fā)板TheDesignof

InstalledDisplayingAlarmingCockSystemBasedonMicroComputerUnitAbstractIndailylifeandwork,weoftenusetimingcontrol,suchasphotographicprocessingduringtheexposuretime,etc.SinceMCUissmall,cheap,lowpowerconsumption,reliabilityandgoodfeatures.ThesystemmakeMCUSTC89C52RCasamicrocontroller,formedbythecontrolingmodulecircuit,LEDdisplayingmodulecircuit,KeyboardInputModuleCircuit,alarmingmodulecircuit,serialcommunicationmodulecircuit,thesystemhasanaccuratetimeclock,canpresetanytimewiththebutton,itwokswiththeinitialvalue,whenttozeroimplementationofthealarmbellfight,alsoissuedasignalofcontrolingtherelay.ThesystemconsistsofSTC89C52RCmicrocontrollerandafewotherdevices,successfullyelectronicsCo.,Ltd.inShanghaiHaodolphindesignofmicrocontrollerdevelopmentboard,withportablefeatures.Kewords:STC89CC52RC;timingalarmsystem;MCS51developmentboard

目錄第一章緒論 41.1引言 41.2定時報警系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀 41.3本論文研究的內(nèi)容 5第二章定時報警系統(tǒng)的硬件設(shè)計 62.1硬件設(shè)計基本原則 62.2方案選擇 62.3定時報警系統(tǒng)設(shè)計框圖 72.4主要器件的選擇 72.4.1MCU的選擇 82.4.2其他器件的選擇 102.5子模塊電路設(shè)計 112.5.1復(fù)位電路設(shè)計 112.5.2時鐘電路設(shè)計 112.5.3按鍵電路設(shè)計 122.5.4報警和繼電器控制電路設(shè)計 122.5.5數(shù)碼顯示電路設(shè)計 132.5.6電源電路設(shè)計 132.5.7串口通信電路設(shè)計 15第三章定時報警系統(tǒng)軟件設(shè)計 163.1主程序的設(shè)計流程 163.2子模塊的設(shè)計流程及其代碼 163.2.1定時器T0流程圖 163.2.2數(shù)碼顯示子程序流程圖 173.2.3T1動態(tài)掃描顯示中斷程序流程圖 18第四章測試與仿真 194.1硬件測試 194.1.1硬件平臺簡介 194.1.2測試結(jié)果 194.2仿真軟件簡介 194.2.1Proteus軟件的基本用法 194.2.2Keil軟件的基本用法 244.3仿真結(jié)果及分析 264.3.1仿真所需的電路圖 264.3.2仿真結(jié)果圖 27第五章結(jié)束語 295.1本論文研究的內(nèi)容及成果 295.2體會與展望 29參考文獻(xiàn) 30附錄 31附錄一：總硬件圖 31附錄二：軟件程序 32基于單片機(jī)的可預(yù)置定時顯示時鐘報警系統(tǒng)定時報警系統(tǒng)的硬件設(shè)計第一章緒論1.1引言在日常生活和工作中，我們常常用到定時控制，如擴(kuò)印過程中的曝光定時等。早期常用的一些時間控制單元都使用模擬電路設(shè)計制作的，其定時準(zhǔn)確性和重復(fù)精度都不是很理想，現(xiàn)在基本上都是基于數(shù)字技術(shù)的新一代產(chǎn)品，這種產(chǎn)品功能強(qiáng)，是前者的換代之物。隨著單片機(jī)性能價格比的不斷提高，新一代產(chǎn)品的應(yīng)用也越來越廣泛，大可構(gòu)成復(fù)雜的工業(yè)過程控制系統(tǒng)，完成復(fù)雜的控制功能。小則可以用于家電控制，甚至可以用于兒童電子玩具。它功能強(qiáng)大，體積小，質(zhì)量輕，靈活好用，配以適當(dāng)?shù)慕涌谛酒?，可以?gòu)造各種各樣、功能各異的微電子產(chǎn)品。隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，家用電器和辦公電子設(shè)備逐漸增多，不同的設(shè)備都有自己的控制器，使用起來很不方便。根據(jù)這種實(shí)際情況，設(shè)計了一個可預(yù)置的定時顯示報警系統(tǒng)，它可以避免多種控制器的混淆，利用一個控制器對多路電器進(jìn)行控制，同時又可以進(jìn)行時鐘校準(zhǔn)和報警打鈴。它可以執(zhí)行不同的異常信號的報警，可以任意設(shè)置時間，可以控制時間的顯示。這種具有人們所需要的智能化特性的產(chǎn)品減輕了人的勞動，擴(kuò)大了數(shù)字化的范圍，為家庭數(shù)字化提供了可能。本文也正是基于此，而對其在日常生活中的應(yīng)用做研究。1.2定時報警系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀從早期的采用模擬電路構(gòu)成的報警系，到后來采用數(shù)字電路構(gòu)成報警系統(tǒng)，再到采用MCU做為控制器的報警系統(tǒng)。隨著科學(xué)技術(shù)、特別是微機(jī)、電子、光學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，也帶動了定時報警系統(tǒng)的發(fā)展。表現(xiàn)為傳感元件的深入開發(fā)，更加擴(kuò)大了火災(zāi)探測器家族的成員；智能技術(shù)的應(yīng)用，使得報警系統(tǒng)等產(chǎn)品開始步入智能水平的初期階段。盡管我國定式報警技術(shù)起步較晚，與世界先進(jìn)國家有一定的差距，但我國定時報警技術(shù)的發(fā)展速度較快，近年來各類定式報警設(shè)計規(guī)范和相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)日趨完善，定時報警科學(xué)理論研究進(jìn)步明顯并獲得工程應(yīng)用，特別是定時報警系統(tǒng)作為我國20世紀(jì)80年代新興的技術(shù)密集型產(chǎn)品，其科研開發(fā)和生產(chǎn)技術(shù)能力快速提高，大大縮小了與國際先進(jìn)技術(shù)的差距，具備了研究、設(shè)計、生產(chǎn)智能化定時報警系統(tǒng)的技術(shù)實(shí)力，使我國定時報警系統(tǒng)的研制、開發(fā)、生產(chǎn)和應(yīng)用等方面取得了令人矚目的成就，極大地推動了定時報警系統(tǒng)技術(shù)產(chǎn)品的廣泛應(yīng)用。在目前的科學(xué)技術(shù)條件下，定時報警技術(shù)和硬件方面暫時不會有大的飛躍，已經(jīng)基本成形。而我們的主要任務(wù)應(yīng)該是充分利用、完善這種技術(shù)，并在此基礎(chǔ)上找到更加可靠的定時報警判據(jù)，開發(fā)出定時報警系統(tǒng)的基礎(chǔ)軟件。借助當(dāng)今的先進(jìn)技術(shù)，研制智能程序較高、更具抗干擾的綜合性強(qiáng)的定時報警系統(tǒng)刻不容緩，以利更好地滿足社會需要，為報警事業(yè)增添光彩。1.3本論文研究的內(nèi)容（1）定時報警系統(tǒng)現(xiàn)狀分析；（2）定時報警系統(tǒng)系統(tǒng)硬件方框圖的確定，為硬件設(shè)計打下堅實(shí)的基礎(chǔ)；（3）定時報警系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計，包括主控電路、復(fù)位電路、時鐘電路、報警電路、顯示電路、按鍵電路。其中包含有對各個模塊電路的詳細(xì)說明；（4）定時報警系統(tǒng)的軟件設(shè)計，包括系統(tǒng)流程圖，以及部分子程序的詳細(xì)說明；（5）定時報警系統(tǒng)的軟件仿真，在PROTEUS上仿真，測試各個功能是否能實(shí)現(xiàn)；（6）定時報警系統(tǒng)的硬件測試，將程序下載至上海浩豚電子有限公司設(shè)計的單片機(jī)開發(fā)板上，進(jìn)行必要的硬件測試，同時測試各個模塊能否正常工作。第二章定時報警系統(tǒng)的硬件設(shè)計2.1硬件設(shè)計基本原則在系統(tǒng)的硬件設(shè)計時，應(yīng)考慮以下幾個基本原則：（1）滿足技術(shù)指標(biāo)在進(jìn)行硬件系統(tǒng)設(shè)計時，首先應(yīng)考慮系統(tǒng)功能及性能要求，要滿足系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)。（2）經(jīng)濟(jì)性原則要充分發(fā)揮硬件的經(jīng)濟(jì)效益，提高性價比。（3）安全可靠在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計時，要充分考慮到系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。在選購元器件時要盡量選擇質(zhì)量和性能比較可靠的元器件。（4）環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)系統(tǒng)應(yīng)有足夠的抗干擾能力，以保證系統(tǒng)在惡劣環(huán)境下正常工作。因此，在硬件的設(shè)計和開發(fā)過程中，必須考慮各種抗干擾措施，諸如:隔離、屏蔽、一點(diǎn)接地。2.2方案選擇1.采用分立式元器件，運(yùn)用數(shù)字電路技術(shù)，可以設(shè)計出報警系統(tǒng)，但這樣的系統(tǒng)元器件較多，穩(wěn)定性差，精度不高，走時不準(zhǔn)確。2.采用單片機(jī)做控制器，運(yùn)用較少的外圍器件就可設(shè)計出定時報警系統(tǒng)。這樣的系統(tǒng)穩(wěn)定性較好，精度較高，走時較準(zhǔn)確，性價比高。3.采用FPGA做控制器,運(yùn)用較少的外圍器件可達(dá)到設(shè)計要求。這樣的系統(tǒng)，穩(wěn)定性好，精度高，走時準(zhǔn)確。但價格較貴。綜合考慮：對于生活上的簡單應(yīng)用而言，方案2完全符合應(yīng)用要求，況且性價比高，故選擇方案2。

2.3定時報警系統(tǒng)設(shè)計框圖定時報警系統(tǒng)硬件電路通常由以下5個模塊電路構(gòu)成：控制模塊電路、數(shù)碼管顯示模塊電路、鍵盤輸入模塊電路、報警模塊電路、串口通信模塊電路。其基本組成框圖如圖3.3所示。圖3.3定時報警系統(tǒng)設(shè)計框圖2.4主要器件的選擇任何一個電路的設(shè)計器件的選擇都是一個重要的環(huán)節(jié)，器件選擇不合理可能使電路達(dá)不到設(shè)計要求，也可能使整個設(shè)計成本過高。因此正確合理選擇器件顯得尤為重要，在選擇器件時既要滿足電路設(shè)計要求，留有一定余地，也要充分考慮電路成本，做到高性價比。2.4.1MCU的選擇在市場上存在著各種各樣的單片機(jī)，每種單片機(jī)都有其各自的優(yōu)點(diǎn)，但是單片機(jī)的選用不能一味的追求高性能，而應(yīng)該綜合考慮用途和價格，以達(dá)到較高的性價比。綜合考慮系統(tǒng)需求及系統(tǒng)成本，在此選用宏晶公司生產(chǎn)的STC89C52RC單片機(jī)。STC89C52RC是一款低電壓、低功耗，高性能的CMOS8位單片機(jī)。內(nèi)置有通用8位中央處理器，支持在線編程，不需要專門的編程器(這點(diǎn)比較方便)片內(nèi)含有8kbytes的可反復(fù)擦寫的Flash只讀程序程序存儲器和512bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器（內(nèi)RAM256B、XRAM256B），兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)。STC89C52RC有40個引腳，32/36(P4口E8H)個IO端口，同時內(nèi)含4個外中斷口，3個16位可編程定時器，2個全雙工串行通信口，特別適合對處理器要求不是很高的場合。STC89C52RC的性能完全能滿足系統(tǒng)要求，而且成本比較低。單片機(jī)簡介STC89C52RC單片機(jī)總體結(jié)構(gòu)框圖如圖2圖2.4.1STC89C52RC引腳功能STC89C52RC引腳排列圖如2圖2.4.2STC89C52RCVCC（40）：3.4-5.5VGND（20）：接地P0口（39－32）：P0口為8位漏極開路雙向I/O口，每個引腳可吸收8個TTL門電流。P1口（1－8）：P1口是從內(nèi)部提供上拉電阻器的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收和輸出4個TTL門電流。P2口（21－28）：P2口為內(nèi)部上拉電阻器的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收和輸出4個TTL門電流。P3口（10－17）：P3口是8個帶有內(nèi)部上拉電阻器的雙向I/O口，可接收和輸出4個TTL門電流，P3口也可作為AT89C51的特殊功能口。RST（9）：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位時，要保持RST引腳2個機(jī)器周期的高電平時間。ALE/PROG（30）：當(dāng)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低位字節(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，它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的，要注意的是，每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過1個ALE脈沖。PSEN（29）：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取值期間，每個機(jī)器周期2次PSEN有效，但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這2次有效的PSEN信號將不出現(xiàn)。EA/VPP（31）：當(dāng)EA保持低電平時，外部程序存儲器地址為（0000H－FFFFH）不管是否有內(nèi)部程序存儲器。FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。XTAL1（19）：反向振蕩器放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。XTAL2（18）：來自反向振蕩器的輸出。STC89C52RC的具體特性可以查看其數(shù)據(jù)手冊。2.4.2其他器件的選擇由于IO口負(fù)載能力有限，在顯示電路上運(yùn)用了74HC573為數(shù)碼管輸送七段碼，為了節(jié)省IO口，用74HC138與數(shù)碼管相連作為片選端。在喇叭和繼電器驅(qū)動上選擇ULN2003A，同時預(yù)留幾個接口為系統(tǒng)功能擴(kuò)展使用。74HC573、74HC138、ULN2003A具體特性可以查看其數(shù)據(jù)手冊。在電源電路中升壓控制器，采用深圳泉芯公司生產(chǎn)的QX2303。QX2303是一種高效率、低紋波、工作頻率高的PFM升壓DC-DC變換器。QX2303系列產(chǎn)品僅需要四個元器,就可完成將低輸入的電池電壓變換升壓到所需的工作電壓，非常適合于便攜式1～4節(jié)普通電池應(yīng)用的場合。QX2303具體特性可以查看其數(shù)據(jù)手冊圖2.4.2QX2303具體特性可以查看其數(shù)據(jù)手冊由于STC89C52RC可以通過串口下載程序，不需專門的燒錄器，故采用MAXIM的MAX232器件構(gòu)成單片機(jī)的串口通信。MAX220–MAX249系列線驅(qū)動器/接收器，專為EIA/TIA-232E以及V.28/V.24通信接口設(shè)計，尤其是無法提供±12V電源的應(yīng)用。MAX232引腳如圖2圖2.4.3MAX232具體特性可以查看其數(shù)據(jù)手冊。2.5子模塊電路設(shè)計2.5.1復(fù)位電路設(shè)計89c52是CMOS型單片機(jī)，當(dāng)振蕩器起振后，在RET引腳上輸入2個機(jī)器周期以上高電平，器件便進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)，此時ATE、PSEN、P0、P1、P2、P3輸出高電平，RET上輸入返回低電平后，退出復(fù)位狀態(tài)。對于89c52等CMOS型單片機(jī)只要在RET腳接一個取合適值的電容便可實(shí)現(xiàn)上電自動復(fù)位。本系統(tǒng)設(shè)計采用的是上電復(fù)位和人工開關(guān)復(fù)位相結(jié)合的復(fù)位方式。如圖2.5圖2.5上電和人工復(fù)位2.5.2時鐘電路設(shè)計89c52等CMOS型單片機(jī)內(nèi)部有一個可控的反相發(fā)大器，引腳XTAL1、XTAL2為反相放大器輸入端和輸出端，在引腳XTAL1、XTAL2上外接晶振和電容便組成振蕩器，電容的典型值為（20—40）pF。本系統(tǒng)設(shè)計的時鐘電路如圖2.6圖2.6時鐘電路2.5.3按鍵電路設(shè)計鍵盤是由若干個按鍵組成的開關(guān)矩陣，它是最簡單也是最常用的單片機(jī)輸入設(shè)備，操作員可以通過鍵盤輸入數(shù)據(jù)或命令，實(shí)現(xiàn)簡單的人機(jī)通信。本系統(tǒng)采用4*4的矩形鍵盤。其中sw1是確認(rèn)鍵，sw2是設(shè)置鍵，sw3是時假1，sw4是時減1，sw5是分加1，sw6是分減1，sw7是秒加一，sw8是秒減一。如圖2.7圖2.7按鍵電路2.5.4報警和繼電器控制電路設(shè)計報警電路和繼電器控制電路通過ULN2003A的驅(qū)動與單片機(jī)IO口相連接，其中喇叭受到P1.6控制，繼電器受P1.5控制，如圖2.8。繼電器是由浙江省創(chuàng)星電子有限公司生產(chǎn)的JQC-3F-05V-DC-1ZS。這類繼電器由鐵芯、線圈、銜鐵、觸點(diǎn)簧片等構(gòu)件組成。在線圈兩端加上+5V的電壓，線圈中就會流過一定的電流，從而產(chǎn)生電磁效應(yīng)，銜鐵在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯，從而帶動銜鐵的動觸點(diǎn)與靜觸點(diǎn)（常開觸點(diǎn)）吸合。當(dāng)線圈斷電后，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會在彈簧的反作用力返回原來的位置，使動觸點(diǎn)與原來的靜觸點(diǎn)（常閉觸點(diǎn)）吸合。這樣吸合、釋放，從而達(dá)到了在電路中的導(dǎo)通、斷的轉(zhuǎn)換。對于繼電器的“常開、常閉”觸點(diǎn)，可以這樣來區(qū)分：繼電器線圈未通電時處于斷開狀態(tài)的靜觸點(diǎn)，稱為“常開觸點(diǎn)”；處于接通狀態(tài)的靜觸點(diǎn)稱為“常閉觸點(diǎn)”。當(dāng)P1.5輸出低電平時繼電器上有5v電壓此時3和4吸合，當(dāng)P1.5輸出高電平時，繼電器上的電壓為0,此時3和5吸和。單片機(jī)上P1.6是壓電喇叭的驅(qū)動位，持續(xù)送出工作脈沖可以推動喇叭發(fā)出嗶的聲音，當(dāng)工作頻率越高時，聲音越清脆，工作頻率越低時，聲音則較低沉。圖2.8報警和繼電器控制電路2.5.5數(shù)碼顯示電路設(shè)計時鐘最終顯示在七段數(shù)碼管上面，本系統(tǒng)數(shù)碼管采用共陰極連接，通過譯碼器74HC138與單片機(jī)P2口的P2.0、P2.1、P2.2連接，成為動態(tài)掃描顯示的位選。字形碼從P1口通過74HC573的驅(qū)動送至數(shù)碼管。數(shù)碼顯示電路如圖2.9圖2.9數(shù)碼顯示電路2.5.6電源電路設(shè)計對于電路系統(tǒng)來說的電源電路尤其重要，一個效率高的電源系統(tǒng)直接決定了整個電路的功能。本系統(tǒng)屬于便攜式電子產(chǎn)品，因而決定采取一節(jié)干電池供電的方法，緊急情況下通過USB連接計算機(jī)供電。測試電源采用USB供電，同時緊急狀態(tài)下也可以用USB供電，通過USB與計算機(jī)連接，C1、C2的作用是減少電源紋波。采用一節(jié)干電池供電是系統(tǒng)的常用電源，對電源工作原理做簡要的介紹。QX2303是一款BOOST結(jié)構(gòu)、電壓型PFM控制模式的DC-DC轉(zhuǎn)換電路。芯片內(nèi)部包括輸出電壓反饋和修正網(wǎng)絡(luò)、啟動電路、震蕩電路、參考電壓電路、PFM控制電路、過流保護(hù)電路以及功率管。QX2303所需的外部元器件非常少，只需要一個電感、一個肖特基二極管和輸入輸出電容就可以提供2.5V-6.0V的穩(wěn)定的低噪聲輸出電壓。PFM控制電路是QX2303的核心，該模塊根據(jù)其他模塊傳遞的輸入電壓信號、負(fù)載信號和電流信號來控制功率管的開關(guān)，從而達(dá)到控制電路恒壓輸出的作用。在PFM控制系統(tǒng)中，固定震蕩頻率和脈寬，穩(wěn)定的輸出電壓是根據(jù)輸入-輸出電壓比例以及負(fù)載情況通過削脈沖來調(diào)節(jié)在單位時間內(nèi)功率管導(dǎo)通時間來實(shí)現(xiàn)。震蕩電路提供基準(zhǔn)震蕩頻率和固定的脈寬。參考電壓電路提供穩(wěn)定的參考電平。并且由于采用內(nèi)部的修正技術(shù)，保證了輸出電壓精度達(dá)到±2.5%，同時由于參考電壓經(jīng)過精心的溫度補(bǔ)償設(shè)計考慮，使得芯片的輸出電壓的溫度漂移系數(shù)小于100ppm/℃。高增益的誤差放大器保證了在不同輸入電壓和不同負(fù)載電流情況下穩(wěn)定的輸出電壓。為了減小輸出電壓的紋波和噪聲，誤差放大器采用施密特比較器結(jié)構(gòu)，同時具備很快的響應(yīng)速度。BOOST結(jié)構(gòu)DC-DC轉(zhuǎn)換器的功率損耗主要是由于電感的寄生串聯(lián)電阻、肖特基二極管的正向?qū)▔航怠⒐β使艿膶?dǎo)通電阻以及控制功率管信號的驅(qū)動能力這四個方面，當(dāng)然芯片本身消耗的靜態(tài)功耗在低負(fù)載的情況下也會影響轉(zhuǎn)換效率。為了獲得較高的轉(zhuǎn)換效率，除了用戶選擇合適的電感、肖特基二極管和電容外，芯片內(nèi)部的功率管導(dǎo)通電阻也非常小。功率管有驅(qū)動能力很強(qiáng)的驅(qū)動電路驅(qū)動，保證功率管開關(guān)時的上升沿和下降沿很陡，大大減小了開關(guān)狀態(tài)時的功率損耗。電路如圖2.10圖2.10電源電路2.5.7串口通信電路設(shè)計STC89C52RC單片機(jī)支持串口通信在線下載程序，不需要專門的燒錄器，方便了工程的設(shè)計。同時降低了開發(fā)成本。本系統(tǒng)使用MAX232芯片構(gòu)成的串口通訊電路如圖2.11。 圖2.11串口通信電路基于單片機(jī)的可預(yù)置定時顯示時鐘報警系統(tǒng)定時報警系統(tǒng)軟件設(shè)計第三章定時報警系統(tǒng)軟件設(shè)計3.1主程序的設(shè)計流程主程序當(dāng)中主要包括各初始變量的初始化，各定時器的初始化，并在主程序當(dāng)中包含按鍵掃描本分程序。如圖3.1 圖3.1主程序流程圖3.2子模塊的設(shè)計流程及其代碼3.2.1定時器T0流程圖定時器T0是整個系統(tǒng)的計時基礎(chǔ)，定時器T0產(chǎn)生一個10ms的定時中斷，進(jìn)入中斷服務(wù)子程序時，通過一個變量來判斷是否到達(dá)1s，達(dá)1s時則執(zhí)行相應(yīng)的倒計時程序。流程圖如3.2圖3.2T0中斷服務(wù)程序3.2.2數(shù)碼顯示子程序流程圖圖3.3顯示子程序3.2.3T1動態(tài)掃描顯示中斷程序流程圖圖3.4T1中斷服務(wù)程序具體代碼見附錄第四章測試與仿真4.1硬件測試4.1.1硬件平臺簡介由上海浩豚電子有限公司設(shè)計的51單片機(jī)開發(fā)板，具有8個數(shù)碼管、一個壓電式喇叭、一個小功率繼電器、18個按鍵，一個串行口。對STC89C52RC單片機(jī)來說通過USB轉(zhuǎn)串口線連接計算機(jī)就可以下載程序。51開發(fā)板如圖4.04.1.2測試結(jié)果1.數(shù)碼管顯示正常，能顯示系統(tǒng)的時鐘；2.復(fù)位電路工作正常；按一下復(fù)位按鍵系統(tǒng)進(jìn)入初始狀態(tài)；3.按設(shè)置鍵系統(tǒng)進(jìn)入設(shè)置狀態(tài)，此時按時、分、秒的加一或減一鍵可以設(shè)置系統(tǒng)的的初始值，設(shè)置好初始值后，按一下確定鍵，系統(tǒng)開始倒計時。4.當(dāng)計時為0時，喇叭開始發(fā)出報警聲音，同時繼電器得到相應(yīng)信號的控制。4.2仿真軟件簡介PROTEUS軟件由英國LabcenterElectronics公司開發(fā)，有近20年的歷史，已在全球得到了廣泛應(yīng)用。它是目前世界上最先進(jìn)、最完整的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計與仿真平臺，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)字電路、模擬電路及微控制器系統(tǒng)與外設(shè)的混合電路系統(tǒng)的電路仿真、軟件仿真、系統(tǒng)協(xié)同仿真和PCB設(shè)計等功能，是目前唯一能夠?qū)Ω鞣N處理器進(jìn)行實(shí)時仿真、調(diào)試與測試的EDA工具。微控制器系統(tǒng)相關(guān)的仿真需建立編譯和調(diào)試環(huán)境，可選擇KeilC51軟件。4.2.1Proteus軟件的基本用法Proteus軟件是LabcenterElectronics公司的一款電路設(shè)計與仿真軟件，它包括ISIS、ARES等軟件模塊，ARES模塊主要用來完成PCB的設(shè)計，而ISIS模塊用來完成電路原理圖的布圖與仿真。Proteus的軟件仿真基于VSM技術(shù)，它與其他軟件最大的不同也是最大的優(yōu)勢就在于它能仿真大量的單片機(jī)芯片，比如MCS-51系列、PIC系列等等，以及單片機(jī)外圍電路，比如鍵盤、LED、LCD等等。通過Proteus軟件的使用我們能夠輕易地獲得一個功能齊全、實(shí)用方便的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)室。本文中由于主要使用Proteus軟件在單片機(jī)方面的仿真功能，所以我們重點(diǎn)研究ISIS模塊的用法，在下面的內(nèi)容中，如不特別說明，我們所說的Proteus軟件特指其ISIS模塊。下面我們首先來熟悉一下Proteus的界面。Proteus是一個標(biāo)準(zhǔn)的Windows窗口程序，和大多數(shù)程序一樣，沒有太大區(qū)別，其啟動界面如圖4.1所示：圖4.1Proteus軟件界面如上圖5.1中所示，區(qū)域①為菜單及工具欄，區(qū)域②為預(yù)覽區(qū)，區(qū)域③為元器件瀏覽區(qū)，區(qū)域④為編輯窗口，區(qū)域⑤為對象拾取區(qū)，區(qū)域⑥為元器件調(diào)整工具欄，區(qū)域⑦為運(yùn)行工具條。下面來詳細(xì)講述Proteus的操作方法以及注意事項。首先點(diǎn)擊啟動界面區(qū)域③中的“P”按鈕（PickDevices，拾取元器件）來打開“PickDevices”（拾取元器件）對話框從元件庫中拾取所需的元器件，對話框如下圖4.2所示。圖4.2拾取原件對話框在對話框中的“Keywords”里面輸入我們要檢索的元器件的關(guān)鍵詞，比如我們要選擇項目中使用的AT89C52，就可以直接輸入。輸入以后我們能夠在中間的“Results”結(jié)果欄里面看到我們搜索的元器件的結(jié)果。在對話框的右側(cè)，我們還能夠看到我們選擇的元器件的仿真模型、引腳以及PCB參數(shù)。這里有一點(diǎn)需要注意，可能有時候我們選擇的元器件并沒有仿真模型，對話框?qū)⒃诜抡婺Ｐ秃鸵_一欄中顯示“NoSimulatorModel”（無仿真模型）。那么我們就不能夠用該元器件進(jìn)行仿真了，或者我們只能做它的PCB板，或者我們選擇其他的與其功能類似而且具有仿真模型的元器件。搜索到所需的元器件以后，我們可以雙擊元器件名來將相應(yīng)的元器件加入到我們的文檔中，那么接著我們還可以用相同的方法來搜索并加入其他的元器件。當(dāng)我們已經(jīng)將所需的元器件全部加入到文檔中時，我們可以點(diǎn)擊上圖對話框中的“OK”按鈕來完成元器件的添加。添加好元器件以后，下面我們所需要做的就是將元器件按照我們的需要連接成電路。首先在元器件瀏覽區(qū)中點(diǎn)擊我們需要添加到文檔中的元器件，這時我們就可以在瀏覽區(qū)看到我們所選擇的元器件的形狀與方向，如果其方向不符合你的要求，你可以通過點(diǎn)擊元器件調(diào)整工具欄中的工具來任意進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整完成之后在文檔中單擊并選定好需要放置的位置即可。接著按相同的操作即可完成所有元器件的布置，接下來是連線。事實(shí)上Proteus的自動布線功能是如此的完美以至于我們在做布線時從來都不會覺得這是一項任務(wù)，而通常像是在享受布線的樂趣。布線時我們只需要單擊選擇起點(diǎn)，然后在需要轉(zhuǎn)彎的地方單擊一下，按照你所需走線的方向移動鼠標(biāo)到線的終點(diǎn)單擊即可。我們布線的結(jié)果如圖4.3所示：圖4.3電路布線結(jié)果因?yàn)樵摴こ淌趾唵?，我們沒有必要加上復(fù)位電路，所以這點(diǎn)在圖中予以忽略，請大家注意。除此以外，你可能還發(fā)現(xiàn)，單片機(jī)系統(tǒng)沒有晶振，這一點(diǎn)你需注意。事實(shí)上在Proteus中單片機(jī)的晶振可以省略，系統(tǒng)默認(rèn)為12MHz，而且很多時候，當(dāng)然也為了方便，我們只需要取默認(rèn)值就可以了。下面我們來添加電源。先說明一點(diǎn)，Proteus中單片機(jī)芯片默認(rèn)已經(jīng)連接電源與地，所以我們可以省略。然后在添加電源與地以前，我們先來看一下上面圖3.1.1中區(qū)域⑤的對象拾取區(qū)，我們在這里只說明本文中可能會用得到的以及比較重要的工具。：（SelectionMode）。選擇模式，通常情況下我們都需要選中它，比如布局時和布線時。：（ComponentMode）。組件模式，點(diǎn)擊該按鈕，能夠顯示出區(qū)域③中的元器件，以便我們選擇。：（WireLabelMode）。線路標(biāo)簽?zāi)Ｊ剑x中它并單擊文檔區(qū)電路連線能夠?yàn)檫B線添加標(biāo)簽。經(jīng)常與總線配合使用。：（TextScriptMode）。文本模式，選中它能夠?yàn)槲臋n添加文本。：（BusesMode）?？偩€模式，選中它能夠在電路中畫總線。：（TerminalsMode）。終端模式，選中它能夠?yàn)殡娐诽砑痈鞣N終端，比如輸入、輸出、電源、地等等。：（VirtualInstrumentsMode）。虛擬儀器模式，選中它我們能夠在區(qū)域③中看到很多虛擬儀器，比如示波器、電壓表、電流表等等。關(guān)于它們的用法我們會在后面的相應(yīng)章節(jié)中詳細(xì)講述。好了，下面我們就來添加電源。首先點(diǎn)擊，選擇終端模式，然后在元器件瀏覽區(qū)中點(diǎn)擊POWER（電源）來選中電源，通過區(qū)域⑥中的元器件調(diào)整工具進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，然后就可以在文檔區(qū)中單擊放置電源了。放置并連接好線路的電路圖一部分如圖4.4：圖4.4部分電路結(jié)果連接好電路圖以后我們還需要做一些修改。修改方法如下：首先我們雙擊需要修改元器件的圖標(biāo)，這時軟件將彈出“EditComponent”對話框。然后在對話框中做所需要的修改。修改好各組件屬性以后就要將程序（HEX文件）載入單片機(jī)了。首先雙擊單片機(jī)圖標(biāo)，系統(tǒng)同樣會彈出“EditComponent”對話框，如圖4.5。 圖4.5EditComponent”對話框在這個對話框中我們點(diǎn)擊“Programfiles”框右側(cè)的，來打開選擇程序代碼窗口，選中相應(yīng)的HEX文件后返回，這時，按鈕左側(cè)的框中就填入了相應(yīng)的HEX文件，我們點(diǎn)擊對話框的“OK”按鈕，回到文檔，程序文件就添加完畢了。裝載好程序，我們就可以進(jìn)行仿真了。首先來熟悉一下上面圖4.1中區(qū)域⑦的運(yùn)行工具條。因?yàn)楸容^簡單，我們只作一下介紹。工具條從左到右依次是“Play”、“Step”、“Pause”、“Stop”按鈕，即運(yùn)行、步進(jìn)、暫停、停止。下面我們點(diǎn)擊“Play”按鈕來仿真運(yùn)行，可以看到系統(tǒng)按照我們的程序在運(yùn)行著，而且我們還能看到其高低電平的實(shí)時變化。如果我們已經(jīng)觀察到了結(jié)果就可以點(diǎn)擊“Stop”來停止運(yùn)行：4.2.2Keil軟件的基本用法KeiluVision是Keil公司（ARM子公司）開發(fā)的一款用于MCS-51單片機(jī)開發(fā)的應(yīng)用十分廣泛的編譯和調(diào)試軟件。該軟件可以編輯、編譯匯編語言、C51語言，連接定位目標(biāo)文件和庫文件，創(chuàng)建HEX文件，調(diào)試目標(biāo)程序等。Keil軟件功能強(qiáng)大，包含很多部分，本文我們主要使用KeiluVision來開發(fā)C51項目、調(diào)試程序并生成HEX文件來用于單片機(jī)開發(fā)。KeiluVision是一款在Windows下使用的集成開發(fā)環(huán)境，目前最新版本為V3，本文中為了方便入門我們選用V2.0來進(jìn)行講解。下面我們就來熟悉一下Keil軟件。首先安裝軟件，其安裝過程很簡單，在這不做過多介紹。安裝完成后，我們就可以使用軟件了，打開軟件，我們可以看到其界面，如圖4.6所示：圖4.6下面我們就來使用Keil軟件開發(fā)我們的第一個項目。點(diǎn)擊“Project”（工程）菜單下面的“NewProject”（新建工程），我們來新建一個工程。軟件彈出“CreateNewProject”（創(chuàng)建新工程）窗口。如圖4.7所示：圖4.7新建工程對話框我們?yōu)楣こ梯斎胛募螅c(diǎn)擊“保存”按鈕，軟件將彈出“SelectDeviceforTarget”（選擇MCU）窗口。我們只需根據(jù)自己工程的需要選擇相應(yīng)的MCU，然后點(diǎn)擊“確定”按鈕就可以了，如圖4.8所示：圖4.8選擇器件對話框在這里我們選擇Atmel公司的AT89C52，這種類型的單片機(jī)與宏晶的8051單片機(jī)完全兼容，但是它內(nèi)含8KBFlash存儲器，使用非常方便，而且在我國也較為流行。選擇好相應(yīng)的MCU，點(diǎn)擊圖5.9窗口中的“確定”按鈕以后，軟件會彈出一個窗口詢問是否將8051啟動代碼加入工程，由于我們不需要這段代碼，所以直接點(diǎn)擊“否”跳過就可以了，如圖4.10：圖4.9詢問對話框至此，我們完成了整個工程的初步建立。下面我們需要做的就是創(chuàng)建源文件并將我們的源文件加入工程。首先點(diǎn)擊“File”下面的“New”菜單，或者直接點(diǎn)擊工具欄中的新建按鈕，軟件將彈出源文件編輯窗口，我們可以在窗口中編輯源文件。編輯好的源文件如圖4.10所示：圖4.10源文件接下來的操作有兩點(diǎn)需要注意：1、加入AT89C52的頭文件（當(dāng)然，如果你選擇了其他的MCU，則加入相應(yīng)的頭文件）：在要加入頭文件的地方（一般是文件開頭），點(diǎn)擊右鍵，選擇點(diǎn)擊彈出菜單中的“Insert‘#include<REGX52.H>’”即完成了頭文件的添加。我們可以看到源文件中多了一行頭文件包含代碼“#include<REGX52.H>”：2、保存源文件：注意保存源文件時所書寫的源文件擴(kuò)展名決定了源文件的類型（C51文件或者匯編語言源文件）。這里我們將源文件保存為“main.c”。你可以看出在源文件保存以后，文件中的關(guān)鍵字已經(jīng)高亮顯示，可以幫助我們及時發(fā)現(xiàn)錯誤。源文件編輯好以后，我們就可以將其添加到工程中了。設(shè)置好以后，我們就可以編譯、鏈接、調(diào)試我們的工程項目了。在整個工程生成HEX文件以后，我們在Keil中的任務(wù)就算完成了。當(dāng)然，你可以在Keil中進(jìn)行各種調(diào)試。事實(shí)上，Keil的功能十分強(qiáng)大，它能仿真單片機(jī)的各種功能。但是我們在此并不討論它的這些功能。4.3仿真結(jié)果及分析4.3.1仿真所需的電路圖在軟件中畫出仿真所需要的電路如圖4.11 圖4.11仿真電路圖4.3.2仿真結(jié)果圖（1）設(shè)置時、分、秒時效果圖 圖4.12仿真效果圖圖4.13定時時間到仿真效果圖基于單片機(jī)的可預(yù)置定時顯示時鐘報警系統(tǒng)結(jié)束語第五章結(jié)束語本課題從擬題、開題、建立模型、編寫程序、仿真，直到撰寫論文，時經(jīng)半年時間，現(xiàn)在終于將落下帷幕。在此對本文研究內(nèi)容作個總結(jié)，同時也談?wù)勛约涸谡n題完成的整個過程中的一些體會和看法。5.1本論文研究的內(nèi)容及成果(1)從純理論方面對定時報警系統(tǒng)研究的必要性進(jìn)行分析以及對用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的優(yōu)勢進(jìn)行了詳細(xì)的分析進(jìn)一步確定該設(shè)計的現(xiàn)實(shí)意義。(2)從純理論的方法對定時系統(tǒng)的原理做了簡要說明。(3)解決了系統(tǒng)的硬件設(shè)計。(4)解決了系統(tǒng)的軟件設(shè)計。(5)對系統(tǒng)進(jìn)行了硬件調(diào)試，達(dá)到設(shè)計要求。5.2體會與展望在此次完成課題的過程中，收獲很大，第一是在定時報警系統(tǒng)組成、功能等各方面以及在現(xiàn)在各方面都飛速發(fā)展的新時代定時報警系統(tǒng)的發(fā)展方向和發(fā)展意義都有了較深一步的了解。第二是對單片機(jī)來說，由以前的初步了解到對進(jìn)行開發(fā)應(yīng)用是一個很大的進(jìn)步，并且在這過程中深刻體會到單片機(jī)靈活、可靠等特點(diǎn)。第三就是在KEILC語言的編程仿真方面，經(jīng)過這次課題設(shè)計的鍛煉我覺得自己在這方面的能力有了進(jìn)一步的提高能夠獨(dú)立完成系統(tǒng)的編程實(shí)現(xiàn)并且在硬件調(diào)試時可以解決一些問題。最后就是在這次課題設(shè)計過程中我深刻的體會到在學(xué)習(xí)的兩個重要的道理：一個是學(xué)習(xí)過程中任何一個環(huán)節(jié)都不能放松，只要在有一個地方松懈整個的計劃都要受到影響。另一個就是讓我切身的體會到什么是科學(xué)的飛速發(fā)展，知識的更新實(shí)在是太快，只要你沒有隨時更新自己那你就要面對落后。雖然這個系統(tǒng)完成了畢業(yè)設(shè)計的任務(wù)但作為一個知識的探討和開發(fā)方面我覺得我這里還是有許多值得去拓展和開發(fā)的地方。首先在預(yù)置時間初始值時，我們可以運(yùn)用紅外一體化接收這種方法設(shè)置初始值，這種方法相比按鍵預(yù)置初始值要方便一些。在顯示方式選擇上可以用更加靈活的液晶顯示。報警電路也可用語音IC去實(shí)現(xiàn)?；趩纹瑱C(jī)的可預(yù)置定時顯示時鐘報警系統(tǒng)參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)[1]王建校，楊建國，寧改娣，危建國.51系列單片機(jī)及C51程序設(shè)計[J].自動化儀表，2002，27(3)：1～2.[2]全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽組委會.全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽題目作品選編（2001）[M].北京：北京理工大學(xué)出版社,2001,156～166.[3]趙亮,侯國銳.單片機(jī)C語言編程與實(shí)例[M].北京:人民郵電出版社,2005,133～138.[4]張友德,趙志英,涂時亮.單片機(jī)微型機(jī)原理應(yīng)用與實(shí)驗(yàn)（第三版）[M].上海:復(fù)旦大學(xué)出版社,2000,190～199.[5]楊邦文.新型實(shí)用電路制作200例[M].北京:人民郵電出版社,1998,55～90.[6]高吉祥,黃智偉,丁文霞.數(shù)字電子技術(shù)[M].北京:電子工業(yè)出版社,2003,1～45.[7]周華興.單片機(jī)智能化產(chǎn)品C語言設(shè)計實(shí)例詳解[M].北京：北京航空航天出版社,2006，94-123.[8]陳明熒.8051單片機(jī)課程設(shè)計實(shí)訓(xùn)教材[M].北京：清華大學(xué)出版社，2004,20-92,118-120.[9]泉芯公司.QX2303數(shù)據(jù)手冊.深圳：泉芯公司，2009.[10]宏晶公司.STC89C52RC數(shù)據(jù)手冊.深圳：宏晶公司，2009.基于單片機(jī)的可預(yù)置定時顯示時鐘報警系統(tǒng)附錄附錄附錄一：總硬件圖？？？？？？？？？？？？

附錄二：軟件程序#include<reg52.h>unsignedchardatashan_val;//閃爍時LED的開/關(guān)狀態(tài)unsignedchardatacnt_val_sec,cnt_val_min,cnt_val_hou;//保存倒計數(shù)的當(dāng)前值sbitLED=P1^2;unsignedchardatastate_val;//狀態(tài)值//unsignedchardatashow_val;//存放需要在數(shù)碼管顯示的數(shù)字unsignedchardatainit_val_sec,init_val_min,init_val_hou;//暫存倒計數(shù)的初始值codeunsignedchartab[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f}; //共陰數(shù)碼管0-9unsignedcharStrTab[8];//定義緩沖區(qū)voiddelay(unsignedintcnt)//延時函數(shù){while(--cnt);}voidDisplaypro(void){ StrTab[0]=tab[cnt_val_hou/10];//顯示正常時間 StrTab[1]=tab[cnt_val_hou%10]; StrTab[2]=0x40; StrTab[3]=tab[cnt_val_min/10]; StrTab[4]=tab[cnt_val_min%10]; StrTab[5]=0x40;StrTab[6]=tab[cnt_val_sec/10]; StrTab[7]=tab[cnt_val_sec%10]; }unsignedcharkeyscan(void)//鍵盤掃描函數(shù)，使用行列反轉(zhuǎn)掃描法{unsignedcharcord_h,cord_l;//行列值P3=0x0f;//行線輸出全為0cord_h=P3&0x0f;//讀入列線值if(cord_h!=0x0f)//先檢測有無按鍵按下{delay(10000);//去抖if(cord_h!=0x0f){cord_h=P3&0x0f;//讀入列線值P3=cord_h|0xf0;//輸出當(dāng)前列線值cord_l=P3&0xf0;//讀入行線值return(cord_h+cord_l);//鍵盤最后組合碼值}}return(0xff);//返回該值}main()//主函數(shù){state_val=0;init_val_sec=11;init_val_min=1;init_val_hou=0;cnt_val_hou=init_val_hou;cnt_val_min=init_val_min;cnt_val_sec=init_val_sec;TMOD|=0x01;//定時器010msin12Mcrystal用于計時 TH0=0xd8; TL0=0xf0; ET0=1; TR0=1;TMOD|=0x10;//定時器1用于動態(tài)掃描 TH1=0xF8; TL1=0xf0; ET1=1; TR1=1;EA=1;Displaypro();while(1)//主循環(huán){unsignedcharkey;key=keyscan();//調(diào)用鍵盤掃描，switch(key){case0x7e:state_val=1;//處于設(shè)置狀態(tài)TR0=0;//停止計時cnt_val_hou=init_val_hou;cnt_val_min=init_val_min;cnt_val_sec=init_val_sec;Displaypro();//顯示原來的倒計數(shù)初始值break; //s1,設(shè)置鍵case0x7d:if(state_val!=0){cnt_val_hou=init_val_hou;cnt_val_min=init_val_min;cnt_val_sec=init_val_sec; TR0=1;state_val=0;}//將狀態(tài)切換為計數(shù)模式s2鍵 break;//1case0x7b:if(state_val==1){if(init_val_hou<23){init_val_hou++;}else{init_val_hou=0;}//正常時間小時加1cnt_val_hou=init_val_hou;}Displaypro(); break;case0x77:if(state_val==1){if(init_val_hou>0){init_val_hou--;}else{init_val_hou=23;}//正常時間小時減1cnt_val_hou=init_val_hou;}Displaypro(); break;case0xbe:if(state_val==1){if(init_val_min<59){init_val_min++;}else{init_val_min=0;}//正常時間分加1cnt_val_min=init_val_min;}Displaypro(); break;case0xbd:if(state_val==1){if(init_val_min>0){init_val_min--;}else{init_val_min=59;}//正常時間分減1cnt_val_min=init_val_min;}Displaypr