電子鬧鐘設(shè)計(jì)

項(xiàng)目名稱：鬧鐘設(shè)計(jì)班級(jí)：電子200901班姓名：周兵學(xué)號(hào)：201003041410指導(dǎo)教師：溫錦輝日期：2012.6.4【摘要】:時(shí)間是現(xiàn)代社會(huì)中不可缺少的一項(xiàng)參數(shù),無論是平時(shí)生活還是社會(huì)生產(chǎn)都需要對(duì)時(shí)間進(jìn)行控制,有的場合對(duì)其精確性還有很高的要求.采用單片機(jī)進(jìn)行計(jì)時(shí)，對(duì)于社會(huì)生產(chǎn)有著十分重要的作用。隨著社會(huì)發(fā)展，信息數(shù)字化走進(jìn)了每個(gè)家庭，數(shù)字化電子產(chǎn)品功能強(qiáng)大，美觀，得到人們喜愛，電子產(chǎn)品數(shù)字化已成為一種趨勢，研究電子產(chǎn)品數(shù)字化也成為當(dāng)今生產(chǎn)電子的任務(wù)。本課題以單片機(jī)為基礎(chǔ)，以C語言為編程語言，以AT89C51單片機(jī)芯片為核心設(shè)計(jì)一個(gè)音樂鬧鐘，實(shí)現(xiàn)時(shí)間顯示、定時(shí)和鬧鐘功能。設(shè)計(jì)完成的定時(shí)鬧鐘達(dá)到課程設(shè)計(jì)的要求，在到達(dá)定時(shí)的時(shí)間便立即發(fā)出蜂鳴聲音，持續(xù)6秒鐘。顯示采用的八位數(shù)碼管電路，如果亮度感覺不夠，可以通過提升電阻來調(diào)節(jié)，控制程序中延遲時(shí)間的長短，可以獲得不同的效果。也可以改蜂鳴器為繼電器，通過控制繼電器從而進(jìn)一步擴(kuò)展的來控制一些家電開關(guān)。由于AT89C51系列單片機(jī)的控制器運(yùn)算能力強(qiáng)，處理速度快，可以精確計(jì)時(shí)，很好地解決了實(shí)際生產(chǎn)生活中對(duì)計(jì)時(shí)高精確度的要求，因此該設(shè)計(jì)在現(xiàn)代社會(huì)中具有廣泛的適用性?！娟P(guān)鍵詞】:AT89C51，LED顯示，仿真，調(diào)試1.總體方框圖：（如圖1所示）圖1總體方框圖2.主控制CPU：AT89C51AT89C51單片機(jī)是一款低功耗，低電壓，高性能CMOS8位單片機(jī)，片內(nèi)含4KB（可經(jīng)受1000次擦寫周期）的FLASH可編程可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲(chǔ)器（EPROM），器件采用CMOS工藝和ATMEI公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)器（NURAM）技術(shù)制造，其輸出引腳和指令系統(tǒng)都與MCS-51兼容。片內(nèi)的FLASH存儲(chǔ)器允許在系統(tǒng)內(nèi)可改編程序或用常規(guī)的非易失性存儲(chǔ)器編程器來編程。此外，AT89C51是用靜態(tài)邏輯來設(shè)計(jì)的，其工作頻率可下降到0Hz，并提供兩種可用軟件來選擇的省電方式——空閑方式（IdleMode）和掉電方式（PowerDownMode）。在空閑方式中，CPU停止工作，而RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串行口和中斷系統(tǒng)都繼續(xù)工作。在掉電方式中，片內(nèi)振蕩器停止工作，由于時(shí)鐘被“凍結(jié)”，使一切功能都暫停，只保存片內(nèi)RAM中的內(nèi)容，直到下一次硬件復(fù)位為止，進(jìn)行軟件編程，進(jìn)行時(shí)鐘功能。AT89C51價(jià)格5-8元。該器件采用ATMEL高密度非易失儲(chǔ)存器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集合輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍儲(chǔ)存器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，AT89C單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。3.顯示器：LCD顯示器LED顯示器與LCD顯示器。LED在亮度、功耗、可視角度和刷新速率等方面，都更具優(yōu)勢。LED與LCD的功耗比大約為1:10，而且更高的刷新速率使得LED在視頻方面有更好的性能表現(xiàn)，能提供寬達(dá)160°的視角，可以顯示各種文字、數(shù)字、彩色圖像及動(dòng)畫信息，也可以播放電視、錄像、VCD、DVD等彩色視頻信號(hào)，多幅顯示屏還可以進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)播出。有機(jī)LED顯示屏的單個(gè)元素反應(yīng)速度是LCD液晶屏的1000倍，在強(qiáng)光下也可以照看不誤，并且適應(yīng)零下40度的低溫。利用LED技術(shù)，可以制造出比LCD更薄、更亮、更清晰的顯示器，擁有廣泛的應(yīng)用前景。LCD是液晶顯示屏的全稱:它包括了TFT,UFB,TFD,STN等類型的液晶顯示屏。LCD是由液態(tài)晶體組成的顯示屏，LED顯示器與LCD顯示器相比，LED在亮度、功耗、可視角度和刷新速率等方面，都更具優(yōu)勢。LED的分辨率一般較低，價(jià)格也比較昂貴，因?yàn)榧啥雀?。但是在鬧鐘中可以選擇LCD更實(shí)惠，而且LCD的分辨率足夠。如圖2：圖2顯示電路4.按鍵電路如圖3所示：圖3按鍵電路5.蜂鳴器考慮到電路設(shè)計(jì)的簡單，為觀察方便用發(fā)光二級(jí)管代替?。?！第三章硬件及軟件設(shè)計(jì)第一節(jié)單片機(jī)和數(shù)字鐘介紹1、單片機(jī)介紹(1).單片機(jī)定義“單片機(jī)”就是將計(jì)算機(jī)的基本部件集成到一塊芯片上，包括CPU、并行口、串行口、定時(shí)器／計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)、系統(tǒng)時(shí)鐘及系統(tǒng)總線等。AT89C51單片機(jī)簡介AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機(jī)。AT89C2051是一種帶2K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除100次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)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(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，AT89C2051是它的一種精簡版本。AT89C單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。如圖4所示：圖4(2).單片機(jī)分類單片機(jī)按照其用途可分為通用型和專用型兩大類。通用型單片機(jī)具有比較豐富的內(nèi)部資源，性能全面且適應(yīng)性強(qiáng)，能覆蓋多種應(yīng)用需求。專用單片機(jī)是專門針對(duì)某個(gè)特定產(chǎn)品的，例如，專用于電機(jī)控制的單片機(jī)、車載電子設(shè)備、語音信號(hào)處理和家用電器中的單片機(jī)等。2、數(shù)字鐘介紹時(shí)鐘是將小時(shí)、分鐘、秒鐘顯示于人的肉眼的計(jì)時(shí)裝置。而單片機(jī)模塊中最常見的正是數(shù)字鐘，數(shù)字鐘是一種用數(shù)字電路技術(shù)實(shí)現(xiàn)時(shí)、分、秒計(jì)時(shí)的裝置，與機(jī)械式時(shí)鐘相比具有更高的準(zhǔn)確性和直觀性，且無機(jī)械裝置，具有更長的使用壽命，因此得到了廣泛的使用。而LED電子定時(shí)鬧鐘是以單片機(jī)為基礎(chǔ)的數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)對(duì)時(shí)、分、秒的數(shù)字顯示的數(shù)字計(jì)時(shí)裝置,它的計(jì)時(shí)周期為24小時(shí)，另外應(yīng)有校時(shí)功能和一些顯示日期、鬧鐘等附加功能。一個(gè)基本的數(shù)字鐘電路主要由譯碼顯示器、“時(shí)”，“分”，“秒”計(jì)數(shù)器、校時(shí)電路、報(bào)時(shí)電路和振蕩器組成。目前電子鐘廣泛用于各種私人和公眾場合,成為我們生活、工作和學(xué)習(xí)中不可缺少的好幫手。由于時(shí)鐘的實(shí)用性和在人們生活中的重要性，所以嘗試設(shè)計(jì)以單片機(jī)為核心的數(shù)字時(shí)鐘是很有意義的。鐘表原先的報(bào)時(shí)功能已經(jīng)原不能滿足人們?nèi)找嬖鲩L的要求，現(xiàn)代的電子時(shí)鐘多帶有類似自動(dòng)報(bào)警、按時(shí)自動(dòng)打鈴、時(shí)間程序自動(dòng)控制、定時(shí)廣播、自動(dòng)起閉路燈、通斷動(dòng)力設(shè)備、甚至各種定時(shí)電氣的自動(dòng)啟用等功能，本設(shè)計(jì)中LED電子時(shí)鐘采用LED顯示時(shí)間和日期年月，直觀實(shí)用，而且可以方便的校調(diào)，附帶的萬年歷和定時(shí)功能也是很方便和實(shí)用的.第二節(jié)51單片機(jī)硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1、51單片機(jī)內(nèi)部總體結(jié)構(gòu)51系列單片機(jī)是在一塊芯片中集成了CPU、RAM、ROM、輸入/輸出接口、系統(tǒng)總線等基本部件構(gòu)成微型計(jì)算機(jī)基本部件的8位單片機(jī)，其內(nèi)部構(gòu)造如圖5所示圖5單片機(jī)內(nèi)部總體結(jié)構(gòu)圖2、51單片機(jī)時(shí)鐘電路與時(shí)序.時(shí)鐘電路用于產(chǎn)生MCS-51單片機(jī)工作所必需的時(shí)鐘信號(hào)。在執(zhí)行指令時(shí)，CPU首先要到程序存儲(chǔ)器中取出需要執(zhí)行的指令操作碼，然后譯碼，并由時(shí)序電路產(chǎn)生一系列控制信號(hào)去完成指令所規(guī)定的操作。(1).時(shí)鐘電路a.內(nèi)部時(shí)鐘方式單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，引腳XTAL1和XTAL2分別是此放大器的輸入端和輸出端。這個(gè)放大器與作為反饋元件的片外石英晶體或陶瓷諧振器一起構(gòu)成一個(gè)自激振蕩器。圖a)是單片機(jī)的內(nèi)部時(shí)鐘方式的振蕩器電路。b.外部時(shí)鐘方式 外部時(shí)鐘方式是使用外部振蕩脈沖信號(hào)，常用于多片單片機(jī)同時(shí)工作，以便于同步。對(duì)外部脈沖信號(hào)只要求高電平持續(xù)時(shí)間大于20，一般為低于12MHz的方波。這時(shí)，外部振蕩器的信號(hào)接至XTAL2，即內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端，而內(nèi)部反相放大器的輸入端XTAL1應(yīng)接地，如圖b)所示。由于XTAL2端的邏輯電平不是TTL的，故建議外接一個(gè)上拉電阻。如圖6所示圖6第三節(jié)軟件設(shè)計(jì)單片機(jī)控制流程設(shè)計(jì)如圖7所示圖7第四章程序調(diào)試與測試結(jié)果分析一、硬件調(diào)試（poutes）具體調(diào)試在程序仿真及調(diào)試文檔里poutes執(zhí)行。如圖8所示如圖8所示二、軟件調(diào)試(keil)如圖9所示如圖9所示結(jié)論單片機(jī)是一門應(yīng)用性很強(qiáng)的學(xué)科，課程設(shè)計(jì)是培養(yǎng)我們綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí),發(fā)現(xiàn)、提出、分析和解決實(shí)際問題，鍛煉實(shí)踐能力的重要環(huán)節(jié),是對(duì)我們實(shí)際工作能力的具體訓(xùn)練和考察過程。雖然在做課程設(shè)計(jì)以前已經(jīng)系統(tǒng)的把單片機(jī)課本認(rèn)真的學(xué)習(xí)了一下，但是在剛拿到設(shè)計(jì)任務(wù)書時(shí)還是有點(diǎn)一頭霧水，不知道該從哪里下手。令人欣慰的是經(jīng)過一周的學(xué)習(xí)，雖然過程很艱辛，但是總算實(shí)現(xiàn)了定時(shí)鬧鐘的功能，所有的努力都很值得。這一周的大部分時(shí)間都在研究程序怎么處理，在這個(gè)過程中加深了我對(duì)C語言命令的應(yīng)用，而且也更加了解到軟硬件配套的重要性。通過這次課程設(shè)計(jì)，使我對(duì)這們功課有了更深刻的認(rèn)識(shí)和了解。首先對(duì)于硬件電路的工作原理有了進(jìn)一步系統(tǒng)的學(xué)習(xí)，同樣就有了進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)，使我懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合的重要性，只有理論知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合起來，才能提高自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考的能力。其次軟件在這次設(shè)計(jì)中也有不足之處，比如音樂的響聲不連續(xù)，但又不知道從哪個(gè)地方入手解決這個(gè)問題，這要求在以后的學(xué)習(xí)中，拓寬自己的知識(shí)面，解決設(shè)計(jì)的不足之處?？傊?，通過這次課程設(shè)計(jì)不僅使我鞏固了本課程所學(xué)的基本知識(shí)，還使我具有了撰寫科研報(bào)告的初步訓(xùn)練能力，我相信這些能力在我以后的工作或者是再學(xué)習(xí)中一定會(huì)起到不小的作用，一切的辛苦和艱難都是值得的。參