单片机定时闹钟设计报告.docx

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1、湖北理工学院20112012学年第2学期单片机应用课程设计报告教学院（部）电气与电子信息工程学院教 研室电气自动化指导教师胡蔷陶彪课程设计时间2012.5.7 2012.5.11课程设计班级电气工程及其自动化学号姓名同 组人课程设计任务书_、课程设计题目：单片机应用二、课程设计内容1. 根据具体设计课题的技术指标和给定条件，以单片机为核心器件，能独立而正确地进 行方案论证和电路设计，要求概念清楚、方案合理、方法正确、步骤完整；2. 熟悉、掌握各种外围接口电路芯片的工作原理和控制方法；3. 熟练使用单片机汇编语言进行软件设计；4. 熟练使用Proteus、Keil软件进行仿真电路测试；5. 熟练

2、使用Protel软件设计印刷电路板；6. 学会查阅有关参考资料和手册，并能正确选择有关元器件和参数；7. 编写设计说明书，参考毕业设计论文格式撰写设计报告。序号内容学时安排(天)1方案论证和总体设计12硬件设计测试13软件设计14仿真测试及PCB设计15答辩1合计5设计指导地点：K2-406 DSP、EDA实验室三、进度安排1.时间安排四、基本要求(1) 根据要求确定系统设计方案；(2) 绘制系统框图、系统原理总图，印刷电路板图，列出元器件明细表;(3) 计算电路参数和选择元器件，画出软件框图，列出程序清单；(4) 仿真，测试与修改调整；(5) 误差分析与调整；(6) 写出使用说明书；(7)

3、对设计进行全面总结，写出课程设计报告。评定项目基本内涵分值设计过程考勤5分答 辩回答问题情况25分实物测试正常无故障运行20分设计报告完成设计任务、报告规范性等情况50分90100分：优；8089分：良；7079分：中；6069分，及格；60分以下：不及格六、课程设计参考资料五、课程设计考核办法与成绩评定1 电气与电子信息工程学院.单片机实验指导书2 熊静琪.计算机控制技术.北京：电子工业出版社,2003.3 黄忠霖.控制系统MATIAB计算及仿真.北京：国防工业出版社，2004.4 彭为等.单片机典型系统设计实例精讲.北京：电子工业出版社，20075 王庆利等.单片机设计案例实践教程.北京：

4、北京邮电大学出版社，20086 韩志军等.单片机应用系统设计一一入门向导与设计实例.北京：机械工业出版社，20057 皮大能等.单片机课程设计指导书.北京：北京理工大学出版社，2010指导教师：陶彪胡蔷单片机应用课程设计成绩评定表课程设计题目: 课程设计答辩或质疑记录：1、单片机如何使显示器时钟走动？答：单片机采用定时器1工作方式1，即16位定时器/计数器，并应用中断方式 使时间走动。2、LED显示器是怎样显示数字的？答：LED利用数码管的段选，使不同的段亮即代表着不同的数字。成绩评定依据：课程设计考勤情况（5%）：课程设计答辩情况（25%）：完成设计任务及报告规范性（50%）：实物测试（20

5、%）：最终评定成绩（以优、良、中、及格、不及格评定）指导教师签字：2012 年 5 月20 日摘要本次课程设计是在单片机授课结束的情况下，通过老师的指导和小组同学的 协助，独立自主的完成项目设计，我们小组选定的是定时闹钟的设计，下面简单 阐述一下该项目的设计思路。利用动态数码管作为显示器，K20-K27作为输入按键，蜂鸣器作为声音输出 制作一个定时闹钟。最后结果要求做到：1、正确显示时分。2、可以利用按钮调整时间和设定闹钟时间。3、当时间到达设定的闹钟时间时，蜂鸣器发出嘀、嘀、嘀的报警声。4、通过串口在PC上设定时间和闹钟。关键字：定时闹钟目录1概述52主要硬件介绍及电路原理设计 62.1 S

6、TC89C52RC单片机简要介绍72.2键盘和LED数码管显示器简介82.3主要电路原理与设计93软件设计113.1概述123.2主模块的设计123.3基本显示模块设计123.4时间设定模块设计133.5闹铃功能的实现144.PROTEUS软件仿真155课程设计体会17参考文献18附:程序清单191.概述本设计是定时闹钟的设计，由单片机AT89C51芯片和LED数码管为核心， 辅以必要的电路，构成的一个单片机电子定时闹钟。定时闹钟设计可采用数字电路实现，也可以采用单片机来完成。定时闹 钟是用数字集成电路构成的，用数码管显示“时”，“分”，“秒”的现代计 时装置。单片机具有集成度高、功能强、通用

7、性好、特别是它能耗低、价格 便宜、可靠性高、抗干扰能力强和使用方便等独特的优点，所以单片机现在 广泛的应用到家用电器、机电产品、儿童玩具、机器人、办公自动化产品等 领域。所以在该设计中采用单片机利用AT89C51,它是低功耗、高性能的CMOS 型8位单片机。片内带有4KB的Flash存储器，且允许在系统内改写或用编程 器编程。另外，AT89C51的指令系统和引脚与8051完全兼容,片内有128B的 RAM、32条I/O 口线、2个16位定时计数器、5个中断源、一个全双工串行 口等。AT89C51单片机结合七段显示器设计的简易定时闹铃时钟，可以设置 现在的时间及显示闹铃设置时间，若时间到则发出一

8、阵声响，进一步可以扩 充控制电器的启停。设计内容包括了秒信号发生器、时间显示电路、按键电路、供电电源以 及闹铃指示电路等几部分的设计。采用四个开关来控制定时闹钟的工作状态， 分别为：K1、设置时间和闹钟的小时；K2、设置小时以及设置闹钟的开关； K3、设置分钟和闹钟的分钟；K4、设置完成退出。课设准备中根据具体的要求，查找资料，然后按要求根据已学过的时钟 程序编写定时闹钟的程序，依据程序利用proteus软件进行了仿真试验，对 出现的问题进行分析和反复修改源程序，最终得到正确并符合要求的结果。设计完成的定时闹钟达到课程设计的要求，在到达定时的时间便立即发 出蜂鸣声音，持续一分钟。显示采用的六位

9、数码管电路，如果亮度感觉不够， 可以通过提升电阻来调节，控制程序中延迟时间的长短，可以获得不同的效 果。也可以改蜂鸣器为继电器，通过控制继电器从而进一步扩展的来控制一 些家电开关。2.主要硬件介绍及电路原理设计2.1 STC89C52RC单片机简要介绍在单片机应用系统中，单片机是整个系统的核心，对整个系统的信息输入、 处理、信息输出进行控制。与单片机配套的有相应的复位电路、时钟电路以及扩 展的存储器和IO接口，使单片机应用系统能够运行。在一个单片机应用系统中，往往都会输入信息和显示信息，这就涉及键盘 和显示器。在单片机应用系统中，一般都根据系统的要求配置相应的键盘和显示 器。配置键盘和显示器一

10、般都没有统一的规定，有的系统功能复杂，需输入的信 息和显示的信息量大，配置的键盘和显示器功能相对强大，而有些系统输入/输 出的信息少，这时可能用几个按键和几个LED指示灯就可以进行处理了。在单 片机应用系统在中配置的键盘可以是独立键盘，也可能是矩阵键盘。显示器可以 是LED指示灯，也可以是LED数码管，也可以是LCD显示器，还可以使用CRT 显示器。单片机应用系统中键盘一般用的比较多的是矩阵键盘，显示器用的比较 多的是LED数码管还LCD显示器。2.2键盘和LED数码管显示器简介键盘是单片机应用系统中最常用的输入设备，在单片机应用系统实现简单的 人机通信。键盘实际上是一组按键开关的集合，平时按

11、键开关总是处于断开状 态，当按下键时它才闭合。键盘的结构形式一般有两种：独立式键盘和矩阵式 键盘。矩阵式键盘的工作方式有3种：查询工作方式、定时扫描工作方式和中 断工作方式。LED数码管显示器在单片机应用系统中，经常用到LED数码管作为显示输 出设备，LED数码管显示器虽然显示信息简单，但它具有显示清晰、亮度高、 使用电压低、寿命长、与单片机接口方便等特点，基本上能够满足单片机应用系 统的需要，所以在单片机应用系统中经常用到。LED数码管显示器是由发光二 极管按一定的结构组合起来的显示器件。在单片机应用系统中通常使用的是8 段式LED数码管显示器，它有共阴极和共阳极两种。所谓译码方式是指由显示

12、 字符转换得到对应的字段码的方式。对于LED数码管显示器，通常的译码方式 有两种：硬件译码方式和软件译码方式。LED数码管在显示时，通常有两种显 示方式：静态显示方式和动态显示方式。在使用时可以把它们组合起来。在实际 应用时，如果数码管个数较少，通常用硬件译码静态显示，在数码管个数较多时， 则通常用软件译码动态显示。2.3主要电路原理设计（1）系统硬件电路的设计：电路是由控制部分和显示部分两大部分组成。利用单片机程序进行控制，单片机 以晶体振荡器的振荡周期（或外部引入的时钟周期）为最小的时序单位，片内的各 种微操作都以此周期为时序基准。振荡频率二分频后形成状态周期或称s周期， 所以，1个状态周

13、期包含有2个振荡周期。振荡频率foscl2分频后形成机器周 期MC。所以，1个机器周期包含有6个状态周期或12个振荡周期。1个到4 个机器周期确定一条指令的执行时间，这个时间就是指令周期。AT89S52单片 机指令系统中，各条指令的执行时间都在1个到4个机器周期之间。，并通过数码管进行显示单片机普遍采用锁相环技术，使单片机的时钟频率可由 程序控制。锁相环允许用户在片外使用频率较低的晶振，可以很大地减小板级噪 声；而且，由于时钟频率可由程序控制，系统时钟可以在一个很宽的范围内调整， 总线频率往往能升得很高。但是，使用锁相环也会带来额外的功率消耗。单就 时钟方案来讲，使用外部晶振且不使用锁相环是功

14、率消耗最小的一种AT89S52 单片机的时钟信号通常用两种电路形式得到：内部振荡方式和外部振荡方式。 在引脚XTAL1和XTAL2外接品体振荡器（简称晶振）或陶瓷谐振器，就构成了 内部振荡方式。由于单片机内部有一个高增益反相放大器，当外接晶振后，就构 成了自激振荡器并产生振荡时钟脉冲。内部振荡方式的外部电路如下图所示。图中，电容器C01，C02起稳定振荡频率、快速起振的作用，其电容值一般在 5-30pF。晶振频率的典型值为12MH2，采用6MHz的情况也比较多。内部振 荡方式所得的时钟情号比较稳定，实用电路中使用较多。外部振荡方式是把外部已有的时钟信号引入单片机内。这种方式适宜用来使单片机的时

15、钟与外部信号保持同步。外部振荡方式的外部电路如下图所示。内部振荡方式外部据荡方式如图所示：各模块分析：显示模块电路先通过电源电路送出+5V电压，单片机AT89S52通过 74LS47和CD4515（4 16译码器）驱动数码管显示数值，显示部分采用普 通共阳极数码管显示，采用动态扫描，以减少硬件电路。考虑到一次扫描12位 数码管显示时会出现闪烁情况，设计时分两排显示，一排显示时间和年月日，一 排显示星期和温度， 共阳极数码管中8个发光二极管的阳极（二极管正端） 连在一起。通常，公共阳极接高电平（一般接电源），其它管脚接段驱动电路输 出端。当某段驱动电路的输入端为低电平时，该端所连接的字段导通并点

16、亮。根 据发光字段的不同组合可显示出各种数字或字符。此时，要求段驱动电路能吸收 额定的段导通电流，还需根据外接电源及额定段导通电流来确定相应的限流电 阻。采用动态显示方式，比较节省I/O 口，硬件电路也较静态显示简单，但其 亮度不如静态显示方式，而且在显示位数较多时，CPU要依次扫描，占用CPU 较多时间。为了提供共阳LED数码管的驱动电压，用三极管9012作电源驱动输出。采用 12MHz晶振，有利于提高秒计时的精确性。三极管采用9012。数码管采用红 色的共阳型LED数码管，亮度高些，因为是扫描的显示方式，所以各个数码管 的abcdefg各脚采用了总线并联，改动510欧姆的电阻可以改变显示亮

17、度；eerlrm A b c d eucueeskA rr.rr rmI1 X1trrxn-U5:xrjU-1Pi H r2 pi .i| rui151成箜ZL-与JM.r 2pi J1FZ PiJIFXXra.iKXD rajTTH pnaUTT pa 由 rn RJ3 ri mam! ra.nFtr性能及误差分析K1键用于系统进入时间调节状态，根据所按次数不同，分别进入时分秒调节 状态，K2、K3分别用于对显示时间和闹钟时间的增加和减小调节，K4键用于 显示闹钟所定时间，对K4键所按次数不同分别进入闹钟的时分秒调节状态。该 电子钟的误差主要由晶振自身的误差所造成,晶振的误差约为0. 000

18、10. 000001结构化软件程序的调试一般可以将重点放在分模块调试上，统调是最后一 环。软件调试可以采取离线调试和在线调试两种方式。前者不需要硬件仿真器， 可借助于软件仿真器即可；后者一般需要仿真系统的支持。本次课设，采用keil 调试软件来调试程序，通过各个模块程序的单步或跟踪调试，使程序逐渐趋于正 确，最后统调程序。仿真部分采用protus 6 professional软件，此软件功能强大且操作较为简 单，可以很容易的实现各种系统的仿真。首先打开protus 6 professional软件，在元件库中找到要选用的所有元件，然 后进行原理图的绘制；绘制好后再选择keil已经编译好的*.h

19、ex文件，选择运 行，观察显示结果，根据显示的结果和课设的要求再修改程序，再运行查，直到 满足要求。5.课程设计体会单片机是一门应用性很强的学科，课程设计是培养我们综合运用所学知识, 发现、提出、分析和解决实际问题，锻炼实践能力的重要环节，是对我们实际工 作能力的具体训练和考察过程。虽然在做课程设计以前已经系统的把单片机课本 认真的学习了一下，但是在刚拿到设计任务书时还是有点一头雾水，不知道该从 哪里下手。令人欣慰的是经过一周的学习，虽然过程很艰辛，但是总算实现了定 时闹钟的功能，所有的努力都很值得。这一周的大部分时间都在研究程序怎么处 理，在这个过程中加深了我对汇编语言命令的应用，而且也更加

20、了解到软硬件配 套的重要性。通过这次课程设计，使我对这们功课有了更深刻的认识和了解。首先对于硬 件电路的工作原理有了进一步系统的学习，同样就有了进一步的认识，使我懂得 了理论与实际相结合的重要性，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论 知识与实践相结合起来，才能提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。其次 软件在这次设计中也有不足之处，比如音乐的响声不连续，但又不知道从哪个地 方入手解决这个问题，这要求在以后的学习中，拓宽自己的知识面，解决设计的 不足之处。总之，通过这次课程设计不仅使我巩固了本课程所学的基本知识，还使我具 有了撰写科研报告的初步训练能力，我相信这些能力在我以后的工作或者是

21、再学 习中一定会起到不小的作用，一切的辛苦和艰难都是值得的。参考文献1 电气与电子信息工程学院.单片机实验指导书2 熊静琪.计算机控制技术.北京：电子工业出版社,2003.3 黄忠霖.控制系统MATIAB计算及仿真.北京：国防工业出版社，2004.4 彭为等.单片机典型系统设计实例精讲.北京：电子工业出版社，20075 王庆利等.单片机设计案例实践教程.北京：北京邮电大学出版社，20086 韩志军等.单片机应用系统设计一一入门向导与设计实例.北京：机械工业出 版社，20057 皮大能等.单片机课程设计指导书.北京：北京理工大学出版社，2010程序清单#include#define uchar

22、unsigned char#define uint unsigned intsbit dula = P26;sbit wela = P27;sbit key1 = P10;sbit key2 = P1U;sbit key3 = P12;sbit key4=P13;sbit buzzer=P37;uchar code table=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71;uchar code table1=0xbf,0x86,0xdb,0xcf,0xe6,0xed,0xfd,0x

23、87,0xff,0xef,0xf7,0xfc,0xb9,0xde,0xf9,0xf1;uint num,num1,num2,num3,shi1,shi2,fen1,fen2,miao1,miao2,keynum1,keynum4;uint nnum1,nnum2,nnum3,nshi1,nshi2,nfen1,nfen2,nmiao1,nmiao2;void delayms(uint xms)uint i,j;for(i=xms;i0;i-)for(j = 110;j0;j-);void display(uchar A,uchar B,uchar C,uchar D,uchar E,uchar

24、 F)miao1 = num1/10;miao2 = num1%10;fen1 = num2/10;fen2 = num2%10;shi1 = num3/10;shi2 = num3%10;nmiao1 = nnum1/10;nmiao2=nnum1%10;nfen1 = nnum2/10;nfen2 = nnum2%10;nshi1 = nnum3/10;nshi2 = nnum3%10;P0 = 0xff; wela = 1; P0=0xfe; wela=0; dula = 1; P0=tableA; dula=0; delayms(1);P0=0xff; wela = 1; P0 = 0

25、xfd; wela=0; dula = 1; P0=table1B; dula=0; delayms(1);P0=0xff; wela = 1; P0=0xfb; wela=0; dula = 1; P0=tableC; dula=0; delayms(1);P0=0xff; wela = 1; P0 = 0xf7; wela=0; dula = 1; P0=table1D; dula=0; delayms(1);P0=0xff; wela = 1; P0=0xef; wela=0; dula = 1; P0=tableE;dula=0;delayms(l);P0=0xff;wela = 1;

26、P0=0xdf;wela=0;dula = 1;P0=tableF;dula=0;delayms(l);void keyscan()if(key1 =0)delayms(10);if(key1 =0)keynum1 + + ;while(!key1);if(keynum1!=0)TR0 = 0;if(keynum1 = = 1)if(key2 = = 0)delayms(10);if(key2 = = 0)num1 + + ;if(num1 = = 60) num1 = 0;while(!key2);if(key3= = 0)delayms(10);if(key3 = = 0)if(num1

27、= = 0) num1 = 60;numl-;while(!key3);if(keynum1 = = 2) if(key2 = = 0)delayms(10);if(key2 = = 0)num2+ + ;if(num2 = = 60) num2 = 0;while(!key2);if(key3= = 0)delayms(10);if(key3 = = 0)if(num2 = = 0) num2 = 60;num2-;while(!key3);if(keynum1 = = 3) if(key2 = = 0)delayms(10);if(key2 = = 0)num3+ + ;if(num3 =

28、 = 24) num3 = 0;while(!key2);if(key3= = 0)delayms(10);if(key3 = = 0)if(num3 = = 0) num3 = 24;num3-;while(!key3);if(keynum1 = =4)keynum1 = 0;TR0=1;if(key4= = 0)delayms(10);if(key4= = 0)keynum4+ + ;while(!key4);if(keynum4!=0)TR0 = 0;if(keynum4= = 1)if(key2 = = 0)delayms(10);if(key2 = = 0)nnum1 + + ;if

29、(nnum1 = = 60) nnum1 = 0;while(!key2);if(key3= = 0)delayms(10);if(key3 = = 0)if(nnum1 = = 0)nnum1 = 60;nnuml-;while(!key3);if(keynum4= = 2)if(key2 = = 0)delayms(10);if(key2 = = 0)nnum2+ + ;if(nnum2 = = 60) nnum2=0;while(!key2);if(key3= = 0)delayms(10);if(key3 = = 0)if(nnum2 = = 0)nnum2=60;nnum2-;whi

30、le(!key3);if(keynum4= = 3)if(key2 = = 0)delayms(10);if(key2 = = 0)nnum3+ + ;if(nnum3 = = 24)nnum3=0;while(!key2);if(key3= = 0)delayms(10);if(key3 = = 0)if(nnum3 = = 0)nnum3=24;nnum3-;while(!key3);if(keynum4=4)keynum4=0;TR0=1;void main()num3 = 12;nnum3 = 6;TMOD=0x01;TH0=(65536-50000)/256;TL0=(65536-5

31、0000)%256;EA=1;ET0 = 1;TR0 = 1;while(1)keyscan();if(keynum4= = 0)display(shi1,shi2,fen1,fen2,miao1,miao2);if(keynum4!=0)display(nshi1,nshi2,nfen1,nfen2,nmiao1,nmiao2);if(keynum1 = = 0)if(num1 = = nnum1&num2= = nnum2&num3 = = nnum3)buzzer=0;delayms(5000);buzzer=1;void T0_time() interrupt 1TH0=(65536-50000)/256;TL0=(65536-50000)%256;num+ + ;if(num = = 20)num = 0;num1 + + ;if(num1 = = 60)num1 = 0;if(num1 = = 0)num2+ + ;if(num2= = 60)num2 = 0;if(num2= = 0)num3+ + ;if(num3 = = 24)num3=0;