杨琳琳-智能电脑钟的设计.doc

单片机课程设计

题 目: 智能电脑钟的设计
专 业： 07自动化（2）班
学 号： 200710320234
姓 名： 杨琳琳
完成日期： 2010-6-27
指导教师： 张老师

景德镇陶瓷学院

单片机原理及应用课程设计任务书
班级： 07自动化（2）班 姓名：杨琳琳 指导老师：张 玲 2010年06月21 日
设计题目：智能电脑钟的设计

设

计

任

务

要求以单片机为主控制器设计一个功能强的电脑钟，能实现如下功能：
1． 能将用户提供的作息时间表存入存储器，按作息时间的要求进行定时打铃。
2． 能实现计时的清零、启动和停止，显示出累计时间。
3． 设置功能选择开关和相应的操作按键。
4． 具有定时功能。

设
计
要
求
1． 调研、查找并收集资料。
2． 总体设计。
3． 硬件设计:：用A4纸画出硬件的接线图。
4． 软件设计：画流程图及编写程序。
5． 撰写设计说明书（字数约2000字左右）。
6． 参考资料目录

参
考
资
料
《单片机原理及接口技术》 胡汉才 清华大学出版社
《单片机中级教程》 张俊谟 北航出版社
《单片机原理及接口技术》 李全利 高等教育出版社
教研室主任签字： 年 月 日

目录

1总体设计 4
2 单元电路设计 5
2.1 主控制电路设计 5
2.2 显示电路设计 6
2.3 按键电路设计 6
3硬件电路设计及原理说明 7
3.1硬件电路介绍 7
3.2电路工作原理说明 7
4软件设计 8
4.1智能电脑钟的软件设计流程图 8
4.2 智能电脑钟的汇编语言源程序 8
5元器件清单 15
6设计小结 16
7总电路图 17
8参考文献 18

1总体设计
时钟是人们生产和生活的基本设备。构成时钟电路的方法很多，根据任务书的要求，设计出的智能电脑钟需满足下列条件：
① 能将用户提供的作息时间表存入存储器，按作息时间的要求进行定时打铃；
② 能实现计时的清零、启动和停止，显示出累计时间；
③ 设置功能选择开关和相应的操作按键。
④ 具有定时功能；
⑤ 要求以单片机为主控制器。

所以设计出的智能电脑钟必须要满足上述条件。根据上述条件，选用8031作主控制器，扩展一片程序存储器，如存储容量为8K×8的EPROM2764，扩展6位LED显示接口，以用于时钟显示，设置两路输出信号，用于推动外部定时控制设备或音响报时电路。扩展一个包括0一9的十个数字键和若干功能键的键盘。这些功能键的作用是：作时钟时，设置报时、校时；作定时时，设置定时时间的启动；作跑表时，设置清零、启动和停止。
输出设备分为两个方面，一是由6位数码管组成的时间显示器，可利用8031的串行口，经移位寄存器74LSl64送出显示器的段控制信号，其位控制信号分别由P1．0～P1．5输出。报时信号由P3．5输出，定时信号由P3．6输出，这个输出信号可控制各种外部设备。
时钟信号的产生可利用8031片内的定时器。产生定时中断，进行时、分、秒的计时，并将信号送到显示电路。
根据上述分析可知，智能电脑钟的总体电路应主要包括主控制电路(以8031为控制芯片)，显示电路和按键电路。总体连接框图如下图1所示。

图1 智能电脑钟总体连接框图

2 单元电路设计
根据上述分析可知，智能电脑钟总体电路主要包括主控制电路(以8031为控制芯片)，显示电路和按键电路。
2.1 主控制电路设计
如下图2所示，选用单片机8031作主控制器，并用存储容量为8K×8的EPROM2764扩展一片程序存储器。选用地址锁存器74LS373连接8031和2764，74LS373 是一种带三态门的8D锁存器，连接方式如下图2所示。晶振电路由两1.5P电容C1,C2和11.000MHZ晶体振荡器连接在XTAL1和XTAL2上。RESET管脚接复位信号如下图2所示。报时信号由P3．5输出，定时信号由P3．6输出，输出信号通过固态继电器去控制被控对象。

图2 智能电脑钟主控制电路图
2.2 显示电路设计
LED数码管能够显示数字和部分字符，价格便宜，硬件电路，软件编程均非常简单，而且使用动态扫描技术可节省大量硬件成本。所以显示电路选用LED数码管作为显示器件 。由于系统要求显示小时，分钟和秒，所以选用6位LED数码管即可。并用反相器7406与按键电路连接，用反相器7404与单片机8031的PI口连接。具体连接方式如下图3所示。

图3 智能电脑钟LED显示电路
2.3 按键电路设计
按键电路用移位寄存器74LS164与键盘电路连接，键盘包括0～9十个数字键和REG、NEXT两个命令键。数字键0、6、1、7和命令键NEST设置为双功能键，分别为跑表启动、停止、报时、定时和跑表清零，用以选择电脑钟的不同功能。74LS164与8031P2口连接。按键电路具体连接方式如下图4所示。

图4 智能电脑钟按键电路

3硬件电路设计及原理说明
3.1硬件电路介绍
智能电脑钟总体连接图如图6所示。该电脑钟主要由8031单片机，地址锁存器74LS373，EPROM2746组成。而且扩展了6位LED显示器和12键盘。
显示器显示电脑钟的走时时间，从左至右时、分、秒各占两位；用于跑表时，显示器从左至右为分、十秒、秒、百毫秒、十毫秒、1毫秒。键盘包括0～9十个数字键和REG、NEXT两个命令键。数字键0、6、1、7和命令键NEST设置为双功能键，分别为跑表启动、停止、报时、定时和跑表清零，用以选择电脑钟的不同功能。
要显示的时间数据从8031的串行口送出，经移位寄存器74LS164送至LED显示器进行断选。从8031的P1 .0~1.5送出位选信号。开关S1和S2 用于选择报时时间表。输出信号通过固态继电器去控制被控对象。
3.2电路工作原理说明
报时和定时控制的原理是利用8031片内的定时器0，定时发出中断，进行秒、分、时计时，并把计时时间送至显示器。为能按照时间表发出相应的控制信号，采用了查表的方法。电脑钟在每次分计时和小时计时之后去查时间表，并与电脑钟的走时进行比较，查到相等的值时就发出相应的控制信号。报时与定时控制的区别在于，定时控制是定点开、停，交替发出开、停控制信号。而报时控制在于到点发出报时控制信号，经较短时间(比如10秒)，就需要关掉报时信号。为此目的，电脑在秒计时之后，把秒时单元的数值与给定发报时信号时间进行比较，相等时就发出关报时的控制信号。
跑表功能的原理是利用8031片内的定时器1，定时1毫秒发出中断，进行毫秒、秒和分秒时。电脑钟测试I／O口上相应位的输入信号，决定计时的启、停。

4软件设计
4.1智能电脑钟的软件设计流程图
设置定时器工作方式
设置定时器初值
开中断
向显示器缓冲区放数
显示子程序
（01.秒单元）+1

01.秒单元←0，.秒单元+1

.秒单元←0，.分单元+1
向显示缓冲区取数测试初值合法性
分单元←0，.时单元+1
时单元←0
（01.秒单元）=10
秒单元=60
分单元=60
时单元=24
中断返回

图5 智能电脑钟软件设计流程图
4.2 智能电脑钟的汇编语言源程序
ORG 0000H
LJMP MAIN
ORG 0003H
SETB PSE.5
RET1
ORG 000BH
LJMP CLOCK
ORG 0013H
SETB 7FH
RET1
ORG 0030H
MAIN：MOV SP，#60H
MOV TMOD，#01H
MOV IE，#87H
SETB PT0
MOV TL0，#0B7H
MOV TH0，#3CH
MOV 20H，#00H
MOV 21H，#00H
MOV 22H，#00H
MOV 23H，#00H
MOV 50H，#06H
MOV 51H，#28H
MOV 52H，#00H
CLR PSW.5
CLR 7FH
SETB TR0
SETB IT0
SETB IT1
CLR P3.0
SS：LCALL CUTIN0
LCALL SSCAN
JNB PSW.5，LK
LCALL KEY0
LK：JNB 7FH，SS
LCALL KEY1
SJMP SS
CUTIN0：PUSH PSW
PUSH ACC
MOV 25H，R0
MOV R0，#79H
MOV A，22H
ACALL BCD
MOV A，21H
ACALL BCD
MOV A，20H
ACALL BCD
MOV R0，25H
POP ACC
POP PSW
RET
CUTIN1：PUSH PSW
PUSH ACC
MOV 25H，R0
MOV R0，#79H
MOV A，42H
ACALL BCD
MOV A，41H
ACALL BCD
MOV A，40H
ACALL BCD
MOV R0，25H
POP ACC
POP PSW
RET
BCD：MOV B，#0AH
DIV AB
MOV @R0，B
INC R0
MOV @R0，A
INC R0
RET
CLOCK：JNB PSW.5，ZC
LJMP FH
ZC：MOV TL0，#OB7H
MOV TH0，#3CH
PUSH PSW
PUSH ACC
INC 23H
MOV A，23H
CJNE A，#0AH，RET0
MOV 23H，#00H
INC 22H
MOV A，22H
CJNE A，#3CH，RET0
MOV 22H，#00H
SETB P1.0
CLR P3.0
INC 21H
MOV A，21H
CJNE A，#3CH，RET0
MOV 21H，#00H
CLR P1.0
INC 20H
MOV A，20H
CJNE A，#18H，RET0
MOV 20H，#00H
AJMP RET0
RET0：MOV A，21H
CJNE A，51H，B0
MOV A，20H
CJNE A，50H，B0
SETB P3.0
B0：POP ACC
POP PSW
FH：RET1
SSCAN：MOV R6，#05H
SS2：MOV 30H，#20H
MOV 31H，#7EH
MOV R7，#06H
SS1：MOV R1，#21H
MOV A，30H
MOVX @R1，A
MOV R0，31H
MOV A，@R0
MOV DPTR，#SC
MOVC A，@A+DPTR
MOV R1，#22H
MOVX @R1，A
LCALL D1
MOV A，30H
RR A
MOV 30H，A
DEC 31H
DJNZ R7，SS1
DJNZ R6，SS2
RET
SC：DB 0C0H，0F9H，0A4H，0B0H，99H，92H，82H，0F8H，80H，90H，0FFH
KEY：MOV 42H，#00H
A0：MOV P1，#0FFH
MOV A，P1
ANL A,38H
MOV R3，A
LCALL DELAY
MOV P1，#0FFH
MOV A，P1
ANL A，#38H
CLR C
SUBB A，R3
JNZ A0
MOV A，R3
CJNE A，#38H，A00
SJMP A0
A00：CJNE A，#30H，T0K2
INC 41H
MOV R2,41H
CJNE R2，#3CH，A1
MOV 41H，#00H
A1：MOV P1，#0FFH
MOV A，P1
ANL A，#08H
JNZ A0
LCALL DELAY
SJMP A1
T0K2：CJNE A，#28H，T0K3
DEC 41H
MOV R2，41H
CJNE R2，#0FFH，A2
MOV 41H,#3BH
A2: MOV P1,#0FFH
MOV A,P1
ANL A,#10H
JNZ A0
LCALL DELAY
SJMP A2
TOK3: CJNE A,#18H,A0
AA: MOV P1,#0FFH
MOV A,P1
ANL A,#20H
JNZ A3
LCALL DELAY
SJMP AA
A3: MOV P1,#0FFH
MOV A,P1
ANL A,#38H
MOV R3,A
LCALL DELAY
MOV P1,#0FFH
MOV A,P1
ANL A,#38H
CLR C
SUBB A,R3
JNZ A3
MOV A,R3
CJNE A,#38H,A33
SJMP A3
A33: CJNE A,#30H,TO2
INC 40H
MOV R2,40H
CJNE R2,#18H,A4
MOV 40H,#00H
A4: MOV P1,#0FFH
MOV A,P1
ANL A,#08H
JNZ A3
LCALL DELAY
SJMP A4
TO2: CJNE A,#28H,TO3
DEC 40H
MOV R2,40H
CJNE R2,#0FFH,A5
MOV 40H,#17H
A5: MOV P1,#0FFH
MOV A,P1
ANL A,#10H
JNZ A3
LCALL DELAY
SJMP A5
TO3: CJNE A,#18H,A3
RET
KEY0: MOV 41H,21H
MOV 40H,20H
CLR TR0
ACALL KEY
CLR PSW.5
MOV 22H,42H
MOV 21H,41H
MOV 20H,40H
MOV TL0,#0B7H
MOV TH0,#3CH
SETB TR0
RET
KEY1: MOV 41H,51H
MOV 40H,50H
LCALL KEY
CLR 7FH
MOV 51H,41H
MOV 50H,40H
RET
D1: MOV R4,#02H
D11: MOV R5,#0FFH
DJNZ R5,$
DJNZ R4,D11
RET
DELAY: PUSH ACC
LCALL CUTIN1
LCALL SSCAN
POP ACC
RET

程序中的一些存储单元的定义如下：
◇ ２０Ｈ～２２Ｈ：时、分、秒单元；
◇ ４０Ｈ～４２Ｈ：校时或闹钟校时期间的时、分、秒单元；
◇ ５０Ｈ～５１Ｈ：起闹时间的时、分单元；
◇ ７９Ｈ～７ＥＨ：显示缓冲区；
◇ 用户标志位Ｆ０：校时标志，当Ｆ０＝１时，表示校时；
◇ 位７ＦＨ：闹钟校时标志，当７ＦＨ＝１时，表示闹钟校时；

5元器件清单
名称
数量
8031
1
74LS373
（地址锁存器）
1
74LS164
（移位寄存器）
1
2764
1
7406
9
7404
6
RES(10欧姆)
13
6位LED显示器
1
12位键盘
1
CAP(1.5P)
2
SW-PB(开关)
1
SW-SPST(开光)
2
CRYSTAL.LIB
(11.000MHz
晶体振荡器）

1
ELECTR01
(10uf)
1
6设计小结
短短的一个星期就快过去了，终于完成单片机课程设计了。从开始的一头雾水到现在的独立完成设计，感觉真的过了很久。
在课程设计的过程中，开始一看到题目“智能电脑钟”感觉无从下手，便在图书馆，网上查有关智能电脑钟的各种资料。发现自己对所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固，比如说不懂一些元器件的使用方法，对单片机汇编语言掌握得不好……通过这次课程设计之后，对以前所学过的知识不仅温习了一遍，更加深了理解。
设计智能电脑钟所用的8031、74LS373、74LS164、2746在单片机课上都学过，不过到了真的要把它们连接在一起用的时候却有好多东西不会，才发现理论与实践相差真的太多了。有很多知识也忘了，通过这次设计对8031、74LS373、74LS164、2746的接口和性质有了更深的理解。智能电脑钟还要设置键盘，这个刚开始也不知道，在网上查了很多资料终于学会了。
硬件电路好了，还要设计相应的软件。软件当然是要用汇编语言了。在单片机课上所学的都是设计一个小小的程序，一个智能电脑钟有那么多功能都需要程序来实现，所以需要设计一个既复杂又长的程序。开始的时候也是无从下手，查了好多别人设计的程序，看看他们怎么设计的，最后才根据智能电脑钟硬件电路的特点设计好了程序。
一个星期的课程设计真的学到很多很多的的东西，不仅巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，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，从理论中得出结论，才能真正提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。

7总电路图

8参考文献
◇ 郝迷振，王冠华.智能电脑钟.天津轻工业学院.5-6页.
◇ 胡汉才.单片机原理及接口技术.清华大学出版社.
◇ 张俊谟.单片机中级教程.北航出版社.
◇ 李全利.单片机原理及接口技术.高等教育出版社.
◇
18