单片机控制定时闹钟.doc

- -摘要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。电子钟设计可采用数字电路实现，也可以采用单片机来完成。数字电子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。假设用数字电路完成,所设计的电路相当复杂,大概需要十几片数字集成块,其功能也主要依赖于数字电路的各功能模块的组合来实现,焊接的过程比拟复杂,本钱也非常高。假设用单片机来设计制作完成,由于其功能的实现主要通过软件编程来完成,那么就降低了硬件电路的复杂性,而且其本钱也有所降低,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。片带有4KB的Flash存储器,且允许在系统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，假设时间到那么发出一阵声响，进步可以扩大控制电器的启停。设计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局部的设计。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。课设准备中我根据具体的要求，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软件进展了仿真试验，对出现的问题进展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到达课程设计的要求，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。目录1 概述42 系统总体方案及硬件设计52.1 总体设计52.2 系统时钟电路设计52.3系统复位电路的设计52.4 闹钟指示电路设计62.5 电子闹钟的显示电路设计63 软件设计73.1概述73.2 主模块的设计73.3 根本显示模块设计83.4 时间设定模块设计83.5 闹铃功能的实现94.PROTEUS软件仿真125课程设计体会14参考文献15附1：源程序代码16附2：系统原理图261 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、通用性好、特别是它能耗低、价格廉价、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。片带有4KB的Flash存储器,且允许在系统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，假设时间到那么发出一阵声响，进步可以扩大控制电器的启停。设计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局部的设计。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软件进展了仿真试验，对出现的问题进展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到达课程设计的要求，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 系统总体方案及硬件设计2.1 总体设计电子闹钟应包括秒信号发生器、时间显示电路、按键电路、供电电源以及闹铃指示电路等几局部。按键功能说明：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。电子闹钟的系统框图如下所示：复位、时钟等电路按钮电路6位数码管显示电路闹铃声指示电路电源系统图 1电子闹钟的主电路指的是图中虚线框局部，主要涉及到CPU电路和按键按钮电路。主机的设计具体地说有：1系统时钟电路设计；2系统复位电路设计；3按键与按钮电路设计；4闹铃声指示电路设计。2.2 系统时钟电路设计对于时间要求不是很高的系统，只要按图进展设计就能使系统可靠起振并稳定运行。但由于原理图中的C1、C2电容起着系统时钟频率微调和稳定的作用，因此，在本闹钟系统的实际应用中一定要注意正确选择参数3010 PF，并保证对称性尽可能匹配，选用正牌厂家生产的瓷片或云母电容，如果可能的话，温度系数要尽可能低。实验说明，这2个电容元件对闹钟的走时误差有较大关系。2.3系统复位电路的设计智能系统一般应有手动或上电复位电路。复位电路的实现通常有两种方式：RC复位电路；专用监控电路。前者实现简单，本钱低，但复位可靠性相对较低；后者本钱较高，但复位可靠性高，尤其是高可靠重复复位。对于复位要求高、并对电源电压进展监视的场合，大多采用这种方式。本次课程设计采用了上电按钮电平复位电路。2.4 闹钟指示电路设计闹铃指示可以有声或光两种形式。本系统采用声音指示。关键元件是蜂鸣器。蜂鸣器有无源和有源两种，前者需要输入声音频率信号才能正常发声，后者那么只需外加适当直流电源电压即可，元件部已封装了音频振荡电路，在得电状态下即起振发声。市场上的有源蜂鸣器分为3、5、6等系列，以适应不同的应用需要。闹钟电路是用比拟器来比拟计时系统和定时系统的输出状态，如果计时系统和定时系统的输出状态一样，那么发出一个脉冲信号，再和一个高频信号混合，送到放大电路驱动扬声器发声，从而实现定时闹响的功能。其电路设计参见系统原理图。2.5 电子闹钟的显示电路设计本次课程设计采用了6位数码管显示电路。在6位LED显示时,为了简化电路,降低本钱,采用动态显示的方式， 6个LED显示器共用一个8位的I/O, 6位LED数码管的位选线分别由相应的P2. 0P2. 5控制,而将其相应的段选线并联在一起,由一个8位的I/O口控制,即P0口。译码显示电路将“时、“分、“秒计数器的输出状态菁七段显示译码器译码，通过6位LED七段显示器显示出来。到达定时电路时根据计时系统的输出状态产生一脉冲信号，然后去触发一音频发生器实现闹铃。校时电路时用来对“时、“分、“秒显示数字进展校对调整的。3 软件设计3.1 概述软件设计的重点在于秒脉冲信号的产生、显示的实现、以及按键的处理等方面。基于软件的秒脉冲信号通常有延时法和定时中断法。延时法一般采用查询方式，在延时子程序前后必然需要查询和处理的程序，导致误差的产生，因此其秒脉冲的精度不高；中断法的原理是，利用单片机部的定时器溢出中断来实现。例如，设定某定时器每100ms中断1次，那么10次的周期为1s。本系统中所使用的晶振频率为12MHZ。3.2 主模块的设计主模块是系统软件的主框架。构造化程序设计一般有“自上而下和“自下而上两种方式，“自上而下法的核心就是主框架的构建。它的合理与否关系到程序最终的功能的多少和性能的好坏。本系统的主模块的程序框图如下列图2所示：系统初始化定时初始化中断初始化串口初始化显示待机指示符设定闹铃时间判设置闹铃时间否？显示刷新启动走时有关变量初始化刷新显示判时或分变化否？秒指示判秒到否？闹铃判是否到闹铃时间？延时YYYY图 23.3 根本显示模块设计根本显示模块设计的重点是由显示代码取得相应的段码，显示段码数据的并行发送，高精度的计时工具大多数都使用了石英晶体振荡器，由于电子钟，石英表，石英钟都采用了石英技术，因此走时精度高，稳定性好，使用方便，不需要经常调校，数字式电子钟用集成电路计时时，译码代替机械式传动，用LED显示器代替显示器代替指针显示进而显示时间，减小了计时误差，这种表具有时，分，秒显示时间的功能，还可以进展时和分的校对，片选的灵活性好。程序流程如图3所示。将进制时分秒数据转化为显示代码关显示以免显示抖动通过串口将时分秒数据传入数码管翻开显示图 33.4 时间设定模块设计时间设定模块的设计要点是按键的去抖处理与“一键多态的处理。即只涉及4个键完成了6位时间参数的设定。软件法去抖动的实质是软件延时，即检测到某一键状态变化后延时一段时间，再检测该按键的状态是否还保持着，如是那么作为按键处理，否那么，视为抖动，不予理睬。去抖中的延时时间一般参考资料多描述为10ms左右，实际应用中，应大于20ms，否那么，会导致按一次作屡次处理，影响程序正常执行。“一键多态即多功能键的实现思想是，根据按键时刻的系统状态，决定按键采取何种动作，即何种功能。其流程图如下列图4所示：设置键吗？设置模块初始化将在编参数送显示缓冲区闪烁标志为真？将当前位的显示代码置暗代码调根本显示模块刷新显示设置键吗？当前编辑位下移下一位当前编辑的是分各位？完毕设定键吗？根据当前位的性质分别进展处理含上下限判断图 43.5 闹铃功能的实现闹铃功能的实现涉及到两个方面：闹铃时间设定和是否闹铃判别与相应处理。闹铃时间设定模块的设计可参照时间设定模块，这里着重阐述闹铃判别与处理模块的设计问题。闹铃判别与闹铃处理的关键在于判别何时要进展闹铃。当时十位、时个位、分十位、分个位中任一位发生改变进位时，就必须进展闹铃判别。译码显示电路将“时、“分、“秒计数器的输出送到七段显示译码驱动器译码驱动，通过六个七段LED显示器显示出来。闹铃电路根据计时系统的输出状态产生一脉冲信号，然后加上一个高频或低频信号送到放大电路驱动蜂鸣器发声实现报时。校时电路是直接加一个脉冲信号到时计数器或者分计数器或者秒计数器来对“时、“分、“秒显示数字进展校对调整。其流程图如下所示：时十位、个位，分十位、个位改变了设置闹铃标志是否设置了闹铃去除闹铃标志判当前时间是设定时间中断返回中断返回闹铃判别处理图5.1考虑到实用性,在该电子钟的设计中修改定时或调整时间时采用了闪烁,而且以定时20组闹钟。在编程上,首先进展了初始化定义了程序的入口地址以及中断的入口地址,在主程序的开场定义了一组固定单元用来存储计数的秒,分,时以及定时时间的序号等。在显示程序段中主要进展了闪烁的处理,采用定时器中断置标志位,再与位选相互结合的方法来控制调时或定时中的闪烁。时,分,秒显示那么是用了软件译码(查表)的方式,再用了一段固定的程序段进展进制转化。初始化之后,用中断方式对其计数,计数的同时采用了定时器比拟的方法,比拟当前计数时间与定时时间是否相等,假设相等那么将闹铃标志位置数。由于定义了定时闹钟组,在这里采用中断组次,每中断一次比拟一组闹钟,防止了一次比拟中断时间过长,影响下次中断时间。显示之后查询闹铃标志位是否与前面所置数相等,假设相等那么响铃。为了防止响铃影响显示,采用了每显示几屏以后在显示程序中出现脉冲,驱动喇叭,不会影响显示。之后用查询方式对按键进展判断,假设有键按下,那么进展软件延时消抖,防止了抖动引起的干扰,执行相应的定时,选时或调时程序段。对当前时间或定时时间修改后又返回到最初的显示程序段,如此循环下去。4.Proteus软件仿真本次课程设计所采用的程序调试软件为wave6000集成调试软件，所采用的仿真软件为protus 6 professional软件。本次试验的效果图如下所示：性能及误差分析该电子钟有三个按键: K1, K2和K3键。按K1键进展校时,可以分别对时及分进展单独校时,使其校正到标准时间,校时时需要校正哪一位哪一位就闪烁。按K2键是对闪烁位进展加一或返回的操作。按K3键调整定时时间和定时组数,需要调整哪一位哪一位就闪烁,该电子钟最多可定时20组闹钟。经测试该电子钟在一天的累计误差约为0. 1秒。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. 00010. 000001。在软件的编程过程中所产生的误差比拟小,在重装初值的过程概需要约8个机器周期,但在程序开场对定时器赋初值时,多加了8个机器周期,减小了这方面的误差。另外在中断的过程中,只会在第一次计时时产生时间的偏移,而它所产生累计误差很小,可以忽略。构造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wave6000集成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。仿真局部采用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。首先翻开protus 6 professional软件，在元件库中找到要选用的所有元件，然后进展原理图的绘制；绘制好后再选择wave6000已经编译好的*.hex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。这一周的大局部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缺乏之处，比方音乐的响声不连续，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，解决设计的缺乏之处。总之，通过这次课程设计不仅使我稳固了本课程所学的根本知识，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再学习中一定会起到不小的作用，一切的辛苦和困难都是值得的。参考文献1 余发山 单片机原理及应用技术，：中国矿业大学，20032 刚，周群.电子系统设计与实践.电子工业.2004:18-23 341-347 118-1223 何立民.单片机高级教程应用与设计.：航空航天大学，2000年.53984 涂时亮,友德.单片微机控制技术.清华大学.1994:86-87 146-1475 ?融会贯穿 Protel99电路设计? 弘道工作室 人民交通出版设，2000.6?单片机原理及接口技术实验? 朱定华 北方交通大学2002.11附1：源程序代码K1 EQU P1.0 ；在程序开场前定义变量 K2 EQU P1.1 K3 EQU P1.2 K4 EQU P1.3 ORG 0000H LJMP MAIN ORG 000BH LJMP TIME ORG 0100H MAIN:MOV SP,#50H MOV 20H,#00H ;时间 BIN SECOND MOV 21H,#00H ; BIN MINUTE MOV 22H,#00H ; BIN HOUR MOV 23H,#01H ;闹铃 BIN MINUTE MOV 24H,#01H ; BIN HOUR MOV 25H,#00H ;定义一个标志位 MOV 30H,#00H ;时间 BCD SECOND MOV 31H,#00H ; MOV 32H,#00H ; BCD MINUTE MOV 33H,#00H ; MOV 34H,#00H ; BCD HOUR MOV 35H,#00H ; MOV 36H,#01H ;闹铃 BCD MINUTE MOV 37H,#00H ; MOV 38H,#01H ; BCD HOUR MOV 39H,#00H ; MOV TMOD,#01H ;16位计数器 T0,方式1 MOV TH0,#03CH ;赋初值 MOV TL0,#0B0H MOV IE,#10000111B ;开中断 T0，EA=1 SETB TR0 ;T0启动计数 MOV R2,#14H ;计数器 MOV P2,#0FFH LOOP:LCALL TIMEPRO ; 调用现在时间与闹铃时间比拟程序 LCALL DISPLAY1 ; 调用现在时间显示子程序 K1,M1 ; 判断按键是否按下 LCALL XIAOZHEN1 ; 调用消抖程序 MOV C,25H.0 JC A1 A1:CLR 25H.0 LCALL SETTIME ; 调用设置现在时间子程序 LJMP LOOP M1: K2,M2 LCALL XIAOZHEN2 MOV C,25H.0 JC A2 A2:CLR 25H.0 LCALL SETATIME ; 调用设置闹钟的程序 LJMP LOOP M2: K4,M3 A3:LCALL XIAOZHEN3 MOV C,25H.0 JC A4 A4:CLR 25H.0 M3:LJMP LOOPSETTIME: L0:LCALL DISPLAY1 K2,L1 LCALL XIAOZHEN4 MOV C,25H.0 JC A5 A5:CLR 25H.0 INC 22H MOV A,22H CJNE A,#18H,GO12 MOV 22H,#00H MOV 34H,#00H MOV 35H,#00H LJMP L0 L1: K3,L2 LCALL XIAOZHEN5 MOV C,25H.0 JC A6 A6:CLR 25H.0 INC 21H MOV A,21H CJNE A,#3CH,GO11 MOV 21H,#00H MOV 32H,#00H MOV 33H,#00H LJMP L0 GO11:MOV B,#0AH DIV AB MOV 32H,B MOV 33H,A LJMP L0 GO12:MOV B,#0AH DIV AB MOV 34H,B MOV 35H,A LJMP L0 L2: K4,L0 LCALL XIAOZHEN3 MOV C,25H.0 JC AX AX:CLR 25H.0 RETSETATIME:LCALL DISPLAY2 ;调用闹钟设置，闹铃响时的显示程序 N0:LCALL DISPLAY2 K3,N1 LCALL XIAOZHEN6 MOV C,25H.0 JC A7 A7:CLR 25H.0 INC 24H MOV A,24H CJNE A,#24,GO22 MOV 24H,#00H MOV 38H,#00H MOV 39H,#00H LJMP N0 N1: K1,N2 LCALL XIAOZHEN7 MOV C,25H.0 JC A8 A8:CLR 25H.0 INC 23H MOV A,23H CJNE A,#60,GO21 MOV 23H,#00H MOV 36H,#00H MOV 37H,#00H LJMP N0 GO21:MOV B,#0AH DIV AB MOV 36H,B MOV 37H,A LJMP N0 GO22:MOV B,#0AH DIV AB MOV 38H,B MOV 39H,A LJMP N0 N2: K4,N0 LCALL XIAOZHEN3 MOV C,25H.0 JC A9 A9:CLR 25H.0 RETTIMEPRO:MOV A,21H MOV B,23H CJNE A,B,BK MOV A,22H MOV B,24H CJNE A,B,BK SETB 25H.0 MOV C,25H.0 JC XX XX:LCALL TIMEOUT BK:RET TIMEOUT: X1:LCALL BZ LCALL DISPLAY2 CLR 25H.0 K4, X1 RET BZ:CLR P3.7 MOV R7,#250 T2:MOV R6,#124 T3:DJNZ R6,T3 DJNZ R7,T2 SETB P3.7 K4,XY LCALL XIAOZHEN3 MOV C,25H.0 JC XY1 XY:RET XY1:LJMP LOOPXIAOZHEN1:LCALL DISPLAY1 K1,XIAOZHEN1 MOV C,K1 JC XIAOZHEN1 LCALL DELAY MOV C,K1 JC XIAOZHEN1 STOP1:MOV C,K1 JNC STOP1 LCALL DELAY MOV C,K1 JNC STOP1 SETB 25H.0 RET XIAOZHEN2:LCALL DISPLAY2 K2,XIAOZHEN2 MOV C,K2 JC XIAOZHEN2 LCALL DELAY MOV C,K2 JC XIAOZHEN2 STOP2:MOV C,K2 JNC STOP2 LCALL DELAY MOV C,K2 JNC STOP2 SETB 25H.0 RET XIAOZHEN3:LCALL DISPLAY1 K4,XIAOZHEN3 MOV C,K4 JC XIAOZHEN3 LCALL DELAY MOV C,K4 JC XIAOZHEN3 STOP3:MOV C,K4 JNC STOP3 LCALL DELAY MOV C,K4 JNC STOP3 SETB 25H.0 RET XIAOZHEN4:LCALL DISPLAY1 K2,XIAOZHEN4 MOV C,K2 JC XIAOZHEN4 LCALL DELAY MOV C,K2 JC XIAOZHEN4 STOP4:MOV C,K2 JNC STOP4 LCALL DELAY MOV C,K2 JNC STOP4 SETB 25H.0 RET XIAOZHEN5:LCALL DISPLAY1 K3,XIAOZHEN5 MOV C,K3 JC XIAOZHEN5 LCALL DELAY MOV C,K3 JC XIAOZHEN5 STOP5:MOV C,K3 JNC STOP5 LCALL DELAY MOV C,K3 JNC STOP5 SETB 25H.0 RET XIAOZHEN6:LCALL DISPLAY2 K3,XIAOZHEN6 MOV C,K3 JC XIAOZHEN6 LCALL DELAY MOV C,K3 JC XIAOZHEN6 STOP6:MOV C,K3 JNC STOP6 LCALL DELAY MOV C,K3 JNC STOP6 SETB 25H.0 RET XIAOZHEN7:LCALL DISPLAY2 K1,XIAOZHEN7 MOV C,K1 JC XIAOZHEN7 LCALL DELAY MOV C,K1 JC XIAOZHEN7 STOP7:MOV C,K1 JNC STOP7 LCALL DELAY MOV C,K1 JNC STOP7 SETB 25H.0 RETDELAY:MOV R4,#14H DL00:MOV R5,#0FFH DL11:DJNZ R5,DL11 DJNZ R4,DL00 RETTIME:PUSH ACC PUSH PSW MOV TH0,#03CH MOV TL0,#0B0H DJNZ R2,RET0 MOV R2,#14H MOV A,20H CLR C INC A CJNE A,#3CH,GO1 MOV 20H,#0 MOV 30H,#0 MOV 31H,#0 MOV A,21H INC A CJNE A,#3CH,GO2 MOV 21H,#0H MOV 32H,#0 MOV 33H,#0 MOV A,22H INC A CJNE A,#18H,GO3 MOV 22H,#00H MOV 34H,#0 MOV 35H,#0 AJMP RET0 GO1:MOV 20H,A MOV B,#0AH DIV AB MOV 31H,A MOV 30H,B AJMP RET0 GO2:MOV 21H,A MOV B,#0AH DIV AB MOV 33H,A MOV 32H,B AJMP RET0 GO3:MOV 22H,A MOV B,#0AH DIV AB MOV 35H,A MOV 34H,B AJMP RET0 RET0:POP PSW POP ACC RETI DISPLAY1:MOV R0,#30H MOV R3,#0F