蘇州科技學院單片機課程設(shè)計可編程作息時間控制器程序的設(shè)計說明書

/XX科技學院天平學院單片機課程設(shè)計報告作息時間控制器設(shè)計姓名：王亞明學號：0930117114專業(yè)班級：電氣0921指導老師：徐樹梅2012年目錄1概述31.1課程設(shè)計的目的和意義31.2單片機課程設(shè)計的要求31.3作息時間控制器的設(shè)計要求32系統(tǒng)總體方案及硬件設(shè)計32.1系統(tǒng)總體設(shè)計32.2系統(tǒng)各個部分的電路設(shè)計43軟件的設(shè)計63.1概述63.2主模塊的設(shè)計63.3顯示模塊設(shè)計73.4時間設(shè)定模塊設(shè)計73.5聲光顯示功能的實現(xiàn)84Proteus軟件仿真84.1仿真結(jié)果84.2性能及誤差分析95課程設(shè)計體會10參考文獻10附1程序源代碼10附2原理圖15第一部分概述1.1課程設(shè)計的目的和意義：綜合利用所學單片機知識完成一個單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計并仿真、由硬件實現(xiàn),從而加深對單片機軟硬知識的理解,獲得初步的應(yīng)用經(jīng)驗,為走出校門從事單片機應(yīng)用的相關(guān)工作打下良好基礎(chǔ)。1.2單片機課程設(shè)計的要求：1、進一步熟悉和掌握單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理,了解單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計的基本方法和步驟；2、掌握單片機仿真軟件Proteus的使用方法；3、掌握鍵盤和顯示器在的單片機控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。4、掌握撰寫課程設(shè)計報告的方法。1.3作息時間控制器的設(shè)計要求：1、設(shè)計制作一個單片機數(shù)字鐘及控制電路。2、使用LED顯示器來顯示現(xiàn)在的時間。顯示格式為"時-分-秒",由LED閃動作為秒計數(shù)表示。3、可以設(shè)定作息時間,并進行到時提示。4、能夠根據(jù)預先設(shè)定好的作息時間表自動啟?？刂齐娐?完成對外部設(shè)備的實時控制。5、可以設(shè)置現(xiàn)在的時間及顯示定時設(shè)置時間。第二部分系統(tǒng)總體方案及硬件設(shè)計2.1系統(tǒng)總體設(shè)計：1、方案設(shè)計：用單片機來設(shè)計制作完成,由于其功能的實現(xiàn)主要通過軟件編程來完成,那么就降低了硬件電路的復雜性,而且其成本也有所降低,2、單片機的選型：AT89C52是低功耗、高性能的CMOS型8位單片機。片內(nèi)帶有4KB的Flash存儲器,且允許在系統(tǒng)內(nèi)改寫或用編程器編程。另外,AT89C51的指令系統(tǒng)和引腳與8051完全兼容,片內(nèi)有128B的RAM、32條I/O口線、2個16位定時計數(shù)器、5個中斷源、一個全雙工串行口等?；谝陨蟽?yōu)點,本設(shè)計采用AT89C52單片機。3、總體電路的設(shè)計：時間作息控制的主體電路應(yīng)包括秒信號發(fā)生器、時間顯示電路、按鍵電路、供電電源以及鬧鈴指示電路等幾部分。按鍵功能說明：K1設(shè)置時間；K2加一；K3,減一；K4；聲光控制開關(guān)。時間作息控制的系統(tǒng)框圖1如下所示：ATAT89C52復位、時鐘等電路按鈕電路LED顯示電路聲光指示電路電源供電電路圖12.2系統(tǒng)各個部分的電路設(shè)計：1、系統(tǒng)復位電路的設(shè)計：單片機系統(tǒng)一般應(yīng)有手動或上電復位電路。復位電路的實現(xiàn)通常有兩種方式：１RC復位電路；２專用μＰ監(jiān)控電路。前者實現(xiàn)簡單,成本低,但復位可靠性相對較低；后者成本較高,但復位可靠性高,尤其是高可靠重復復位。對于復位要求高、并對電源電壓進行監(jiān)視的場合,大多采用這種方式。復位電路主要用來在單片機的程序進入死循環(huán)后,能使單片機重新從頭執(zhí)行程序而不會無休止的執(zhí)行程序。本設(shè)計采用了上電按鈕電平復位電路,如圖2圖22、系統(tǒng)時鐘電路設(shè)計：對于時間要求不是很高的系統(tǒng),只要按圖進行設(shè)計就能使系統(tǒng)可靠起振并穩(wěn)定運行。但由于實際工作過程中的C1、C2電容起著系統(tǒng)時鐘頻率微調(diào)和穩(wěn)定的作用,因此,在實際應(yīng)用中一定要注意正確選擇參數(shù)〔30±10PF,并保證對稱性〔盡可能匹配,這兩個電容元件對鬧鐘的走時誤差有很大關(guān)系,并且選用正規(guī)的瓷片或云母電容,如果可能的話,溫度系數(shù)要盡可能低。另外,瓷片電容的實際焊接距離不應(yīng)該離單片機太遠否則誤差較大。具體的時鐘電路如圖三所示：圖33、聲光指示電路設(shè)計：聲光指示可以有聲或光兩種形式。本系統(tǒng)采用聲音和光混合指示。關(guān)鍵元件是蜂鳴器和發(fā)光二極管。鬧鐘電路是用比較器來比較計時系統(tǒng)和定時系統(tǒng)的輸出狀態(tài),如果計時系統(tǒng)和定時系統(tǒng)的輸出狀態(tài)相同,則發(fā)出一個脈沖信號,再和一個高頻信號混合,送到放大電路驅(qū)動揚聲器發(fā)聲,從而實現(xiàn)定時鬧響的功能。其電路設(shè)計參見系統(tǒng)原理圖。4、顯示電路的設(shè)計：本設(shè)計采用了4位數(shù)碼管顯示電路。在4位LED顯示時,為了簡化電路,降低成本,采用動態(tài)顯示的方式,4個LED顯示器共用一個8位的I/O,4位LED數(shù)碼管的位選線分別由相應(yīng)的P2.2～P2.5控制,而將其相應(yīng)的段選線并聯(lián)在一起,由一個8位的I/O口控制,即P0口。由于采用了四位數(shù)碼管,所以數(shù)碼管顯示"時"、"分"；秒的顯示選用了一個發(fā)光二極管,兩滅周期為兩秒,即點亮和熄滅時間均為一秒。到達定時時間時,由計時系統(tǒng)的輸出狀態(tài)產(chǎn)生一脈沖信號,然后去觸發(fā)蜂鳴器實現(xiàn)鬧鈴。校時電路是用來對"時"、"分"、"秒"顯示數(shù)字進行校對調(diào)整的。具體的電路設(shè)計如圖4示：圖45、定時和調(diào)時電路的設(shè)計：本設(shè)計因為使用到的鍵數(shù)目比較少,不宜采用矩陣式鍵盤,采用了功能直觀簡潔方便的獨立式鍵盤,而且考慮了鍵盤的消抖問題。比較容易理解。每個鍵的具體功能如下：K1設(shè)置時間；K2加一；K3,減一；K4；聲光控制開關(guān)。按鍵定義如圖5所示：圖5第三部分軟件的設(shè)計3.1概述：軟件設(shè)計的重點在于秒脈沖信號的產(chǎn)生、顯示的實現(xiàn)、以及按鍵的處理等方面?；谲浖拿朊}沖信號通常有延時法和定時中斷法。延時法一般采用查詢方式,在延時子程序前后必然需要查詢和處理的程序,導致誤差的產(chǎn)生,因此其秒脈沖的精度不高；中斷法的原理是,利用單片機內(nèi)部的定時器溢出中斷來實現(xiàn)。本設(shè)計使定時器每50ms中斷1次,則20次的周期為1s。這種實現(xiàn)法的特點是精度高,秒脈沖的發(fā)生和其他處理可以并行進行。本系統(tǒng)中所使用的晶振頻率為12MHZ。3.2主模塊的設(shè)計：主模塊是系統(tǒng)軟件的主框架。結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計一般有"自上而下"和"自下而上"兩種方式,"自上而下"法的核心就是主框架的構(gòu)建。它的合理與否關(guān)系到程序最終的功能的多少和性能的好壞。本系統(tǒng)的主模塊的程序框圖如下圖6所示：單片機系統(tǒng)初始化單片機系統(tǒng)初始化定時初始化中斷初始化串口初始化顯示待機指示符設(shè)定鬧鈴時間判設(shè)置鬧鈴時間否？顯示刷新啟動走時有關(guān)變量初始化刷新顯示判時或分變化否？秒指示判１秒到否？鬧鈴判是否到鬧鈴時間？延時YYYY圖63.3顯示模塊設(shè)計：顯示是由顯示代碼取得相應(yīng)的段碼,顯示段碼數(shù)據(jù)的并行發(fā)送,用LED顯示器代替指針顯示進而顯示時間,減小了計時誤差,這種表具有時,分,秒顯示時間的功能,還可以進行時和分的校對,片選的靈活性好。程序流程如圖7所示。圖七3.4時間設(shè)定模塊設(shè)計：時間設(shè)定模塊的設(shè)計要點是按鍵的去抖處理與多種狀態(tài)公用一個鍵的處理問題。即只涉及4個鍵完成了4位時間參數(shù)的設(shè)定。軟件法去抖動的實質(zhì)是用延時,即檢測到某一鍵狀態(tài)變化后延時一段時間,再檢測該按鍵的狀態(tài)是否還保持著,如是則作為按鍵處理,否則,視為抖動,不予理睬。去抖中的延時時間一般參考資料多描述為10ms左右,實際應(yīng)用中,應(yīng)大于20ms,否則,會導致按一次作多次處理,影響程序正常執(zhí)行。 按鍵消抖流程圖原理如圖8所示：圖83.5聲光功能的實現(xiàn)：鬧鈴功能的實現(xiàn)涉及到兩個方面：鬧鈴時間設(shè)定和是否鬧鈴判別與相應(yīng)處理。鬧鈴時間設(shè)定模塊的設(shè)計可參照時間設(shè)定模塊,這里著重闡述鬧鈴判別與處理模塊的設(shè)計問題。鬧鈴判別與鬧鈴處理的關(guān)鍵在于判別何時要進行鬧鈴。在每次循環(huán)掃描的過程中,判斷現(xiàn)在的時間和定時的時間是否一致。一致的話,鬧鈴電路根據(jù)計時系統(tǒng)的輸出狀態(tài)產(chǎn)生一脈沖信號,然后加上一個高頻或低頻信號送到放大電路驅(qū)動蜂鳴器發(fā)聲實現(xiàn)報時。時間調(diào)節(jié)電路根據(jù)不同狀態(tài)下的具體按鍵意義將相對應(yīng)的計數(shù)器加以改變,并通過數(shù)碼管顯示出來。第四部分Proteus軟件仿真本次課程設(shè)計所采用的程序調(diào)試軟件為wave6000集成調(diào)試軟件,所采用的仿真軟件為proteusprofessional軟件。本設(shè)計在Proteus軟件上進行了仿真,實現(xiàn)了設(shè)計所要求的具體內(nèi)容。4.1仿真結(jié)果：1、啟動初值〔如圖9圖92、聲光控制報警〔如圖10圖103、定時響鈴功能〔如圖11圖114.2性能及誤差分析：該作息時間控制器有四個按鍵:K1,K2,K3和K4。初始加電時數(shù)碼管顯示時鐘計數(shù)初值并運行。按K1鍵進行校時,可以分別按K2和K3鍵進行對時及分進行單獨校時,使其校正到標準時間；并按K4鍵退出。時鐘正常顯示運行狀態(tài)時,按K2鍵顯示閃爍并進行定時時間設(shè)置,按K1鍵和K3進行分和時的定時時間設(shè)定；并按K4鍵退出。該電路顯示的誤差主要由晶振自身的誤差所造成,晶振的誤差約為0.0001～0.000001。在軟件的編程過程中所產(chǎn)生的誤差比較小,另外在中斷的過程中,只會在第一次計時時產(chǎn)生時間的偏移,而它所產(chǎn)生累計誤差很小,可以忽略。綜合以上分析,本次設(shè)計時鐘誤差較小,能得到比較理想結(jié)果,性能穩(wěn)定。第五部分課程設(shè)計體會在整個設(shè)計過程中,充分發(fā)揮人的主觀能動性,自主學習,學到了許多沒學到的知識。這次畢業(yè)論文的制作過程是我的一次再學習,再提高的過程。在論文中我充分地運用了大學期間所學到的知識。我從資料的收集中,掌握了很多單片機、LED顯示屏的知識,讓我對我所學過的知識有所鞏固和提高,并且讓我對當今單片機、LED顯示屏的最新發(fā)展技術(shù)有所了解。在整個過程中,我學到了新知識,增長了見識。在今后的日子里,我仍然要不斷地充實自己,爭取在所學領(lǐng)域有所作為。腳踏實地,認真嚴謹,實事求是的學習態(tài)度,不怕困難、堅持不懈、吃苦耐勞的精神是我在這次設(shè)計中最大的收益。我想這是一次意志的磨練,是對我實際能力的一次提升,也會對我未來的學習和工作有很大的幫助。在此次設(shè)計中,知道了做凡事要有一顆平常的心,不要想著走捷徑,一步一腳印。也練就了我們的耐心,做什么事都在有耐心。此次論文中學了很多很多東西,這是最重要的。我認為這個收獲應(yīng)該說是相當大的。一開始我們從參考書上找來了課題,但是畢竟是參考書,做到后來發(fā)現(xiàn)很多程序都是不完整的,這讓我們傷透了腦筋?？粗鴦e的小組都弄得有模有樣了,可是我們連一個課題都還沒有定好。好不容易又找到了課題,可是結(jié)果還是很不盡人意。程序接線什么的都弄好了,調(diào)試也沒有問題,可是就是無法達到預期想要的結(jié)果。參考書畢竟只是一個參考,設(shè)計這種東西最后還是要靠自己動腦筋。然后我們大家一起齊心協(xié)力,從平時做的實驗﹑老師上課的舉例﹑書本上的知識和其他同學的幫助下終于完成了。應(yīng)該說這是通過我們小組成員的共同努力和動腦完成的,雖然內(nèi)容并不是很復雜,但是我們覺得設(shè)計的過程相當重要,學到了很多,收獲了很多。我覺得課程設(shè)計反映的是一個從理論到實際應(yīng)用的過程,但是更遠一點可以聯(lián)系到以后畢業(yè)之后從學校轉(zhuǎn)到踏上社會的一個過程。小組人員的配合﹑相處,以及自身的動腦和努力,都是以后工作中需要的。參考文獻：[1]余發(fā)山,王福忠編著.單片機原理及應(yīng)用技術(shù).XX：中國礦業(yè)大學出版社,2008.[2]陳奧初,竇振中等編著.單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計與實踐.北京:北京航空航天大學出版社,1991.[3]陳偉人編著.MCS-51系列單片機實用子程序集錦[M].北京:清華大學出版社.1993.附錄附錄一：程序源代碼#include<reg52.h>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintsbitE=P3^4;sbitRS=P3^5;sbitkey1=P2^4;sbitkey2=P2^5;sbitkey3=P2^6;sbitkey4=P2^7;sbitmbkey=P2^2;sbitbeep=P2^3;ucharcount,shi=1,fen=59,miao=58,key1num,flag,flag1,xqnum;//flag鬧鐘ucharkey2num,jinzhi=3,naonum=1,ms,mbmiao,mbfen,mbkeynum,num; //ms秒表進數(shù),mbmiao.mbfen秒表的秒.分 key2num是key5的計數(shù)jinzhi進制轉(zhuǎn)換參數(shù)uintnian=2009,yue=11,ri=19,count2;ucharcodetable[]="2012-6-06WED";ucharcodetable1[]="24d01:59:58ON";ucharcodetable2[]="MON,TUE,WED,THU,FRI,SAT,SUN";ucharcodetable3[]="am,pm,24d";ucharcodetable4[]="ON,OFF";ucharcodetable5[]="00:00:00mb";voiddelay<uintz>{ uintx,y; for<x=z;x>0;x--> for<y=110;y>0;y-->;}voiddi<uintx>//蜂鳴器發(fā)聲函數(shù){ beep=0; delay<x>; beep=1;}voidwrite_com<ucharcom>//給寫液晶命令{ RS=0; P0=com; delay<5>; E=1; delay<5>; E=0;}voidwrite_date<uchardate>//給液晶寫數(shù)據(jù){ RS=1; P0=date; delay<5>; E=1; delay<5>; E=0;}voidinit<>//初始化函數(shù){ ucharnum; E=0; write_com<0x38>; write_com<0x0c>; write_com<0x06>; write_com<0x01>;//清零 write_com<0x80>; for<num=0;num<16;num++> { write_date<table[num]>; delay<20>; } write_com<0x80+0x40>; //第二行 for<num=0;num<16;num++> { write_date<table1[num]>; delay<20>; } TMOD=0X01; TH0=<65536-50000>/256; TL0=<65536-50000>%256; EA=1; ET0=1; TR0=1; TH1=<65536-10000>/256; TL1=<65536-10000>%256; ET1=0; TR1=0; }voidwrite_nian<ucharadd,uintdate>//年顯示函數(shù){ucharqian,bai,shi,ge; qian=date/1000; bai=<date-1000*qian>/100; shi=<date-qian*1000-bai*100>/10; ge=date%10; write_com<0x80+add>; write_date<0x30+qian>; write_date<0x30+bai>; write_date<0x30+shi>; write_date<0x30+ge>;}voidwrite_yue<ucharadd,uchardate> //月顯示函數(shù){ucharshi,ge; shi=date/10; ge=date%10; write_com<0x80+add>; write_date<0x30+shi>; write_date<0x30+ge>;}voidwrite_ri<ucharadd,uchardate> //日顯示函數(shù){ucharshi,ge; shi=date/10; ge=date%10; write_com<0x80+add>; write_date<0x30+shi>; write_date<0x30+ge>;}voidwrite_sfm<ucharadd,uchardate> //秒顯示函數(shù){ ucharshi,ge; shi=date/10; ge=date%10; write_com<0x80+0x40+add>; write_date<0x30+shi>; write_date<0x30+ge>;}voidwrite_week<ucharweek> //星期顯示函數(shù){ ucharweek_num; week_num=week; switch<week_num> { case1: write_com<0x80+13>; write_date<table2[0]>; write_date<table2[1]>; write_date<table2[2]>; write_com<0x80+13>; break; case2: write_com<0x80+13>; write_date<table2[4]>; write_date<table2[5]>; write_date<table2[6]>; write_com<0x80+13>; break; case3: write_com<0x80+13>; write_date<table2[8]>; write_date<table2[9]>; write_date<table2[10]>; write_com<0x80+13>; break; case4: write_com<0x80+13>; write_date<table2[12]>; write_date<table2[13]>; write_date<table2[14]>; write_com<0x80+13>; break; case5: write_com<0x80+13>; write_date<table2[16]>; write_date<table2[17]>; write_date<table2[18]>; write_com<0x80+13>; break; case6: write_com<0x80+13>; write_date<table2[20]>; write_date<table2[21]>; write_date<table2[22]>; write_com<0x80+13>; break; case7: write_com<0x80+13>; write_date<table2[24]>; write_date<table2[25]>; write_date<table2[26]>; write_com<0x80+13>; break; }}voidwrite_jinzhi<ucharjinzhi> //jinzhi進制顯示函數(shù){ ucharjznum; jznum=jinzhi; switch<jznum> { case1: write_com<0x80+0x40+0>; write_date<table3[0]>; write_date<table3[1]>; write_date<table3[2]>; write_com<0x80+0x40+0>; break; case2: write_com<0x80+0x40+0>; 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naonum--; if<naonum==0> naonum=2; write_nao<naonum>; write_com<0x80+0X40+13>; }*/ } } }}}voidmbiao<> //秒表函數(shù){if<mbkey==0>{ mbkeynum++; while<!mbkey>; if<mbkeynum==1> //關(guān)閉時鐘定時器 { TR0=0; ET0=0; write_com<0x80+0x40>; for<num=0;num<16;num++> write_date<table5[num]>; ms=0; mbmiao=0; mbfen=0; TR1=0; ET1=0; } if<mbkeynum==2> //打開秒表定時器關(guān)閉時鐘定時器 { TR1=1; ET1=1; TR0=0; ET0=0; } if<mbkeynum==3> //關(guān)閉秒表定時器 { TR1=0; ET1=0; TR0=0; ET0=0; } if<mbkeynum==4> //顯示時鐘狀態(tài)打開時鐘定時器 { TR0=1; ET0=1; TR1=0; ET1=0; write_sfm<10,miao>; write_sfm<7,fen>; write_sfm<4,shi>; write_jinzhi<jinzhi>; write_com<0x80+0x