1、單片機課程設計說明書單片機時鐘設計學生姓名：劉芳學號： 1105044105 學 院： 計算機與控制工程學院 專 業(yè)： 電氣工程及其自動化 指導教師： 余紅英 2014年 6 月中北大學 課程設計任務書 13/14 學年第 二 學期學 院：計算機與控制工程學院專 業(yè)：電氣工程及其自動化學 生 姓 名：劉芳學 號：1105044105課程設計題目：單片機時鐘起 迄 日 期:6月2日 6月13日課程設計地點:電氣工程系綜合實驗室指 導 教 師:余紅英負責人：劉天野 下達任務書日期: 2014年 6月2日課 程 設 計 任 務 書1設計目的：本設計包括確定控制任務、系統(tǒng)總體方案設計、硬件系統(tǒng)設計、軟

2、件程序的設計等，以便使學生掌握有關單片機控制的設計思想和設計方法。為學生今后從事單片機控制系統(tǒng)開發(fā)工作打下基礎。學習proteus仿真軟件實現(xiàn)電路的仿真。2設計內(nèi)容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)參數(shù)、條件、設計要求等）： 本課程設計的基本要求是使學生全面掌握單片機控制系統(tǒng)設計的基本理論，熟悉掌握單片機的編程方法，用89C52系列單片機及六位數(shù)碼管顯示時、分、秒，以24小時計時方式運行，能整點提醒（短蜂鳴，次數(shù)代表整點時間），使用按鍵開關可以實現(xiàn)時分調(diào)整、秒表/時鐘功能轉(zhuǎn)換、省電（關閉顯示）、定時設定提醒(蜂鳴器)等功能。3設計工作任務及工作量的要求包括課程設計計算說明書(論文)、圖紙、實物樣品等：

3、1根據(jù)題目要求的指標，通過查閱有關資料，確定系統(tǒng)設計方案，并設計其硬件電路圖。2畫出電路原理圖，分析主要模塊的功能及他們之間的數(shù)據(jù)傳輸和控制關系。3. 用Proteus軟件繪制硬件電路圖并仿真。4. 軟件設計包括流程圖、用匯編語言或C語言對軟件進行編譯，并能通過調(diào)試。 課 程 設 計 任 務 書4主要參考文獻：1.孫涵芳.MCS-51/96系列 單片機原理及應用（修訂版）.北京航空航天大學出版社.1994 2.李朝青.單片機原理及接口技術(shù)（第3版）.北京航空航天大學出版社.20055設計成果形式及要求：1. 硬件電路圖2. 軟件流程圖和程序清單3. 編寫課程設計報告。6工作計劃及進度：2014

4、 6月2日 6月5日 查找資料，確定方案6月 6日 6月 8 日 設計硬件電路，繪制電路原理圖6月 9 日 6月11日 軟件設計，并調(diào)試通過6月12日6月13日 編寫課程設計報告，答辯或成績考核負責人審查意見： 簽字： 年 月 日目 錄1 引言11.1設計目的11.2設計內(nèi)容和要求12 系統(tǒng)總體方案及硬件設計2 2.1總體設計22.2硬件材料22.3系統(tǒng)時鐘電路設計32.4系統(tǒng)復位電路的設計32.5鬧鐘指示電路設計42.6電子鬧鐘的顯示電路設計52.7按鍵電路63軟件設計7 3.1 主程序流程圖73.2數(shù)碼管顯示更新流程圖83.3 外部中斷1服務函數(shù)流程圖93.4外部中斷0服務函數(shù)流程圖103

5、.5定時器溢出流程圖114.Proteus軟件仿真125設計過程中遇到的問題及解決方法136課程設計體會14參考文獻15附1：源程序代碼16附2：系統(tǒng)原理圖28附3：PCB圖29附4：實物圖30單片機課程設計說明書1 引言本設計是定時鬧鐘的設計,由單片機AT89C52芯片和LED數(shù)碼管為核心，輔以必要的電路，構(gòu)成的一個單片機電子定時鬧鐘。設計中采用單片機利用AT89C52,它是低功耗、高性能的CMOS型8位單片機。片內(nèi)帶有8KB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, AT89C52單片機結(jié)合七段顯示器設計的簡易定時鬧鈴時鐘，可以設置現(xiàn)在的時間及顯示鬧鈴設置時間，若時間到則

6、發(fā)出一陣聲響，進步可以擴充控制電器的啟停。設計內(nèi)容包括了秒信號發(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的設計。課設準備中我們根據(jù)具體的要求，查找資料，然后按要求根據(jù)已學過的時鐘程序編寫定時鬧鐘的程序，依據(jù)程序利用proteus軟件進行了仿真試驗，對出現(xiàn)的問題進行分析和反復修改源程序，最終得到正確并符合要求的結(jié)果。設計完成的定時鬧鐘達到課程設計的要求，在到達定時的時間便立即發(fā)出蜂鳴聲音，持續(xù)一定時間。顯示采用的六位數(shù)碼管電路，顯示實際時間和鬧鐘設置。1.1設計目的本設計包括確定控制任務、系統(tǒng)總體方案設計、硬件系統(tǒng)設計、軟件程序的設計等，以便使學生掌握有關單片機控制的設計思

7、想和設計方法。為學生今后從事單片機控制系統(tǒng)開發(fā)工作打下基礎。學習proteus仿真軟件實現(xiàn)電路的仿真。1.2設計內(nèi)容和要求本課程設計要求學生掌握單片機控制系統(tǒng)設計的基本理論，掌握單片機的編程方法，用89C52系列單片機及六位數(shù)碼管顯示時、分、秒，以24小時計時方式運行，能整點提醒（短蜂鳴，次數(shù)代表整點時間），使用按鍵開關可以實現(xiàn)時分調(diào)整、秒表/時鐘功能轉(zhuǎn)換、省電（關閉顯示）、定時設定提醒(蜂鳴器)等功能。2 系統(tǒng)總體方案及硬件設計2.1總體設計單片機時鐘應包括秒信號發(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。電子時鐘的系統(tǒng)框圖如2-1所示：圖2-1 電子時鐘的系統(tǒng)框圖2.

8、2硬件材料硬件材料如表2-1所示：表2-1 硬件材料2.3系統(tǒng)時鐘電路設計對于時間要求不是很高的系統(tǒng)，只要按圖進行設計就能使系統(tǒng)可靠起振并穩(wěn)定運行。但由于原理圖中的C2、C3電容起著系統(tǒng)時鐘頻率微調(diào)和穩(wěn)定的作用，因此，在本鬧鐘系統(tǒng)的實際應用中一定要注意正確選擇參數(shù)（3010PF），并保證對稱性（盡可能匹配），選用正牌廠家生產(chǎn)的瓷片或云母電容，如果可能的話，溫度系數(shù)要盡可能低。實驗表明，這2個電容元件對鬧鐘的走時誤差有較大關系。 圖2-2 系統(tǒng)時鐘電路2.4系統(tǒng)復位電路的設計智能系統(tǒng)一般應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：）RC復位電路；）專用監(jiān)控電路。前者實現(xiàn)簡單，成本低，但

9、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。本次課程設計采用了上電按鈕電平復位電路。 圖2-3 系統(tǒng)復位電路2.5鬧鐘指示電路設計鬧鈴指示可以有聲或光兩種形式。本系統(tǒng)采用聲音指示。關鍵元件是蜂鳴器。蜂鳴器有無源和有源兩種，前者需要輸入聲音頻率信號才能正常發(fā)聲，后者則只需外加適當直流電源電壓即可，元件內(nèi)部已封裝了音頻振蕩電路，在得電狀態(tài)下即起振發(fā)聲。市場上的有源蜂鳴器分為3、5、6等系列，以適應不同的應用需要。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

10、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。其電路設計參見系統(tǒng)原理圖。 圖2-4 鬧鐘指示電路2.6電子鬧鐘的顯示電路設計本次課程設計采用了6位數(shù)碼管顯示電路。在6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，6個LED顯示器共用一個8位的I/O,6位LED數(shù)碼管的位選線分別由相應的P2.0P2.5控制,而將其相應的段選線并聯(lián)在一起,由一個8位的I/O口控制,即P0口。譯碼顯示電路將“時”、“分”、“秒”計數(shù)器的輸出狀態(tài)菁七段顯示譯碼器譯碼，通過6位LED七段顯示器顯示出來。到達定時電路時根據(jù)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)

11、一音頻發(fā)生器實現(xiàn)鬧鈴。校時電路時用來對“時”、“分”、“秒”顯示數(shù)字進行校對調(diào)整的。圖2-5 數(shù)碼管顯示電路2.7按鍵電路 圖2-6 按鍵電路表2-2 按鍵功能表S2打開/關閉鬧鐘S3鬧鐘時間/實時切換S4秒表/實時切換S6打開/關閉節(jié)能S7時加1/秒表開始暫停S8時減1/秒表復位S9分加1S10分減13軟件設計3.1 主程序流程圖程序通過入口使系統(tǒng)初始化，再由數(shù)碼管顯示更新，形成時鐘顯示。如圖3-1所示。 圖3-1 主程序流程圖3.2數(shù)碼管顯示更新流程圖在實時模式下，數(shù)碼管顯示實時；在秒表模式下，數(shù)碼管顯示秒表時間；在鬧鐘設定模式下，數(shù)碼管顯示鬧鐘設定。模式可由按鍵選擇。如圖3-2所示。 圖

12、3-2 數(shù)碼管顯示更新流程圖3.3 外部中斷1服務函數(shù)流程圖CPU響應外部中斷1后，啟動現(xiàn)場保護。通過按鍵選擇不同模式。按鍵5可使節(jié)能模式打開、關閉；按鍵6可進行秒表、實時切換；按鍵7可進行鬧鐘、實時切換；按鍵8可使鬧鐘模式打開、關閉。如圖3-3所示。圖3-3 外部中斷1服務函數(shù)流程圖3.4外部中斷0服務函數(shù)流程圖CPU響應外部中斷0，現(xiàn)場保護啟動。在定時模式下，按鍵1用于時加1，按鍵2用于時減1，按鍵3用于分加1，按鍵4用于分減1；在秒表模式下，按鍵1用于秒表開始、暫停功能的實現(xiàn)，按鍵2用于秒表復位；在鬧鐘設定模式下，按鍵1用于時加1，按鍵2用于時減1，按鍵3用于分加1，按鍵4用于分減1。如

13、圖3-4所示。圖3-4 外部中斷0服務函數(shù)流程圖3.5定時器溢出流程圖秒每次自加1，到60分加1；分到60，時加1；時到24，清零重新開始。如圖3-5所示。 圖3-5 定時器溢出流程圖4 Proteus軟件仿真本次課程設計所采用的程序調(diào)試軟件為keil uvision4集成調(diào)試軟件，所采用的仿真軟件為proteuspro 7.8SP2軟件。本次試驗的效果圖如下所示：圖4-1 實驗效果圖5設計過程中遇到的問題及解決方法在設計的過程中遇到問題是不可避免的，我遇到了很多問題，如下所示；1.做實物時無法驅(qū)動數(shù)碼管顯示，后來了解到可以加鎖存器，如74LS253,74LS573等等，還可以加三極管用來加大

14、電流。當然如果換成液晶顯示屏的話就不需要考慮驅(qū)動不了的問題了。2.燒程序時沒發(fā)燒進去，需要改變最高和最低波特率，才能按照步驟把程序燒進去。3.仿真時沒問題的電路，在做好實物時發(fā)現(xiàn)無法運行。原因可能是程序出現(xiàn)問題，或者在連實物時線路連接錯誤等等都有可能。這是很難的一部分，需要查找出原因。在做實物的過程中我進行的很多檢查，有很多連接錯誤，最終又重新焊接的。6 課程設計體會本次課程設計我們做了單片機時鐘，能整點提醒（短蜂鳴，次數(shù)代表整點時間），使用按鍵開關可以實現(xiàn)時分調(diào)整、秒表/時鐘功能轉(zhuǎn)換、省電（關閉顯示）、定時設定提醒(蜂鳴器)等功能。 這次課程設計讓我受益匪淺，無論從知識上還是其他的各個方面。

15、上課的時候的學習從來沒有見過真正的單片機，只是從理論的角度去理解枯燥乏味。但在實習中見過甚至使用了單片機及其系統(tǒng)，能夠理論聯(lián)系實際的學習，開闊了眼界，提高了單片機知識的理解和水平。在這次課程設計中又讓我體會到了合作與團結(jié)的力量。團結(jié)就是力量，無論在現(xiàn)在的學習中還是在以后的工作中，團結(jié)都是至關重要的，有了團結(jié)會有更多的理念、更多的思維、更多的情感。此外，使我對這們功課有了更深刻的認識和了解。首先對于硬件電路的工作原理有了進一步系統(tǒng)的學習，同樣就有了進一步的認識，使我懂得了理論與實際相結(jié)合的重要性，只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學的理論知識與實踐相結(jié)合起來，才能提高自己的實際動手能力和獨立思考

16、的能力。課程設計反映的是一個從理論到實際應用的過程，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 孫涵芳.MCS-51/96系列 單片機原理及應用（修訂版）.北京航空航天大學出版社.1994 2 李朝青.單片機原理及接口技術(shù)（第3版）.北京航空航天大學出版社.2005附1：源程序代碼MAIN/*Description ：數(shù)字鐘主程序，首先初始化變量、I/O口、外設， 然后單片機進入無條件循環(huán)，若中斷觸發(fā)，則進行實時處理。*/ Start/*包含頭文件*/#include #include #inclu

17、de #include #include /*主程序入口參數(shù)：無；返回值：無*/void main(void)Timer_Init( );/定時器初始化Keyboard_Init( );/按鍵初始化Display_Init( );/數(shù)碼管顯示初始化EN_Bell = 1;/關閉蜂鳴器while(1)/無條件循環(huán)Display_Updata( );/數(shù)碼管顯示更新DELAY/*Description ：數(shù)字鐘簡單延時函數(shù)*/ Start/*包含頭文件*/#include #include #include #include #include /*大致延時2uS*/void DelayUs(uns

18、igned char t) while(-t);/*大致延時1mS*/void DelayMs(unsigned char t) while(t-) DelayUs(245);DelayUs(245);KEYBOARD/*Description ：數(shù)字鐘按鍵處理函數(shù) */ Start/*包含頭文件*/#include #include #include #include #include /*按鍵初始化程序入口參數(shù)：無；返回值：無*/void Keyboard_Init(void)EA = 1;IE0 = 0;/外部中斷0清零IT0 = 1;/下降沿觸發(fā)EX0 = 1;/外部中斷0允許IE1

19、= 0;/外部中斷1清零IT1 = 1;/下降沿觸發(fā)EX1 = 1;/外部中斷1允許void Open_Stopwatch(void)/秒表開始或暫停工作ET1 = ET1;/開定時器1中斷TR1 = TR1;/允許定時器1工作TF1 = 0; /定時器1溢出標志清零void Res_Stopwatch(void) /秒表復位ET1 = 0; /關定時器1中斷TR1 = 0; /禁止定時器1工作TF1 = 0;/定時器1溢出標志清零s_1 = 0;m_1 = 0;h_1 = 0;/*外部中斷0中斷服務程序*/void Int_0(void) interrupt 0DelayMs(15);/延時

20、去抖if(EN_Play = 0x00)/實時switch(P1&0xf0)case 0xe0:if(h 0)h-;break;/時減1case 0xb0:if(m 0)m-;break;/分減1default:;break;if(EN_Play = 0x01) /秒表switch(P1&0xf0)case 0xe0:Open_Stopwatch( );break; /秒表開始或暫停工作case 0xd0:Res_Stopwatch( );break;/秒表復位default:;break;if(EN_Play = 0x02)/鬧鐘設定switch(P1&0xf0)case 0xe0:if(h

21、_2 0)h_2-;break;/時減1case 0xb0:if(m_2 0)m_2-;break;/分減1default:;break;IE0 = 0;/中斷清零void EN_Stopwatch(void)/秒表/實時切換if(EN_Play = 0x01)EN_Play = 0x00;elseEN_Play = 0x01;void EN_Alarm(void) /鬧鐘/實時切換if(EN_Play = 0x02)EN_Play = 0x00;elseEN_Play = 0x02;void Sel_Alarm(void) /鬧鐘/實時切換Open_Alarm = Open_Alarm;if

22、(Open_Alarm)s_2 = 0x01;elses_2 = 0x00;EN_Bell = 1; /關閉蜂鳴器void Int_1(void) interrupt 2DelayMs(15);/延時去抖switch(P1&0x0f)case 0x0e:EN_Dis = EN_Dis;break;/打開或關閉節(jié)能模式case 0x0d:EN_Stopwatch( );break;/秒表/實時切換case 0x0b:EN_Alarm( );break;/鬧鐘/實時切換case 0x07:Sel_Alarm( );break;/打開或關閉鬧鐘default:;break;IE1 = 0;/中斷清零

23、KEYBOARD.H/*Description ：數(shù)字鐘頭文件，申明keyboard.c中的全局函數(shù)、全局變量*/ Start#ifndef _KEYBOARD_H_ /作用：防止keyboard.h被重復引用#define _KEYBOARD_H_/*按鍵初始化程序*/extern void Keyboard_Init(void);/全局函數(shù)申明#endif/ No moreDisplay.c/*Description ：數(shù)字鐘數(shù)碼管顯示程序，通過兩個74HC573和兩個片選信號， 分時輸出段碼和位碼。*/ Start/*包含頭文件*/#include #include #include #

24、include #include /*定義常量*/unsigned char code Table_Duan10 =0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f;/顯示段碼值09unsigned char code Table_Wei6 = 0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf;/分別對應相應的數(shù)碼管點亮,即位碼/*定義變量*/unsigned char Table_Dis6 = 0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00;unsigned char j,EN_Play;/數(shù)碼管位計數(shù)、顯示模式標志bi

25、t EN_Dis;/節(jié)能模式標志bit Open_Alarm;/鬧鐘打開標志/*數(shù)碼管顯示初始化程序入口參數(shù)：無；返回值：無*/void Display_Init(void)j = 0;s = 0;m = 0;h = 0;s_1 = 0;m_1 = 0;h_1 = 0;s_2 = 0;m_2 = 0;h_2 = 0;Open_Alarm = 0;EN_Dis = 1;EN_Play = 0x00;Count_Bell = 0;/*數(shù)碼管段碼計算程序入口參數(shù)：無；返回值：無*/void Display_Actual(void) /實時Table_Dis5 = s%10;Table_Dis4 =

26、s/10;Table_Dis3 = m%10;Table_Dis2 = m/10;Table_Dis1 = h%10;Table_Dis0 = h/10;void Display_Stopwatch(void) /秒表Table_Dis5 = s_1%10;Table_Dis4 = s_1/10;Table_Dis3 = m_1%10;Table_Dis2 = m_1/10;Table_Dis1 = h_1%10;Table_Dis0 = h_1/10;void Display_Alarm(void) /鬧鐘Table_Dis5 = s_2%10;Table_Dis4 = s_2/10;Tab

27、le_Dis3 = m_2%10;Table_Dis2 = m_2/10;Table_Dis1 = h_2%10;Table_Dis0 = h_2/10;/*數(shù)碼管顯示更新程序入口參數(shù)：無；返回值：無*/void Display_Updata(void)if(EN_Dis)switch(EN_Play)/顯示模式選擇case 0x00:Display_Actual( );break; /實時case 0x01:Display_Stopwatch( );break;/秒表case 0x02:Display_Alarm( );break;/鬧鐘default:;break;for(j = 0;j

28、6;j+)P2 = Table_Weij; /取位碼 LATCH2=1; /位鎖存 LATCH2=0;if(j = 1)|(j = 3)P2 = Table_DuanTable_Disj|0x80; /取段碼else P2 = Table_DuanTable_Disj; /取段碼 LATCH1=1; /段鎖存 LATCH1=0;DelayMs(2);elseP2 = 0xff;LATCH1 = 1; LATCH2 = 1;Keyboard.h/*Description ：數(shù)字鐘頭文件，申明display.c中的全局函數(shù)、全局變量 */ Start#ifndef _DISPLAY_H_ /作用：

29、防止display.h被重復引用#define _DISPLAY_H_sbit LATCH1 = P07;/數(shù)碼管段鎖存sbit LATCH2 = P06;/數(shù)碼管位鎖存extern bit EN_Dis,Open_Alarm;/全局變量申明extern unsigned char EN_Play;/*數(shù)碼管顯示初始化程序*/extern void Display_Init(void);/全局函數(shù)申明/*數(shù)碼管顯示更新程序*/extern void Display_Updata(void);/全局函數(shù)申明#endif/ No moreTimer.c/*Description ：數(shù)字鐘定時器程序

30、，*/ Start/*包含頭文件*/#include #include #include #include #include /*定義變量*/unsigned char s,m,h,Count_Bell,i,k;/秒、分、時、蜂鳴次數(shù)、定時器溢出次數(shù)unsigned char s_1,m_1,h_1;/秒表秒、分、時unsigned char s_2,m_2,h_2;/鬧鐘秒、分、時/*定時器初始化程序入口參數(shù)：無；返回值：無*/void Timer_Init(void)i = 0;TMOD = 0x11;/定時器0、1工作于16位定時器模式TH0 = 0x3c;/初值高八位TL0 = 0xb0;/初值低八位EA = 1;/開總中斷ET0 = 1;/開定時器0中斷T