單片機(jī)課程設(shè)計(jì)-多功能時(shí)鐘

1、<p>　　設(shè)計(jì)課題： 多 功 能 時(shí) 鐘 </p><p>　　專業(yè)班級：09測控技術(shù)與儀器（1）班 </p><p>　　小組成員： XXX XXX XXXX </p><p>　　指導(dǎo)老師： XXX </p><p>　　報(bào) 告 人：

2、 XXX </p><p>　　提交日期： 2012年1月 </p><p><b>　　課程設(shè)計(jì)任務(wù)書</b></p><p>　　專業(yè)：測控技術(shù)與儀器 班級：09（1）班</p><p><b>　　目錄&

3、lt;/b></p><p>　　一、總體方案設(shè)計(jì)....................................................................4</p><p>　　1、設(shè)計(jì)要求..................................................................................

4、...4</p><p>　　2、分析課題.....................................................................................4</p><p>　　硬件電路設(shè)計(jì)....................................................................4<

5、;/p><p>　　1、硬件設(shè)計(jì)的整體思路.................................................................4</p><p>　　2、硬件方案分析確定.....................................................................5</p><p>

6、;　　3、各類元器件介紹.........................................................................6</p><p>　　4、硬件系統(tǒng)電子線路圖.................................................................9</p><p>　　5、硬件功能實(shí)現(xiàn)說明.

7、....................................................................11</p><p>　　軟件設(shè)計(jì)...........................................................................12</p><p>　　1、程序框圖.................

8、....................................................................12</p><p>　　2、程序模塊.....................................................................................12</p><p>　　系統(tǒng)功能調(diào)試與測試..

9、.....................................................13</p><p>　　個(gè)人心得體會...................................................................14</p><p>　　參考文獻(xiàn)........................................

10、...................................14</p><p><b>　　一、總體方案設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　1、設(shè)計(jì)要求：</b></p><p>　　實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前時(shí)間（6 位數(shù)碼管顯示，2 位顯示小時(shí)，2 位顯示分鐘，2 位顯示秒）。</p><p&g

11、t;　　半點(diǎn)及整點(diǎn)時(shí)間用蜂鳴器報(bào)時(shí)。半點(diǎn)短鳴、整點(diǎn)長鳴對應(yīng)的次數(shù)不同，22點(diǎn)至6點(diǎn)不鳴。</p><p>　　能用鍵盤修改當(dāng)前時(shí)鐘。</p><p><b>　　2、分析課題：</b></p><p>　　本小組成員擬定此多功能時(shí)鐘的實(shí)現(xiàn)以STC89C52單片機(jī)為核心，由LED數(shù)碼管、鍵盤、定時(shí)提醒等功能模塊組成。選用C51進(jìn)行部分的設(shè)計(jì)，以C

12、語言為基礎(chǔ)，編程實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能。主要包括初始化程序（通過初始化程序?qū)χ鞒绦蛩玫降淖兞俊⒊Ａ恳约案鲄?shù)定義初值）、顯示程序、鍵盤掃描及處理程序、蜂鳴器報(bào)時(shí)程序等。</p><p><b>　　任務(wù)分配：</b></p><p>　　軟件設(shè)計(jì)以及系統(tǒng)調(diào)試------XXX</p><p>　　硬件設(shè)計(jì)以及電路設(shè)計(jì)------XXX</p&g

13、t;<p><b>　　二、硬件電路設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　硬件設(shè)計(jì)的整體思路</b></p><p>　　硬件設(shè)計(jì)的整體思路主要分為以下三方面：</p><p>　　、了解器件所需要實(shí)現(xiàn)的功能。通過充分了解器件需要實(shí)現(xiàn)的功能，從中了解到任務(wù)涉及的知識點(diǎn)。本次實(shí)驗(yàn)所涉及到知識包括（C51）

14、程序語言、MCS-51 單片機(jī)I/O 應(yīng)用（本小組用STC89C52芯片）、中斷與定時(shí)器應(yīng)用、人機(jī)接口應(yīng)用技術(shù)等。</p><p>　　、選擇系統(tǒng)所需的各類元器件、設(shè)計(jì)系統(tǒng)的電子線路圖。根據(jù)小組討論出來的總體方案設(shè)計(jì)，通過查閱資料、詢問等方式，選擇系統(tǒng)所需的各類元器件、設(shè)計(jì)系統(tǒng)的電子線路圖等。同時(shí)，與軟件設(shè)計(jì)成員王晨、孫青青交流，確定硬件的連接方式，在充分考慮和軟件的協(xié)調(diào)工作關(guān)系的基礎(chǔ)上，確保功能設(shè)計(jì)和接口設(shè)計(jì)滿

15、足系統(tǒng)的需求。</p><p>　　、硬件調(diào)試，發(fā)現(xiàn)問題，解決問題。根據(jù)系統(tǒng)的整體方案設(shè)計(jì)，借助Protel軟件繪制出系統(tǒng)的電子線路圖，挑選出各類需要的元器件，進(jìn)行線路連接，硬件設(shè)計(jì)完成后，進(jìn)行調(diào)試。將軟硬件相結(jié)合，若試驗(yàn)結(jié)果與試驗(yàn)要求有出入，則進(jìn)行相應(yīng)的改進(jìn)。</p><p><b>　　硬件方案分析確定</b></p><p>　　、51單

16、片機(jī)的選擇：</p><p>　　方案一：選用89C51單片機(jī)</p><p>　　89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓、高性能CMOS8位微處理器，該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。&l

17、t;/p><p>　　方案二：選用STC89C52單片機(jī)</p><p>　　STC89C52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程Flash 存儲器。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng)可編程Flash，使得STC89C52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。 具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k字節(jié)Flash，512字節(jié)RAM， 32 位I/O 口

18、線，看門狗定時(shí)器，內(nèi)置4KB EEPROM，MAX810復(fù)位電路，三個(gè)16 位 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè)6向量2級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口。</p><p>　　單片機(jī)選擇最終方案：選擇STC89C52作為此次的單片機(jī)芯片。從功能上分析，其兩者都可以實(shí)現(xiàn)我們的任務(wù)要求，但是在性能上，89C52比89C51更好，其具有8K字節(jié)Flash，512字節(jié)RAM。同時(shí)，對于我們組員來說，我們組員對于89C52芯片更為熟悉。所以選

19、擇后者最為我們的單片機(jī)芯片。</p><p><b>　　、鎖存器的選擇：</b></p><p>　　方案一：選用74HC573鎖存器</p><p>　　74HC573鎖存器的輸入是和標(biāo)準(zhǔn)CMOS輸出兼容的；加上拉電阻，他們能和LS/ALSTTL輸出兼容。當(dāng)鎖存使能端為高時(shí)，這些器件的鎖存對于數(shù)據(jù)是透明的（也就是說輸出同步）。當(dāng)鎖存使能變低

20、時(shí)，符合建立時(shí)間和保持時(shí)間的數(shù)據(jù)會被鎖存。</p><p>　　方案二：選用74HC373鎖存器</p><p>　　74HC373鎖存器和74LS373原理一樣，8數(shù)據(jù)鎖存器。主要用于數(shù)碼管、按鍵等等的控制 。</p><p>　　鎖存器選擇最終方案：通過分析討論，我們選擇的是74HC573鎖存器，雖然兩者的性能和實(shí)現(xiàn)的功能是差不多的額，但是因?yàn)榇舜挝覀兊男酒腜

21、0口試設(shè)置了排阻（多個(gè)上拉電阻組成），為了提高PO口的驅(qū)動(dòng)能力，因此我們組員決定采用74HC573鎖存器。</p><p><b>　　、其他的器件選擇</b></p><p>　　由于其它器件根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求，都可以確定下來，所以不再進(jìn)行方案分析，其中，減排選用矩陣鍵盤，報(bào)時(shí)采用蜂鳴器，顯示采用LED數(shù)碼管。</p><p><b>　

22、　3、各類元器件介紹</b></p><p>　　（1）、51單片機(jī)芯片：STC89C52</p><p>　　STC89C52RC單片機(jī)是新一代高速/低功耗/超強(qiáng)抗干擾的單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051單片機(jī)，12時(shí)鐘/機(jī)器周期和6時(shí)鐘/機(jī)器周期可以任意選擇。</p><p><b>　　主要特性如下：</b></p&g

23、t;<p>　　增強(qiáng)型8051單片機(jī)，6時(shí)鐘/機(jī)器周期和12時(shí)鐘/機(jī)器周期可以任意選擇，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051.</p><p>　　工作電壓：5.5V～3.3V（5V單片機(jī)）/3.8V～2.0V（3V單片機(jī)）</p><p>　　工作頻率范圍：0～40MHz，相當(dāng)于普通8051的0～80MHz，實(shí)際工作頻率可達(dá)48MHz</p><p>　　用

24、戶應(yīng)用程序空間為8K字節(jié)</p><p>　　片上集成512字節(jié)RAM</p><p>　　通用I/O口（32個(gè)），復(fù)位后為：P1/P2/P3/P4是準(zhǔn)雙向口/弱上拉，P0口是漏極開路輸出，作為總線擴(kuò)展用時(shí)，不用加上拉電阻，作為I/O口用時(shí)，需加上拉電阻。</p><p>　　ISP（在系統(tǒng)可編程）/IAP（在應(yīng)用可編程），無需專用編程器，無需專用仿真器，可通過串口

25、（RxD/P3.0,TxD/P3.1）直接下載用戶程序，數(shù)秒即可完成一片</p><p>　　具有EEPROM功能</p><p><b>　　具有看門狗功能</b></p><p>　　共3個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。即定時(shí)器T0、T1、T2</p><p>　　外部中斷4路，下降沿中斷或低電平觸發(fā)電路，Power Dow

26、n模式可由外部中斷低電平觸發(fā)中斷方式喚醒</p><p>　　通用異步串行口（UART），還可用定時(shí)器軟件實(shí)現(xiàn)多個(gè)UART</p><p>　　工作溫度范圍：-40～+85℃（工業(yè)級）/0～75℃（商業(yè)級）</p><p><b>　　PDIP封裝</b></p><p>　　其芯片引腳如下圖所示：</p>

27、<p>　?。?）、74HC573鎖存器</p><p>　　74HC573鎖存器的輸入是和標(biāo)準(zhǔn)CMOS輸出兼容的；加上拉電阻，他們能和LS/ALSTTL輸出兼容。當(dāng)鎖存使能端為高時(shí)，這些器件的鎖存對于數(shù)據(jù)是透明的（也就是說輸出同步）。當(dāng)鎖存使能變低時(shí)，符合建立時(shí)間和保持時(shí)間的數(shù)據(jù)會被鎖存。輸出能直接接到CMOS，NMOS和TTL接口上操作電壓范圍：2.0V~6.0V低輸入電流：1.0uA。</

28、p><p>　　（3）、LED數(shù)碼管</p><p>　　數(shù)碼管可以分為共陽極與共陰極兩種，共陽極就是把所有LED的陽極連接到共同接點(diǎn)com，而每個(gè)LED的陰極分別為a、b、c、d、e、f、g及dp（小數(shù)點(diǎn)）；共陰極則是把所有LED的陰極連接到共同接點(diǎn)com，而每個(gè)LED的陽極分別為a、b、c、d、e、f、g及dp（小數(shù)點(diǎn)），如下圖所示。圖中的8個(gè)LED分別與上面那個(gè)圖中的A~DP各段相對應(yīng)，

29、通過控制各個(gè)LED的亮滅來顯示數(shù)字。</p><p><b>　?。?）、上拉電阻</b></p><p>　　能夠幫助內(nèi)存起到穩(wěn)壓作用，讓內(nèi)存工作更穩(wěn)定。從而提升內(nèi)存的穩(wěn)定性，增強(qiáng)內(nèi)存使用壽命。同時(shí)，外加上拉電阻可以幫助單片機(jī)提高接口的驅(qū)動(dòng)能力。</p><p><b>　?。?）、蜂鳴器</b></p>

30、<p>　　蜂鳴器是一種一體化結(jié)構(gòu)的電子訊響器，采用直流電壓供電，廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)、打印機(jī)、復(fù)印機(jī)、報(bào)警器、電子玩具、汽車電子設(shè)備、電話機(jī)、定時(shí)器等電子產(chǎn)品中作發(fā)聲器件。蜂鳴器主要分為壓電式蜂鳴器和電磁式蜂鳴器兩種類型。此電路系統(tǒng)中，通過蜂鳴器可以對始終進(jìn)行半點(diǎn)短鳴，整點(diǎn)長鳴的功能。</p><p><b>　　硬件系統(tǒng)電子線路圖</b></p><p>　

31、　5、硬件功能實(shí)現(xiàn)說明</p><p>　　功能1：實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前時(shí)間</p><p>　　將6個(gè)LED數(shù)碼管通過74HC573鎖存器與單片機(jī)進(jìn)行連接，通過軟件程序的輸入，將結(jié)果顯示在6 位數(shù)碼管上，其中包括2 位顯示小時(shí)，2 位顯示分鐘，2 位顯示秒。</p><p>　　其中鎖存器U1的Q1.Q2.Q3.Q4.Q5，Q6，Q7用于控制單個(gè)LED數(shù)碼管的陰極，分別為

32、a、b、c、d、e、f、g及dp（小數(shù)點(diǎn)），鎖存器U2用于選擇6個(gè)數(shù)碼管中哪一個(gè)顯示，由于數(shù)碼管的顯示是在極短的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行循環(huán)顯示，所以最終就是我們最終看到的始終顯示。在現(xiàn)實(shí)過程中，為了區(qū)別小時(shí)，分，秒，我們分別在小時(shí)，分的間隔出用亮點(diǎn)隔開，使結(jié)果更加明顯。</p><p>　　功能2：半點(diǎn)及整點(diǎn)時(shí)間用蜂鳴器報(bào)時(shí)，半點(diǎn)短鳴，整點(diǎn)長鳴對應(yīng)的次數(shù)。22 點(diǎn)至6 點(diǎn)不鳴。</p><p>　　本

33、次時(shí)鐘中，有半點(diǎn)和整點(diǎn)報(bào)時(shí)的功能，同時(shí)，又因?yàn)?2點(diǎn)到6點(diǎn)是晚上時(shí)間，在日常生活中如果還采取報(bào)時(shí)的話，會影響人的休息，這體現(xiàn)了人性化設(shè)計(jì)。同時(shí)，半點(diǎn)報(bào)時(shí)，比如說到08:29:59時(shí)，接下來一秒，會進(jìn)行短鳴，時(shí)長為0.1秒，整點(diǎn)報(bào)時(shí)，比如說到08:59:59時(shí)，接下來一秒后，會進(jìn)行長鳴，時(shí)長為1.0秒。</p><p>　　功能3：能用鍵盤修改當(dāng)前時(shí)鐘。</p><p>　　此次時(shí)鐘修改主要

34、為P3.0,P3.1,P3.2三個(gè)鍵，其中，P3.0可進(jìn)行LED數(shù)碼管的依次切換，比如可以從秒顯切換到分顯。當(dāng)切換好后，進(jìn)行時(shí)鐘的修改，其中，P3.1進(jìn)行時(shí)鐘的加修改，P3.2進(jìn)行時(shí)鐘減修改。比如說，現(xiàn)在是08:02：59，我需要修改到07:30:30則先按下P3.0,Z則秒顯位置開始閃爍，然后進(jìn)行修改，按P3.1按鍵30下即可，然后，再按下P3.0，切換到分顯位置，，按下P3.1按鍵29下即可，然后按下P3.0，切換到小時(shí)顯示位置，按

35、下P3.2按鍵，此時(shí)為減修改，按一下即可，最后修改完后，在此按下P3.0，則始終繼續(xù)進(jìn)行走動(dòng)。</p><p><b>　　三、軟件設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　程序框圖</b></p><p><b>　　2、程序模塊</b></p><p>　　本程序主要分為以

36、下幾個(gè)模塊：</p><p>　　主函數(shù)main() 鍵盤掃描函數(shù)keyscan()顯示函數(shù)display()</p><p>　　延時(shí)函數(shù)delayms()初始化函數(shù) init() 蜂鳴器發(fā)聲函數(shù)di()</p><p>　　半整點(diǎn)提示函數(shù)fengming()定時(shí)器中斷函數(shù)timer0()</p><p>　　主程序mai

37、n()：在調(diào)用復(fù)位函數(shù)之后，通過while(1)，來一直掃描鍵盤keyscan()函數(shù)，同時(shí)對時(shí)間t進(jìn)行實(shí)時(shí)的顯示。實(shí)時(shí)時(shí)間t，由定時(shí)器中斷函數(shù)timer0()產(chǎn)生。最后通過半整點(diǎn)提示函數(shù)fengming()，來進(jìn)行判斷是否蜂鳴。</p><p>　　鍵盤掃描函數(shù)keyscan()：使用了開發(fā)板上4*4矩陣鍵盤中的其中三個(gè)，先使它們的公共線端rd接地（=0），然后通過控制P3.0、P3.1、P3.2口的電位來判斷

38、按鍵是否被按下。同時(shí)根據(jù)檢測按下了哪個(gè)功能鍵來調(diào)用相應(yīng)的功能。</p><p>　　定時(shí)器中斷函數(shù)timer0()：通過定時(shí)器0的定時(shí)器中斷，來完成時(shí)間的變化，將shi、fen、miao，三個(gè)時(shí)間先按照時(shí)鐘規(guī)律單獨(dú)計(jì)數(shù)，最后，合成為一個(gè)long型的整數(shù)t。</p><p>　　蜂鳴器發(fā)聲函數(shù)di()：發(fā)出短暫蜂鳴聲。</p><p>　　半整點(diǎn)提示函數(shù)fengmin

39、g()：通過判斷t的大小，來控制是否蜂鳴，以及奉命時(shí)間長短。</p><p>　　初始化函數(shù) init()：使得所有變量都初始化。</p><p>　　顯示函數(shù)display()：通過這個(gè)函數(shù)，使得時(shí)間能在6位LED數(shù)碼管上顯示。</p><p>　　延時(shí)函數(shù)delayms()：短暫延時(shí)作用。</p><p>　　四、系統(tǒng)功能調(diào)試與測試&l

40、t;/p><p>　　本次課程設(shè)計(jì)，王晨主要承擔(dān)了鍵盤掃描函數(shù)keyscan()和半整點(diǎn)提示函數(shù)fengming()的設(shè)計(jì)和調(diào)試，修改了顯示函數(shù)display()，以及軟硬件所有程序的綜合調(diào)試。其他模塊調(diào)試由孫青青負(fù)責(zé)。</p><p><b>　　1、模塊調(diào)試：</b></p><p>　　1）調(diào)試鍵盤掃描函數(shù)keyscan()：</p&g

41、t;<p>　　問題1：測試修改shi、fen、miao的時(shí)候，在設(shè)置增加和減去的時(shí)候，沒有選擇正確變化數(shù)值。致使出現(xiàn)61、24等現(xiàn)象。</p><p>　　問題2：在分別修完shi、fen、miao后，沒有將它們重新合成為t，且t=shi*10000+fen*100+miao位置放置不正確，導(dǎo)致顯示錯(cuò)誤。</p><p>　　調(diào)試半整點(diǎn)提示函數(shù)fengming()：<

42、/p><p>　　問題：起初并沒有此函數(shù)，想使用di()函數(shù)，通過延長時(shí)間來使得蜂鳴聲加長，結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)，發(fā)出來的聲音不連續(xù)，為脈沖形式。經(jīng)過反復(fù)測試，將di()定義為固定函數(shù)，通過一個(gè)for循環(huán)來進(jìn)行一個(gè)短暫的延時(shí)，是的蜂鳴聲延長。</p><p>　　修改display()程序</p><p>　　將原本6位LED連續(xù)顯示的數(shù)碼管，進(jìn)行每2位用小數(shù)點(diǎn)進(jìn)行分隔，是的時(shí)、

43、分、秒更加清晰。</p><p><b>　　五、個(gè)人心得體會</b></p><p>　　通過此次單片機(jī)課程設(shè)計(jì)，我的心得體會主要體現(xiàn)在學(xué)到的知識以及發(fā)現(xiàn)自己的不足之處。</p><p>　　我是負(fù)責(zé)硬件設(shè)計(jì)部分的，在硬件設(shè)計(jì)的過程中，首先，我對于我們的51單片機(jī)又有了新的認(rèn)識，真正將51單片機(jī)與實(shí)際生活結(jié)合起來，發(fā)現(xiàn)了單片機(jī)在生產(chǎn)、生活中的

44、重要性；其次，我也漸漸熟悉了Protel電子制圖軟件，對軟件的操作也有了一定的提升；再者，對于各類元器件的組建也有一定認(rèn)識，就是我們需要先了解我們的項(xiàng)目需要實(shí)現(xiàn)的功能后，我們再通過查找資料找到相應(yīng)的元器件。同時(shí)，對于給累元器件的連線也有一定的要求，需要通過核對不同的參數(shù)，同時(shí)，結(jié)合軟件程序，才可以不出錯(cuò)。</p><p>　　同時(shí)，在硬件設(shè)計(jì)過程中，我也發(fā)現(xiàn)了自身的不足之處，現(xiàn)有的知識還是太匱乏，需要及時(shí)補(bǔ)充，尤

45、其是軟件程序設(shè)計(jì)上。其次，需要虛心向同學(xué)和老師請教。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　【1】《Protel2004實(shí)用教程--原理圖與PCB設(shè)計(jì)》 谷樹忠，侯華麗，姜航編著，電子工業(yè)出版社。</p><p>　　【2】《Protel 99 se電路設(shè)計(jì)與制版，從入門到提高》 王雅芳 編著 機(jī)械工業(yè)出版社。<