單片機自動打鈴課程設計

1、<p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　第一章 緒論1</b></p><p>　　第二章 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及主要元器件2</p><p>　　2.1作息時間控制鐘系統(tǒng)概述2</p><p>　　2.2設計任務和主要內(nèi)容2</p><p>　　

2、第三章 硬件設計3</p><p>　　3.1單片機總體設計思路3</p><p>　　3.2各功能模塊程序?qū)崿F(xiàn)原理分析3</p><p>　　3.3AT89C51單片機性能介紹4</p><p>　　3.4系統(tǒng)主要硬件電路5</p><p>　　第四章 軟件設計8</p><p>

3、　　4.1系統(tǒng)軟件設計的主要內(nèi)容8</p><p>　　4.2主程序流程設計8</p><p>　　第五章 系統(tǒng)仿真及調(diào)試10</p><p>　　5.1系統(tǒng)調(diào)試10</p><p>　　5.2仿真結(jié)果10</p><p><b>　　結(jié)論11</b></p><

4、p><b>　　參考文獻12</b></p><p><b>　　第一章 緒論</b></p><p>　　本設計是根據(jù)我們所學習的單片機課程，按照大綱要求對我們進行的一次課程檢驗，是進行單片機課程訓練的必要任務，也對我們掌握單片機應用有很大的幫助。掌握單片機技術是一門不可或缺的技術，對我們將來的工作以及生活和學習都有很密切的聯(lián)系。近年來

5、，隨著電子技術和微機計算機的迅速發(fā)展，單片機的檔次不斷提高，其應用領域也在不斷的擴大，已在工業(yè)控制、尖端科學、智能儀器儀表、日用家電、汽車電子系統(tǒng)、辦公自動化設備、個人信息終端及通信產(chǎn)品中得到了廣泛的應用，成為現(xiàn)代電子系統(tǒng)中最重要的智能化的核心部件。 </p><p>　　當今時代是一個新技術層出不窮的時代，在電子領域尤其是自動化智能控制領域，傳統(tǒng)的分立元件或數(shù)字邏輯電路構(gòu)成的控制系統(tǒng)，正以前所未有的速

6、度被單片機智能控制系統(tǒng)所取代。單片機具有體積小、功能強、成本低、應用面廣等優(yōu)點，可以說，智能控制與自動控制的核心就是單片機。目前，一個學習與應用單片機的高潮正在工廠、學校及企事業(yè)單位大規(guī)模地興起。學習單片機的最有效的方法就是理論與實踐并重，本文用AT89C51單片機設計的一個自動打鈴系統(tǒng)。</p><p>　　第二章 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及主要元器件</p><p>　　2.1作息時間控制鐘系統(tǒng)概述&

7、lt;/p><p>　　本設計是一個具有報時功能的作息時間控制鐘。它利用89C51單片機的2Hz時基計時，進行年歷計算，并用的蜂鳴器驅(qū)動模塊將它報出來；在進行時間計算，分每加一時，都與規(guī)定的作息時間比較，如果相等則進行相應的控制或動作。由七段顯示驅(qū)動模塊、蜂鳴器驅(qū)動模塊和按鈕控制模塊三部分組成，四個按鍵用于報時及校正時間?，F(xiàn)代機關企業(yè)，特別是學校要求對時間加以控制，要按時打鈴及播放廣播，以保證學習與工作的正常運行。本

8、設計實現(xiàn)了這些功能，給學校及其他機關企業(yè)帶來方便，整體性好，人性化強、可靠性高，實現(xiàn)了對時間控制的智能化。</p><p>　　2.2設計任務和主要內(nèi)容 </p><p>　　2.2.1設計任務 </p><p>　　用可編程器件為主體，設計并制作一臺自動打鈴系統(tǒng)。要求完成的作品必須固化軟件，測試檢查時上電即可工作，不允再用計算機下載。實現(xiàn)能夠顯示當前的時間，同時

9、能夠在規(guī)定的時間點控制打鈴裝置打出預期的鈴聲。另外增設四個按鈕，通過分配以實現(xiàn)對時間的調(diào)整，包括對時鐘、分鐘的增加和減少，秒鐘的清零；以及強制打鈴和關閉打鈴。 </p><p>　　2.2.2主要內(nèi)容 </p><p>　　1、基本計時和顯示功能(用12小時制顯示)。包括上下午標志，時、分的數(shù)字顯示，秒信號指示。 2、能設置當前時間(含上、下午，時，分) 3、能實現(xiàn)基本打鈴功能，規(guī)定：上

10、午6：00起床鈴：打鈴5秒、停2秒、再打鈴5秒。 下午10：30熄燈鈴：打鈴5秒、停2秒、再打鈴5秒。 鈴聲可用小喇叭播放，凡是用到鈴聲功能的均按此處理。</p><p>　　2.3器材儀表：儀器：單片機仿真器或程序固化設置 一臺；PC機一臺；萬用表一塊；主要元器件：89C51一片，鍵盤或按鍵一套，顯示屏LCD或LED一塊，喇叭一個。</p><p><b>　　第三章 硬件

11、設計</b></p><p>　　3.1單片機總體設計思路</p><p>　　(1)設計能正常工作的一個單片機最小硬件系統(tǒng)，外圍電路包括設置鍵LC或</p><p><b>　　LED的顯示屏；</b></p><p>　　(2)進行軟件設計，利用單片機系統(tǒng)時鐘先設計一個高精度的內(nèi)部時鐘系統(tǒng)，最小精確時間為

12、期1秒；</p><p>　　(3)在秒計數(shù)器的基礎上設計一個24小時時鐘，并設計若干定時功能；</p><p>　　(4)設計打鈴執(zhí)行機構(gòu)，完成自動打鈴功能。</p><p>　　3.2各功能模塊程序?qū)崿F(xiàn)原理分析 </p><p><b>　　圖3-1</b></p><p>　　模塊組成框圖如

13、圖3-1所示，該模塊由蜂鳴器驅(qū)動模塊、蜂鳴器驅(qū)動模塊和按鈕控制模塊三部分組成。且三部分都通過AT89C51來實現(xiàn)。</p><p>　　3.2.1七段式數(shù)碼管驅(qū)動模塊</p><p>　　采用動態(tài)掃描方式，通過一組單片機端口驅(qū)動并聯(lián)在一起的LED發(fā)光管的一端(共陰或共陽端)，LED發(fā)光管的另一腳接通用I/O口，控制其亮滅。該方法能驅(qū)動較多的LED，控制方式較靈活，而且節(jié)省單片機的資源。&l

14、t;/p><p>　　3.2.2蜂鳴器驅(qū)動模塊</p><p>　　采用壓電式蜂鳴器，壓電式蜂鳴器主要由多諧振蕩器、壓電蜂鳴片、阻抗匹配器及共鳴箱、外殼等組成。多諧振蕩器由晶體管或集成電路構(gòu)成，當接通電源后（1.5-15V直流工作電壓），多諧振蕩器起振,輸出1.5～2.5kHZ的音頻信號，阻抗匹配器推動壓電蜂鳴片發(fā)聲。</p><p>　　3.2.3按鈕控制模塊<

15、/p><p>　　四個按鈕的一端分別接地，另一端接單片機一個端口的四個引腳，當某一個按鈕按下的時候，其對應的引腳就由高電平變成低電平，然后通過單片機掃描讀取引腳的電平來判斷按鈕是否按下。</p><p>　　3.3AT89C51單片機性能介紹</p><p>　　AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機。該

16、器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術制造，與工業(yè)標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。引腳說明： VCC：供電電壓。 P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當P1口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)

17、存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時，P0 口作為原碼輸入口，當FIASH進行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。 P1口：P1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1口作為第八位地址接收。 P2口：P2

18、口為一個內(nèi)部</p><p>　　圖3-2 89C51引腳圖</p><p>　　RST：復位輸入。當振蕩器復位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間。 </p><p>　　ALE/PROG：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE端以

19、不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時， ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。為使該模塊化自動打鈴系統(tǒng)具有更加方便和靈活性，我們對系統(tǒng)的硬件做了精心設計。硬件電路包括七

20、段式數(shù)碼管驅(qū)動模塊、蜂鳴器驅(qū)動模塊、按鈕控制模塊等三大模塊。</p><p>　　3.4系統(tǒng)主要硬件電路</p><p>　　系統(tǒng)主要硬件電路作為驅(qū)動整個打鈴系統(tǒng)的電路又分為七段數(shù)碼顯示電路和蜂鳴器驅(qū)動電路。</p><p>　　由顯示七段數(shù)碼顯示電路和蜂鳴器驅(qū)動電路組成的系統(tǒng)硬件主要電路如下：</p><p>　　圖3-3：系統(tǒng)主要硬件電路

21、</p><p>　　該系統(tǒng)通過按鈕控制（系統(tǒng)使用4只按鍵，3只按鍵用來調(diào)整時間，另一只為強制打鈴按鈕；調(diào)整選擇鍵SET_KEY：P1.0通過選擇鍵選擇調(diào)整位，選中位閃爍；增加鍵ADD_KEY：P1.1按一次使選中位加1；減少鍵DEC_KEY：P1.2按一次使選中位減1；如果長按ADD_KEY或DEC_KEY，識別后則進行調(diào)時快進，此時停止閃爍）AT89C51的計時和定時，在七段數(shù)碼管上顯示出來（實現(xiàn)24小時制電

22、子鐘，8位數(shù)碼管顯示，顯示時分秒），再通過蜂鳴器 (BEEP：P3.7)來實現(xiàn)打鈴。3.4.1七段式數(shù)碼管驅(qū)動模塊的硬件設計</p><p>　　LED數(shù)碼管顯示器內(nèi)部有七個條形發(fā)光二極管和一個小圓點發(fā)光二極管組成，其結(jié)果圖如下所示：</p><p>　　圖3-4：七段數(shù)碼顯示管</p><p>　　因而它的控制原理和發(fā)光二極管的控制原理是相同的。根據(jù)各管接線的形

23、式，可分成共陰極型和共陽極型。其八個接口對應的字形如下表：</p><p>　　表一：數(shù)碼管字型碼表</p><p>　　3.4.2蜂鳴器驅(qū)動模塊的硬件設計</p><p>　　本設計中的蜂鳴器驅(qū)動模塊用到了蜂鳴器（SPEAKER）、三極管、100歐姆的電阻。將蜂鳴器的一段接地，另一端接三極管的發(fā)射極，三極管的基極通過100歐姆的電阻接在三極管的P3.7引腳，三極管

24、的集電極接+5V的電源。其電路圖如下圖所示：</p><p>　　圖3-5：蜂鳴器驅(qū)動電路圖</p><p><b>　　軟件設計</b></p><p>　　軟件是該LED顯示屏控制系統(tǒng)的重要組成部分，在系統(tǒng)的軟件設計中我們也才用了模塊化設計，將系統(tǒng)的各部分功能編寫成子模塊的形式，這樣增強了系統(tǒng)軟件的可讀性和可移植性。</p>

25、<p>　　4.1系統(tǒng)軟件設計的主要內(nèi)容</p><p>　　系統(tǒng)軟件設計由三個模塊編程組成：蜂鳴器打鈴編程，七段顯示管顯示編程，按鍵編程。</p><p>　　4.2主程序流程設計</p><p>　　主程序初始化，并打開中斷，然后執(zhí)行中斷服務程序。實現(xiàn)24小時制電子鐘，8位數(shù)碼管顯示，顯示時分秒顯示格式：23-59-59（小時十位如果為0則不顯示）&#

26、160;到預定時間啟動蜂鳴器模擬打鈴，蜂鳴器BEEP：P3.7打鈴方式分起床、熄燈鈴和上、下課鈴兩種系統(tǒng)使用4只按鍵，3只按鍵用來調(diào)整時間，另一只為強制打鈴按鈕 調(diào)整選擇鍵SET_KEY：P1.0；通過選擇鍵選擇調(diào)整位，選中位閃爍增加鍵ADD_KEY：P1.1；按一次使選中位加1減少鍵DEC_KEY；P1.2；按一次使選中位減1，如果長按ADD_KEY或DEC_KEY，識別后則進行調(diào)時快進，此時停止閃爍。</p>

27、<p><b>　　主程序流程設計圖：</b></p><p><b>　　圖4-1</b></p><p>　　如圖所示主程序開始初始化后，就跳轉(zhuǎn)到中斷服務程序，如正常走時，則往下進行打鈴時間的比較，繼續(xù)向下執(zhí)行對打鈴的判斷程序；如不正常走時，則直接轉(zhuǎn)到顯示程序。這以后，繼續(xù)執(zhí)行按鍵的檢測，若有鍵按下，則取值打鈴；反之，則返回到中斷

28、服務程序的開始繼續(xù)執(zhí)行。</p><p>　　第五章 系統(tǒng)仿真及調(diào)試</p><p><b>　　5.1系統(tǒng)調(diào)試</b></p><p>　　根據(jù)系統(tǒng)設計方案，本系統(tǒng)的調(diào)試共分為三大部分：硬件調(diào)試，軟件調(diào)試和軟硬件聯(lián)調(diào)。由于在系統(tǒng)設計中采用模塊設計法，所以方便對各電路模塊功能進行逐級測試：LED驅(qū)動模塊的調(diào)試，數(shù)據(jù)存儲模塊的調(diào)試，PC機通信模

29、塊的調(diào)試等，最后將各模塊組合后進行整體測試。</p><p><b>　　5.1.1硬件調(diào)試</b></p><p>　　對各個模塊的功能進行調(diào)試，主要調(diào)試各模塊能否實現(xiàn)指定的功能。</p><p><b>　　5.1.2軟件調(diào)試</b></p><p>　　軟件調(diào)試采用單片機仿真器WAVE6000

30、L及微機，將編好的程序進行調(diào)試，主要是檢查語法錯誤。</p><p>　　5.1.3硬件軟件聯(lián)調(diào)</p><p>　　將調(diào)試好的硬件和軟件進行聯(lián)調(diào)，主要調(diào)試系統(tǒng)的實現(xiàn)功能。</p><p><b>　　5.2仿真結(jié)果</b></p><p>　　此系統(tǒng)的仿真效果很好，能實現(xiàn)設計要求和目的所規(guī)定的內(nèi)容。下面是兩幅仿真結(jié)果圖

31、：</p><p>　　圖5-1 圖5-2</p><p><b>　　結(jié)論</b></p><p>　　本系統(tǒng)被子廣泛用企事業(yè)單位，設計比較簡單。經(jīng)過一學期的學習，使我對單片機有了初步的認識，了解了一些軟件編程的技巧。通過本次課課設，使我學會了課堂上學不到的知識。對單片機又有了

32、更深的認識，掌握單片機設計步驟，知道這門課程在工作中的重要性。在課程設計過程中也遇到了許多困難,但在老師和同學們的同共努力下都得到解決,最終看到了成果.我感謝老師這一年來對我們細心的教導,使我熟悉了一些軟件方面的知識,相信定會為日后工作打下堅實基礎.。 </p><p>　　課程設計加深了學生對所學課程理論的理解，擴展了教學中的實驗內(nèi)容和要求，積累了實踐體驗和經(jīng)驗，讓我們提前感受到畢業(yè)設計的大致過程，進

33、而能順利進入畢業(yè)設計，提高畢業(yè)設計質(zhì)量和學生實際應用能力。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　1、張毅剛．單片機原理及應用[M]．北京：高等教育出版社，2010.</p><p>　　2、蔡美琴．MCS-51系列單片機系統(tǒng)及其應用[M]．北京：高等教育出版社，2004.</p><p>