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1、河南理工大学河南理工大学单片机课程设计报告作息时间控制器设计姓 名： 学 号： 专业班级： 自动化 06-3 班 指导老师： 所在学院：电气工程与自动化学院2009 年 6 月 14 日 河南理工大学本科课程设计报告1摘要本设计是作息时间控制器的设计,由单片机 AT89C52 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作息时间控制器。该功能的实现主要通过软件编程来完成,降低了硬件电路的复杂性,成本也有所降低。设计内容包括了秒信号指示、时间“时”和“分”显示电路、按键调整电路、供电电源以及闹铃指示电路等几部分的设计。采用四个开关来控制作息时间控制器的工作状态，分别为：K1
2、、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。当作息时间控制器达到课程设计的要求，在到达设定的定时时间时蜂鸣器便被控制立即发出声音，持续一分钟，而后按 K4 键退出显示闪烁状态，即恢复时钟状态。显示采用的四位数码管电路，定时提示采用蜂鸣器发声指示。本设计方案也可以经过改进作为实现定时控制系统的控制定时电路。关键词：作息时间 单片机 显示 定时河南理工大学本科课程设计报告2目录1 概述 .31.1 课程设计的目的和意义 .31.2 单片机课程设计的要求 .31.3 作息时间控制器 的设计要求 .32 系统总体方案及硬件设计 .42.1
3、系统总体设计 .42.2 系统各个部分的电路设计 .53 软件的设计 .83.1 概述 .83.2 主模块的设计 .83.3 显示模块设计 .93.4 时间设定模块设计 .93.5 闹铃功能的实现 .104 Proteus 软件仿真 .124.1 仿真结果 .124.2 性能及误差分析 .145 课程设计体会 .15参考文献 .15附 1 程序源代码 .16附 2 原理图 .26河南理工大学本科课程设计报告31 概述1.1 课程设计的目的和意义综合利用所学单片机知识完成一个单片机应用系统设计并仿真、由硬件实现，从而加深对单片机软硬知识的理解，获得初步的应用经验，为走出校门从事单片机应用的相关工
4、作打下良好基础。1.2 单片机课程设计的要求1、进一步熟悉和掌握单片机的内部结构和工作原理，了解单片机应用系统设计的基本方法和步骤；2、掌握单片机仿真软件 Proteus 的使用方法； 3、掌握键盘和显示器在的单片机控制系统中的应用。4、掌握撰写课程设计报告的方法。1.3 作息时间控制器的设计要求1、设计制作一个单片机数字钟及控制电路。2、使用 4 位七段显示器来显示现在的时间。显示格式为“时-分”，由LED 闪动作为秒计数表示。3、可以设定作息时间，并进行到时提示。4、能够根据预先设定好的作息时间表自动启停控制电路，完成对外部设备的实时控制。5、可以设置现在的时间及显示定时设置时间。河南理工
5、大学本科课程设计报告42 系统总体方案及硬件设计2.1 系统总体设计1、方案比较方案一：采用数字电路实现。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。若用数字电路完成,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,焊接的过程比较复杂,成本也非常高。方案二：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,而且其成本也有所降低,经过上面的对比本设计采用单片机作为设计的主体。2、单片机的选型AT89C52 是低功耗、高性能的 CMOS 型 8 位单片机。片内带有
6、 4KB 的 Flash存储器,且允许在系统内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,片内有 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。基于以上优点，本设计采用 AT89C52单片机。3、总体电路的设计电子闹钟的主体电路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部分。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 1 如下所示：AT89C52复位、时钟等电路按钮
7、电路4 位数码管显示电路闹铃声指示电路电源供电电路河南理工大学本科课程设计报告5图 1 2.2 系统各个部分的电路设计 1、系统复位电路的设计单片机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，成本低，但复位可靠性相对较低；后者成本较高，但复位可靠性高，尤其是高可靠重复复位。对于复位要求高、并对电源电压进行监视的场合，大多采用这种方式。复位电路主要用来在单片机的程序进入死循环后，能使单片机重新从头执行程序而不会无休止的执行程序。本设计采用了上电按钮电平复位电路，如图 2C310UFR110k R21k图 22、系统时钟电路设计对
8、于时间要求不是很高的系统，只要按图进行设计就能使系统可靠起振并稳定运行。但由于实际工作过程中的 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），这两个电容元件对闹钟的走时误差有很大关系，并且选用正规的瓷片或云母电容，如果可能的话，温度系数要尽可能低。另外，瓷片电容的实际焊接距离不应该离单片机太远否则误差较大。具体的时钟电路如图三所示：X1CRYSTALC130PFC230PF河南理工大学本科课程设计报告6图 33、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
9、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，后者则只需外加适当直流电源电压即可，元件内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。闹钟电路是用比较器来比较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相同，则发出一个脉冲信号，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。4、显示电路的设计本设计采用了 4 位数码管显示电路。在 4 位 LED 显示时,为了简化电路,降低成本,采用动态显示的方式，4 个 LED 显示器共用一个 8 位的 I/O, 4
10、 位 LED数码管的位选线分别由相应的 P2.2P2. 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。由于采用了四位数码管，所以数码管显示“时”、“分”；秒的显示选用了一个发光二极管，两灭周期为两秒，即点亮和熄灭时间均为一秒。到达定时时间时，由计时系统的输出状态产生一脉冲信号，然后去触发蜂鸣器实现闹铃。校时电路是用来对“时”、“分”显示数字进行校对调整的。具体的电路设计如图 4 示：234567891RP1RESPACK-8图 45、定时和调时电路的设计河南理工大学本科课程设计报告7本设计因为使用到的键数目比较少，不宜采用矩阵式键盘，采用了功能直观简洁
11、方便的独立式键盘，而且考虑了键盘的消抖问题。比较容易理解。每个键的具体功能如下：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。按键定义如图 5 所示：图 5河南理工大学本科课程设计报告83 软件的设计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，利用单片机内部的定时器溢出中断来实现。本设计使定时器每 50ms 中断 1 次，则 2
12、0 次的周期为 1s。这种实现法的特点是精度高，秒脉冲的发生和其他处理可以并行进行。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。结构化程序设计一般有“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图 6 所示：图 6单片机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河南理工大学本科课程设计报告93.3 显示
13、模块设计显示是由显示代码取得相应的段码，显示段码数据的并行发送，用 LED 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，还可以进行时和分的校对，片选的灵活性好。程序流程如图 7 所示。图 73.4 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多种状态公用一个键的处理问题。即只涉及 4 个键完成了 4 位时间参数的设定。软件法去抖动的实质是用延时，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，如是则作为按键处理，否则，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，否则，会导致按一次作多次处理，影响程序正常执行。按键消抖流程图原理如图 8 所示：河南理工大学本科课程设计报告10图 83.5 闹铃功能
