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1、目录一、设计要求21、环境需求22、功能需求2二、软件设计3三、硬件设计71、各芯片使用及说明72、硬件设计原理133、实验线路连接14四、程序调试与运行15五、课设小结15附A：参考资料16附B：源程序17附C：硬件原理图22一、设计要求1、环境需求 硬件方面： 一台计算机（Pentium 4 CUP 2.40GHZ,256MB 内存）、一个DVCC实验箱，主要用到了如下的芯片：一片89C51、一片8155， 6个共阳的七段发光二极管（由8155驱动），一个蜂鸣片，发光二极管2只等。 软件方面：WINDOWS XP Professional及以上dv88h实验系统，DVCC实验软件系统。2、
2、功能需求基本功能需求如下：1）每10min用较柔和的声音提醒一次值班者，值班者按某一键后复位，计时重新开始。2）若计到11min时无人按复位键，则以较急促的声音报警，黄灯闪烁，并每隔10min计数器加1。3）当到60min时红灯闪烁，并仧尖锐的声音持续报警。以LED显示时、分、秒。则记录下这个时刻，以便管理者查看。显示格式：时、分、秒。二、软件设计本次课程设计采用的主要是模块化的设计思想，首先对夜间防睡控制/纪录器的每个功能模块进行详细的需求分析，需求分析完之后确定各个模块功能之后，建立各个需求的功能模块图，最后细化每个模块的功能。根据细化后的功能模块图对每个模块编写相应的子程序，对每个功能模
3、块进行测试，在成功测试每一个功能模块之后，然后进行整个程序的测试。夜间防睡控制的功能模块图如下：夜班防睡控制 / 记录器计时模块发声控制记录控制时间查询关中断保存现场信息SECOND60分钟MINUTE加1MINUTE60秒钟SECOND=0小时HOUR加1分钟MINUTE=0显示时间小时HOUR=10?1-TR0 (开定时器T0)产生柔和发声脉冲COUNT=20?产生急促发声脉冲，黄灯亮按下复位键?COUNT=30?按下复位键?YNYNY继续计时COUNT=0YNY时间记录和查看时间COUNT=30S,记录该时刻的时间存放在50H，51H,52H中判断是否按下查看记录时间键1-F0 (标记查
4、看键按下)继续计时NY查看计时 / 次数F0 = = 1显示记录时间 / 次数F0 = = 0显示当前时间NYNY三、硬件设计1、各芯片使用及说明 本次夜间防睡系统主要使用了的芯片为：80C51(CPU)，8155。MCS-51 CPU中的位处理器，是一个完整的1位微计算机，它有自己的CPU、位寄存器、I/O口和指令集。这个1位机在开关决策、逻辑电路仿真 、工业控制方面很有效；而8位机在数据采集、运算处理有优势。二者相辅相成，是单片机技术上的1个突破。本次实验中主要使用了该CPU的主要使用情况及介绍如下：(A) 单片机中主要的端口主要使用情况如下：1) P0口：双向8位三态I/O口，此口为地址
5、总线（低8位）及数据总线分时复用口，可带8个LSTTL负载。2) P1口：8位准双向I/O口，可带4个 LSTTTL负载。3) P2口：8位准双向I/O口，与地址总线 （高8位）复用。4) P3口：8位准双向I/O口，双功能复用口。 本次实验中主要用到了P0口的情况如下：P作为复位键，提醒值班人员 P查看值班人员睡眠次数P查看夜班人员开始睡眠时间P控制黄灯信号P控制红灯信号P作为喇叭发声的脉冲频率输出（B）定时器（T0 / T1） 定时器/计数器简称定时器，8051单片机内部有2个16位的可编程定时/计数器：定时器0（T0）和定时器1（T1）。可编程是指其功能（如工作方式、定时时间、启动方式等
6、）可以由指令来确定和改变。 在定时器/计数器中除了有两个16位的计数器之外，还有2个特殊功能寄存器（控制寄存器TCON和方式寄存器TMOD）。 该硬件图如下：(C) 数据存储器（RAM）片内为128 B，片外最多可外扩64 KB。数据存储器来存储单片机运行期间的工作变量、运算的中间结果、数据暂存和缓冲、标志位等。片内的128 B的RAM，以高速RAM的形式集成在单片机内，可以加快单片机运行的速度，而且这种结构的RAM还可以降低功耗。本次程序中主要使用的内存情况如下：片内：R0R7(0区)，30H以后的部分单元。扩展的数据存储存储器：30H3FH作为显示单元内容的存储。(D) 特殊功能寄存器（S
7、FR）特殊功能寄存器共有21个，用于CPU对片内各功能部件进行管理、控制、监视。实际上是一些控制寄存器和状态寄存器，是一个具有特殊功能的RAM区。（D）控制显示的芯片介绍如下：8155芯片使用了地址为0FF20H,0FF21,0FF22H,0FF23H地址。主用用来驱动LED显示和扫描键盘。扫描键盘时，各个端口的使用情况如下：0FF20H为输出口，用来扫描字位口。在AL中送0，使键盘所有的行线输出为0，用来检测键盘的输入。0FF22H为输入口，用来扫描键盘输入。使用IN指令，从端口地址中读取输入键盘列号。在驱动LED显示的时候，各个端口的使用情况如下：0FF22H(B口)作为输出口，主要用来控
8、制LED显示的字型码，驱动LED显示字型（09）。0FF21(A口)作为输出口，也叫字位口，用来控制第几个LED显示屏显示。（E）8051的各个引脚介绍如下： 电源引脚 电源引脚接入单片机的工作电源。Vcc(40引脚)：接+5V电源。Vss（20引脚）：接地。 时钟引脚 2个时钟引脚XTAL1、XTAL2外接晶体与片内的反相放大器构成了1个振荡器，它为单片机提供了时钟控制信号。2个时钟引脚也可外接独立的晶体振荡器。 XTAL1（19引脚）：接外部晶体的1个引脚。该引脚内部是1个反相放大器的输入端。这个反相放大器构成了片内振荡器。如果采用外接晶体振荡器时，此引脚应接地。 XTAL2（18引脚）：
9、接外部晶体的另一端，在该引脚内部接至内部反相放大器的输入端。若采用外部时钟振荡器时，该引脚接收时钟振荡器的信号，即把此信号直接接到内部时钟发生器的输入端。 RST/Vpd（9引脚）RST（RESET）是复位信号输入端，高电平有效。当单片机运行时，在此引脚加上持续时间大于2个机器周期（24个时钟振荡周期）的高电平时，就可以完成复位操作。在单片机正常工作时，此引脚应为 =0.5V低电平。Vpd为本引脚的第二功能，即备用电源的输入端。当主电源Vcc发生故障，降低到某一规定值的低电平时，将+5V电源自动接入RST端，为内部RAM提供备用电源，以保证片内RAM中的信息部丢失，从而使单片机在复位后能继续正
10、常运行。 ALE/PROG（Address Latch Enable/PROGramming,30引脚） ALE引脚输出为地址锁存允许信号，当单片机上电正常工作后，ALE引脚不断输出正脉冲信号。当单片机访问外部存储器时，ALE输出信号的负跳沿用于单片机发出的低8位地址经外部锁存器锁存的锁存控制信号。即使不访问外部锁存器，ALE端仍有正脉冲信号输出，此频率为时钟振荡器频率fosc的1/6。如果想初步判断单片机芯片的好坏，可用示波器查看ALE端是否有正脉冲信号输出。如果有脉冲信号输出，则单片机基本上是好的。 PROG为本引脚的第二功能。在对片内EPROM型单片机编程写入时，此引脚作为编程脉冲输入端
11、。 PSEN（Program Strobe Enable,29引脚） 程序存储器允许输出控制端。在单片机访问外部程序存储器时，此引脚输出脉冲负跳沿作为读外部程序存储器的选通信号。此引脚接外部程序存储器的OE端。PSEN端可以驱动8个LS型TTL负载。 EA/Vpp(Enable Address/Voltage Pulse of Programming,31引脚) EA功能为内外程序存储器选择控制端。 当EA引脚为高电平时，单片机访问片内程序存储器，但在PC（程序计数器）值超过0FFFH时，即超出片内程序存储器的4KB地址范围时，将自动转向执行外部程序存储器内的程序。 当EA引脚为低电平时，单片
12、机则只访问外部程序存储器，不论是否有内部程序存储器。对于8031来说，因其无内部程序存储器，所以该引脚必须接地，这样只能选择外部程序存储器。 Vpp为本引脚的第二功能。在对EPROM型单片机8751片内EPROM固化编程时，用于施加较高的编程电压。对于89C51，则加在Vpp引脚的编程电压为+12V或+5V。2、硬件设计原理 本次夜间防睡控制 / 记录的课程设计主要是利用了8031这块微处理器做为控制器来控制整个程序的执行。本次课程设计除了控制程序执行的运算器和控制器之外，主要使用了该芯片的两个定时器。 其中定时器T0主要用来做为计时的控制，在该程序中用来产生100ms频率的脉冲，每次计数10
13、次时为1s中。采用的定时器T0的方式一。装入的计数初值为：3CB7H。每次计数完成之后执行中断程序时要重新装入计数初值。 而定时器T1主要用来产生发生频率的控制，在该程序中用来产生不同频率的脉冲。当然人儿能分辨的频率范围为：20HZ20000HZ，所以必须保证产生的频率在这个范围之内。比如说，当频率为500HZ时，该频率范围的声音比较柔和。我采用的该定时器T1的工作方式二，该方式能够自动重新装入计数初值。喇叭的发声是在计时30s值班人员还没有按键的情况下，开始发声的，如果有人按复位键的话，喇叭发声停止，并且重新开始计数。 显示部分主要使用8155芯片来控制显示。显示的LED采用的是动态扫描的显
14、示方式动态显示。各个端口的使用见硬件介绍部分。3、实验线路连接本次课程设计的连线比较简单，采用的连线如下：1）P0.0连接开关SW1；2）P0.1连接开关SW2；3）P0.2连接开关SW3；4）P0.7连接开关SW4；5）P0.4连接开关SW5；6）P0.5连接开关SW6。四、程序调试与运行本次实时时钟设计主要采用的是模块化的设计思想。所以首先必须对每一个模块进行单独的测试连接。程序中测试的过程如下所述。首先对计时单元进行测试。首先编好计时单元模块之后进行调试。看计时的脉冲是否准确，通过P1.3引脚输出的脉冲；连接示波器，观察屏幕上显示的脉冲频率，看是否为100ms的脉冲，结果频率为100ms，说明该频率通过了测试阶段。接下来观察时钟的计时是否准确。对秒中进行测试，观察秒钟的显示是否正确；如果9加1是为10秒；如果59加1秒，则应为1分钟；如果59分，59秒加1秒中
