单片机课程设计定时闹钟的设计.docx
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单片机课程设计定时闹钟的设计
摘要
本设计是基于单片机的定时闹钟设计。
单片机是在一块半导体芯片上集成了CPU、存储器以及输入和输出接口电路的微型计算机；其集成度高、功能强、通用性好，特别是它具有体积小、重量轻、能耗低、价格便宜、抗扰、能力强和使用方便等特点。
它不仅仅是一项技术性上的突破，同时也是对能源方面的有效节约与有效利用，因此深受国家有关技术部门和能源部门的重视和支持。
其组合而成的配件产品在日常生活的使用过程中非常方便、简单且实用，深受着广大消费者的喜爱，从而使单片机技术在社会中得到了广泛的发展和应用。
目前，已成为测量控制应用系统中的优选机种和新电子产品的关键部件。
特别是20世纪70年代问世以来，以其极高的性能价格比，受到人们的重视和关注，应用很广、发展很快，推广率高，市场利润率高。
而51单片机是各单片机中最为典型和最有代表性的一种。
本次设计的定时闹钟在硬件方面就采用了AT89C51芯片，用6位LED数码管来进行显示。
LED用P0口进行驱动，采用的是动态扫描显示，能够比较准确显示时时—分分—秒秒。
通过S1、S2、S3、和S4四个功能按键可以实现对时间的修改和定时，定时时间到喇叭可以发出报警声。
在软件方面采用汇编语言编程。
整个定时闹钟系统能完成时间的显示，调时和定时闹钟、复位等功能，并经过系统仿真后得到了正确的结果。
1概述
1．1设计目的
本设计是一个定时闹钟，它仅使用单片的20引脚单片机完成闹钟的全部功能。
设计目的是为了学习和巩固单片机知识，使对已学过的基础知识能有更深入的理解，学会独立思考、独立思考、独立工作，以及提高对所学应用基本理论分析和解决实际问题的能力。
1．2设计任务
本文设计的定时闹钟采用AT89C51芯片，用汇编语言进行编程，时、分、秒用6位LED数码管显示。
在电路中通过四个按键S1、S2、S3和S4来进行定时和调时，定时时间到通过喇叭发出报警声。
1．3设计系统的主要功能
·能显示时时－分分－秒秒。
· 能够设置定时时间、修改定时时间。
· 到定时时间能发出报警声。
2系统总体方案及硬件设计
系统总体方案
1）由于要显示数字时间，所以需要6位数码管。
2）时间的定时用时钟电路，修改时间和定时用手动按键控制，报警声通过喇叭发出。
3）AT89C51单片机加上外围器件（数字显示器7SEG-MPX6-CC-BLUE，RESPACK-8排阻和SPEAKER喇叭）和应用程序（ISIS6Professional软件和WAVE6000编译软件），构成相应的应用系统。
系统设计方框图
如图1所示
图1
硬件设计
2.3.1芯片：
AT89C51
AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—FalshProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低电压，可稳定地工作于5V的电源下.该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。
由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器.
AT89C51管脚说明：
VCC：
供电电压。
GND：
接地。
P0口：
P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。
当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。
P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。
在FIASH编程时，P0口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。
P1口：
P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。
P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。
在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。
P2口：
P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。
并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。
这是由于内部上拉的缘故。
P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。
在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。
P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。
P3口：
P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。
当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。
作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。
P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：
口管脚备选功能
RXD（串行输入口）
TXD（串行输出口）
/INT0（外部中断0）
/INT1（外部中断1）
T0（记时器0外部输入）
T1（记时器1外部输入）
/WR（外部数据存储器写选通）
/RD（外部数据存储器读选通）
P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。
RST：
复位输入。
当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。
ALE/PROG：
当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。
在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。
在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。
因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。
然而要注意的是：
每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。
如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。
此时，ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。
另外，该引脚被略微拉高。
如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。
/PSEN：
外部程序存储器的选通信号。
在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。
但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。
/EA/VPP：
当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。
注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。
在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。
XTAL1：
反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。
XTAL2：
来自反向振荡器的输出。
如图2所示
2.3.2喇叭:
SPEAKER
由口控制喇叭，使其定时时间到能发出报警声。
2.3.3时钟电路
单片机的时钟产生方法有两种:
内部时钟方式和外部时钟方式。
本系统中AT89C51单片机采用内部时钟方式。
最常用的内部时钟方式是采用外接晶体和电容组成的并联谐振回路。
振荡晶体可在～12MHz之间。
电容值无严格要求，但电容取值对振荡频率输出的稳定性、大小和振荡电路起振速度有少许影响，一般可在20pF～100pF之间取值。
AT98C51单片机的时钟电路。
如图3所示
图3
上拉电阻：
RESPACK－8
控制按键：
BUTTONACTIVESPSTPushButton
本系统要进行时间的调整和定时，因此用4个手动按键对其进行控制。
2.3.4显示器模块的设计
利用7SEG-MPX6-CC-BLUE数字显示器的1-6引脚连接AT89C51单片机–接口，其他8个引脚分别与AT89C51单片机的-和共阳极管RESPACK-8排阻的2-9引脚分别连接。
数码管：
7SEG-MPX6-CC-BLUE
单片机中通常使用7段LED，LED是发光二极管显示器的缩写。
LED显示器由于结构简单，价格便宜，体积小，亮度高，电压低，可靠性高，寿命长，响应速度快，颜色鲜艳，配置灵活，与单片机接口方便而得到广泛应用。
LED显示器是由若干个发光二极管组成显示字段的显示部件，当发光二极管导通时，相应的一个点或一个笔划发光，控制不同组合的二极管导通，就能显示出各种字符。
LED显示器有多种形式，如：
“米”字型显示器，点阵显示器和七段数码显示器等，在单片机系统中使用最多的是七段数码显示器。
因为共阴极的LED数码管它的驱动电流是分开的,在单片机进行动态扫描的时候不会影响彼此的电流,故该系统中的6位LED数码管均用共阴极的数码管。
如图4所示
3软件设计
划分模块
根据设计要求，定时闹钟程序可分为以下几个模块：
1）显示时间的设置；
2）闹钟时间的设置：
4）定时时间的响应。
程序流程图
图5
模块程序
3.3.1时间的设置程序
如下：
SETTIME:
L0:
LCALLDISPLAY1
MM1:
JB,L1 ;=1时转移
MOVC,
JCMM1
LCALLDELAY1 ;延时
JCMM1
MSTOP1:
MOVC,
JNCMSTOP1;为0时转移
LCALLDELAY1;延时
MOVC,
JNCMSTOP1
INC22H;小时自加一
MOVA,22H
CJNEA,#18H,GO12;小时计数循环
MOV22H,#00H;复位
MOV34H,#00H
MOV35H,#00H
LJMPL0
L1:
JB,L2;=1时转移
MOVC,
JCL1
LCALLDELAY1;延时
JCL1
MSTOP2:
MOVC,
JNCMSTOP2;＝0时转移
LCALLDELAY1;延时
MOVC,
JNCMSTOP2
INC21H;分钟加一
MOVA,21H
CJNEA,#3CH,GO11;分钟计数循环
MOV21H,#00H;复位
MOV32H,#00H
MOV33H,#00H
LJMPL0
GO11:
MOVB,#0AH
DIVAB
MOV32H,B;将A的低4位存入32单元
MOV33H,A;将A的高4位存入33单元
LJMPL0
GO12:
MOVB,#0AH
DIVAB
MOV34H,B;将A的低4位存入34单元
MOV35H,A ;A的高4位存入35单元
LJMPL0
L2:
JB,L0;＝1时转移
MOVC,
JCL2
LCALLDELAY1;延时
MOVC,
JCL2
STOP1:
MOVC,
JNCSTOP1;＝0时转移
LCALLDELAY1;延时
MOVC,
JNCSTOP1
LJMPLOOP
3.3.2闹钟时间的设置程序
SETATIME:
LCALLDISPLAY2;调用DISPLAY2
N0:
LCALLDISPLAY2
MM2:
JB,N1;=1时转移
MOVC,
JCMM2
LCALLDELAY1;延时
JCMM2
MSTOP3:
MOVC,
JNCMSTOP3;＝0时转移
LCALLDELAY1;延时
MOVC,
JNCMSTOP3
INC24H;小时加一
MOVA,24H
CJNEA,#24,GO22;小时计数循环
MOV24H,#00H;复位
MOV38H,#00H
MOV39H,#00H
LJMPN0
N1:
JB,N2;＝1时转移
MOVC,
JCN1
LCALLDELAY1;延时
JCN1
MSTOP4:
MOVC,
JNCMSTOP4;＝0时转移
LCALLDELAY1;延时
MOVC,
JNCMSTOP4
INC23H;分钟加一
MOVA,23H
CJNEA,#60,GO21;分钟计数循环
MOV23H,#00H;复位
MOV36H,#00H
MOV37H,#00H
LJMPN0
GO21:
MOVB,#0AH
DIVAB
MOV36H,B;将A的低4位存入36单元
MOV37H,A;将A的高4位存入37单元
LJMPN0
GO22:
MOVB,#0AH
DIVAB
MOV38H,B;将A的低4位存入38单元
MOV39H,A;将A的高4位存入39单元
LJMPN0
N2:
JB,N0;＝1时转移
MOVC,
JCN2
LCALLDELAY1;延时
MOVC,
JCN2
STOP2:
MOVC,
JNCSTOP2
LCALLDELAY1
MOVC,
JNCSTOP2
LJMPLOOP
3.3.3喇叭响应程序
TIMEPRO:
MOVA,21H
MOVB,23H
CJNEA,B,BK;判断定时闹钟的分钟
MOVA,22H
MOVB,24H
CJNEA,B,BK;判断定时闹钟的小时
SETB
MOVC,
JCXX
XX:
LCALLTIMEOUT;调用TIMEOUT
BK:
RET
TIMEOUT:
X1:
LCALLBZ ;用喇叭响应程序
LCALLDISPLAY2;延时
CLR;调用喇叭响应程序结束
JB,X1;＝1时转移
LCALLDELAY
CLR
LJMPDISPLAY1;延时
BZ:
CLR
MOVR7,#250;喇叭响应时间
T2:
MOVR6,#124
T3:
DJNZR6,T3
DJNZR7,T2
SETB
RET
数码显示
将所编程序在WAVE里进行编译，编译正确后生成HEX文件。
在AT89C51芯片中加载此文件后，进行仿真。
系统运行后，能准确的显示时间。
通过S1、S2、S3和S4四个按键，能够对时间进行修改和闹钟的设置。
定时时间到能发出报警声。
如图6所示
图6
5课程设计体会
课程设计是培养学生综合运用所学知识，发现、提出、分析和解决实际问题，锻炼实践能力的重要环节，是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程。
随着科学技术发展的日新日异，单片机已经成为当今计算机应用中空前活跃的领域，在生活中可以说得是无处不在，作为二十一世纪的大学生来说掌握单片机的开发技术是十分重要的。
通过本次单片机原理及应用课程设计使我充分认认到了课程设计的理要性和必要性，本次设计使我对已学过的基础知识有了更深入的理解，学会了独立思考、独立工作以及对应用所学基本理论分析和解决实际问题的能力有了很大的提高。
另外，本次设计使我的实际操作技能得到了训练，同时也进一步培养了我严谨的科学作风。
回顾起此次单片机课程设计，从选题到定稿，从理论到实践，在整整一星期的日子里，可以说得是苦多于甜，但是从中却学到很多很多的的东西，不但巩固了以前所学过的知识，而且对单片机原理课外知识也的到了拓展。
做的过程中，开始的确遇到了不少困难的问题，比如说芯片管脚不熟悉怎么放置，对单片机汇编语言掌握得不好等等，同时在这过程中也发现了自己的许多不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。
通过单片机课程设计之后，我不仅加深了对单片机理论的理解，将理论很好地应用到实际当中去，而且我们还学会了如何去培养创新精神和严谨的科学作风，从而不断地战胜自己，超越自己。
更重要的是，我在这一设计过程中，学会了坚持不懈，不轻易言弃。
参考文献
[1].李朝青.单片机原理及接口技术（修订版）.北京：
北京航空航天大学出版社，1998
[2].李广弟.单片机基础.北京：
北京航空航天大学出版社，1992
[3].何立民.单片机应用技术大全.北京：
北京航空航天大学出版社，1994
[4].张毅刚.单片机原理及接口技术.哈尔滨：
哈尔滨工业大学出版社，1990
[5].谭浩强.单片机课程设计.北京：
清华大学出版社，1989
[6].余发山主编,单片机原理及应用技术,中国矿业大学出版社
[7]. , Radford. D, ‘Design considerations for implementation of large scale automatic meter reading systems’, Power Delivery, IEEE Transactions on，Volume 10, Issue 1, Jan. 1995
附1：
源程序代码
ORG0000H
LJMPMAIN
ORG000BH
LJMPTIME
;;;************MAINPROGRAM***************
ORG0100H
MAIN:
MOVSP,#50H
MOV20H,#00H;BINSECOND
MOV21H,#00H;BINMINUTE
MOV22H,#00H;BINHOUR
MOV23H,#01H
MOV24H,#01H
MOV25H,#00H
MOV30H,#00H;BCDSECOND
MOV31H,#00H
MOV32H,#00H;BCDMINUTE
MOV33H,#00H
MOV34H,#00H;BCDHOUR
MOV35H,#00H
MOV36H,#01H
MOV37H,#00H
MOV38H,#01H
MOV39H,#00H
MOVTMOD,#01H;16位计数器
MOVTH0,#03CH;赋初值
MOVTL0,#0B0H
MOVIE,#;中断允许
SETBTR0;启动T0
MOVR2,#14H
MOVP2,#0FFH
LOOP:
LCALLTIMEPRO
LCALLDISPLAY1
JB,M1;＝1时转移
LCALLSETTIME;调用SETTIME子程序
LJMPLOOP
M1:
JB,M2;=1时转移
LCALLSETATIME;调用SETTIME子程序
LJMPLOOP
M2:
JB,M4;＝1时转移
LCALLLOOKATIME;调用LOOKATIME子程序
M4:
LJMPLOOP
DELAY:
MOVR4,#030H;延时
DL00:
MOVR5,#0FFH
DL11:
MOVR6,#9H
DL12:
DJNZR6,DL12
DJNZR5,DL11
DJNZR4,DL00
RET
SETTIME:
L0:
LCALLDISPLAY1
MM1:
JB,L1 ;=1时转移
MOVC,
JCMM1
LCALLDELAY1;延时
JCMM1
MSTOP1:
MOVC,
JNCMSTOP1;为0时转移
LCALLDELAY1;延时
MOVC,
JNCMSTOP1
INC22H;小时自加一
MOVA,22H
CJNEA,#18H,GO12;小时计数循环
MOV22H,#00H;复位
MOV34H,#00H
MOV35H,#00H
LJMPL0
L1:
JB,L2 ;=1时转移
MOVC,
JCL1
LCALLDELAY1;延时
JCL1
MSTOP2:
MOVC,
JNCMSTOP2;＝0时转移
LCALLDELAY1;延时
MOVC,
JNCMSTOP2
INC21H;分钟加一
MOVA,21H
CJNEA,#3CH,GO11 ;分钟计数循环
MOV21H,#00H ;复位
MOV32H,#00H
MOV33H,#00H
LJMPL0
GO11:
MOVB,#0AH
DIVAB
MOV32H,B;将A的低4位存入32单元
MOV33H,A;将A的高4位存入33单元
LJMPL0
GO12:
MOVB,#0AH
DIVAB
MOV34H,B;将A的低4位存入34单元
MOV35H,A;将A的高4位存入35单元
LJMPL0
L2:
JB,L0;＝1时转移
MOVC,
JCL2
LCALLDELAY1;延时
MOVC,
JCL2
STOP1:
MOVC,
JNCSTOP1;＝0时转移
LCALLDELAY1;延时
MOVC,
JNCSTOP1
LJMPLOOP
SETATIME:
LCALLDISPLAY2;调用DISPLAY2
N0:
LCALLDISPLAY2
MM2:
JB,N1;=1时转移
MOVC,
JCMM2
LCALLDELAY1;延时
JCMM2
MSTOP3:
MOVC,
JNCMSTOP3;＝0时转移
LCALLDELAY1;延时
MOVC,
JNCMSTOP3
INC24H;小时加一
MOVA,24H
CJNEA,#24,GO22;小时计数循环
MOV24H,#00H;复位
MOV38H,#00H
MOV39H,#00H
LJMPN0
N1:
JB,N2;＝1时转移
MOVC,
JCN1
LCALLDELAY1;延时
JCN1
MSTOP4:
MOVC,
JNCMSTOP4;＝0时转移
LCALLDELAY1;延时
MOVC,
JNCMSTOP4
INC23H;分钟加一
MOVA,23H
CJNEA,#60,GO21;分钟计数循环
MOV23H,#00H;复位
MOV36H,#00H
MOV37H,#00H
LJMPN0
GO21:
MOVB,#0AH
DIVAB
MOV36H,B;将A的低4位存入36单元
MOV37H,A;将A的高4位存入37单元
LJMPN0
GO22:
MOVB,#0AH
DIVAB
MOV38H,B;将A的低4位存入38单元
MOV39H,A;将A的高4位存入39单元
LJMPN0
N2:
JB,N0;＝1时转移
MOVC,
JCN2
LCALLDELAY1;延时
MOVC,
JCN2
STOP2:
MOVC,
JNCSTOP2
LCALLDELAY1
MOVC,
JNCSTOP2
LJMPLOOP
TIMEPRO:
MOVA,21H
MOVB,23H
CJNEA,B,BK;判断定时闹钟的分钟
MOVA,22H
MOVB,24H
CJNEA,B,BK;判断定时闹钟的小时
SETB
MOVC,
JCXX
XX:
LCALLT
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