打铃器答辩.docx
《打铃器答辩.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《打铃器答辩.docx（14页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
打铃器答辩
信息与电气工程学院
单片机应用系统（三级）项目
设计说明书
（
2012年6月15日
目录
1设计目的1
2电子打铃器方案1
3各部分电路设计2
3.1单片机最小系统2
3.1.1单片机最小系统2
3.1.2时钟电路4
3.1.3复位电路4
3.2键盘与开关电路5
3.3输出电路6
3.3.1LED显示接口电路6
3.3.2打铃电路7
4电子打铃器调试与分析8
4.1设计及调试8
4.2调试现象及分析8
5整体电路图9
6详细仪器清单10
7课程设计总结10
8参考文献11
1设计目的
（1）了解打铃器的构造。
1）提高系统地运用已学的理论知识解决实际问题的能力和查阅资料的能力。
2）培养一定的自学能力和独立分析问题、解决问题的能力，能通过独立思考、查阅工具书、参考文献，寻找解决方案；
3）培养学生独立动手，实践操作能力，掌握一些器件的使用。
4）深入了解单片机相关知识和运用软件进行仿真。
（2）通过设计学习单片机最小系统的基本设计方法，掌握单片机应用系统的开发调试过程。
1）学习常用单片机开发工具功能、特点和使用方法。
2）学会单片机控制系统程序的编制和调试方法。
3）设计单片机打铃器硬件电路，绘制出电路原理图。
4）编制并调试出键盘扫描程序和显示驱动程序。
5）掌握单片机定时器的基本用法，编制出定时中断程序。
6）要求设计具有电子时钟功能，并能显示时间值。
2电子打铃器方案
教学用电子打铃器主要由80C51单片机、键盘扫描模块、时钟和复位模块、打铃器模块、液晶显示模块等组成。
运用C语言来控制单片机80C51来实现、动态数码显示等功能。
且本设计中的80C51单片机是整个工作过程的核心，是整个设计灵魂，它控制了脉冲时序的产生，显示信号的发送控制显示LED的选择。
80C51是一种带4K字节存储器的低电压、高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。
总的来说，是利用单片机及定时器设计的一个时钟，在每次秒加1的计时过程中，都与预先设定好的时间作比较，如果相等就进行打铃，不等则返回。
即电子打铃器是以单片机器件为主体，设计的自动打铃器。
本电子打铃器是按冬、夏两季作息时间设计的，上下课自动打铃，每次响铃10秒，也可以显示当前的时间，且能通过“周”键“时”键和“分”键分别校正周、时和分，每按一次对应+1。
电子打铃器大致由单片机、蜂鸣器装置、数码管显示装置、按键检测装置及选择冬夏时间开关装置组成。
利用89C51单片机，通过数码管扫描模块、响铃模块、按键处理模块、比较模块等，实现当前时钟的显示及响铃。
蜂鸣器在响铃模块的控制下，用于模拟打铃；显示器为8位数码管，通过数码管扫描模块，用于显示当前时间的“周”、“时”、“分”、“秒”；通过按键处理模块，对三个按键扫描，实现对周、时和分的校正；利用开关选择冬夏作息时间；比较模块为当前时间与时间表内时间比较，若相等，则打铃。
3各部分电路设计
单片机是由CPU、并行口、ROM、RAM、定时/计数器、串行口和中断系统等组成部分，通过内部总线把各主要部件接为一体，其内部总线包括地址总线、数据总线和控制总线。
其中，地址总线的作用是在进行数据交换时提供地址，CPU通过它们将地址输出到存储器或I/O接口；数据总线的作用是在CPU与存储器或I/O接口之间，或存储器与外设之间交换数据；控制总线包括CPU发出的控制信号线和外部送入CPU的应答信号线等。
该电子打铃系统由4个模块实现:
单片机最小系统，键盘与开关电路，数码管动态显示以及打铃电路。
3.1单片机最小系统
3.1.1单片机最小系统
单片机的最小系统指的是由最基本的电路元件组成的，外接部分简单的电路就能够独立完成一定的工作任务的单片机系统。
51单片机的最小系统有单片机芯片、电源、时钟电路和复位电路组成，如图3-1所示。
图3-1单片机最小系统
设计之前得对单片机的引脚及其功能应有所了解，下面简单介绍单片机的引脚：
（1）主电源引脚
Vcc：
芯片电源，接+5V。
VSS：
电源接地端。
（2）时钟引脚
XTAL1：
片内放大器输入端。
XTAL2：
片内放大器输出端。
（3）专用控制端口
1）ALE/
：
地址锁存允许/片内EPROM编程脉冲。
①ALE功能：
用来锁存P0口送出的低8位地址。
②
功能：
片内有EPROM的芯片，在EPROM编程期间，此引脚输入编程脉冲。
2）
：
外ROM读选通信号。
3）RST/VPD：
复位/备用电源。
①RST（Reset）功能：
复位信号输入端。
②VPD功能：
在Vcc掉电情况下，接备用电源。
4）
/Vdd:
内外ROM选择/片内EPROM编程电源。
①
功能：
内外ROM选择端。
②Vdd功能：
片内有EPROM的芯片，在EPROM编程期间，施加编程电源Vpp。
（4）输入/输出端口
AT80C51共有4个8位并行I/O端口：
P0、P1、P2、P3口，共32个引脚。
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。
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口还具有第二功能，用于特殊信号输入输出和控制信号（属控制总线）。
（5）P3口第二功能
P3.0RXD：
串行输入口。
P3.1TXD：
串行输出口。
P3.2
：
外部中断0。
P3.3
：
外部中断1。
P3.4T0：
定时计数器0。
P3.5T1：
定时计数器1。
P3.6
：
外部数据存储器写选通。
P3.7
：
外部数据存储器读选通。
3.1.2时钟电路
单片机的时钟电路用来产生时钟信号，以提供单片机片内各种数字逻辑电路工作的时间基准。
时钟电路可采用内部振荡方式和外部振荡方式两种电路形式。
此时钟电路采用内部振荡方式，即在单片机的XTAL1和XTAL2两个引脚间接一只晶振及两只电容就构成了单片机的时钟电路，如上图3-1所示。
3.1.3复位电路
复位是是单片机的片内电路初始化的操作，复位使单片机从初始状态开始运行。
在复位引脚RET输入宽度为2个机械周期以上的高电平，单片机就会执行复位操作。
有两种操作形式：
上电复位、手动复位。
单片机的RESET引脚为主机提供一个外部复位信号输入端口，按下复位键S1，单片机被强制执行复位操作。
复位后，单片机内各部件恢复到初始状态，单片机从ROM的0000H开始执行程序。
其电路图如图3-1所示，RESET按键选择开关。
3.2键盘与开关电路
电子打铃器中的外围电路中，键盘与开关电路这部分是对其的调整，人只有通过键盘与开关电路，才能对电子打铃器的校正与改变，体现了客户对一个以设计好的电子打铃器的操作非常简单，即一个单刀双掷开关控制是夏季时间表，还是冬季时间表；其他三个个键盘式的按键，一个是对分钟的调整，一个是对时钟的调整，一个是对天的调整。
周一至周五打铃，周六周日不打铃。
键盘与开关电路由独立连接式键盘和一个单刀双掷开关组成，如图3-2所示，通过编程来判断P1.0是高电平，还是低电平接入来控制冬、夏两季的时间表；编程P1.6、P1.4、P1.5两端，当P1.6有低电平通过时，时间表上周区加“1”，当P1.4有低电平通过时，时间表上时钟区加“1”，当P1.5有低电平通过时，时间表上分钟区加“1”。
当单刀双掷开关接“冬季”端时，即P1.0接高电平，将高电平信号送入单片机中，即选择冬季作息时间表，；当单刀双掷开关接“夏季”端时，即P1.0接低电平，将低电平信号送入单片机中，即选择夏季作息时间表。
“周加”键、“时加”键、“分加”键三个按键是对当前时间进行调整，当按下“周加”键S4时，会将一个低电平信号通过P1.6端口送人单片机，经过单片机处理，数码管的最前面的两位（即周区）会加“1”；当按下“时加”键S3时，会将一个低电平信号通过P1.4端口送人单片机，经过单片机处理，数码管的前面的两位（即小时区）会加“1”；当按下“分加”键S2时，会将一个低电平信号通过P1.5端口送人单片机，经过单片机处理，数码管的中间两位（即分钟区）会加“1”。
图3-2键盘与开关电路图
3.3输出电路
此电子打铃器的输出电路包括LED显示接口电路与打铃电路。
其中，LED显示接口电路是用来显示当前的时间，只需认识阿拉伯数字即可知道当前时间是多少，很明显；打铃电路是通过当前时间与设定时间相比较而设计的，若相等即打铃。
是作息时间很好的工具。
3.3.1LED显示接口电路
（1）LED数码管
LED数码管通常由8个发光二极管组合而成，称为八段LED数码管。
为获得不同的字形，显示块各段所加的电平也不同，因而编码也不一样，它有共阴极和共阳极两种结构形式。
根据设计要求可知，系统需要显示6位数字，因此需用到6个LED，数码管显示电路使用89C51的动态显示功能。
6个LED八段（a、b、c、d、e、f、g、dp）数码管分别显示：
“时”、“分”和“秒”，并用数码管的“点”，作为“时”、“分”和“秒”的间隔，切改点每隔一秒闪烁一次。
根据实际情况及设计要求，该电子打铃系统采用共阳极数码管，对于共阳极LED数码管，其公共端必须施加高电平，而在需要点亮端应施加低电平编码，如表3-1所示，给出了共阳极八段LED数码管字形码表。
表3-1字形与字段关系
字形
D7
D6
D5
D4
D3
D2
D1
D0
编码
（共阳极）
dp
g
f
e
d
c
b
a
0
0
0
1
1
1
1
1
1
0C0
1
0
0
0
0
0
1
1
0
F9
2
0
1
0
1
1
0
1
1
A4
3
0
1
0
0
1
1
1
1
B0
4
0
1
1
0
0
1
1
0
99
5
0
1
1
0
1
1
0
1
92
6
0
1
1
1
1
1
0
1
82
7
0
0
0
0
0
1
1
1
F8
8
0
1
1
1
1
1
1
1
80
9
0
1
1
0
1
1
1
1
90
硬件电路图如图3-3所示，显示部分采用扫描显示模块，其中P0口控制段选，P2口控制位选，利用P2口中的6个端口（即P2.0、P2.1、P2.3、P2.4、P2.6、P2.7）来控制6个LED数码管。
图3-3LED显示接口电路图
（2）排阻RESPACK-8
一般是接在51单片机的P0口，因为P0口内部没有上拉电阻，不能输出高电平所以要接上拉电阻。
排阻就是好多电阻连载一起，它们有一个公共端，1端为公共端接VCC或地，其他端口接要操作的端口。
3.3.2打铃电路
打铃电路的设计是，通过比较模块程序，将当前时间与设定打铃时间比较，当它们的值相等时，89C51对其进行相应处理，如图3-4所示，当P3.7端输出高电平时，才能导通，即打铃，故若接电铃，据设计要求，当有打铃信号通过时，响铃10s。
图3-4打铃电路图
4电子打铃器调试与分析
4.1设计及调试
调试过程也是课程设计必不可少的一个环节，根据设计的要求，初步设计好硬件的外围电路，以及程序。
调试先通过仿真软件进行仿真，发现问题，既而解决问题；之后，在单片机实验室进行实物调试。
在程序这一块，主要涉及到对KeilC51的使用，在KeilC51的开发环境中，编写程序，调试运行，发现、解决出现的错误。
正确无误后，调到Proteus中进行软件仿真，观察现象，根据设计要求逐步修改电路及程序，直至跟要求一致，仿真结果见图5-1。
单片机实验室实物调试，根据已设计好的电路图连接电路，把已设计好的程序通过烧写装置导入到到单片机芯片，接入电路中，通过键盘与开关的输入电路改变时间及时间表，利用显示装置观察现象。
4.2调试现象及分析
在单片机实验室中进行实物调试，发现数码管显示乱闪，解决后，时间校正这一块没有问题，通过调节“周”、“时”、“分”端，使当前时间接近设定时间，观察用于模拟打铃的蜂鸣器（打铃装置），现象无误；然换“夏季”端时，到打铃点时，显示装置出现自动回零的现象调试过程中，经过修改程序解决；换成打铃装置时，出现于要求刚好相反的现象，即需打铃时不打，不需要时却打铃，在输出那块程序修改输出端的电压，解决好了；在这一过程中，我们发现了一系列的问题，从调试到发现错误再到修改我们学到了很多。
经过查阅资料，并与同学讨论，反复调试都一一解决。
最终我们成功地实现电子打铃器的功能，顺利通过检测。
5整体电路图
图5-1开机仿真图
图5-2打铃仿真图
6详细仪器清单
类型
规格
数量
5V直流电源
ZH-6003
1个
电阻
10k
1个
芯片
AT89C51
1个
晶振
12M
1个
蜂鸣器
无源
1个
排阻
1个
非极性电容
1Nf
3个
LED
2个
按键开关
4个
单刀双掷开关
1个
三极管
1个
7课程设计总结
单片机课程设计，是电子信息工程专业学生在校学习期间必须完成的一项重要的动手实践活动，经过这次在单片机实验室进行实物调试后，了解到课程设计及实物调试让人学到更多，也增强了对学习单片机的兴趣。
通过这次课程设计，我们得到了很多收获和体会，懂得了团队合作的重要性和必要性，以及工程设计的大体过程。
第一，巩固和加深了对单片机基本知识和理解，提高了综合运用所学知识的能力。
第二，增强了根据课程需要选学参考资料，查阅手册，图表和文献资料的自学能力。
通过独立思考，深入研究有关问题，学会自己分析解决问题的方法。
第三，通过实际方案的分析比较，设计计算，安装调试等环节，初步掌握了简单使用电路的分析方法和工程设计方法。
第四，在这次课程设计过程中，光有理论知识是不够的，还必须懂一些实践中的知识。
所以在课程设计的实践中，我们应将实验课与课堂教学结合起来，锻炼自己的理论联系实际的能力与实际动手能力。
经过这次课程设计，在一定的理论基础上，动手实践，更容易学会，更容易理解，也加深了对其的印象，使我认识到了自学的重要性，在设计过程中，遇到问题时，也查阅了图书馆的一些资料，丰富自己的知识。
我对单片机有了一定的兴趣，并决定进一步学习单片机。
好好利用剩余的大学时间，使自己的大学生活更加充实，提高自身的素质。
在老师的严格要求、耐心教导和指正下，和同学讨论，顺利的完成此次课程设计。
最后衷心感谢老师的悉心指导和同学们的热心帮助!
8参考文献
[1]何立民.单片机高级教程应用与设计.北京航空航天出版社,2007.1
[2]刘文涛.单片机语言C51典型应用设计.人民邮电出版社,2005.10
[3]刘高鏁.单片机实用技术.清华大学出版社，2004
[4]李广弟.单片机基础.北京航空航天大学出版社，1992
[5]谭浩强.单片机课程设计.清华大学出版社，1989
[6]何立民.单片机应用技术大全.北京航空航天大学出版社，1994
[7]张毅刚.单片机原理及接口技术.哈尔滨工业大学出版社，1990
评语
成绩
指导教师
（签字）
年月日
升级会员 