大学毕业设计可编程作息时间控制器设计单片机课程.docx
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大学毕业设计可编程作息时间控制器设计单片机课程
单片机系统
课程设计
成绩评定表
设计课题：
可编程作息时间控制器设计
学院名称：
电气工程学院
专业班级：
学生姓名：
学号：
指导教师：
设计地点：
设计时间：
指导教师意见：
成绩:
签名：
年月日
单片机系统
课程设计
课程设计名称：
可编程作息时间控制器设计
专业班级：
学生姓名：
学号：
指导教师：
课程设计地点：
课程设计时间：
单片机系统课程设计任务书
学生姓名
专业班级
学号
题目
课题性质
工程设计
课题来源
选题
指导教师
主要内容
（参数）
可编程作息时间控制器系统包括：
单片机、LCD显示系统、按键输入系统、蜂鸣器组成。
利用单片机内部的定时器，采用软件编程实现时钟计时，根据设定时间完成播报，可按照设定的时间进行相应的控制，能够随意设定播报时间。
任务要求
（进度）
第1-2天：
熟悉课程设计任务及要求，查阅技术资料，确定设计方案。
第3-4天：
按照确定的方案设计单元电路。
要求画出单元电路图，元件及元件参数选择要有依据，各单元电路的设计要有详细论述。
第5-6天：
软件设计，编写程序。
第7-8天：
实验室调试。
第9-10天：
撰写课程设计报告。
要求内容完整、图表清晰、文理流畅、格式规范、方案合理、设计正确，篇幅合理。
主要参考
资料
[1]张迎新．单片微型计算机原理、应用及接口技术（第2版）[M]．北京：
国防工业出版社，2004
[2]伟福LAB6000系列单片机仿真实验系统使用说明书
[3]阎石．数字电路技术基础（第五版）．北京：
高等教育出版社，2006
审查意见
系（教研室）主任签字：
年月日
1、引言1
1.1研究背景和用途3
1.2设计思想及基本功能3
1.3研究内容及采方法3
（1）主要研究内容3
（2）主要采用方法4
2、总体设计方案4
2.1方案选取4
2.2系统框图4
2.3系统工作原理5
3、硬件电路及芯片介绍5
3.1AT89C51单片机5
3.21602LCD液晶显示器8
3.3其他重要元件9
（1）独立式键盘的接口电路：
9
（2）蜂鸣器：
10
3.4硬件电路设计图11
4、系统软件设计12
4.1主程序软件设计12
4.2键盘扫描程序设计13
4.3时钟调节程序设计14
4.4闹钟时间调节程序设计15
4.5闹钟时间判断子程序设计16
5、总结17
参考文献18
附录：
19
1、引言
1.1研究背景和用途
20世纪末，电子技术得到了飞速的发展。
在其推动下，现代电子产品乎渗透到了社会的各个领域，有力的推动和提高了社会生产力的发展与信息化程度，同时也使现代电子产品性能进一步提升，产品更新换代的节奏也越来越快。
时间对于人来说总是那么珍贵，工作的忙碌性和繁杂让人容易忘记当前时间。
然而遇到重大事情的时候，一旦忘记时间，就会给自己或他人造成更大的麻烦。
对于学校来说作息时间尤为重要。
如今，在电子计算机基础上发展而来的可编程作息时间控制器，它可以利用电子计算机的内部时间，通过程序判断处理，完成对作息时间的精确控制，并且由于是程序控制，所以可通过改变程序而进而灵活改变作息时间，同时可以实时显示时间，并实现打铃功能。
可编程时间控制器可实现对时间控制的智能化，摆脱由人控制时间的长短不同的不便，并且可以在必要时人工切入控制，完美的满足作息时间控制。
1.2设计思想及基本功能
该系统能够实现以往的人工控制时间具有的功能，即到达所规定的时间后打铃的功能，再次功能的前提下，还具有以往方式不具备的时间显示功能。
在选取设计方案和采取元器件方面，该系统本着简单实用经济的思想，尽量简化电路，以最经济的方式达到设计要求。
可编程作息时间控制器具备以下功能：
（1）可以通过键盘进行时间设定
（2）具有屏幕显示的功能
（3）到达所设定的时间，能够进行上下课打铃。
1.3研究内容及采方法
（1）主要研究内容
用C语言编写作息时间控制程序，按照给定的时间模拟控制，上下课打铃、灯光控制（屏幕显示），并且具备日期和时钟显示。
给定的时间可修改，可模拟手动控制，用扬声器模拟打铃。
（2）主要采用方法
程需要用到延时程序，所以把延时程序单独做成一个子程序，然后在需要的时候调用它，使得时间显示程序更加精炼，此时日期和时钟显示功能已经完成；而后设计灯光控制（屏幕显示），采用比较跳转的方式即可，当到达设定的时间区域时通过比较来判断是亮灯还是灭灯；随后是上下课打铃的模拟，需要调用DOS显示功能，将设定好的时间在屏幕上显示出来，然后调用PC机内部时钟，判断时钟与给定时间是否相同，进而判断是否响铃，若响铃则调用设定好的响铃程序，并实现屏幕模拟显示；给定时间修改是调用键盘I/O中断功能号，获取键值的方法来进入，先确定应该修改哪个响铃，再将新的响铃时间数据存入要修改时钟的缓冲区，并将其覆盖来实现；模拟手动控制、用扬声器模拟打铃，同样采用调用键盘I/O中断功能号，获取键值的方法，判断是否与设定的手动按键相同，若相同则进入手动控制，进入后调用响铃程序，而后自动退出响铃，开始其他响应功能。
2、总体设计方案
2.1方案选取
通常通过单片机对时钟模块进行设计有两种方案：
一是通过单片机内部的定时器计数器，采用软件编程实现时钟技术，一般为软时钟，这个方法硬件线路简单，系统功能一般与软件设计有关，通常用在对时间精度要求不高的场所；二是采用时钟芯，它的功能强大，功能部件集中在芯片内部，自动产生时钟等相关功能。
硬件成本相对较高，软件编程简单。
通常用在对时钟要求较高的场所。
综合两者特点，此次设计精度不高，而且根据设计思想的经济性，采用第一种方案。
2.2系统框图
系统框图
2.3系统工作原理
使用AT89C51单片机结合字符型LCD显示器设计一个简易的可编程作息时间控制器，若LCD选择有背光显示的模块，在夜晚或黑暗的场合中也可使用。
程序执行后工作指示灯LED闪动，表示程序开始执行，同时显示系统时间。
作息时间控制器是由4路可调闹钟组成，从而实现打铃等功能。
当四路闹钟中的任一路到时，均会点亮灯、打铃。
其中操作键K1～K4的功能分别为：
设置限制的时间/时的调整、显示闹钟设置的时间/分的调整、设置闹钟的时间/设置完成、闹钟更换。
3、硬件电路及芯片介绍
3.1AT89C51单片机
本设计的核心硬件就是8051芯片，这里选择了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，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。
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，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。
图3.1AT89C51引脚图
引脚及其功能：
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，如下所示：
P3口管脚备选功能
P3.0RXD（串行输入口）
P3.1TXD（串行输出口）P3.2/INT0（外部中断0）
P3.3/INT1（外部中断1）P3.4T0（记时器0外部输入）
P3.5T1（记时器1外部输入）
P3.6/WR（外部数据存储器写选通）
P3.7/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。
P1.0口接K1按键，P1.1口接K2按键，P1.2口接K3按键，P1.3口接K4按键，P2.0口接RS口，P2.1口接RW口，P2.2口接E口，P2.3口接发光二极管D2阳极，P2.4口接发光二极管D1阳极，P2.5口接电阻R3，P3口的8个口依次和LCD的数据口D0~D7.
3.21602LCD液晶显示器
LM016L液晶模块采用HD44780控制器。
HD44780具有简单而功能较强的指令集，可以实现字符移动、闪烁等功能。
LM016L与单片机MCU（MicrocontrollerUnit）通讯可采用8位或者4位并行传输两种方式。
HD44780控制器由两个8位寄存器、指令寄存器（IR）和数据寄存器（DR）、忙标志（BF）、显示数据RAM（DDRAM）、字符发生器ROM（CGROM）、字符发生器RAM（CGRAM）、地址计数器（AC）
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