基于51单片机的自动打铃系统文档格式.docx
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4.2主程序设计
10
4.3显示子程序的设计
12
五、调试及性能分析
5.1调试步骤
13
5.2性能分析
六、心得体会
参考文献
附录1系统硬件电路图
15
附录2
程序清单
16
一、设计任务和性能指标
1.1设计任务
用单片机器件为主体,设计一台自动打铃系统。
(一)基本要求
1、基本计时和显示功能(用12小时制显示)。
包括上下午标志,时、分的数字显示,秒信号指示。
2、能设置当前时间(含上、下午,时,分)。
3、能实现基本打铃功能,规定:
上午6:
00起床铃:
打铃5秒、停2秒、再打铃5秒。
下午10:
30熄灯铃:
铃声可用小喇叭播放,凡是用到铃声功能的均按此处理。
(二)发挥部分
1、增加整点报时功能,整点时响铃5秒,要求有控制启动和关闭功能。
2、增加调整起床铃、熄灯铃时间的功能。
3、增设上午4节课的上下课打铃功能,规定如下:
7.30上课,8.20下课:
8.30上课,9.20下课;
9.40上课,10.30下课;
10.40上课,11.30下课;
每次铃声5秒。
4、特色和创新自选。
1.2性能指标
1.时钟:
上下午(1位)、时(2位)、分(2位)
2.校对键:
确认键/设置键、右移键/灭铃键、加键、减键
3.响铃:
蜂鸣器二.设计方案
二、设计方案
按照系统设计的功能的要求,初步确定设计系统由主控模块、时钟模块、显示模块、键扫描接口电路共四个模块组成,电路系统构成框图如图1.1所示通过内部定时产生中断,从而驱动电铃打铃。
电路系统构成框图如图1.1所示。
主控芯片使用51系列AT89C52单片机,采用高性能的静态80C51设计,由先进工艺制造,并带有非易失性Flash程序存储器。
它是一种高性能、低功耗的8位COMS微处理芯片,市场应用最多。
时钟芯片使用美国DALLAS公司推出的一种高性能、低功耗、带RAM的实时时钟芯片DS1302。
采用DS1302作为主要计时芯片、可以做到计时准确。
更重要的是,DS1302可以在很小的电流的后备电源(2.5~5.5V电源,在2.5V时耗电小于300nA)下继续计时,并可编程选择多种充电电流对后备电源进行慢速充电,可以保证后备电源基本不耗电。
采用串行数据传输,与单片机硬件连接简单,如果使用时钟芯片DS12887,将采用并行数据传输,占用更多的硬件资源。
因此为节省单片机端口,时钟芯片采用DS1302。
1.1
硬件电路设计
设定51单片机工作在定时器工作方式1,每100ms产生一次中断,利用软件将基准100ms单元进行累加,当定时器产生10次中断就产生1S信号,这时秒单元加1。
同理,对分单元时单元和上下午单元计数,从而产生秒,分,时,上下午的值,通过五位七段显示器进行显示。
由于动态显示法需要数据锁存等硬件,接口较复杂,考虑显示只有五位,且系统没有其他复杂的处理任务,所以采用动态扫描实现LED的显示。
本系统采用四个按键,1键为功能键,另外三个做控制键。
按一下1键进入时间设置,接着按2键选择需要调整的位,然后按3和4键进行时调整,按3键进行加数,按4键进行减数,按两下1键调整结束时钟继续走动。
当时钟时间与设置时间一致时,驱动电路动作进行打铃,按时间点不同打铃规则不同,此时按2键强制灭铃。
三、系统硬件设置
3.1单片机最小系统
单片机最小应用系统的设计电路原理图,如图3.1所示。
本次设计我们选用了AT89C52单片机。
该单片机要求电源电压为+5V,所以40号引脚接+5V电源,20号脚接地。
因为AT89C52单片机的片内ROM为4KB,128位RAM,根据初步分析,本设计程序应该小于4KB,故无须外扩的ROM,所以单片机应直接访问片内程序存储器,单片机的31号脚接高电平。
AT89C52单片机是一种时序逻辑电路,必须有脉冲信号才能正常工作,而时钟脉冲是由振荡电路提供的,时钟可以由内部方式或外部方式产生,内部振荡方式,只要接上两个微调电容和一个晶振即可,其中微调电容选用33pF其作用是稳定振荡频率,快速起振。
本次毕业设计我们采用内部振荡方式,外接晶振为11.0592MHz,振荡周期=1/11.0592μs,时钟周期=2/11.0592μs,机器周期=12/11.0592μs,指令周期=1~4μs。
AT89C52在开机时需复位,以便CPU及其它功能部件都处于确定的初始状态,有利于进行下一步操作。
MCS-51系列单片机的有效复位信号两个机器周期以上的高电平。
其复位的实现通常可以采用开机上电复位和外部手动复位两种方式。
图中采用的是开机上电复位,复位电路由10μF的电解电容和8.2K电阻组成,其时间常数为T=RC,T=10μf×
8.2k,T=82ms大于10ms,所以单片机能够有效复位,单片机只要保持82ms以上的高电平就能使单片机有效复位
图3.1单片机最小应用系统
3.2时钟电路DS1302
(1)性能特性
实时时钟可对秒,分,时等进行计数,存在高速数据暂存的31*8位RAM,最少引脚的串行I/O口;
2.5~~5.5V电压工作范围;
2.5V耗电小于300nA;
用于时钟或RAM数据读/写的单字节或多字节数据传送方式;
简单的3线接口;
可选的慢速充电的能力。
DS1302时钟芯片包括实时时钟和31字节的静态RAM,它经过一个简单的串行接口与微处理器通信,实时时钟提供秒,分,时等信息,时钟运行可以采用24H,或带AM/PM的12H格式,采用三线接口与CPU进行同眇通信,并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号或RAM数据。
DS1302有主电源/后备电源双电源引脚;
(2)工作原理
DS1302在任何数据传送时必须先初始化,把RST引脚置为高电平,然后把8位地址和命令装入移位寄存器,数据在SCLK的上升沿被输入,无论是读周期还是写周期开始8位指定40个寄存器中哪个将被访问到,在开始8个时钟周期,把命令字节装入揿位寄存器之后,另外的时钟周期在闱时操作时输出数据,在写操作时写入数据,时钟脉冲的个数在单位字节下为8加8,在多字节方式下为8加字节数,最大可达248字节数。
为了提高对32个地址的寻址能力,可以把时钟或RAM寄存器规定为多字节方式,在多字节方式中,读或写从地址0的位0开始,必须管按数据传送的次序电先的8个寄存器。
但是当以多个字节写RAM时,为了传送数据不必写所有31字节,不管是否写了全部31字节,所写的每个字节都将传送至RAM。
时钟暂停:
秒寄存器的位7定义位时钟暂停位,当它为1时,DS1302停止振荡,进入低功耗的备份方式,通常在对DS1302进行写操作时,停止振荡,当它为0时时钟将开始启动。
8051通过串口向DS1302写数据的程序框图如图3.2,其中,Px可以是8051单片机的任何一位I/O口,注意因为DS1302的数据发送或接收时序和8051的串行口不完全一致,因此,需要在TXD的输出端加反相器,另外,接收数据时,不能以串行口的接收方式接收,必须将串行口当作普通I/O口进行数据接收.
DS1302的晶振选用32.768KHZ,电容推荐值为6PF,因为振荡频率较低,也可以不接电容,对计时精度影响不大。
图3.2
DS1302写数据的程序框图
3.3显示电路的设计
显示部分采用普通的共阳数码管显示,采用动态扫描,以减少硬件电路,数码管分别为上下午,十时,时,十分,分显示,显示时采用串行口输出控制数码管,其中P2.2~P2.4口控制数码管的位选,低电平数码管显示,动态扫描显示中单片机P0口输出数码管的段码。
3.4键盘接口的设计
图3.4
键盘电路
本次设计的控制电路是由4个按键组成的,用以实现时钟信息的调整。
其电路图如图3.4所示,按键与P1口的P1.0到P1.3相连。
由于P1口内有上拉电阻,所以该图中上拉电阻可以省去。
四个按键中,S1为数据+1键,S2为数据-1键,S3为数据选择键,S4为强制打铃或者强制关闭键。
3.5打铃电路的设计
本次设计打铃电路如图3.5所示,单片机通过P3.7控制蜂鸣器是否发出声响。
当时间与预定打铃时间相同时,单片机通过P3.7输出为1KHz的方波,使得蜂鸣器发出声响。
图中PNP三极管作用是电流放大,以保证蜂鸣器能正常发出声音。
图3.5
打铃电路
四、系统软件设计
4.1程序流程图
主程序流程图
定时中断程序流程图
显示程序流程图
4.2主程序设计
voidmain()
{
ucharNowKey;
ucharBeforKey=0xff;
ucharKeyCount=0;
uchari=0;
AlarmSingal=0;
RayFlag=1;
RayFlag2=1;
TMOD=0x10;
//设置T1
EA=1;
ET1=1;
TH1=0x3c;
TL1=0xb0;
TR1=1;
while
(1)
{
D_Scan(TimeData,0);
//动态扫描
//按键控制
if(KeyCount==2)
KeyCount=0;
NowKey=GetKey();
if(NowKey!
=BeforKey)
switch(NowKey)
case1:
TimeSet();
break;
case2:
default:
}
BeforKey=NowKey;
elseKeyCount++;
}
4.3显示子程序的设计
voidD_Scan(uchar*ShowAddress,ucharFlagBit)
ucharShowBit;
ucharShow;
for(ShowBit=0;
ShowBit<
5;
ShowBit++)
if(FlagBit!
=5)
switch(ShowBit)
case0:
Show=BCD_to_Text((*ShowAddress)%10);
Show=BCD_to_Text((*ShowAddress)/10);
Show=BCD_to_Text((*(ShowAddress+1))%10);
case3:
Show=BCD_to_Text((*(ShowAddress+1))/10);
case4:
Show=BCD_to_Text((*(ShowAddress+2))%10);
P2=0xff;
switch(FlagBit)
P0=Show;
//设分闪动
if(RayFlag2&
&
(ShowBit==0||ShowBit==1))P0=0x40;
elseP0=Show;
//设时闪动
(ShowBit==2||ShowBit==3))P0=0x40;
//设上下午闪动
ShowBit==4)P0=0x40;
}
P2=GetClockBit(ShowBit);
Delay
(1);
五、调试及性能分析
5.1调试步骤
进入调试状态后应该在关键的地方设置断点然后按步运行,同时观察参数的变化,通过变化来判断程序运行的过程即可找出程序中混乱的部分,进行改正,这需要对软件熟练的掌握和对语言程序的很好的理解,实验板搭建成功后,我们就进入了程序的设计和调试阶段,开始编写程序时很顺利,但是后来在调试过程中出现了很多的错误,比如定时器准确度的设置,子程序的调用问题,最困难的就是对没步程序执行顺序的分析,由于程序中一些语句的错误理解和执行顺序的判断失误,让我掉进了误区,耽误了很长时间,最后在同学的帮助下终于找到了错误的关键点,更正成功了。
看来对程序的调试能力我还需要加强,程序的调试需要耐心,而且需要熟练掌握软件的跟部分功能。
5.2性能分析
自动打铃系统在学校很工厂和日常生活中应用广泛,原理主要是通过单片机的计数器进行计时,同时通过定时器中断扫描定时时间点来判断是否到了打铃时间,到了打铃,同时可以手动灭铃,主要功能即计时和打铃,相当于闹钟,通过计时器DS1302的使用使电路在断电后依然有后备电源进行计数,设计很人性化。
还可以通过按键来设置时间,如果想深入设计,也可以通过键盘来设置闹钟时间,使系统更加方便。
六、心得体会
本系统被子广泛用企事业单位,设计比较简单。
经过一学期的学习,使我对单片机有了初步的认识,了解了一些软件编程的技巧。
经过这次的课程设计,使我学会了课堂上学不到的知识,颇有一番感受,对于单片机更加的了解了,对各种器件的使用方法更加熟悉,学会了电路的基本设计思路和原理,掌握单片机设计步骤,知道这门课程在工作中的重要性,因为需要大量的资料,所以我和我的合作者到图书馆查阅了大量的资料,也利用了互联网查找大量的资料,经过一番努力,第一周我们完成了电路图的设计,第二周我们领取了所需的元器件,开始了电路的装调,经过几天的努力,终于把电路装好了,但电路调试过程并不是那么的容易,但经过调试我们发现了电路的一些问题,但在老师和同学们的同共努力下都得到解决,最终看到了成果.我感谢老师,课程设计加深了学生对所学课程理论的理解,扩展了教学中的实验内容和要求,积累了实践体验和经验,让我们提前感受到毕业设计的大致过程,进而能顺利进入毕业设计,提高毕业设计质量和学生实际应用能力。
参考文献
〔1〕严仲兴,王熔熔:
《单片机原理与应用》,中国计划出版社,2001.7
〔2〕江力:
《单片机原理与应用技术》,清华大学出版社,2006.5
〔3〕徐爱钧,彭秀华:
《单片机高级语言C51windows环境编程与应用》,北京电子工业出版社,2001.7
〔4〕求是科技:
《单片机典型模块设计实例导航》,北京人民邮电出版社,2004.5
〔5〕康华光:
《电子技术基础:
模拟部分》,北京高等教育出版社,1999.6
〔6〕江太辉:
《MCS-51系列单片机原理与应用》.广州:
华南理工大学出版社,2004.6
(7)刘海宽单片机实验与实践教程东南大学出版社2009年1月出版
(8)杨易德模拟电路重庆大学出版社2006年10月出版
(9)廖先芸电子技术实践与训练高等教育出版社2005年6月出版
(10)郭勇EDA技术基础机械工业出版社2009年1月出版
附录1系统硬件电路图
附录2程序清单
#include<
reg52.h>
#defineuintunsignedint
#defineucharunsignedchar
ucharTimeData[]={0,0,0};
//时钟数据
ucharsec;
//秒
uchari;
ucharcounter=0;
//时钟变量
ucharRayFlag1=0;
//秒闪标志1
sbitRayFlag=P3^3;
//秒闪
sbitRayFlag2=P3^2;
//秒闪标志2
sbitAlarmSingal=P3^7;
//闹铃信号
ucharcodeBellData[]={
0,0,0,0,0,0,0,0,0,1
};
//上下午标志
ucharcodeBellDataH[]={
6,7,8,8,9,9,10,10,11,10
//时
ucharcodeBellDataL[]={
0,30,20,30,20,40,30,40,30,30
//分
ucharBCD_to_Text(ucharData);
ucharGetClockBit(ucharShowBit);
voidDelay(uintcount);
voidD_Scan(uchar*ShowAddress,ucharFlagBit);
ucharGetKey();
voidTimeSet();
//----------------------主程序-----------------------------------------------
//---------------------DS1302-------------------------------
#ifndef_DS1302_H_
#define_DS1302_H_
#defineTime_12_Hour
0x00
//24时制控制
#defineTime_Start
//开始走时
#defineTime_Stop
0x80
//停止走时
#defineDS1302_SECOND
//DS1302各寄存器操作命令定义
#defineDS1302_MINUTE
0x82
#defineDS1302_HOUR
0x84
#defineDS1302_WEEK
0x8A
#defineDS1302_DAY
0x86
#defineDS1302_MONTH
0x88
#defineDS1302_YEAR
0x8C
#defineDS1302_WRITE
0x8E
#defineDS1302_POWER
0x90
#defineBCD2DEC(X)
(((X&
0x70)>
>
4)*10+(X&
0x0F))
//用于将BCD码转成十进制的宏
#defineDEC2BCD(X)
((X/10)<
<
4|(X%10))
//用于将十进制转成BCD码的宏
sbitDS1302_CLK=P1^5;
//实时时钟时钟线引脚
sbitDS1302_IO
=P1^6;
//实时时钟数据线引脚
sbitDS1302_RST=P1^4;
//实时时钟复位线引脚
sbitACC0=ACC^0;
sbitACC7=ACC^7;
typedefstruct__SYSTEMTIME__
//定义的时间类型结构体,全部数为十进制
unsignedcharSecond;
unsignedcharMinute;
unsignedcharHour;
unsignedcharWeek;
unsignedcharDay;
unsignedcharMonth;
unsignedcharYear;
}SYSTEMTIME;
//实时时钟写入一字节(内部函数)
voidDS1302InputByte(unsignedchard)
unsignedchari;
ACC=d;
for(i=8;
i>
0;
i--)
DS1302_IO=ACC0;
//相当于汇编中的RRC
DS1302_CLK=1;
DS1302_CLK=0;
ACC=ACC>
1;
//实时时钟读取一字节(内部函数)
unsignedcharDS1302OutputByte(void)
1;
ACC7=DS1302_IO;
return(ACC);
//写DS1302,ucAddr:
DS1302地址,ucData:
要写的数据
voidWrite1302(unsignedcharucAddr,unsignedcharucDa)
DS1302_RST=0;
DS1302_RST=1;
DS1302InputByte(ucAddr);
//地址,命令
DS1302InputByte(ucDa);
//写1Byte数据
//读取DS1302某地址的数据
unsignedcharRead1302(unsignedcharucAddr)
unsignedcharucData;
DS1302InputByte(ucAddr|0x01);
ucData=DS1302OutputByte();
//读1Byte数据
return(ucData);
//读取时间函数
voidDS1302_GetTime(SYSTEMTIME*Time)
unsignedcharReadValue;
ReadValue=Read1302(DS1302_SECOND);
Time->
Second=BCD2DEC(ReadV