智能仪器仪表综合设计实训报告书.docx

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智能仪器仪表综合设计实训报告书

成绩：

课程设计报告书

所属课程名称智能仪器仪表综合设计与实训

题目作息时间控制器的设计

分院机电学院

专业、班级测控技术与仪器B1003

学号0614100328

学生姓名思琪

指导教师亮周春明娜

2013年12月06日

辽东学院

1课程设计任务书

课程设计题目：

作息时间控制器的设计

课程设计时间：

自2013年11月15日起至2013年12月6日

课程设计要求：

（1）通过按键设定上下课作息时间；

（2）根据已设定作息时间表进行到时提示；

（3）设定广播时间，并播放一小段音乐；

（4）利用数码管或液晶块显示上下课状态。

学生签名：

2013年12月06日

课程设计评阅意见

项目

课程设计态度评价

10%

出勤情况评价10%

任务难度

、量评价10%

创新性评价

10%

综合设计

能力评价20%

报告书写规评价20%

答辩

20%

成绩

综合评定等级

评阅教师：

2013年月日

2总体设计方案

2.1总体设计方案框图

设计实现的功能主要有：

使用4位七段显示器来显示现在的时间，显示格式为“时分”，由LED小数点闪动作为秒计数表示。

可以设定作息时间，并进行到时提示。

能够根据预先设定好的作息时间表自动启停控制电路，完成对外部设备的实时控制。

由按键输入控制设置年月日以及当前时间、并可设置闹钟定时，时间到由蜂鸣器发出响声并作出相应动作：

二极管闪亮，同时播放音乐。

2.2芯片介绍

2.2.1AT89C51芯片

1.特性概述

AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。

AT89C2051是一种带2K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的单片机。

单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。

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，AT89C2051是它的一种精简版本。

AT89C单片机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。

2.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P0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/地址的低八位。

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外部必须接上拉电阻。

　　P1口：

P1口是一个部提供上拉电阻的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，这是由于部上拉的缘故。

在FLASH编程和校验时，P1口作为低八位地址接收。

　　P2口：

P2口为一个部上拉电阻的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。

3.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（计时器0外部输入）

　　P3.5T1（计时器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低位字节。

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），不管是否有部程序存储器。

注意加密方式1时，/EA将部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间部程序存储器。

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部时钟工作电路的输入。

　　XTAL2：

来自反向振荡器的输出。

2.2.28051简介

单片微型计算机简称为单片机，又称为微型控制器，是微型计算机的一个重要分支。

单片机是70年代中期发展起来的一种大规模集成电路芯片，是CPU、RAM、ROM、I/O接口和中断系统于同一硅片的器件。

80年代以来，单片机发展迅速，各类新产品不断涌现，出现了许多高性能新型机种，现已逐渐成为工厂自动化和各控制领域的支柱产业之一。

1．管脚说明

VCC - 芯片电源，接+5V；

VSS - 接地端；

XTAL1、XTAL2 - 晶体振荡电路反相输入端和输出端。

2．控制线

控制线共有4根；  

ALE/PROG:

地址锁存允许/片EPROM编程脉冲；        

①ALE功能：

用来锁存P0口送出的低8位地址 ；

 ②PROG功能：

片有EPROM的芯片，在EPROM编程期间，此引脚输入编程脉冲。

PSEN:

外ROM读选通信号； 

RST/VPD:

复位/备用电源。

① RST（Reset）功能：

复位信号输入端；          

② VPD功能：

在Vcc掉电情况下，接备用电源。

EA/Vpp:

外ROM选择/片EPROM编程电源。

① EA功能：

外ROM选择端；  

  ② Vpp功能：

片有EPROM的芯片，在EPROM编程期间，施加编程电源Vpp。

3．I/O线  

80C51共有4个8位并行I/O端口：

P0、P1、P2、P3口，共32个引脚。

P0口有三个功能：

①外部扩展存储器时，当做数据总线（如图1中的D0~D7为数据总线接口）； 

②外部扩展存储器时，当作地址总线（如图1中的A0~A7为地址总线接口） ；

③不扩展时，可做一般的I/O使用，但部无上拉电阻，作为输入或输出时应在外部接上拉电阻。

P1口只做I/O口使用：

其部有上拉电阻。

P2口有两个功能：

①扩展外部存储器时，当作地址总线使用； 

②做一般I/O口使用，其部有上拉电阻。

P3口有两个功能：

除了作为I/O使用外（其部有上拉电阻），还有一些特殊功能，由特殊寄存器来设置。

3硬件电路设计

3.1复位电路

位电路采用上电+按钮电平复位，其中电阻的选取R1约为0.2k左右R2约为1k左右。

保证加载RST引脚上的高电平持续两个机器周期，才能使单片机有效地复位如图3-1所示。

图3-1复位电路

3.2时钟电路

单片机部有一个用于构成振荡器的高增益反响放大器，此放大器的输入和输出端分别是引脚XTAL1和XTAL2，在XTAL1和XTAL2上接外接时钟源即可构成时钟电路，如图3-2所示。

图3-2时钟电路

参数选取：

C2，C3对频率有微调作用，当外接晶振时，C2和C3通常选取10~30pF，当外接瓷振荡器时，C2和C3的典型值约为20~50pF。

振荡频率围一般是1.2~12MHz。

3.3数码管显示模块

图3-3显示模块

时间显示模块主要由四位七段数码管来显示，配合按键控制模块的校正与设定时间，相应的显示。

时间正常显示时，LED每闪动60次，分钟自动加一；每六十分钟小时自动加一；每24小时天自动加一。

3.4闹钟模块

图3-4闹钟模块

闹钟模块快的主要功能即闹铃。

当设定时间与当前时间一致时，则闹钟自动闹铃进行提示，同时二极管闪亮一分钟后，自动退出响铃状态，若按K3键，闹钟退出响铃状态。

3.5按键控制模块

图3-5按键控制

按键设定部分比较简单，因为本系统按键少，所以在设计上采用了独立按键方式，程序的编制上也采用了简单的扫描方式。

按键控制模块主要有由四个按键组成：

K1、K2、K3、K4、。

其中K1的功能是模式切换键；K2的作用是加一；K3的作用是闹钟使能；K4的作用是减一。

闹钟设定：

当我们需要闹钟提醒时即可使用此功能，连续按三下K1键即可进入闹钟小时设定状态，通过K2键加一或K4键减一，进行小时设定，再按一次K1键即可进行分钟设定，其设定原理与小时设定原理相同，按一下K3键，则时间设定完毕，到时会自动响铃。

闹钟响铃：

当我们设定的时间与当前时间一致时，则闹钟就会自动响铃提示，与此同时发光二极管闪亮，一分钟后响铃停止，发光二极管熄灭，若在此期间按下闹钟使能键K3同样能使响铃停止，发光二极管熄灭。

日期校正：

当我们需要与当前日期保持一致时，则可以使用日期校正功能，连续按动五次K1键，则进入月份校正状态，通过K2加一键或K4减一键进行校正月份，再按一次K1键，则可进行日期校正，校正原理同月份校正原理相同。

时间校正：

当我们需要正确的显示时间即可进行时间校正，按一下K1即进入小时校正状态，通过K2加一或K4减一来进行小时校正，再按一次K1键即可进行分钟校正，校正原理同小时校正相同

年份校正：

当我们需要保持年份与当前年份一一致时，则可以进行年份校正。

连续按动七次K1键，即进入年份校正状态，通过K2加一键或K4减一键进行校正。

4程序设计

本系软件设计中，利用单片机定时器设计时间计时处理，采用单片机部的T0定时器溢出中断来实现，工作在T1方式下，定时50微妙，则连续中断20次即为一秒，得到了我们所需时间的最小单位

该设计用C51编写程序，由于汇编语言的移植性比较差，而C语言则比较灵活。

许多子函数都可以直接移植过去。

在程序中除了有主函数外还包含许多子函数，如延时函数、按键扫描函数、初始化函数、时间显示函数、设定闹钟显示函数、设定日期显示函数、设定年份显示函数、月份选择函数、年份显示辅助函数。

4.1主程序设计

在主控程序循环中主要工作为扫描是否有按键，若有按键则应做相应的功能处理，同时也扫描显示器显示时间数据，并检查所设置的时间是否到了，时间计时处理程序是等过了1S后，则更新时间数据，将最新的时，分，秒的数据转换为数字数据并显示在七段显示器上。

程序中是这样判断是否过了1S的：

设一旧秒数变量，当新旧秒数变量不一样时，则表示已过了1S，要