基于单片机的作息时间控制钟系统设计.docx

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基于单片机的作息时间控制钟系统设计

课程设计任务书

分院

信息科学与工程学院

专业

自动化

学生姓名

王利伟

学号

0803010319

设计题目

基于单片机的作息时间控制钟系统的设计

——软件设计

课程设计内容及要求：

内容：

1设计电路，选择器件

2利用Protel画原理图

3编程，调试

4焊接电路，调试

要求：

1.系统时间设计，设计以24小时为周期的时间钟。

2.LED数码管显示时间。

3.设计键盘，通过键盘修改时间、设定闹铃。

进度及安排：

（10天）

1．查资料（2天）

2．设计电路画电路图（2天）

3．编程与调试（2天）

4．焊接硬件电路并调试（2天）

5．写报告（2天）

指导教师（签字）：

年月日

分院院长（签字）：

年月日

摘要

单片机作息时间控制系统设计的目的和意义：

随着计算机技术的发展和在控制系统中的广泛应用，以及设备向小型化、智能化发展，作为高新技术之一的单片机以其体积小、功能强、价格低廉、使用灵活等优势，显示出了很强的生命力。

进入21世纪以来，开发推出单片机的公司很多，各种高性能单片机芯片市场也异常活跃，新技术的不断采用，更加使单片机的种类、性能以及应用领域不断扩大和提高。

因其功耗低，超高型，低成本，功能完整，在国内越来越受到用户的重视和广泛使用。

随着科技的进步和技术不断的提升。

一块大而复杂的模拟电路花费了您巨大的精力，繁多的元器件增加了您的成本。

而现在，只需要一块几厘米见方的单片机，写入简单的程序，就可以使您以前的电路简单很多。

相信您在使用并掌握了单片机技术后，不管在您今后开发或是工作上，一定会带来意想不到的惊喜。

以AT89S52为核心控制器件的作息时间控制钟，由键盘、声音输出模块、电源转换模块和存储模块四部分组成。

它利用AT89S52的定时/计数器来计算时间，并用存储器记录数据，保证了系统的可靠性。

AT89S52单片机是整个设计的核心控制器件，根据从键盘接受的数据控制整个系统的工作流程。

整体性好，人性化强、可靠性高，实现了对时间控制的智能化，摆脱了传统由人来控制时间的长短的不便，是现代学校必不可少的设备。

本次校园作息时间控制系统主要用于学校，对一些以24小时为周期的开关量进行自动控制。

如上下课打铃及扩音设备的开与关。

采用AT89S52单片机来实现对上述开关量的控制，利用24C02芯片来存储数据，设有六位数码管、可以实时显示时间、系统还设有输入键盘，用以修改实时时钟，体现了系统简单、工作稳定可靠、价廉、控制时间精确及系统体积小等优点。

关键词：

作息时间控制；AT89S52；24C02

2.4系统整体电路图4

3.3.1系统主程序6

3.3.2系统数据读写子程序10

3.3.3显示子程序14

3.3.4报警扫描子程序19

3.3.5键盘扫描子程序20

3.3.6设置时钟子程序22

3.3.7T1定时器中断子程序25

5结论29

1绪论

1.1背景介绍

16位单片机的问世，使得单片机的科技含量及应用跃上一个新的台阶。

因其功耗低，超高型，低成本，功能完整，在国内越来越受到用户的重视和广泛使用。

本设计是一个具有报时功能的作息时间控制钟。

它利用AT89S52单片机的定时器计时，进行时间计算；在进行时间计算，分每加一时，都与规定的作息时间比较，如果相等则进行相应的控制或动作。

由键盘和显示部分组成，系统扩展八个按键用于报时及校正时间。

现代机关企业，特别是学校要求对时间加以控制，要按时打铃及播放广播，以保证学习与工作的正常运行。

本设计实现了这些功能，给学校及其他机关企业带来方便，整体性好，人性化强、可靠性高，实现了对时间控制的智能化。

1.2作息时间控制钟概述

科技的进步需要技术不断的提升。

一块大而复杂的模拟电路花费了您巨大的精力，繁多的元器件增加了您的成本。

而现在，只需要一块几厘米见方的单片机，写入简单的程序，就可以使您以前的电路简单很多。

相信您在使用并掌握了单片机技术后，不管在您今后开发或是工作上，一定会带来意想不到的惊喜。

该系统以AT89S52为主体的设计，整体性好，人性化强、可靠性高，实现了对时间控制的智能化，摆脱了传统由人来控制时间的长短的不便，是现代学校必不可少的设备。

2硬件介绍

2.1硬件仿真环境介绍：

Protues软件是英国Labcenterelectronics公司出版的EDA工具软件。

它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。

它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具。

虽然目前国内推广刚起步，但已受到单片机爱好者、从事单片机教学的教师、致力于单片机开发应用的科技工作者的青睐。

Proteus是世界上著名的EDA工具（仿真软件），从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。

是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台，其处理器模型支持8051、HC11、PIC10/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年即将增加Cortex和DSP系列处理器，并持续增加其他系列处理器模型。

在编译方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多种编译器。

支持当前的主流单片机，如51系列、AVR系列、PIC12系列、PIC16系列、PIC18系列、Z80系列、HC11系列、68000系列等。

　　1）提供软件调试功能　　2）提供丰富的外围接口器件及其仿真　　RAM，ROM，键盘，马达，LED，LCD，AD/DA，部分SPI器件，部分IIC器件。

这样很接近实际。

在训练学生时，可以选择不同的方案，这样更利于培养学生。

　　3）提供丰富的虚拟仪器　　利用虚拟仪器在仿真过程中可以测量外围电路的特性，培养学生实际硬件的调试能力。

　　4）具有强大的原理图绘制功能

2.2系统整体设计

根据设计要求画出系统框图，如图1.1所示：

图2.1系统总体框图

该系统是由微处理器、存储器、数码显示部分以及键盘输入部分所组成。

该控制系统用LED数码管显示时、分、秒时间，可以显示实时时钟，显示闹铃时间，尽量减少时间积累误差，具有秒闪功能。

显示电路采用了7407芯片来完成驱的功能，利用上拉电阻共同驱动数码管显示时间。

系统采用AT89S52作为处理器，利用24C02芯片作为数据存储器，打铃时间点数据存储于非易失存储器存储24C02中，防止掉电丢失数据；能逐个检查、修改、删除已设置的打铃时间点和增加打铃时间点。

系统还设有输入键盘，用以校正实时时钟，设定闹铃时间，键盘设计简单、易于操作。

输出驱动电路部分，利用220V电源为系统提供供电，利用继电器驱动，便于控制220V的电铃。

同时利用直流——交流转换模块为整个系统提供电源，更方便实际应用。

2.3控制钟硬件设计

按系统框图分五个部分设计如下图2.1。

图2.2硬件系统框图

系统以单片机为基本核心，利用24C02芯片可以记录40个闹铃时间，并且可以长时间记录时间，不会造成时间混乱，可以满足正常的作息时间设置，简单实用，可以满足正常的生活。

根据学校作息时间，可以得到需要打铃的时间如下表所示：

表2.1作息时间控制表

时间

事件

动作

8：

第一节课上课

铃响；延时20S

8：

第一节课下课

铃响；延时20S

8：

第二节课上课

铃响；延时20S

9：

第二节课下课

铃响；延时20S

10：

第三节课上课

铃响；延时20S

10：

第三节课下课

铃响；延时20S

10：

第四节课上课

铃响；延时20S

11：

第四节课下课

铃响；延时20S

13：

第五节课上课

铃响；延时20S

13：

第五节课下课

铃响；延时20S

13：

第六节课上课

铃响；延时20S

14：

第六节课下课

铃响；延时20S

14：

第七节课上课

铃响；延时20S

15：

第七节课下课

铃响；延时20S

15：

第八节课上课

铃响；延时20S

16：

第八节课下课

铃响；延时20S

16：

第九节课上课

铃响；延时20S

17：

第九节课下课

铃响；延时20S

17：

第十节课上课

铃响；延时20S

18：

第十节课下课

铃响；延时20S

2.4系统整体电路图

系统的整体的电路图如下图所示：

图2.3作息时间控制钟系统整体电路图

3作息时间控制钟软件设计

3.1总体介绍

硬件平台结构一旦确定，大的功能框架即形成。

软件在硬件平台上构筑，完成各部分硬件的控制和协调。

系统功能是由软硬件共同实现的，由于软件的可伸缩性，最终实现的系统功能可强可弱，差别可能很大。

因此，软件是本系统的灵魂。

软件采用模块化设计方法，不仅易于编程和调试，也可减小软件故障率和提高软件的可靠性。

同时，对软件进行全面测试也是检验错误排除故障的重要手段。

本程序用汇编语言设计。

3.2软件环境介绍：

KeiluVision2是美国KeilSoftware公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统，使用接近于传统c语言的语法来开发，与汇编相比，C语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，因而易学易用,而且大大的提高了工作效率和项目开发周期,他还能嵌入汇编，您可以在关键的位置嵌入，使程序达到接近于汇编的工作效率。

　　KeilC51软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具，全Windows界面，使您能在很短的时间内就能学会使用keilc51来开发您的单片机应用程序。

　　另外重要的一点，只要看一下编译后生成的汇编代码，就能体会到KeilC51生成的目标代码效率非常之高，多数语句生成的汇编代码很紧凑，容易理解。

在开发大型软件时更能体现高级语言的优势。

3.3流程图介绍

软件设计以定时器T1、T2定时、内存读取、时钟显示、键盘扫描、报警程序为主程序。

在设计中利用单片机时钟计时集成电路完成计时的任务，并500ms向单片机发一个中断，中断子程序有时钟显示及时间比较，如比较相等，则说明作息时间已到，发出指令控制电铃开、关操作。

3.3.1系统主程序

根据控制钟的设计要求，设计的程序的主流程图如图所示：

开始

不相等

比较键值是否相等

不等

比较键值

图3.1主程序流程图流程图

程序如下：

TF2EQU0CFH;T2中断标志控制位

TR2EQU0CAH;T2启动/停止控制位

ET2EQU0ADH;T2允许中断控制位

PT2EQU0BDH;T2优先级控制位

RCAP2LEQU0CAH;T2自动重载低位

RCAP2HEQU0CBH;T2自动重载高位

TL2EQU0CCH;T2计数器低位

TH2EQU0CDH;T2计数器高位

I2cStartEQU55H;I2C开始标志

I2cStopEQU0AAH;I2C结束标志

SDAEQU0B2H;I2C数据线

SCLEQU0B3H;I2C时钟线

SHOW_CODEEQU80H;显示段码

SHOW_BITEQU0A0H;显示位码

KeyFlagEQU00H;按键标志位

S_FlashEQU01H;秒闪标志位

LED_FLAGEQU02H;LDE显示模式标志位

BeforKeyEQU22H;上次采样键值

NowKeyEQU23H;现在次采样键值

LS_SEQU24H;临时变量1

LS_MEQU25H;临时变量2

LS_HEQU26H;临时变量3

CLOCK_DATA0EQU27H;时钟秒

CLOCK_DATA1EQU28H;时钟分

CLOCK_DATA2EQU29H;时钟时

SHOW_MOUDEEQU2AH;显示模式

SHOW_PCEQU2BH;显示数据指针

RingCountEQU2CH;报警数据个数

ShowRingEQU2DH;显示报警数据地址

RINGDATAHEQU2EH;报警数据高位起始地址

RINGDATALEQU57H;报警数据低位起始地址

ORG0000H

MOVSP,#10H

SJMPSTART

ORG0001BH

AJMPINT_T1

ORG0002BH

CPLP3.5

CLRTF2

RETI

ORG00035H

START:

MOVTH2,#3CH;设置T2定时50ms

MOVTL2,#0B0H

MOVRCAP2H,#3CH

MOVRCAP2L,#0B0H

SETBPT2

SETBET2

MOVTMOD,#60H;设置T1定时500ms（T2中断10次,T1中断5次）

MOVTH1,#0FBH

MOVTL1,#0FBH

SETBET1

ACALLREAD_DATA

SETBEA

SETBTR2

SETBTR1

MOVCLOCK_DATA0,#0

MOVCLOCK_DATA1,#0

MOVCLOCK_DATA2,#12

SETBLED_FLAG

CLRP3.4

AGAIN:

MOVSHOW_MOUDE,#0;显示模式0

MOVSHOW_PC,#CLOCK_DATA0;显示时钟（传时钟地址指针）

ACALLDISPLAY;调用动态扫描子程序

ACALLCOMP_DATA;调用报警扫描子程序

MOVBeforKey,NowKey

ACALLGETKEY;调用键盘扫描子程序

MOVNowKey,A

CJNEA,BeforKey,AGAIN

CJNEA,#0,NEXT_KEY0

SETBKeyFlag

SJMPAGAIN

NEXT_KEY0:

JNBKeyFlag,AGAIN

CLRKeyFlag

CJNEA,#1,NEXT_KEY2

ACALLSetTimer;调用设置时钟子程序

SJMPAGAIN

NEXT_KEY2:

CJNEA,#2,AGAIN

ACALLSetRing;调用设置报警子程序

SJMPAGAIN;--------------------//主程序结束//

3.3.2系统数据读写子程序

系统中利用24C02存储系统数据，该芯片为单电源供电，工作电压范围为1.8-5.5V，低功耗CMOS技术，自定时写周期，页面写周期的典型值为2ms，具有硬件写保护。

通过串行I2C总线扩展技术对数据进行读写操作，节省了接口引脚数，只利用两根传输总线就可以实现全双工同步数据传送。

其程序流程图如下：

开始

读开始错误刷新24C02

数据读取结束

读取结束

未读完

是否读完

结束

图3.2数据读写子程序流程图

程序如下：

I2C_START:

;I2C开始

SETBSDA

SETBSCL

NOP

CLRSDA

NOP

CLRSCL

RET

I2C_STOP:

;I2C结束

CLRSDA

NOP

SETBSCL

NOP

SETBSDA

RET

I2C_SEND:

;I2C发送一个字节

MOVR7,#08

CLRC

SEND_BIT:

RLCA

MOVSDA,C

NOP

SETBSCL

NOP

CLRSCL

DJNZR7,SEND_BIT

SETBSDA

NOP

SETBSCL

NOP

CLRSCL

RET

I2C_RECEIVE:

;I2C接收一个字节

MOVR7,#08

RECEIVE_BIT:

SETBSCL

NOP

MOVC,SDA

RLCA

CLRSCL

DJNZR7,RECEIVE_BIT

SETBSDA

NOP

SETBSCL

NOP

CLRSCL

RET

READ_24C02:

;读24C02

ACALLI2C_START

MOVA,#0A0H

ACALLI2C_SEND

MOVA,R0

ACALLI2C_SEND

ACALLI2C_START

MOVA,#0A1H

ACALLI2C_SEND

ACALLI2C_RECEIVE

ACALLI2C_STOP

RET

WRITE_24C02:

;写24C02

ACALLI2C_START

MOVA,#0A0H

ACALLI2C_SEND

MOVA,R0

ACALLI2C_SEND

MOVA,R1

ACALLI2C_SEND

ACALLI2C_STOP

RET

READ_DATA:

;--------------------从24C02中读取数据更新内存

MOVR2,#10

READ_START_AGAIN:

;读开始标志位

MOVR0,#0

CLREA

ACALLREAD_24C02

SETBEA

CJNEA,#I2cSTART,READ_SUB

SJMPWRITE_STOP

READ_SUB:

DJNZR2,READ_START_AGAIN;读开始位错误刷新24C02

WRITE_STOP:

XRLA,#I2cSTART

JZREAD_NEXT1

MOVR0,#0

MOVR1,#I2cStart

CLREA

ACALLWRITE_24C02;写开始字节

SETBEA

MOVR7,#5

ACALLDelay1ms

MOVR0,#1

MOVR1,#I2cStop

CLREA

ACALLWRITE_24C02;写结束字节

SETBEA

MOVR7,#5

ACALLDelay1ms

READ_NEXT1:

MOVR0,#1;读数据地址;R1为间地址寻址寄存器

MOVR3,#0;读数据总数;R2为数据缓存器

READ_DATA_AGAIN:

CLREA

ACALLREAD_24C02;读高位

SETBEA

INCR0

CJNEA,#I2cStop,READ_NEXT2;判断是否是结束标志

SJMPREAD_EXIT

READ_NEXT2:

MOVR2,A

MOVA,#RINGDATAH

ADDA,R3

MOVR1,A

MOVA,R2

MOV@R1,A

CLREA

ACALLREAD_24C02;读低位

SETBEA

INCR0

MOVR2,A

MOVA,#RINGDATAL

ADDA,R3

MOVR1,A

MOVA,R2

MOV@R1,A

INCR3

CJNER3,#40,READ_DATA_AGAIN

READ_EXIT:

MOVRingCount,R3;更新报警数据个数

RET

3.3.3显示子程序

对多位LED显示器的动态显示，通常都是采用动态扫描的方法进行显示，即逐个循环点亮各位显示器。

这样虽然在任一时刻只有一位显示器被点亮，但是由于间隔时间较短，且人眼具有视觉残留效应，看起来与全部显示器持续点亮一样。

为了实现LED显示器的动态扫描，除了要给显示器提供的输入之外，还要对显示器加位选择控制，这就是通常所说的段控和位控。

因此多位LED显示器接口电路需要有两个输出口，其中一个用于输出8位信号；另一个用于输出段控制信号。

其显示模式有五种：

0：

正常显示数据；1：

显示调试模式（0，1位闪烁）；2：

显示调试模式（2，3位闪烁）；3：

显示调试模式（4，5位闪烁）；4：

显示特殊字符模式。

其程序流程图如下：

开始

A=0A=0

未完全显示

数码管

结束

图3.3显示子程序流程图

程序如下：

SHOW_NUMBER:

;段码

DB3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H,7FH,6FH

DB40H

SHOW_NULL:

;空码

DB00H,38H,38H,3EH,37H,00H

SHOW_BIT_CODE:

;位码

DB0DFH,0EFH,0F7H,0FBH,0FDH,0FEH

;------------------

DISPLAY:

;显示子程序

MOVR1,#6

SHOW_AGAIN:

MOVA,SHOW_MOUDE

XRLA,#4

JZSHOW_CHAR

MOVA,R1

ACALLGETCODE;调用得到位数据子程序

MOVDPTR,#SHOW_NUMBER

MOVCA,@A+DPTR

SJMPSHOW_TO_CODE

SHOW_CHAR:

;显示模式为4则显示字符NULL

MOVDPTR,#SHOW_NULL

MOVA,R1

DECA

MOVCA,@A+DPTR

SHOW_TO_CODE:

MOVSHOW_BIT,#0FFH;-------显示数据屏蔽

MOVSHOW_CODE,A

MOVA,R1

MOVDPTR,#SHOW_BIT_CODE-1

MOVCA,@A+DPTR

MOVSHOW_BIT,A

MOVR7,#1

ACALLDelay1ms

DJNZR1,SHOW_AGAIN

MOVSHOW_BIT,#0FFH;--------显示数据屏蔽

RET

Delay1ms:

;-----------延时1MS

MOVR5,#2

DELAY:

MOVR6,#0

DJNZR6,$

DJNZR5,DELAY

DJNZR7,Delay1ms

RET

GETCODE:

;得到位数据子程序

MOVB,#10

DECA

RLA

MOVDPTR,#FIND_BIT

JMP@A+DPTR

FIND_BIT:

;位散转

SJMPSHOW_0

SJMPSHOW_1

SJMPSHOW_2

SJMPSHOW_3

SJMPSHOW_4

SJMPSHOW_5

SHOW_0:

;得到位0数据

MOVR0,SHOW_MOUDE

CJNER0,#1,SHOW_LED_0

JBS_Fl

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