嵌入式系统课程设计作息时间控制器.docx
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嵌入式系统课程设计作息时间控制器
软件学院
课程设计报告书
课程名称嵌入式系统课程设计
设计题目作息时间控制器
专业班级
学号
姓名
指导教师
年月
1设计时间
2015.06.15—2015.06.19
2设计目的
《嵌入式系统课程设计》是软件工程专业（嵌入式软件方向）学生的专业实践课程，是学习《嵌入式系统》课程后必要的实践教学环节。
课程设计是检验学生是否掌握相关专业课程知识的重要手段，以学生为主体，充分调动学生的积极性和创造性，重视学生实际动手能力的培养。
通过本课程设计使学生加深理解、巩固课堂教学和平时实验内容，使学生初步具备基于C和ARM汇编应用开发的系统分析、系统设计、系统实现与测试的实际能力，强化学生的知识实践意识、提高动手能力，发挥学生的想象力和创新能力，从而培养工程应用型人才。
3设计任务
（1）以我校作息时间为蓝本，控制步进机模拟上下课打铃；
（2）作息时间可以程序调整，每到时间点蜂鸣器发声。
4设计内容
本系统采用STC90C516RD+单片机为核心，制作一个作息时间控制器，设计内容为通过软件编程的方法实现数码管显示时间，蜂鸣器到达提前定好的时间进行响动报时同时用8位7段LED数码管、键盘控制时间和蜂鸣器完成该系统，LED数码管可以显示小时、分钟和秒，键盘设有8个按键可以改变小时、分钟和秒，有走时准确、显示直观、运行稳定等优点。
4.1总体方案设计
本系统完成后，接通电源时，时间会自动在数码管校准并显示，可通过8个按键对相应的数码管显示的时间进行更改，8个按键分别为两行四列矩阵键盘，键盘第一列可改变小时、第二列改变分钟、第三列改变秒钟，蜂鸣器可进行报时，具体为当蜂鸣器到达系统指定时间时，蜂鸣器响动报警，当按下指定按键时蜂鸣器也可响动报警。
4.1.1需求规定
数码管可显示可调整的24小时时钟。
当时钟正常运行时，可调整时钟。
在时钟运行时，以8位数码管的高2位显示小时，4、5位显示分钟，低两位显示秒钟，3、6显示横线用以隔断数字。
可设定作息时间。
由于此作息时间控制系统主要应用与学校，考虑到冬、夏季作息时间的变更，可通过按键来调整作息时间。
在设定作息时间时并不影响时钟的正常运行，八位数码显示已设定好的作息时间，再通过小时、分钟和秒钟调整按键设定作息时间。
具有到时提示功能。
当设定的作息时间与实时时钟的时间相同时，蜂鸣器会发出几秒的提示音。
LED数码管：
通过对LED的使用来实现显示时间的显示。
按键：
通过对按键的使用来完成对实时时间的调整和对作息时间的调整。
蜂鸣器：
通过数码管显示的时间来控制蜂鸣器的响动。
具体硬件关系图如下图4-1所示。
图4-1硬件结构图
4.1.2核心部件选型
本系统采用STC90C516RD+单片机，该单片机是宏晶科技生产的单时钟/机器周期1T的单片机，是高速/低功耗/超强抗干扰的新一代8051系列单片机，指令代码完全兼容传统8051，但速度快8-12倍。
12时钟/机器周期和6时钟/机器周期可任意选择，内部集成MAX810专用复位电路，时钟频率在12MHz以下时，复位脚可直接接地。
蜂鸣器：
要求设定的时间到，蜂鸣器会响。
按键：
随时对当前时间进行调整。
要实现这一功能，可以接入键盘输入电路。
LED数码管：
本系统采用LCD12864数码管，led数码管（LEDSegmentDisplays）由多个发光二极管封装在一起组成“8”字型的器件，引线已在内部连接完成，只需引出它们的各个笔划，公共电极。
数码管实际上是由七个发光管组成8字形构成的，加上小数点就是8个。
这些段分别由字母a,b,c,d,e,f,g,dp来表示。
4.1.3系统开发环境
单片机按键输入电路、单片机时钟电路、复位电路、LED显示器段码驱动电路、LED显示器位码驱动电路、8位LED显示电路、蜂鸣器电路。
作息时间控制器其硬件电路方框图如图4-2所示。
图4-2作息时间控制器其硬件电路方框图
4.2硬件设计
基于单片机的作息时间控制器，硬件电路有8个部分组成，即单片机按键输入电路、单片机时钟电路、复位电路、LED显示器段码驱动电路、LED显示器位码驱动电路、8位LED显示电路、蜂鸣器电路。
4.2.1硬件开发环境简介
STC90C516AD单片机是指令代码完全兼容传统的8051单片机，12时钟/周期和6时钟/周期可以任意选择。
芯片内置了64KB的FLASH，4352字节的RAM。
工作频率范围0~40MHz，共有输入输出引脚32个，有EEPROM功能，看门狗功能。
芯片内部集成MAX810专用复位电路，共有3个16位定时器/计数器，其中定时器0还可以当成2个8位定时器使用；外部中断4路，8路10位A/D转换。
该单片机引脚图如图4-3所示。
图4-3STC90C51单片机引脚图
4.2.2LED数码管模块设计
led数码管（LEDSegmentDisplays）由多个发光二极管封装在一起组成“8”字型的器件，引线已在内部连接完成，当数码管特定的段加上电压后，这些特定的段就会发亮，以形成我们眼睛看到的字样了。
一般情况下，单个发光二极管的管压降为1.8V左右，电流不超过30mA。
发光二极管的阳极连接到一起连接到电源正极的称为共阳数码管，发光二极管的阴极连接到一起连接到电源负极的称为共阴数码管。
常用LED数码管显示的数字和字符是0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F。
8位共阳极数码管引脚图如图4-4所示。
图4-48位共阳极数码管引脚图
4.2.3键盘模块设计
键盘：
两行四列矩阵键盘构成一个独立式键盘系统。
键盘带时钟的引脚图如图4-5所示。
图4-5键盘的引脚图
4.2.4蜂鸣器模块设计
蜂鸣器：
设计要求定时时间到，要有到时提示。
可以选择一只蜂鸣器（HA）作为三极管VT1的集电极负载，当VT1导通时，蜂鸣器发出呜叫声；VT1截止时，蜂鸣器不发声。
R5是限流电阻。
该蜂鸣器驱动电路如图4-6所示。
图4-6蜂鸣器引脚图
4.3软件设计
软件的设计即程序的编写。
程序主要包括一下几个部分：
主程序、LED时钟显示子程序、键盘判断与中断子程序。
在主程序中首先要对实时时钟和定时器进行初始化，利用函数为系统初始化一个初始时间。
再初始化开中断，然后进入一个主循环中，主循环中有两个判断部分，一个是不断的扫描独立按键，当有那个按键被按下后就会响应对应的操作，另一个部分是判断是在可以读取实时时钟的时间时，调用读取时间的函数读取芯片的时间，把读取的时间放到一个数组中，然后判断当前的时间是否和自己设定的作息时间是否一致，一致时便会执行响铃操作。
LED时钟显示子程序中，先初始化复位一个高电平，在执行写时间和读时间程序。
键盘判断中，先初始化变量，当按下按键时，延时，程序会判断是否按下按键，若只是抖动则回到等待区域，若判断为按下按键，则返回按下的数值。
中断子程序，先重置高八位和低八位的数值并给定初值，再循环设置标志位，到并设定循环数值。
4.3.1软件开发环境介绍
DS1302是美国DALLAS公司推出的一种高性能、低功耗的实时时钟芯片，附加31字节静态RAM，采用SPI三线接口与CPU进行同步通信，并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号和RAM数据。
实时时钟可提供秒、分、时、日、星期、月和年，一个月小与31天时可以自动调整，且具有闰年补偿功能。
工作电压宽达2.5～5.5V。
采用双电源供电（主电源和备用电源），可设置备用电源充电方式，提供了对后背电源进行涓细电流充电的能力。
DS1302用于数据记录，特别是对某些具有特殊意义的数据点的记录上，能实现数据与出现该数据的时间同时记录，因此广泛应用于测量系统中。
本次设计中，使用DS1302提供的RAM区保存5个闹铃数据，达到掉电不丢失功能。
4.3.2主程序设计及流程图
（1）主程序：
voidmain（void）
{
unsignedcharnum;
Init_Timer0（）;
Ds1302_Init（）;
Ds1302_Write_Time（）;
while
（1）//主循环
{
num=KeyScan（）;//按键扫描
switch（num）
{
case7:
while（i--）{DelayMs
（1）;SPEAKER=!
SPEAKER;}i=500;break;
case8:
while（i--）{DelayMs
（1）;SPEAKER=!
SPEAKER;}i=500;break;
default:
break;
}
if（ReadTimeFlag==1）
{
ReadTimeFlag=0;
Ds1302_Read_Time（）;
TempData[0]=dofly_DuanMa[time_buf1[4]/10];
TempData[1]=dofly_DuanMa[time_buf1[4]%10];
TempData[3]=dofly_DuanMa[time_buf1[5]/10];
TempData[4]=dofly_DuanMa[time_buf1[5]%10];
TempData[6]=dofly_DuanMa[time_buf1[6]/10];
TempData[7]=dofly_DuanMa[time_buf1[6]%10];
TempData[2]=0x80;TempData[5]=0x80;
if（（TempData[0]==0x3f）&&（TempData[1]==0x07）&&（TempData[3]==0x6d）&&（TempData[4]==0x6d）&&（TempData[6]==0x3f）&&（TempData[7]==0x3f））
{//07-55-00响铃
while（i--）
{DelayMs
（1）;
SPEAKER=!
SPEAKER;
}
i=500;
}
if（（（TempData[0]==0x3f）&&（TempData[1]==0x7f））&&（（（TempData[3]==0x3f）&&（TempData[4]==0x3f））||（（TempData[3]==0x66）&&（TempData[4]==0x6d））||（（TempData[3]==0x6d）&&（TempData[4]==0x6d）））&&（（TempData[6]==0x3f）&&（TempData[7]==0x3f）））
{//08-00-00响铃08-45-00响铃08-55-00响铃
while（i--）
{DelayMs
（1）;
SPEAKER=!
SPEAKER;
}
i=500;
}
if（（（TempData[0]==0x3f）&&（TempData[1]==0x6f））&&（（（TempData[3]==0x4f）&&（TempData[4]==0x6d）&&（TempData[6]==0x3f）&&（TempData[7]==0x3f））||（（TempData[3]==0x6d）&&（TempData[4]==0x6d）&&（TempData[6]==0x3f）&&（TempData[7]==0x3f））））
{//09-35-00响铃09-55-00响铃
while（i--）
{DelayMs
（1）;
SPEAKER=!
SPEAKER;
}
i=500;
}
if（（（TempData[0]==0x06）&&（TempData[1]==0x3f））&&（（（TempData[3]==0x66）&&（Te
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