基于单片机的作息时间控制器系统设计.docx
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基于单片机的作息时间控制器系统设计
重庆三峡学院
《基于单片机的作息时间控制器系统设计》
学院（系）：
电子与信息工程学院
年级专业：
2011级电信（仪器仪表）
学号：
**********
*********
******
教师职称：
教授
成绩：
制作日期2014年10月29日
基于单片机的作息时间控制器系统设计
重庆三峡学院电子与信息工程学院文静
摘要
基于单片机的作息时间器系统，是以一片8位单片机为核心的实时时钟及控制系统。
我们知道单片机的外接石英晶体振荡器能提供稳定、准确的基准频率，并经12分频后向内部定时器提供实时基准频率信号，设定定时器工作在中断方式下，连续对此频率信号进行分频计数，便可得秒信号，再对秒信号进行计数便可得到分、时等实时时钟信息。
如果石英晶体振荡器的频率信号为6MHZ，设定定时器定时工作方式1下，定时器为3CBOH，则定时器每100ms产生1次中断，在定时器的中断定时处理程序中，每10次中断，则向秒计数器加1，秒计数器计数到60则向分计数器进位（并建立分进位标志），分计数器计数到60，则向时计数器进位，如此周而复始的连续计数，便可获得时、分、秒的信号，建立一个实时时钟。
接下来便可以进行定时处理和打铃输出，当主程序检测到有分进位标志时，便开始比较当前时间（小时与分、存放在RAM中）与信息时间表上的作息时间（小时与分，存放在ROM）是否相同，如有相同者，则进行报时处理并控制打铃，如有不相同则返回主程序，如此便实现了报时控制的要求。
关键词
单片机、时间设置电路、计时电路、显示电路、定时打铃控制电路
第一章引言
1.1课题背景
1.1.1选题背景
随着科技的不断发展，各种芯片都得到了很好的发展，80C51同样如此，从开始的无人问津到现在的随处可见，红绿灯，记分牌，电子秒表，遥控器，电饭煲，电视等只要是电子产品，都会和芯片有关，其实芯片并不是什么神秘的高科技，它只是里面装了一些己编好的程序而己．而这里要介绍的是用汇编语言来编程的一个系统，它能够让一个学校或企业集团实现打铃自动化，总之，一个需要时间系统的机构实现自动提醒功能。
当今时代是一个新技术层出不穷的时代，在电子领域尤其是自动化智能控制领域，传统的分立元件或数字逻辑电路构成的控制系统，正以前所未有的速度被单片机智能控制系统所取代。
单片机具有体积小、功能强、成本低、应用面广等优点，可以说，智能控制与自动控制的核心就是单片机。
目前，一个学习与应用单片机的高潮正在工厂、学校及企事业单位大规模地兴起。
而本文是用STC89C52单片机设计的一个自动打铃系统。
第二章设计方案论证
2.1设计要求
它可以作为时钟电路来显示时间，进行设置，定时打铃。
按照自顶向下设计方法划分自动打铃系统的功能。
可分为：
时间设置电路，计时电路，显示电路和定时打铃控制电路等。
以江苏信息职业技术学院的打铃情况设计
内容
时间
起床
6:
30
早自习
7:
30-8:
10
第一节课
8:
20-9:
00
第二节课
9:
10-9:
50
第三节课
10:
00-10:
40
第四节课
10:
50-11:
30
第五节课
13:
30-14:
10
第六节课
14:
20-15:
00
第七节课
15:
20-16:
00
第八节课
16:
10-16:
50
晚自习
19:
00-20:
30
熄灯
22:
30
2.2设计方案选择
2.2.1方案一：
数字电路设计的作息时间控制器系统
利用函数信号发生器来进行脉冲信号输出，利用74160N来设置十进制和六进制的进位输出。
利用数码显示器来显示时间，利用或门、与门、非门、与非门、等电路元件进行组合实现打铃的控制。
2.2.2方案二：
基于单片机的作息时间控制器系统设计
单片机内部存储器设三个字节分别存放时钟的时、分、秒信息。
利用定时器与软件结合实现1秒定时中断，没产生一次中断，存储器内相应的秒值加1；若秒值达到60，则将其清零，并将相应的分字节值加1；若分值达到60，则清零分字节，并将时字节值加1；若时值达到24，则将时字节清零。
建立完一个实时时钟后接下来进行定时处理和打铃输出，当主程序检测到有分进位标志时，便开始比较当前时间与信息时间表上的作息时间是否相同，相同者，则进行报时处理并控制打铃，不相同则返回主程序。
2.2.3方案确定
方案一的设计只能事先设定打铃时间不能完全自动打铃，且在修改打铃时间上存在一定的困难。
而方案二中的设计能完全实现自动化，诠释了我们这次毕业设计的主题。
并在修改打铃时间上有了很大的方便，只需修改一部分程序便能实现不同的需要。
因此我选择方案二进行设计。
2.3基本方案
2.3.1设计课题简要概述
作息时间控制器系统装置用于工厂、学校等地的时间控制，本设计是按照学校作息时问设定的，模拟了电了钟显示时、分、秒。
还根据学校的作息时间按时打铃，本系统有4个按钮，分别用来调时、调分、秒和强制打铃及强制关铃，以保证始终与标准时间相吻合。
首先设计出本系统的硬件基本框图，根据框图设计电气原理图，简要概述基本原理，按照设计技术参数设计出各部分程序。
2.3.2系统软硬件划分
由于需要最小系统设计，因此，极大地介于系统的硬件成本，所有能用软件实现的功能都用软件完成，如按键的去抖，采用延时，显示部分用动态显示等，这样硬件部分的设计可以采用单片机最小系统，所谓最小系统时仅有程序存储器和时钟及复位电路的单片机系统。
2.3.3单片机选型
根据课题的具体内容，任务要求，计时、校时、定时、键盘显示等功能，经多方面考虑，所选系统选项用．与MSC-51单片机完全兼容的STC89C52低功耗单片机。
2.4总体设计框图
图一整体框图
第三章硬件电路设计
3.1基本原理概述
本系统主要由主控模块，时钟模块，显示模块，键盘接口模块等4部分构成。
通过内部定时产生中断，从而使驱动电铃打铃。
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lS信号，这是秒单元加1。
同理，对分单元和时单元计数从而产生秒，分，时的值，通过六位七段显示器进行显示。
由于动态显示法需要数据所存等硬件，接口较复杂，考虑显示只有六位，且系统没有其他浮躁的处理程序，所有采用动态扫描LED的显示，但为了能更好的区分，年月日，时分秒，在时间间隔中间加入间隔符号，因此采用8位数码管。
本系统采用四个按键，当时钟时间和设置时间一直时，驱动程序动作，进行打铃，每次打铃30S
3.2主要原件参数及功能简介
3.2.1主控器STC89C52
STC89C52公司生产的STC89C52单片机用高性能的静态89C51设计，由先进工艺制造，并带有非易失性FLASH程序存储器，它是·种高性能、低功耗的8位CMOS微处理芯片，市场应用最多，主要特点有：
有4K的FLASH程序存储器
256字节内部RAM
电源控制模式：
时钟可停止和恢复，空闲模式，掉电模式
6个中断源
4个中断优先级
4个8位I/O口
全双工增强型UART
2个16位定时、计数器
图二STC89C52
3.2.2DS1302
1）性能特性
DS1302与单片机之间能简单地采用同步串行的方式进行通信，仅需用到三个口线：
1.RSE复位,2.I/O数据线，3.SCLK串行时钟。
时钟/RAM的读/写数据以一个字节或多达31个字节的字符组方式通信。
DS1302工作时功耗很低，保持数据和时钟信息时功率小十1mW。
提供秒分时日日期。
月年的信息，每月的天数和闰年的天数可自动调整时钟,操作可通过AM/PM指示决定采用24或12小时格式。
2）管脚描述
XIXZ32.768KHz晶振管脚
GND接地
RST复位脚
I/O数据输入/输出引脚
SCLK串行时钟
Vcc1，Vcc2电源供电管脚
DS1302串行时钟芯片8脚DIP
DS1302S串行时钟芯片8脚SOIC200mil
DS1302Z串行时钟芯片8脚SOIC150mil
图三DS1302
3.3单元电路的设计
3.3.1显示电路设计
显示部分采用普通的STC89C52显示
图四显示电路
显示部分采用2块4位数码管，即8位共阳数码显示，由STC89C52芯片对该数码管传送数据。
而在P2口接入8个三极管对数码管的位控进行控制。
该显示采用的是动态显示，段控和位控都经过反相器，显示的字形代码是共阳的显示代码，位控信号输出时是高电平有效，在校时时，采用的是点亮小数点信位调节器标志，哪位小数点亮表示调整的是该位的值。
3.3.2键盘接口电路设计
由于键盘只有四个，采用独立式按钮，用查询法完成读健功能。
图五按键电路
各键功能已写入程序，在使用按键的时候，根据有无按键否，一一进行判断，软件中采用if嵌套模式，因此使各按键的功能具有多样性和课重复使用性。
因本次实训的课题，为实现，年月日，时分秒等时间的调试，系统使用5只按键，4只按键用来调整时间，且其中一只在不设置时间的情况下可为强制打铃，另一只单独连接，可实行复位和强制结束打铃。
通过选择键选择调整位，选中位闪烁，按增加键为选中位加1，按减少键为选中位减1。
按强制打铃按钮是实现强制打铃或者强制关闭打铃。
3.3.3响铃电路设计
响铃电路用到了蜂鸣器、三极管、1K电阻。
蜂鸣器两端分别接地和三极管。
三极管一段电源另一端与电阻相连并接入STC89C52的P3.7接口。
图六响铃电路
3.4总体运行进程
首先实现24小时制电子钟，在8位数码管显示，显示为时分秒，实现的格式为：
23-59-59。
到达预定时间启动蜂鸣器开始打铃，打铃的方式分为起床、熄灯和上下课铃两种。
系统使用5只按键，4只按键用来调整时间，且其中一只在不设置时间的情况下可为强制打铃，另一只单独连接，可实行复位和强制结束打铃。
通过选择键选择调整位，选中位闪烁，按增加键为选中位加1，按减少键为选中位减1。
按强制打铃按钮是实现强制打铃或者强制关闭打铃。
第四章软件电路设计及流程图
4.1基本原理概述
主程序首先是初始化部分，主要是计时单元清零，中断初始化，堆栈指针初始化，启动定时器工作，然后是调用显示子程序。
主程序的起始存储地址是0000H单元，但由于本系统用了定时器T0的中断，中断服务程序入口地址为000BH，因此从0000H单元起存放一条短调转指令AJMP，使真正的主程序从0300H单元开始存放。
4.1.1中断服务程序设计
单片机内部的定时/计数器T0定时100ms，即0.1s，10次中断即为1秒，60秒为1分，60分为1小时，24小时为一天，如此循环，从而实现计时功能。
编写中断服务程序关键要注意：
1.现场保护，本系统中是累加器A和程序状态字PSW值的保护。
2.计时处理时采用的确十进制，因此时，分，秒单元加1后要进行十进制调整，即要执行DAA指令，还要注意的是时计到24就回零，分和秒计到60就回零。
3.中断返回前的现场恢复。
4.1.2显示程序设计和按键判断与按键处理程序设计
显示采用的是动态显示，段控和位控都经过反相器，显示的字形代码是共阳的显示代码，位控信号输出时是高电平有效，在校时时，采用的是点亮小数点信位调节器标志，哪位小数点亮表示调整的是该位的值。
显示子程序的第一部分是拆字，显示缓冲区是2FH—2AH；第二部分是查字型码，输出段控和位控信号，由于采用的是动态显示，所以每出输出一位的段控和位控信号要延时一定的时间，使LED显示器显示的字符时稳定的。
按键判断程序有编写时应注意按键的去抖动，该系统采用的是延时去抖动的方法，延时是通过调用子程序来实现的，每个按键按下后都要等待释放后再返回。
按键处理程序中的按键式校时的，所以进入按键处理程序后就关闭定时中断，对于动能键注意设置显示标志。
4.2流程图
4.2.1系统主程序流程图
图7主程序流程图
4.2.2系统定时中断流程图
图8中断流程图
第五章系统程序设计
5.1程序设计概要
程序名称：
基于单片机的作息时间器系统设计
说明：
实现24小时制电子钟，8位数码管显示，显示时分秒显示格式：
23-59-59（小时十位如果为0则不显示）。
到预定时问启动蜂鸣器模拟打铃，蜂鸣器BEEP:
P3.7。
打铃方式分起床、熄幻铃和上、下课铃两种。
系统使用5只按键，4只按键用来调整时间，且其中一只在不设置时间的情况下可为强制打铃，另一只单独连接，可实行复位和强制结束打铃。
键SET_KFY:
PI.0；通过选择键选择要调的时间，选中位闪烁。
可调整年月日，时分秒，周期和预设闹钟时间。
键SET_KFY:
PI.1；通过选择键选择调整位，选中位闪烁，且在1键选择到设置闹钟时间时可跳出预设闹钟时间。
增加键ADD_KEY：
PI.2；按一次使选中位加1。
减少键DEC_KEY:
PI.3；按一次使选中位位。
1，且具有强制打铃效果
5.2源程序清单
#include//调用单片机头文件
#defineucharunsignedchar//无符号字符型宏定义变量范围0~255
#defineuintunsignedint//无符号整型宏定义变量范围0~65535
#include"eeprom52.h"
//数码管段选定义0123456789
ucharcodesmg_du[]={0xa0,0xbb,0x62,0x2a,0x39,0x2c,0x24,0xBa,0x20,0x28,
0x30,0x25,0xe4,0x23,0x64,0x74,0xff};//断码
//数码管位选定义
ucharcodesmg_we[]={0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf,0xbf,0x7f};//数码管位选定义
uchardis_smg[8]={0xa0,0xbb,0x62,0x2a,0x39,0x2c,0x24,0xBa};
ucharsmg_i=8;//显示数码管的个位数
bitflag_200ms;
bitflag_100ms;
bitflag_500ms;//500ms标志位
sbitbeep=P3^7;//蜂鸣器定义
bitflag_beep_en;
uintclock_value;//用作闹钟用的
ucharflag_s=0x03;//控制数码管闪烁的变量
ucharflag_nl;//农历阳历显示标志位
ucharmenu_1,menu_2,menu_i;
sbitdat0=B^0;
sbitdat1=B^1;
sbitdat2=B^2;
sbitdat3=B^3;
sbitdat4=B^4;
sbitdat5=B^5;
sbitdat6=B^6;
sbitdat7=B^7;
uchardaling_geshu=0;
ucharfen1,shi1;//第1个打铃的时间起床
ucharfen2,shi2;//第2个打铃的时间早自习
ucharfen3,shi3;//第3个打铃的时间早自习下
ucharfen4,shi4;//第4个打铃的时间第一节上课
ucharfen5,shi5;//第5个打铃的时间第一节下课
ucharfen6,shi6;//第6个打铃的时间第二节上课
ucharfen7,shi7;//第7个打铃的时间第二节下课
ucharfen8,shi8;//第8个打铃的时间第三节上课
ucharfen9,shi9;//第9个打铃的时间第三节下课
ucharfen10,shi10;//第10个打铃的时间第四节上课
ucharfen11,shi11;//第11个打铃的时间第四节下课
ucharfen12,shi12;//第12个打铃的时间第五节上课
ucharfen13,shi13;//第13个打铃的时间第五节下课
ucharfen14,shi14;//第14个打铃的时间第六节上课
ucharfen15,shi15;//第15个打铃的时间第六节下课
ucharfen16,shi16;//第16个打铃的时间第七节上课
ucharfen17,shi17;//第17个打铃的时间第七节下课
ucharfen18,shi18;//第18个打铃的时间第八节上课
ucharfen19,shi19;//第19个打铃的时间第八节下课
ucharfen20,shi20;//第20个打铃的时间晚自习上课
ucharfen21,shi21;//第21个打铃的时间晚自习下课
ucharfen22,shi22;//第22个打铃的时间熄灯
ucharfen23,shi23;//第23个打铃的时间
ucharfen24,shi24;//第24个打铃的时间
ucharfen25,shi25;//第25个打铃的时间
ucharfen26,shi26;//第26个打铃的时间
#include"ds1302.h"
/******************把数据保存到单片机内部eeprom中******************/
voidwrite_eeprom（）
{
SectorErase（0x2000）;
byte_write（0x2000,fen1）;//第1个打铃的时间
byte_write（0x2001,shi1）;
byte_write（0x2002,fen2）;//第2个打铃的时间
byte_write（0x2003,shi2）;
byte_write（0x2004,fen3）;//第3个打铃的时间
byte_write（0x2005,shi3）;
byte_write（0x2006,fen4）;//第4个打铃的时间
byte_write（0x2007,shi4）;
byte_write（0x2008,fen5）;//第5个打铃的时间
byte_write（0x2009,shi5）;
byte_write（0x2010,fen6）;//第6个打铃的时间
byte_write（0x2011,shi6）;
byte_write（0x2012,fen7）;//第7个打铃的时间
byte_write（0x2013,shi7）;
byte_write（0x2014,fen8）;//第8个打铃的时间
byte_write（0x2015,shi8）;
byte_write（0x2016,fen9）;//第9个打铃的时间
byte_write（0x2017,shi9）;
byte_write（0x2018,fen10）;//第10个打铃的时间
byte_write（0x2019,shi10）;
byte_write（0x2020,fen11）;//第11个打铃的时间
byte_write（0x2021,shi11）;
byte_write（0x2022,fen12）;//第12个打铃的时间
byte_write（0x2023,shi12）;
byte_write（0x2024,fen13）;//第13个打铃的时间
byte_write（0x2025,shi13）;
byte_write（0x2026,fen14）;//第14个打铃的时间
byte_write（0x2027,shi14）;
byte_write（0x2028,fen15）;//第15个打铃的时间
byte_write（0x2029,shi15）;
byte_write（0x2030,fen16）;//第16个打铃的时间
byte_write（0x2031,shi16）;
byte_write（0x2032,fen17）;//第17个打铃的时间
byte_write（0x2033,shi17）;
byte_write（0x2034,fen18）;//第18个打铃的时间
byte_write（0x2035,shi18）;
byte_write（0x2036,fen19）;//第19个打铃的时间
byte_write（0x2037,shi19）;
byte_write（0x2038,fen20）;//第20个打铃的时间
byte_write（0x2039,shi20）;
byte_write（0x2040,fen21）;//第21个打铃的时间
byte_write（0x2041,shi21）;
byte_write（0x2042,fen22）;//第22个打铃的时间
byte_write（0x2043,shi22）;
byte_write（0x2044,fen23）;//第23个打铃的时间
byte_write（0x2045,shi23）;
byte_write（0x2046,fen24）;//第24个打铃的时间
byte_write（0x2047,shi24）;
byte_write（0x2048,fen25）;//第25个打铃的时间
byte_write（0x2049,shi25）;
byte_write（0x2050,fen26）;//第26个打铃的时间
byte_write（0x2051,shi26）;
byte_write（0x2058,a_a）;
}
/******************把数据从单片机内部eeprom中读出来*****************/
voidread_eeprom（）
{
fen1=byte_read（0x2000）;//第1个打铃的时间
shi1=byte_read（0x2001）;
fen2=byte_read（0x2002）;//第2个打铃的时间
shi2=byte_read（0x2003）;
fen3=byte_read（0x2004）;//第3个打铃的时间
shi3=byte_read（0x2005）;
fen4=byte_read（0x2006）;//第4个打铃的时间
shi4=byte_read（0x2007）;
fen5=byte_read（0x2008）;//第5个打铃的时间
shi5=byte_read（0x2009）;
fen6=byte_read（0x2010）;//第6个打铃的时间
shi6=byte_read（0x2011）;
fen7=byte_read（0x2012）;//第7个打铃的时间
shi7=byte_read（0x2013）;
fen8=byte_read（0x2014）;//第8个打铃的时间
shi8=byte_read（0x2015）;
fen9=
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