【正文】 單片機原理及系統(tǒng) 課程設計 專 業(yè)： 電氣工程及其自動化 班 級： 姓 名： 學 號： 指導教師： 蘭州交通大學自動化與電氣工程學院 2021 年 3 月 7 日 評語： 考勤 （ 10） 守 紀 （ 10） 過程（ 40） 設計報告 （ 30） 答辯 （ 10） 總成績（ 100） 單片機原理及系統(tǒng)課程設計報告 1 基于單片機的電子鬧鐘設計 摘 要 本設計以 AT89C51 芯片為核心，輔以必要的外圍電路 ，設計了一個結構簡單，功能齊全的電子時鐘，它由 5V直流電源供電 。 關鍵詞 ： 單片機 ； led； 鬧鐘 ； 定時器 Abstract This design, adopting AT89C51 chip as the core part with some necessary peripheral circuits, is a simple electronic clock which uses 5V DC as the power supply. Keywords:single chip machine ,in fixed time machine, alarm clock,LED 1 引言 設計目的 此次 課程設計是在學習先修課程《單片機原理 與系統(tǒng)設計 》之后， 為加強對學生 系統(tǒng)設計和 應用能力的培養(yǎng)而開設的 綜合設計訓練環(huán)節(jié)。本課程設計應結合《單片機原理 與系統(tǒng)設計 》課程的基礎理論，重點強調實際應用技能訓練，包括單片機系統(tǒng)設計的軟件和硬件兩部分。其課程設計 任務是使學生 通過應用 單片機系統(tǒng)設計的基本理論 ， 基本知識與基本技能 ， 掌握單片機應用系統(tǒng)各主要環(huán)節(jié)的設計 、 調試方法 ， 初步 掌握并具備 應用單片機進行設備技術改造 和 產品開發(fā)的能力 ，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識，提高學生的動手能力和分析問題、解決問題的能力。 設計要求 結合單片機知識，以 AT89C51 單片機為核心，利用七段 LED 數(shù)碼管實現(xiàn)計時、校時及鬧鐘功能。 設計方法 以 AT89C51 單片機為核心，外加晶振電路，使用 8 個七段數(shù)碼管顯示， LED采用動態(tài)掃描， 用 74ls245 芯片作為驅動電路。通過四個獨立按鍵對時間進行 定時、校時，從而實現(xiàn)鬧鐘提醒功能。 2 設計方案及原理 設計方案 選 AT89C51 單片機作為系統(tǒng)核心，輔助外部產生時鐘信號的晶振電路，再加上 四個獨立按鍵作為輸入信 號，使用 8 個七段數(shù)碼管顯示時間， 芯片 74ls245 為數(shù)碼管段選線的驅動，最后用蜂鳴器實現(xiàn)鬧鈴功能。 使用單片機的定時器 T0 計時 時單片機原理及系統(tǒng)課程設計報告 2 間為 50ms，計時 20 次作為 1s 的時間基準。 第一部分， 12MHz的晶振連接至單片機的時鐘信號輸入端；第二部分，四個獨立按鍵加上四個上拉電阻連接至單片機的 P1 口的低四位；第三部分，單片機的 P0 口通過由芯片 74ls245 構成的驅動電路連接至數(shù)碼管的段選線 ，單片機的 P3 口連接至數(shù)碼管的位選線；第四部分，單片機的 通過一個 NPN 型三極管連接至蜂鳴器。 8 個七段數(shù)碼管使用動態(tài)掃描顯示時間， 獨立按鍵用軟件編程實現(xiàn)對時間和鬧鐘時、分、秒的設置，再通過比較所設置的鬧鐘與時間是否相等，達到 鬧鈴發(fā)出聲響的效果。 設計原理 系統(tǒng)原理圖如圖 所示。 圖 系統(tǒng)原理圖 3 硬件設計 硬件電路分四個模塊：晶振電路、鍵盤電路、數(shù)碼管顯示電路、蜂鳴器驅動電路 。 晶振電路 使用 12MHz晶體振蕩器，經分頻后供單片機工作。 鍵盤采用 4個獨立按鍵配以 4 個上拉電阻實現(xiàn)對時鐘和鬧鐘的設定及修改。 由于通過數(shù)碼管公共及的電流較大且避免過多地使用分立元件，采用了一片 74ls245來驅動段碼，用P3 口作位碼驅動。 發(fā)音 部分是通過三極管放大驅動蜂鳴器工作，再通過軟件這時產生等時時間方波驅動蜂鳴器發(fā)出間斷嘀聲，這樣就可以省去硬件振蕩電路 ，降低成本 。 系統(tǒng)硬件電路圖如圖 所示。 AT89C51 晶振 按鍵 段碼驅動 位碼驅動 蜂鳴器 8 位數(shù)碼管 單片機原理及系統(tǒng)課程設計報告 3 圖 系統(tǒng)硬件圖 4 軟件設計 源程序清單見附錄。 主程序流程圖如圖 所示 。 開 始初 始 化 設 置鬧 鈴 判 斷顯 示 時 間鍵 盤 掃 描 圖 主程序流程圖 單片機原理及系統(tǒng)課程設計報告 4 5 系統(tǒng)仿真 及調試 硬件部分設置了的三個按鍵 K K K K4。當按鍵 K1 第一次按下時，停止計時進入鬧鐘 1 的秒設置，當按鍵 K1 第二、第三次按下時，分別進入鬧鐘 1 的分設置和時 設置，當按 K1 第四 、第五、第六次按下時分別進入鬧鐘 2 的秒、分、時設置，當按 K1 第七 、第八、第九次按下時分別進入鬧鐘 3 的秒、分、時設置，當按 K1 第十 、第二一、第十二次按下時分別進入時間的秒、分、時設置，在 K1按下的各階段，可用按鍵 K K3 進行時間和鬧鈴時間的時、分、秒進行加減設置；當按鍵 K1 第十三次按下時恢復到時間顯示功能。當顯示的時間和定時設置的時間一致時，蜂鳴器發(fā)出等時間斷蜂鳴聲，鬧鈴時間設置為 60 秒。在各個鬧鐘設置階段，如果有 K4 按下，則相應鬧鐘功能關閉或開啟；如在鬧鈴時有 K4 按下則提前停止鬧鈴 。 系統(tǒng)仿真圖如圖 所示。 圖 系統(tǒng)仿真圖 6 總結 通過兩周的努力，完成了電子鬧鐘的設計目的 ，實現(xiàn)了時間的顯示、校時、單片機原理及系統(tǒng)課程設計報告 5 設置鬧鐘、鬧鈴等功能。這期間，我復習了單片機的相關知識，并結合查閱相關資料，設計了整體電路以及各模塊的電路，對照硬件電路編寫對應模塊的子程序，最后將各個子程序整合到一個主程序中，完成了 設計所需功能。 在設計中，我發(fā)現(xiàn)選擇合適的元器件很重要，比如數(shù)碼管有共陽極和共陰極兩種，不同的選擇會導致程序的不同，經過多次調試最終選擇了共陽極數(shù)碼管。另外，我覺得軟件的設計比硬件設計更重要， 而且難度更大。 比如寫一個程序看其功能很少認為編寫程序簡單，但到編程的時候才發(fā)現(xiàn)一些細微的知識或低級錯誤經常犯做不到最后常常失敗，所以有些東西只有學精弄懂并且要細心才行，只學習理論有些東西是很難理解的，更談不上掌握。我在這次設計中收獲頗多。我對所學的理論知識在實踐中加深了認識，同時更加熟練掌握了 Proteus、 Keil 等軟件的使用 。做任何事都需要耐心和細心，一點小的疏忽和懈怠可能導致整個設計失敗。 還有一點，自己的設計思路不可能憑空產生，只有借鑒別人已有的設計并充分消化吸收成為自己的東西，才能做出更好的設計作品 。 參考文獻 [1] 王思明 .單片機原理及應用系統(tǒng)設計 [M].北京 :科學出版社 ,2021. [2] 陳明熒 . 89C51 單片機課程設計實訓教材 [M].北京 :清華大學出版社 ,2021. [3] 劉瑞新 .單片機原理及應用教程 [M].北京 :機械工業(yè)出版社 ,2021. [4] 楊文龍 .單片機原理及應用 [M].西安 :西安電子科技大學出版社 ,2021. 單片機原理及系統(tǒng)課程設計報告 6 附錄 源程序 清單 ： //****************************頭文件 ******************************** include include //****************************宏定義 ******************************** define uchar unsigned char define uint unsigned in