【正文】 單片機(jī)原理及系統(tǒng) 課程設(shè)計(jì) 專 業(yè)： 電氣工程及其自動(dòng)化 班 級： 姓 名： 學(xué) 號： 指導(dǎo)教師： 蘭州交通大學(xué)自動(dòng)化與電氣工程學(xué)院 2021 年 3 月 7 日 評語： 考勤 （ 10） 守 紀(jì) （ 10） 過程（ 40） 設(shè)計(jì)報(bào)告 （ 30） 答辯 （ 10） 總成績（ 100） 單片機(jī)原理及系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)報(bào)告 1 基于單片機(jī)的電子鬧鐘設(shè)計(jì) 摘 要 本設(shè)計(jì)以 AT89C51 芯片為核心，輔以必要的外圍電路 ，設(shè)計(jì)了一個(gè)結(jié)構(gòu)簡單，功能齊全的電子時(shí)鐘，它由 5V直流電源供電 。 關(guān)鍵詞 ： 單片機(jī) ； led； 鬧鐘 ； 定時(shí)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(shè)計(jì)目的 此次 課程設(shè)計(jì)是在學(xué)習(xí)先修課程《單片機(jī)原理 與系統(tǒng)設(shè)計(jì) 》之后， 為加強(qiáng)對學(xué)生 系統(tǒng)設(shè)計(jì)和 應(yīng)用能力的培養(yǎng)而開設(shè)的 綜合設(shè)計(jì)訓(xùn)練環(huán)節(jié)。本課程設(shè)計(jì)應(yīng)結(jié)合《單片機(jī)原理 與系統(tǒng)設(shè)計(jì) 》課程的基礎(chǔ)理論，重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)實(shí)際應(yīng)用技能訓(xùn)練，包括單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的軟件和硬件兩部分。其課程設(shè)計(jì) 任務(wù)是使學(xué)生 通過應(yīng)用 單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本理論 ， 基本知識與基本技能 ， 掌握單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)各主要環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì) 、 調(diào)試方法 ， 初步 掌握并具備 應(yīng)用單片機(jī)進(jìn)行設(shè)備技術(shù)改造 和 產(chǎn)品開發(fā)的能力 ，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識，提高學(xué)生的動(dòng)手能力和分析問題、解決問題的能力。 設(shè)計(jì)要求 結(jié)合單片機(jī)知識，以 AT89C51 單片機(jī)為核心，利用七段 LED 數(shù)碼管實(shí)現(xiàn)計(jì)時(shí)、校時(shí)及鬧鐘功能。 設(shè)計(jì)方法 以 AT89C51 單片機(jī)為核心，外加晶振電路，使用 8 個(gè)七段數(shù)碼管顯示， LED采用動(dòng)態(tài)掃描， 用 74ls245 芯片作為驅(qū)動(dòng)電路。通過四個(gè)獨(dú)立按鍵對時(shí)間進(jìn)行 定時(shí)、校時(shí)，從而實(shí)現(xiàn)鬧鐘提醒功能。 2 設(shè)計(jì)方案及原理 設(shè)計(jì)方案 選 AT89C51 單片機(jī)作為系統(tǒng)核心，輔助外部產(chǎn)生時(shí)鐘信號的晶振電路，再加上 四個(gè)獨(dú)立按鍵作為輸入信 號，使用 8 個(gè)七段數(shù)碼管顯示時(shí)間， 芯片 74ls245 為數(shù)碼管段選線的驅(qū)動(dòng)，最后用蜂鳴器實(shí)現(xiàn)鬧鈴功能。 使用單片機(jī)的定時(shí)器 T0 計(jì)時(shí) 時(shí)單片機(jī)原理及系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)報(bào)告 2 間為 50ms，計(jì)時(shí) 20 次作為 1s 的時(shí)間基準(zhǔn)。 第一部分， 12MHz的晶振連接至單片機(jī)的時(shí)鐘信號輸入端；第二部分，四個(gè)獨(dú)立按鍵加上四個(gè)上拉電阻連接至單片機(jī)的 P1 口的低四位；第三部分，單片機(jī)的 P0 口通過由芯片 74ls245 構(gòu)成的驅(qū)動(dòng)電路連接至數(shù)碼管的段選線 ，單片機(jī)的 P3 口連接至數(shù)碼管的位選線；第四部分，單片機(jī)的 通過一個(gè) NPN 型三極管連接至蜂鳴器。 8 個(gè)七段數(shù)碼管使用動(dòng)態(tài)掃描顯示時(shí)間， 獨(dú)立按鍵用軟件編程實(shí)現(xiàn)對時(shí)間和鬧鐘時(shí)、分、秒的設(shè)置，再通過比較所設(shè)置的鬧鐘與時(shí)間是否相等，達(dá)到 鬧鈴發(fā)出聲響的效果。 設(shè)計(jì)原理 系統(tǒng)原理圖如圖 所示。 圖 系統(tǒng)原理圖 3 硬件設(shè)計(jì) 硬件電路分四個(gè)模塊：晶振電路、鍵盤電路、數(shù)碼管顯示電路、蜂鳴器驅(qū)動(dòng)電路 。 晶振電路 使用 12MHz晶體振蕩器，經(jīng)分頻后供單片機(jī)工作。 鍵盤采用 4個(gè)獨(dú)立按鍵配以 4 個(gè)上拉電阻實(shí)現(xiàn)對時(shí)鐘和鬧鐘的設(shè)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(qū)動(dòng)段碼，用P3 口作位碼驅(qū)動(dòng)。 發(fā)音 部分是通過三極管放大驅(qū)動(dòng)蜂鳴器工作，再通過軟件這時(shí)產(chǎn)生等時(shí)時(shí)間方波驅(qū)動(dòng)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(qū)動(dòng) 位碼驅(qū)動(dòng) 蜂鳴器 8 位數(shù)碼管 單片機(jī)原理及系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)報(bào)告 3 圖 系統(tǒng)硬件圖 4 軟件設(shè)計(jì) 源程序清單見附錄。 主程序流程圖如圖 所示 。 開 始初 始 化 設(shè) 置鬧 鈴 判 斷顯 示 時(shí) 間鍵 盤 掃 描 圖 主程序流程圖 單片機(jī)原理及系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)報(bào)告 4 5 系統(tǒng)仿真 及調(diào)試 硬件部分設(shè)置了的三個(gè)按鍵 K K K K4。當(dāng)按鍵 K1 第一次按下時(shí)，停止計(jì)時(shí)進(jìn)入鬧鐘 1 的秒設(shè)置，當(dāng)按鍵 K1 第二、第三次按下時(shí)，分別進(jìn)入鬧鐘 1 的分設(shè)置和時(shí) 設(shè)置，當(dāng)按 K1 第四 、第五、第六次按下時(shí)分別進(jìn)入鬧鐘 2 的秒、分、時(shí)設(shè)置，當(dāng)按 K1 第七 、第八、第九次按下時(shí)分別進(jìn)入鬧鐘 3 的秒、分、時(shí)設(shè)置，當(dāng)按 K1 第十 、第二一、第十二次按下時(shí)分別進(jìn)入時(shí)間的秒、分、時(shí)設(shè)置，在 K1按下的各階段，可用按鍵 K K3 進(jìn)行時(shí)間和鬧鈴時(shí)間的時(shí)、分、秒進(jìn)行加減設(shè)置；當(dāng)按鍵 K1 第十三次按下時(shí)恢復(fù)到時(shí)間顯示功能。當(dāng)顯示的時(shí)間和定時(shí)設(shè)置的時(shí)間一致時(shí)，蜂鳴器發(fā)出等時(shí)間斷蜂鳴聲，鬧鈴時(shí)間設(shè)置為 60 秒。在各個(gè)鬧鐘設(shè)置階段，如果有 K4 按下，則相應(yīng)鬧鐘功能關(guān)閉或開啟；如在鬧鈴時(shí)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(jié) 通過兩周的努力，完成了電子鬧鐘的設(shè)計(jì)目的 ，實(shí)現(xiàn)了時(shí)間的顯示、校時(shí)、單片機(jī)原理及系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)報(bào)告 5 設(shè)置鬧鐘、鬧鈴等功能。這期間，我復(fù)習(xí)了單片機(jī)的相關(guān)知識，并結(jié)合查閱相關(guān)資料，設(shè)計(jì)了整體電路以及各模塊的電路，對照硬件電路編寫對應(yīng)模塊的子程序，最后將各個(gè)子程序整合到一個(gè)主程序中，完成了 設(shè)計(jì)所需功能。 在設(shè)計(jì)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(dǎo)致程序的不同，經(jīng)過多次調(diào)試最終選擇了共陽極數(shù)碼管。另外，我覺得軟件的設(shè)計(jì)比硬件設(shè)計(jì)更重要， 而且難度更大。 比如寫一個(gè)程序看其功能很少認(rèn)為編寫程序簡單，但到編程的時(shí)候才發(fā)現(xiàn)一些細(xì)微的知識或低級錯(cuò)誤經(jīng)常犯做不到最后常常失敗，所以有些東西只有學(xué)精弄懂并且要細(xì)心才行，只學(xué)習(xí)理論有些東西是很難理解的，更談不上掌握。我在這次設(shè)計(jì)中收獲頗多。我對所學(xué)的理論知識在實(shí)踐中加深了認(rèn)識，同時(shí)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(xì)心，一點(diǎn)小的疏忽和懈怠可能導(dǎo)致整個(gè)設(shè)計(jì)失敗。 還有一點(diǎn)，自己的設(shè)計(jì)思路不可能憑空產(chǎn)生，只有借鑒別人已有的設(shè)計(jì)并充分消化吸收成為自己的東西，才能做出更好的設(shè)計(jì)作品 。 參考文獻(xiàn) [1] 王思明 .單片機(jī)原理及應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì) [M].北京 :科學(xué)出版社 ,2021. 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