【正文】 畢 業(yè) 論 文1 引言單片機(jī)系統(tǒng)被定義為：以應(yīng)用為中心，以計算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，軟硬件可裁剪，適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴(yán)格要求的專用計算機(jī)系統(tǒng)。實際上單片機(jī)系統(tǒng)是計算機(jī)的一種應(yīng)用形式，是將先進(jìn)的計算機(jī)技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)和電子技術(shù)與各個行業(yè)的具體應(yīng)用相結(jié)合后的產(chǎn)物，具有軟件代碼小、高度自動化、響應(yīng)速度快等特點。因此它是一個技術(shù)密集、資金密集、高度分散、不斷創(chuàng)新的知識集成系統(tǒng)。特別適合于要求實時的和多任務(wù)的系統(tǒng)。如今單片機(jī)系統(tǒng)的應(yīng)用越來越廣泛，那么單片機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用緣何能在近年來的信息技術(shù)應(yīng)用中脫穎而出，成為眾多商家角逐的對象。其實原因很簡單，因為這里面蘊(yùn)藏著巨大的市場，巨大的商業(yè)利益，單就電視應(yīng)用而言，目前全球有2億多有線電視用戶，中國也有8000多萬戶，而且每年還在以600萬的速度遞增。如今，在這塊領(lǐng)域里，還沒有一家公司有成熟的產(chǎn)品，也沒有標(biāo)準(zhǔn)的操作系統(tǒng)，更沒有一個可以主導(dǎo)市場的壟斷者。在這種局勢下，雖然競爭將異常劇烈，但突圍的可能性也較大，只要能夠培養(yǎng)出自己的技術(shù)能力和市場開拓能力，是有可能取得巨大成功的。設(shè)計電子打鈴的最終目的是能把它應(yīng)用到實際中去。如學(xué)校的作息時鐘打鈴，車站的日期時間顯示，實時控制系統(tǒng)以及儀器儀表，家用電器等各個領(lǐng)域。由于它的應(yīng)用領(lǐng)域廣，技術(shù)要求各不相同，因此應(yīng)用系統(tǒng)的硬件設(shè)計是多樣化的，但總設(shè)計方法和研制步驟相同。本論文主要介紹一下電子打鈴的設(shè)計過程與方法，以及在單片機(jī)系統(tǒng)上的調(diào)試方法。電子打鈴課題設(shè)計著重于實踐和動手能力的培養(yǎng)，通過閱讀并學(xué)習(xí)本論文可以大概了解單片機(jī)的發(fā)展及其工作方法，了解匯編語言，掌握一定的ＭＣＳ—５１單片機(jī)知以及用指令編程方法和技巧。能用ＭＣＳ—５１單片機(jī)指令編制出一些實用的小程序。另一方面通過本論文可以了解電子打鈴打鈴器的時鐘走時、顯示、定時器等的工作方式以及時鐘控制打鈴編程方法。時鐘走時是利用定時器計數(shù)進(jìn)行的，顯示由鍵盤顯示接口電路與五個數(shù)碼顯示組成，利用可實現(xiàn)對鍵盤、顯示器的自動掃描并且可以減輕對ＣＰＵ的負(fù)擔(dān)，具有顯示穩(wěn)定、程序簡單、不會出現(xiàn)誤動作的特點。時鐘控制就是利用鍵盤輸入一個時設(shè)定的時間值，再經(jīng)過程序中的比較判斷程序來控制時鐘走。2 總體方案論證方案：采用AT89C51單片機(jī)來實現(xiàn)系統(tǒng)的控制。此系統(tǒng)硬件簡潔，將復(fù)雜的硬件功能用軟件實現(xiàn)，因此系統(tǒng)控制靈活，能很好地滿足本題的基本要求和擴(kuò)展要求簡潔、靈活、可擴(kuò)展性好，能完全達(dá)到設(shè)計要求，故采用這種方案。 確定技術(shù)指標(biāo)在開始設(shè)計前，必需明確應(yīng)用系統(tǒng)的功能和技術(shù)要求，綜合考慮系統(tǒng)的先進(jìn)性、可靠性、可維護(hù)性、成本及經(jīng)濟(jì)效益等。再參考國內(nèi)外同類產(chǎn)品的資料，提出合理可行的技術(shù)指標(biāo)，以達(dá)到最高的性價比。 機(jī)型選擇機(jī)型選擇的出發(fā)點及依據(jù)，可根據(jù)市場情況，選擇成熟、穩(wěn)定、貨源充足的機(jī)型產(chǎn)品。同時還應(yīng)根據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)的要求考慮所選的單片機(jī)應(yīng)具有很高的性價比。另一方面為提高經(jīng)濟(jì)效率，縮短研制周期，最好選用最熟悉的機(jī)種和器件。采用性能優(yōu)良的單片機(jī)開發(fā)工具也很能加快系統(tǒng)的研制過程。 器件選擇應(yīng)用系統(tǒng)除單片機(jī)以外，系統(tǒng)通常還有傳感器、模擬電路、輸入輸出設(shè)備。這些部件的選擇應(yīng)符合系統(tǒng)的精度、速度和可靠性等方面的要求。 軟、硬件功能的劃分系統(tǒng)的軟件與硬件的設(shè)計是緊密聯(lián)系在一起的，在某場合硬件和軟件具有一定的互換性。為了降低成本、簡化硬件結(jié)構(gòu)，某些功能可由軟件來完成。若為了提高工作速度、精度、減少軟件的工作量、提高可靠性，也可以采用硬件來完成?？傊?，硬件、軟件兩者是相輔相成的，可根據(jù)實際應(yīng)用情況來合理選擇。3 模塊電路設(shè)計與比較 時鐘方案選擇方案一：因為題目中只要求顯示小時和分鐘，因此可以用門電路組合構(gòu)成時鐘發(fā)生器，但此方案硬件復(fù)雜，穩(wěn)定性低，且不易控制。方案二：采用時鐘芯片。該芯片可以進(jìn)行時分秒的計數(shù)，可編程接口，還具有報警功能和掉電保存功能，并且可以對其方便的進(jìn)行程序控制，完全能滿足題目的要求。 顯示模塊的選擇方案一：采用數(shù)碼管顯示。數(shù)碼管亮度高、體積小、重量輕，但其顯示信息簡單、有限，在本題目中應(yīng)用很大。方案二：采用液晶顯示。液晶顯示功耗低，輕便防震。由于本題顯示信息比較簡單，采用液晶顯示界面不清晰，操作不方便。 其他設(shè)計的考慮鬧鈴響采用帶音樂芯片的揚(yáng)聲器，為實現(xiàn)題目中接觸止鬧功能，我們可以采用觸發(fā)開關(guān)控制鬧鈴的啟動。通過單片機(jī)的中斷定時控制鬧鈴?fù)Ｖ埂? 系統(tǒng)模塊設(shè)計及電路圖 鍵盤接口電路設(shè)計我們采用28的鍵盤，原理圖如圖所示。 顯示模塊 數(shù)碼管驅(qū)動模塊5 測試方法及結(jié)果 測試方法采用先分別調(diào)試各單元模塊，調(diào)通后再進(jìn)行整機(jī)調(diào)試的方法，以提高調(diào)試效率。（1）時鐘測試在帶有單片機(jī)的電路板上編程調(diào)試，使其在液晶上顯示出時分秒，并可以通過鍵盤控制設(shè)定時間和鬧鈴開關(guān)的時間。利用仿真機(jī)調(diào)試成功后通過編程器將程序?qū)懭胄酒姓{(diào)試，調(diào)試結(jié)果顯示，該模塊可以顯示時分秒，可以正常工作。（2）鬧鐘測試通過鍵盤控制設(shè)定鬧鐘開關(guān)和鬧鐘響的時間，并通過單片機(jī)程序驅(qū)動音樂電路發(fā)聲。經(jīng)過調(diào)試，鬧鐘功能正常，滿足題目的基本要求。 測試結(jié)果 基本要求上電復(fù)位后，由顯示信息可知達(dá)到數(shù)字顯示時間、鬧鐘開、關(guān)狀態(tài)、鬧鐘燈熄滅的顯示要求，可進(jìn)行時間設(shè)定，在新的時間點上運(yùn)行，實現(xiàn)時間設(shè)置功能；可進(jìn)行鬧鐘時間設(shè)定，在新的時間點到達(dá)時，發(fā)出聲報警，實現(xiàn)鬧鐘設(shè)置功能；時間到達(dá)鬧鐘設(shè)置值時，系統(tǒng)發(fā)出聲報警，實現(xiàn)鬧鐘控制。 自行發(fā)揮部分多鬧鐘設(shè)置系統(tǒng)可以設(shè)置多個鬧鐘時間，目前以1個為例設(shè)計了系統(tǒng)，可實現(xiàn)多點啟鬧及顯示日歷、星期6 電子打鈴的研制過程電子打鈴的研制過程實際上是一個應(yīng)用系統(tǒng)的研制過程。所謂應(yīng)用系統(tǒng)，就是利用單片機(jī)為某應(yīng)用目的而設(shè)計的單片機(jī)專用系統(tǒng)（在調(diào)試過程中通常稱為目標(biāo)系統(tǒng)）。電子打鈴和一般的計算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)一樣，也是由硬件和軟件組成。硬件指單片機(jī)、擴(kuò)展的存儲器、輸入輸出設(shè)備、控制設(shè)備、執(zhí)行部件等組成的系統(tǒng)。軟件是各種各種應(yīng)用程序的總稱。硬件和軟件只有緊密結(jié)合，協(xié)調(diào)一致，才能組成高性能的應(yīng)用系統(tǒng)。在系統(tǒng)的研制過程中，軟硬件的功能總是在不斷地調(diào)整，以便相互適應(yīng)，相互配合，以達(dá)到最佳的性價比。電子音時鐘的研制過程主要包括總體設(shè)計、硬件設(shè)計、軟件設(shè)計、在線仿真調(diào)試、程序固化等幾個階段。 硬件設(shè)計硬件設(shè)計的主要任務(wù)是根據(jù)總體設(shè)計要求，以及在所選的機(jī)型上的基礎(chǔ)上，確定系統(tǒng)擴(kuò)展所用到的外圍電路等，然后設(shè)計出系統(tǒng)電路原理圖。對于電路芯片的選擇原則應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)對它的速度、精度、價格的要求而確定。除此之外，還應(yīng)考慮和系統(tǒng)中的傳感器、放大器相匹配問題。：MCS51系統(tǒng)有充足的存儲空間，包括64KB程序存儲器和64KB的數(shù)據(jù)存儲器，在應(yīng)用系統(tǒng)中一般不需要這么大的容量。為了簡化硬件線路，同時還要使用到的存儲器空間地址連續(xù)，通常采用譯碼器、線選法相結(jié)合的辦法。：MCS51系統(tǒng)單片機(jī)擴(kuò)展功能比較強(qiáng)，但擴(kuò)展總線負(fù)載能力有限。若所擴(kuò)展的電路負(fù)載超過總線負(fù)載能力時，系統(tǒng)便不能可靠地工作。此情況下必須在部線上加驅(qū)動器。3. 其它電路的設(shè)計：由于單片機(jī)具有很多的特點，它被大量地應(yīng)用于工業(yè)測控系統(tǒng)中，而在這些系統(tǒng)中，經(jīng)常要對一些現(xiàn)場物理量進(jìn)行測量或者將其采集下來進(jìn)行信號處理之后，再反過來去控制被測對象或相關(guān)設(shè)備。在這種情況下，應(yīng)用系統(tǒng)的硬件設(shè)計就應(yīng)該包括與此有關(guān)的外圍電路。例如，鍵盤、顯示器、開關(guān)、輸入輸出設(shè)備、采樣、放大、應(yīng)用系統(tǒng)各部分的驅(qū)動能力等外圍電路，要進(jìn)行全盤合理的設(shè)計。：課題設(shè)計的可靠性是一項最重要最基本的技術(shù)指標(biāo)，這是硬件設(shè)計時必須考慮的一個指標(biāo)。可靠性是指在規(guī)定的條件規(guī)定的時間內(nèi)完成規(guī)定功能的能力。規(guī)定的條件包括環(huán)境條件（如溫度、濕度、振動等）、供電條件等。規(guī)定的時間一般指平均故障時間，平均無故障時間、連續(xù)正常運(yùn)行時間等。規(guī)定的功能隨單片機(jī)的應(yīng)用系統(tǒng)不同而不同。單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)在實際工件中，可能會受到各種外部和內(nèi)部的干擾，使系統(tǒng)工作產(chǎn)生錯誤或故障，為了降低錯誤和故障的產(chǎn)生機(jī)率，常采用以下可提高可靠性的措施：(1)提高元件的可靠性；(2)提高印刷電路板和組裝的質(zhì)量，設(shè)計電路板時布線及接地方法要符合要求；(3)對供電電源采用擴(kuò)干擾措施；(4)輸入輸出通道擴(kuò)干擾措施。 工藝設(shè)計，包括機(jī)箱、面板、配線、接插件等，這也是一個初次進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計人員容易疏忽但又十分重要的問題。在設(shè)計時要充分考慮到安裝、調(diào)試、維修的方便。 軟件設(shè)計在電子打鈴的研制中，軟件設(shè)計是工作量最大而也是最重要的一環(huán)，其設(shè)計的一般方法和步驟如下。 系統(tǒng)定義系統(tǒng)定義是指在軟件設(shè)計前，首先要進(jìn)一步明確設(shè)計軟件所要完成的任務(wù)，然后結(jié)合硬件結(jié)構(gòu)，而確定軟件承擔(dān)的任務(wù)細(xì)節(jié)。其軟件定義內(nèi)容有：（1）確定各輸入/輸出的功能，信號的類別，電平范圍，與系統(tǒng)接口方式，占用口地址，讀取的輸入方式等。（2）定義分配存儲器空間，包括系統(tǒng)主程序，常數(shù)表格，功能子程序塊的劃分，入口地址等。（3）若有斷電保護(hù)措施，應(yīng)定義數(shù)據(jù)暫存區(qū)標(biāo)志單元等。（4）面板開關(guān)，按鍵等控制輸入量的定義與軟件編制密切有關(guān)，系統(tǒng)運(yùn)行過程的顯示，運(yùn)算結(jié)果的顯示，正常運(yùn)行和出錯顯示等也是由軟件完成的。所以事先要給予以定義。 設(shè)計細(xì)節(jié)（1）根據(jù)軟件功能要求，將系統(tǒng)軟件分成若干個相對獨(dú)立的部分。根據(jù)它們之間的聯(lián)系和時間上的關(guān)系，設(shè)計出合理的軟件總體結(jié)構(gòu)，使其清晰、簡捷、流程合理。（2）培養(yǎng)結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計風(fēng)格，各功能程序?qū)嵭心K化、子程序化。既便于調(diào)試、鏈接，又便于移植、修改。（3）建立正確的數(shù)學(xué)模型。即根據(jù)功能要求，描述出各個輸入和輸出變量之間的數(shù)學(xué)關(guān)系，它是關(guān)系到系統(tǒng)性能好壞的重要因素。（4）為提高軟件設(shè)計的總體效率，以簡明、直觀的方法對任務(wù)進(jìn)行描述，在編寫應(yīng)用軟件之前，應(yīng)繪制出程序流程圖。這不僅是程序設(shè)計的一個重要組成部分，而且是決定成敗的關(guān)鍵部分。從某種意義上講，多花一份時間來設(shè)計程序流程圖，就可以節(jié)約幾倍源程序編輯調(diào)試時間。（5）注意在程序的有關(guān)位置處寫上功能注釋，提高程序的可讀性。（6）加強(qiáng)軟件抗干擾設(shè)計，它是提高計算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)可靠性的有力措施。 軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計合理的軟件結(jié)構(gòu)是設(shè)計出一個性能優(yōu)良的單片機(jī)應(yīng)用于系統(tǒng)軟件的基礎(chǔ)，必須充分重視。依據(jù)系統(tǒng)的定義，把整個工作分解為若干相對獨(dú)立的操作，再考慮各操作之間的相互聯(lián)系及時間關(guān)系而設(shè)計出一個合理的軟件結(jié)構(gòu)。對于簡單的課題設(shè)計，可采用順序結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，其系統(tǒng)軟件由主程序和若干個中斷