【正文】 常 熟 理 工 學(xué) 院 課程設(shè)計(jì) (論文 ) 電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院 《單片機(jī)技術(shù)》課程設(shè)計(jì) 題 目： 自動(dòng)打鈴系統(tǒng)設(shè)計(jì) 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 班 級(jí)： 指導(dǎo)教師： 起止日期： 2020 年 4 月 11 日 1 第一章 目錄 第一章 .目錄 ..........................................1 第二章 .課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū) ................................2 第三章 .總體設(shè)計(jì)方案 ..................................3 第四章 .操作及使用說(shuō)明 ................................6 第五章 .硬件原理圖 ....................................8 第六章 .程序流程 .......................................9 第七章 .調(diào)試 .運(yùn)行及其結(jié)果 ............................10 第八章 .收獲及體會(huì) ...................................10 第九章 .參考文獻(xiàn) .....................................11 第十章 .代碼及元件清單 ...............................12 2 第二章 .《單片機(jī)技術(shù)》課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū) 題目：自動(dòng)打鈴系統(tǒng)設(shè)計(jì) 一、課程設(shè)計(jì)任務(wù) 本課題要求應(yīng)用以 51 單片機(jī)為核心 設(shè)計(jì)一 自動(dòng)打鈴系統(tǒng) ，能完成 基本計(jì)時(shí)和顯示功能 ，用 LCD 顯示時(shí)間、 鈴聲可用 蜂鳴器發(fā)出。 二、課程設(shè)計(jì)目的 通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)使學(xué)生掌握： 1） 掌握以單片機(jī)為核心的控制系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)的基本方法 ； 2）控制程序的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)方法； 3）提高學(xué)生對(duì)單片機(jī)實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和調(diào)試能力。 三、課程設(shè)計(jì)要求 基本計(jì)時(shí)和顯示功能 (用 24 小時(shí)制顯示 )。包括上下午標(biāo)志，時(shí)、分的數(shù)字顯示，秒信號(hào)指示 ，并 能設(shè)置當(dāng)前時(shí)間 (含上、下午，時(shí)，分 )。 能實(shí)現(xiàn)基本打鈴功能，規(guī)定： 上午 8： 00 上課 鈴：打鈴 10 秒、停 2 秒、再打鈴 10 秒。 下午 5： 30 下課 鈴：打鈴 10 秒、停 2 秒、再打鈴 10 秒。 四、課程設(shè)計(jì)內(nèi)容 人機(jī)對(duì)話“界面”的設(shè)計(jì)； 內(nèi)存端口及外設(shè)的設(shè)置； 硬件 電路原理圖 、軟件清單。 3 第三章 .總體設(shè)計(jì)方案 設(shè)計(jì)方案選擇 方案一：數(shù)字電路設(shè)計(jì)的自動(dòng)打鈴系統(tǒng) 利用函數(shù)信號(hào)發(fā)生器來(lái)進(jìn)行脈沖信號(hào)輸出，利用 74160N 來(lái)設(shè)置十進(jìn)制和六進(jìn)制的進(jìn)位輸出。利用數(shù)碼顯示器來(lái)顯示時(shí)間，利用或門(mén)、與門(mén)、非門(mén)、與非 門(mén)、等電路元件進(jìn)行組合實(shí)現(xiàn)打鈴的控制。 方案二：基于單片機(jī)的自動(dòng)打鈴系統(tǒng)設(shè)計(jì) 單片機(jī)內(nèi)部存儲(chǔ)器設(shè)三個(gè)字節(jié)分別存放時(shí)鐘的時(shí)、分、秒信息。利用定時(shí)器與軟件結(jié)合實(shí)現(xiàn) 1 秒定時(shí)中斷，每產(chǎn)生一次中斷，存儲(chǔ)器內(nèi)相應(yīng)的秒值加 1；若秒值達(dá)到 60，則將其清零，并將相應(yīng)的分字節(jié)值加 1；若分值達(dá)到 60，則清零分字節(jié)，并將時(shí)字節(jié)值加 1；若時(shí)值達(dá)到 24，則將時(shí)字節(jié)清零。建立完一個(gè)實(shí)時(shí)時(shí)鐘后接下來(lái)進(jìn)行定時(shí)處理和打鈴輸出，當(dāng)主程序檢測(cè)到有分進(jìn)位標(biāo)志時(shí)，便開(kāi)始比較當(dāng)前時(shí)間與信息時(shí)間表上的作息時(shí)間是否相同，相同者，則進(jìn)行報(bào)時(shí)處理并控制打鈴， 不相同則返回主程序。 方案確定 方案一的設(shè)計(jì)只能事先設(shè)定打鈴時(shí)間不能完全自動(dòng)打鈴，且在修改打鈴時(shí)間上存在一定的困難。而方案二中的設(shè)計(jì)能完全實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，詮釋了我們這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的主題。并在修改打鈴時(shí)間上有了很大的方便，只需修改一部分程序便能實(shí)現(xiàn)不同的需要。 因此我選擇方案二進(jìn)行設(shè)計(jì)。 基本方案 自動(dòng)打鈴裝置用于工廠、學(xué)校等地的時(shí)間控制，本設(shè)計(jì)是按照學(xué)校作息時(shí)問(wèn)設(shè)定的，模擬了電了鐘顯示時(shí)、分、秒。還根據(jù)學(xué)校的作息時(shí)間按時(shí)打鈴，本系統(tǒng)有 4 個(gè)按鈕，分別用來(lái)調(diào)時(shí)、調(diào)分、秒和強(qiáng)制打鈴及強(qiáng)制關(guān)鈴， 以保證始終與標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間相吻合。 首先設(shè)計(jì)出本系統(tǒng)的硬件基本框圖，根據(jù)框圖設(shè)計(jì)電氣原理圖，簡(jiǎn)要概述基本原理，按照設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)設(shè)計(jì)出各部分程序。 4 .2..系統(tǒng)軟硬件劃分 由于需要最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)，因此，極大地介于系統(tǒng)的硬件成本，所有能用軟件實(shí)現(xiàn)的功能都用軟件完成，如按鍵的去抖，采用延時(shí)，顯示部分用動(dòng)態(tài)顯示等，這樣硬件部分的設(shè)計(jì)可以采用單片機(jī)最小系統(tǒng)，所謂最小系統(tǒng)時(shí)僅有程序存儲(chǔ)器和時(shí)鐘及復(fù)位電路的單片機(jī)系統(tǒng)。 3..單片機(jī)選型 根據(jù)課題的具體內(nèi)容，任務(wù)要求，計(jì)時(shí)、校時(shí)、定時(shí)、鍵盤(pán)顯示等功能，經(jīng)多方面考慮，所選系統(tǒng)選項(xiàng) 用．與 MSC51單片機(jī)完全兼容的 AT89C51 低功耗單片機(jī)。 AT89C51單片機(jī)性能介紹 AT89C51 是一種帶 4K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的低電壓，高性能 CMOS8 位微處理器，俗稱單片機(jī)。該器件采用 ATMEL 高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS51 指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能 8 位 CPU 和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL 的 AT89C51 是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。 引 腳說(shuō)明： VCC：供電電壓。 P0 口： P0 口為一個(gè) 8 位漏級(jí)開(kāi)路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門(mén)電流。當(dāng) P1 口的管腳第一次寫(xiě) 1 時(shí)，被定義為高阻輸入。 P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的第八位。在 FIASH 編程時(shí)， P0 口作為原碼輸入口，當(dāng) FIASH 進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)， P0 輸出原碼，此時(shí) P0 外部必須被拉高。 P1 口： P1 口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 口緩沖器能接收輸出 4TTL門(mén)電流。 P1 口管腳寫(xiě)入 1 后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入， P1 口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)， P1 口作為第八位地址接收。 P2 口： P2 口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 口緩沖器可接收，輸出 4 個(gè) TTL門(mén)電流，當(dāng) P2 口被寫(xiě) “1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)， 5 P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 P2 口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)， P2 口輸出地址的高八位。在給出地址 “1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫(xiě)時(shí)， P2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。 P2 口在 FLASH 編 程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。 P3 口： P3 口管腳是 8 個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4 個(gè) TTL 門(mén)電流。當(dāng)P3 口寫(xiě)入 “1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3 口將輸出電流（ ILL）這是由于上拉的緣故。 P3 口也可作為 AT89C51 的一些特殊功能口，如下表所示： 口管腳 備選功能 RXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口） /INT0（外部中斷 0） /INT1（外部中斷 1） T0（記時(shí)器 0 外部輸入） T1（記時(shí)器 1 外部輸入） /WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通） /RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通） P3 口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。 89C51 各部分引腳圖如下： 6 引腳圖 第四章 .操作及使用說(shuō)明 按鈕控制模塊 三個(gè)按鈕的一端分別接地，另一端接 單片機(jī)一個(gè)端口的三個(gè)引腳，當(dāng)某一個(gè)按鈕按下的時(shí)候，其對(duì)應(yīng)的引腳就由高電平變成低電平，然后通過(guò)單片機(jī)掃描讀取引腳的電平來(lái)判斷按鈕是否按下。 采用動(dòng)態(tài)掃描方式，通過(guò) 一組單片機(jī)端口 驅(qū)動(dòng)并聯(lián)在一起的 LCD 發(fā)光管的一端 (共陰或共陽(yáng) 端 )， LCD 發(fā)光管的另一腳接通用 I/O 口，控制其亮滅。該方法能驅(qū)動(dòng)較多的 LCD，控制方式較靈活，而且節(jié)省單片機(jī)的資源 7 按鈕控制 蜂鳴器 蜂鳴器驅(qū)動(dòng)模塊 采用無(wú)源式蜂鳴器， 蜂鳴器根據(jù)結(jié)構(gòu)不 同分為壓電式蜂鳴器和電磁式蜂鳴器；而兩種蜂鳴器又分為有源蜂鳴器和無(wú)源蜂鳴器 ， 本 設(shè)計(jì) 只是通過(guò)簡(jiǎn)單延時(shí)達(dá)到驅(qū)動(dòng)蜂鳴器的效果 。 按鈕 S1：設(shè)置時(shí)間及日期按鈕。 按鈕 S2：增加。 按鈕 S3：減少。 使用過(guò)程中注意按鈕的使用，及反應(yīng)時(shí)間。 顯示器模塊 LCD1062 液晶顯示是通過(guò)液晶顯示模塊實(shí)現(xiàn)的。液晶顯示模塊 (LCD Module)是一種將液晶顯示器件，連接件，集成電路， PCB 板，背光源，結(jié)構(gòu)件 裝配在一起的組件。 8 第五章 .硬件原理圖 9 第六章 . 程序流程及代碼清單 開(kāi) 始初 始 化是 否 正 常 走 時(shí) ？打 鈴 時(shí) 間 比 較打 鈴 判 斷 ， 執(zhí) 行顯 示按 鍵 檢 測(cè)有 鍵 按 下 嗎 ？獲 取 鍵 值 按 鍵 處 理YNYN 10 第七章 .調(diào)試 .運(yùn)行及其結(jié)果 實(shí)現(xiàn) 計(jì)時(shí)和顯示功能 （ 24 小時(shí)制），可 設(shè)置當(dāng)前時(shí)間 （ 包括上下午標(biāo)志，時(shí)、分的數(shù)字顯示 ）， 能在上午 8：