【正文】 揚(yáng)州大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院題 目： 可編程作息時(shí)間控制器設(shè)計(jì) 課 程： 單片機(jī)原理及應(yīng)用課程設(shè)計(jì) 專 業(yè)： 電氣工程及其自動(dòng)化 第 一 部 分任務(wù)書《單片機(jī)原理及應(yīng)用》課程設(shè)計(jì)任務(wù)書一、課題名稱詳見《單片機(jī)課程設(shè)計(jì)題目（一）》：主要是軟件仿真，利用Proteus軟件進(jìn)行仿真設(shè)計(jì)并調(diào)試； 《單片機(jī)課程設(shè)計(jì)題目（二）》：主要是硬件設(shè)計(jì)，利用單片機(jī)周立功實(shí)驗(yàn)箱進(jìn)行設(shè)計(jì)并調(diào)試。二、課程設(shè)計(jì)目的課程設(shè)計(jì)是課程教學(xué)中的一項(xiàng)重要內(nèi)容，是達(dá)到教學(xué)目標(biāo)的重要環(huán)節(jié)，是綜合性較強(qiáng)的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，它對(duì)幫助學(xué)生全面牢固地掌握課堂教學(xué)內(nèi)容、培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐和實(shí)際動(dòng)手能力、提高學(xué)生全面素質(zhì)具有很重要的意義?！秵纹瑱C(jī)原理及應(yīng)用》是一門理論性、實(shí)用性和實(shí)踐性都很強(qiáng)的課程，課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)應(yīng)占有更加重要的地位。單片機(jī)原理及應(yīng)用課程設(shè)計(jì)的目的是讓學(xué)生在理論學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，通過完成一個(gè)涉及MCS51單片機(jī)多種資源應(yīng)用并具有綜合功能的小系統(tǒng)目標(biāo)板的設(shè)計(jì)與編程應(yīng)用，使學(xué)生不但能將課堂上學(xué)到的理論知識(shí)與實(shí)際應(yīng)用結(jié)合起來，而且能進(jìn)一步加深對(duì)電子電路、電子元器件等知識(shí)的認(rèn)識(shí)與理解，同時(shí)在軟件編程、排錯(cuò)調(diào)試、相關(guān)軟件和儀器設(shè)備的使用技能等方面得到較全面的鍛煉和提高。為今后能夠獨(dú)立進(jìn)行某些單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)設(shè)計(jì)工作打下一定的基礎(chǔ)。通過單片機(jī)硬件和軟件設(shè)計(jì)、調(diào)試、整理資料等環(huán)節(jié)的培訓(xùn)，使學(xué)生初步掌握工程設(shè)計(jì)方法和組織實(shí)踐的基本技能，逐步熟悉開展科學(xué)實(shí)踐的程序和方法。三、課程設(shè)計(jì)內(nèi)容設(shè)計(jì)以89C51單片機(jī)和外圍元器件構(gòu)成的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)，并完成相應(yīng)的軟硬件調(diào)試。1. 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)：綜合運(yùn)用單片機(jī)課程中所學(xué)到的理論知識(shí)，學(xué)生根據(jù)所選課題的任務(wù)、要求和條件進(jìn)行總體方案的設(shè)計(jì)。2. 硬件電路設(shè)計(jì)：對(duì)方案中以單片機(jī)為核心的電路進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，包括元器件的選擇和電路參數(shù)的計(jì)算，并畫出總體電路圖。3. 軟件設(shè)計(jì)：根據(jù)已設(shè)計(jì)出的軟件系統(tǒng)框圖，用匯編語言或C51編制出各功能模塊的子程序和整機(jī)軟件系統(tǒng)的主程序。4. 調(diào)試：在單片機(jī)EDA仿真軟件環(huán)境Proteus下進(jìn)行仿真設(shè)計(jì)并調(diào)試；或在單片機(jī)周立功實(shí)驗(yàn)箱上進(jìn)行相關(guān)設(shè)計(jì)并調(diào)試。四、課程設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)一個(gè)以單片機(jī)為核心的可編程作息時(shí)間控制器：按照給定的時(shí)間模擬控制，實(shí)現(xiàn)廣播、上下課打鈴、燈光控制（屏幕顯示）,同時(shí)具備日期和時(shí)鐘顯示。五、進(jìn)度安排序號(hào)內(nèi)容天數(shù)1布置任務(wù)，熟悉課題要求2總體方案確定，硬件電路設(shè)計(jì)3軟件編程4Proteus仿真，或在周立功實(shí)驗(yàn)箱上調(diào)試25總結(jié)，撰寫課程設(shè)計(jì)報(bào)告七、課程設(shè)計(jì)報(bào)告內(nèi)容：總結(jié)設(shè)計(jì)過程，寫出設(shè)計(jì)報(bào)告，設(shè)計(jì)報(bào)告具體內(nèi)容要求如下：1．課程設(shè)計(jì)的目和設(shè)計(jì)的內(nèi)容。2．課程設(shè)計(jì)的要求。3．控制系統(tǒng)總框圖及系統(tǒng)工作原理。4．控制系統(tǒng)的硬件電路連接圖，電路的原理。 5．軟件設(shè)計(jì)流程圖及其說明。6．電路設(shè)計(jì)，軟件編程、調(diào)試中遇到的問題及分析解決方法。7．實(shí)驗(yàn)結(jié)果及其分析。8．體會(huì)。第 二 部 分課程設(shè)計(jì)報(bào)目 錄 1 課題簡(jiǎn)介 1 課題目的 1 課題要求 12 可編程作息時(shí)間控制器方案設(shè)計(jì) 1 系統(tǒng)總體介紹 1 系統(tǒng)整體框圖 1 13可編程作息時(shí)間控制器硬件電路及芯片介紹 2 AT89C51單片機(jī) 2 1602LCD液晶顯示器 3 其他重要元件 4 硬件電路設(shè)計(jì)圖 54 可編程作息時(shí)間控制器軟件編程設(shè)計(jì) 5 系統(tǒng)初始化 5 系統(tǒng)時(shí)間校正 6 系統(tǒng)時(shí)間設(shè)定 7 作息時(shí)間設(shè)定 7 響鈴處理 9 邏輯控制 10 1602LCD液晶顯示 115 實(shí)驗(yàn)與結(jié)果分析 11 實(shí)驗(yàn)的調(diào)試 11 實(shí)驗(yàn)的結(jié)果 12 實(shí)驗(yàn)的問題 146 小結(jié)與體會(huì) 151 課題簡(jiǎn)介 課題目的 由單片機(jī)AT89C51芯片和LCD顯示器，輔以必要的的電路，構(gòu)成一個(gè)可編程作息時(shí)間控制器。電子鐘采用采用單片機(jī)來完成,LCD顯示“時(shí)”，“分”，LED閃動(dòng)來做秒計(jì)數(shù)，定時(shí)時(shí)間到能發(fā)出相應(yīng)的提示，從而能夠?qū)崿F(xiàn)作息時(shí)間控制?，F(xiàn)在是自動(dòng)化高度發(fā)達(dá)的時(shí)代，特別是電子類產(chǎn)品都是靠?jī)?nèi)部的控制電路來實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品的控制，達(dá)到自動(dòng)運(yùn)行的目的，這就需要我們這里要做的設(shè)計(jì)中的電器元件及電路的支持。 課題要求（1） 在keil uVision 和proteus上編寫軟件完成設(shè)計(jì)。（2） 以AT89C51單片機(jī)為核心結(jié)合字符型LCD顯示器的可編程作息時(shí)間控制器。（3） 按照給定的時(shí)間模擬控制，實(shí)現(xiàn)廣播、上下課打鈴、燈光控制（屏幕顯示）,同時(shí)具備日期和時(shí)鐘顯示。（4） 上機(jī)調(diào)試程序。（5） 寫出設(shè)計(jì)報(bào)告。2 可編程作息時(shí)間控制器方案設(shè)計(jì) 系統(tǒng)總體介紹 可編程作息時(shí)間控制器是由簡(jiǎn)單的一路鬧鐘的基礎(chǔ)上增加至四路可調(diào)鬧鐘，從而實(shí)現(xiàn)依次執(zhí)行作息時(shí)間的提醒任務(wù)。系統(tǒng)主要是由時(shí)間程序和鬧鐘程序所構(gòu)成，由顯示模塊、時(shí)鐘模塊以及鬧鐘模塊三大部分組成。其中時(shí)鐘運(yùn)算模塊要對(duì)時(shí)、分、秒的數(shù)值進(jìn)行操作，并且秒算到60時(shí)，要自己清零并向分進(jìn)1；分算到60時(shí)，要自己清零并向時(shí)進(jìn)1，時(shí)算到24時(shí)，要清零，這樣，才能循環(huán)記時(shí)。并在不同狀態(tài)下使得四個(gè)按鍵有著不同的功能，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)時(shí)間的調(diào)整，同時(shí)可以在不同狀態(tài)下可以調(diào)整鬧鐘的時(shí)間。當(dāng)定時(shí)到達(dá)時(shí)LCD將顯示出現(xiàn)在的鬧鐘是哪一路，響鈴一分鐘，并可以通過按鍵提前結(jié)束鬧鐘，恢復(fù)到時(shí)間顯示狀態(tài)。 系統(tǒng)整體框圖 LCD顯示 揚(yáng)聲器和燈閃 廣播單片機(jī)AT89C51按 鍵使用AT89C51單片機(jī)結(jié)合字符型LCD顯示器設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)易的可編程作息時(shí)間控制器，若LCD選擇有背光顯示的模塊，在夜晚或黑暗的場(chǎng)合中也可使用。程序執(zhí)行后工作指示燈LED閃動(dòng)，表示程序開始執(zhí)行，同時(shí)顯示系統(tǒng)時(shí)間。作息時(shí)間控制器是由4路可調(diào)鬧鐘組成，從而實(shí)現(xiàn)打鈴等功能。當(dāng)四路鬧鐘中的任一路到時(shí)，均會(huì)點(diǎn)亮燈、打鈴。其中操作鍵K1～K4的功能分別為：設(shè)置限制的時(shí)間/時(shí)的調(diào)整、顯示鬧鐘設(shè)置的時(shí)間/分的調(diào)整、設(shè)置鬧鐘的時(shí)間/設(shè)置完成、鬧鐘更換。3可編程作息時(shí)間控制器硬件電路及芯片介紹系統(tǒng)主要是由AT89C51單片機(jī)、1602LCD液晶顯示器以及其他重要元件組成，按鍵作為系統(tǒng)的控制輸入端，可以進(jìn)行時(shí)間、鬧鐘等內(nèi)容的設(shè)定，并通過液晶顯示器顯示出時(shí)間等內(nèi)容。 AT89C51單片機(jī)本設(shè)計(jì)的核心硬件就是8051芯片，這里選擇了AT89C51,AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）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。 AT89C51引腳圖引腳及其功能：P0口：P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開路雙 向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫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門電流。P1口管腳寫入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門電流，當(dāng)P2口被寫“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)，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門電流。當(dāng)P3口寫入“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，如下所示：P3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)。RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過一個(gè)ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時(shí)， ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的/PSEN信號(hào)將不出現(xiàn)。 EA/VPP：當(dāng)/EA保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式1時(shí)，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)/EA端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。，，，，，P3口的8個(gè)口依次和LCD的數(shù)據(jù)口D0~D7. 1602LCD液晶顯示器LM016L 液晶模塊采用HD44780 控制器。HD44780 具有簡(jiǎn)單而功能較強(qiáng)的指令集，可以實(shí)現(xiàn)字符移動(dòng)、閃爍等功能。LM016L 與單片機(jī)MCU（Microcontroller Unit）通訊可采用8 位或者4 位并行傳輸兩種方式。HD44780 控制器由兩個(gè)8 位寄存器、指令寄存器（IR）和數(shù)據(jù)寄存器（DR）、忙標(biāo)志（BF）、顯示數(shù)據(jù)RAM（DDRAM）、字符發(fā)生器ROM（CGROM）、字符發(fā)生器RAM（CGRAM）、地址計(jì)數(shù)器（AC）。IR 用于寄存指令碼，只能寫入不能讀出；DR 用于寄存數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)由內(nèi)部操作自動(dòng)寫入DDRAM和CGRAM，或者暫存從DDRAM和CGRAM 讀出的數(shù)據(jù)。BF 為1 時(shí)，液晶模塊處于內(nèi)部處理模式，不響應(yīng)外部操作指令和接受數(shù)據(jù)。DDRAM 用來存儲(chǔ)顯示的字符，能存儲(chǔ)80 個(gè)字符碼。CGROM 由8 位字符碼生成5*7 點(diǎn)陣字符160 種和5*10 點(diǎn)陣字符32 種，8 位字符編碼和字符的對(duì)應(yīng)關(guān)系，可以查看參考文獻(xiàn)[3]中的表4。CGRAM 是為用戶編寫特殊字符留用的，它的容量?jī)H64 字節(jié)?？梢宰远x8 個(gè)5*7 點(diǎn)陣字符或者4 個(gè)5*10 點(diǎn)陣字符。AC 可以存儲(chǔ)DDRAM 和CGRAM的地址，如果地址碼隨指令寫入IR，則IR 自動(dòng)把地址碼裝入AC，同時(shí)選擇DDRAM 或者CGRAM 單元。LM016L 液 LCD1602引腳圖晶模塊的引腳功能見表：第1腳：VSS為地電源。第2腳：VDD接5V正電源。第3腳：VL為液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地時(shí)對(duì)比度最高，對(duì)比度過高時(shí)會(huì)產(chǎn)生“鬼影”，使用時(shí)可以通過一個(gè)10K的電位器調(diào)整對(duì)比度。第4腳：RS為寄存器選擇，高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時(shí)選擇指令寄存器。第5腳：R/W為讀寫信號(hào)線，高電平時(shí)