應(yīng)用電子技術(shù)畢業(yè)論文.doc

天津大學高職專業(yè)畢業(yè)論文 設(shè)天津大學高職專業(yè)畢業(yè)論文 設(shè) 計 計 應(yīng)用單片機電子鬧鐘設(shè)計應(yīng)用單片機電子鬧鐘設(shè)計 學 生 姓 名 孫艷磊 學 院 精儀學院 專 業(yè) 應(yīng)用電子技術(shù) 班 級 01 學 號 4014202040 指 導 教 師 審 閱 教 師 完 成 日 期 摘 要 51 電子鬧鐘是集電子技術(shù) 數(shù)字顯示技術(shù)為一體的高產(chǎn)品 具有按時鬧鈴 使用 方便等優(yōu)點 本論文從 51 電子鬧鐘系統(tǒng)的功能 硬件電路設(shè)計 軟件設(shè)計和產(chǎn)品介紹 四部分分別論述這一系統(tǒng) 本系統(tǒng) 51 電子鬧鐘硬件部分結(jié)構(gòu)簡單 成本低 具有比較 好的市場前景 現(xiàn)代的快節(jié)奏生活給人們的精神上帶來了很大壓力 如何排解或緩解這些壓力已 經(jīng)成為很多人和探索者多年來的一個重要研究項目 電子鬧鐘 關(guān)鍵詞 關(guān)鍵詞 5151 電子鬧鐘 單片機 數(shù)碼管顯示電子鬧鐘 單片機 數(shù)碼管顯示 目 錄 摘 要 I 一 緒 論 1 一 概述 1 1 51 電子鬧鐘發(fā)展趨勢 1 2 本課題研究的主要內(nèi)容 1 二 51 電子鬧鐘簡介 1 1 開發(fā)的目的和意義 1 2 51 電子鬧鐘的優(yōu)點 2 3 51 電子鬧鐘的特點 2 二 系統(tǒng)方案的設(shè)計 3 一 系統(tǒng)概述 3 1 系統(tǒng)功能描述 3 2 系統(tǒng)方案的確定 3 3 系統(tǒng)設(shè)計思路與步驟 3 二 芯片基本工作原理及其應(yīng)用 4 1 AT89S51 簡介 4 2 引腳介紹 5 3 電源 6 4 存儲器 6 5 應(yīng)用 6 三 LM386 簡介 6 1 LM386 介紹 6 2 LM386 特點 6 四 74HC245 簡介 7 三 系統(tǒng)的設(shè)計 8 一 系統(tǒng)硬件設(shè)計 8 1 單片機系統(tǒng)的設(shè)計 8 2 按鍵電路的設(shè)計 9 3 復位電路的設(shè)計 9 4 顯示電路的設(shè)計 11 二 系統(tǒng)軟件的設(shè)計 11 1 軟件設(shè)計 11 2 整個系統(tǒng)軟件部分的總體設(shè)計 15 四 系統(tǒng)的調(diào)試和性能分析 16 一 系統(tǒng)的調(diào)試方法 16 1 輸入按鍵的調(diào)試 16 2 復位電路的調(diào)試 16 3 顯示電路的調(diào)試 16 4 整個系統(tǒng)的聯(lián)調(diào) 16 二 系統(tǒng)的性能分析 16 結(jié) 論 18 參考文獻 19 致 謝 20 附錄 A 原理圖 21 附錄 B 程序 22 一 緒 論 一 概述 電子鬧鐘在科學技術(shù)高度發(fā)展的今天 千家萬戶都少不了它 所以很多家庭個人都 需要有一個電子鬧鐘 為人們提供報時方便 但普通電子鬧鐘不夠方便實用 本文給出 了一種以 51 芯片電子鬧鐘設(shè)計方法 從而給人們帶來更為方便的工作與生活 1 51 電子鬧鐘發(fā)展趨勢 現(xiàn)代的快節(jié)奏生活給人們的精神上帶來了很大壓力 如何排解或緩解這些壓力已 經(jīng)成為很多人關(guān)心的問題 單片機電子鬧鐘是具發(fā)前鬧鐘創(chuàng)新性的系統(tǒng) 它代表了時 代的發(fā)展趨勢 2007 年 無論從國內(nèi)外行業(yè)發(fā)展趨勢 還是從鬧鐘市場準入的要求來 看 節(jié)能 環(huán)保 創(chuàng)新都已成為中國家電企業(yè)無法回避的大問題 在原材料價格不斷 上漲 下游渠道商實力膨脹 價格戰(zhàn)越來越激烈 行業(yè)利潤日趨微薄的背景下 日前 中國的電子鬧鐘在節(jié)能化 環(huán)?；?創(chuàng)新型轉(zhuǎn)變過程中 正進行新一輪鬧鐘賽跑 目前 國內(nèi)專業(yè) 51 電子鬧鐘廠家的數(shù)量正在迅速增長 51 電子鬧鐘市場在未來的 三五年內(nèi)會高速增長 新技術(shù) 新產(chǎn)品也會不斷出現(xiàn)并投入應(yīng)用 2 本課題研究的主要內(nèi)容 設(shè)計一個 51 電子鬧鐘 1 能隨意設(shè)定走時起始時間 2 12 小時 24 小時兩種制式可選 以適應(yīng)不同的需要 3 能指示秒節(jié)奏 即秒指示 4 采用交直流供電電源 與石英鐘不同的是 電子鐘一般采用數(shù)碼管等顯示 介質(zhì) 因而必須以交流供電為主 以直流電源為后備輔助電源 并能自動切換 該設(shè) 計主要包括 按鍵 顯示程序單元部分 AT89S51 單片機芯片 74HC245 驅(qū)動 LED 顯示 電路 集成電路 74HC245 和 LM386 各 1 個 二 51 電子鬧鐘簡介 1 開發(fā)的目的和意義 目的 設(shè)計一個 51 電子鬧鐘的 該鬧鐘可由使用者自己設(shè)定一個時間 若想設(shè) 置鬧鈴 應(yīng)先按下復位按鍵 然后長時間按下 設(shè)置 按鍵 第一個數(shù)碼管會顯示 C 然 后變?yōu)?00 00 00 此時進入鬧鈴設(shè)置狀態(tài) 設(shè)置方法跟上面一樣 鬧鈴設(shè)置完后 下一步要設(shè)置當前時間 調(diào)整方法跳到第一步 這樣設(shè)置好后 她就能按照主人的意 思 定時的把你鬧醒啦 意義 電子鬧鐘已經(jīng)是現(xiàn)代生活中經(jīng)常用到的工具之一 傳統(tǒng)的電子鬧鐘只是機 械控制 另外 體積也很大 又不美觀也不實用 而現(xiàn)在我設(shè)計的電子鬧鐘是用單片機做 的 只要簡單的設(shè)置好后 她就能按照主人的意思 定時的把你鬧醒啦 也能給人們的 生活帶來方便 2 51 電子鬧鐘的優(yōu)點 1 簡單好用 美觀 體積小 實用 2 用電量少 電壓低 節(jié)能 環(huán)保 創(chuàng)新 按鍵 顯示程序單元部分 AT89S51 單片機芯片 74HC245 驅(qū)動 LED 顯示電路 外 接 3 個按鈕組成鍵盤 AT89S51 為 51 內(nèi)核 另外 AT89S51 本身無專門的液晶驅(qū)動接 口 因此 本時鐘采用數(shù)碼管顯示方式 數(shù)碼管作為一種主動顯示器件 具有亮度高 價格便宜等優(yōu)點 而且市場上也有專門的時鐘顯示組合數(shù)碼管 51 電子鬧鐘的用途 我設(shè)計的電子鬧鐘是用單片機做的 只要簡單的設(shè)置好后 她 就能按照主人的意思 定時的把你鬧醒啦 也能給人們的生活 工作學習帶來方便 3 51 電子鬧鐘的特點 1 幫助您排解或緩解那些來自現(xiàn)實生活的壓力 2 數(shù)碼管作為一種主動顯示器件 亮度高 價格便宜等 顯示數(shù)字清晰 3 簡單好用 可任意設(shè) 24 式時間 4 使用 LED 發(fā)光 省電 燈泡壽命長 二 系統(tǒng)方案的設(shè)計 一 系統(tǒng)概述 1 系統(tǒng)功能描述 本系統(tǒng)是利用 AT89S51 為 51 內(nèi)核 集成電路 74HC245 和 LM386 各 1 個 制作完成 一個電子鬧鐘 該設(shè)計中采用液晶顯示或數(shù)碼管顯示 因此 本時鐘采用數(shù)碼管顯示 方式 充分體現(xiàn)系統(tǒng)的簡易性 使我們了解簡易鬧鐘的設(shè)計方法 并自己動手設(shè)計電 路和編寫實現(xiàn)鬧鐘功能的程序 簡易鬧鐘要實現(xiàn)以下功能 1 能正確顯示鬧鐘的走 時 2 可以進行當前時間的設(shè)置 3 可以設(shè)置鬧鐘時間 并在時間到時發(fā)出響聲 整個系統(tǒng)的任務(wù)要求 1 輸入數(shù)字按鍵的功能 保證數(shù)字的輸入 2 復位電路的功能 所有時間回到初始化狀態(tài) 用于啟動設(shè)定時間參數(shù) 對時或定鬧 3 顯示電路的功能 當輸入數(shù)字時顯示 24 小時時間功能 4 鬧鈴功能 設(shè)置好鬧鈴時間后 能按設(shè)置好的時間準時鬧鈴 2 系統(tǒng)方案的確定 根據(jù)以上各模塊并結(jié)合顯示屏的功能及元器件材料的情況 決定采用 AT89S51 為 51 內(nèi)核顯示設(shè)計方案 3 系統(tǒng)設(shè)計思路與步驟 先進行系統(tǒng)的整體規(guī)劃確定整個系統(tǒng)的功能 然后按照每個功能的具體要求 進 行各個模塊的實物設(shè)計并逐個調(diào)試 待全部通過后 進行整個系統(tǒng)的聯(lián)調(diào) 最終實現(xiàn) 一個完整的系統(tǒng) 并制成印刷線路板 整個系統(tǒng)的設(shè)計步驟如下 在單片機最小系統(tǒng)的基礎(chǔ)上 完成按鍵電路和復位電路的設(shè)計 完成顯示電路 數(shù)字按鍵 復位電路 具有 3 個功能按鍵 1 在復位后的待機狀態(tài)下 用于啟動設(shè)定時間參數(shù) 對時或定鬧 2 在設(shè)定時間參數(shù)狀態(tài)而且不是設(shè)定最低位 即分個位 的狀態(tài)下 用于結(jié)束當 前位的設(shè)定 當前設(shè)定位下移 3 在設(shè)定最低位 分個位 的狀態(tài)下 用于結(jié)束本次時間設(shè)定 2 鍵 用于對當前設(shè)定位 編輯位 進行加 1 操作 根據(jù) 12 24 小時工作模 式和正在編輯的當前位的含義 時十位 時個位 分十位 分個位 自動進行數(shù)據(jù)的 上限和下限判斷 例如 對 12 小時制 小時的十位只能是 0 1 如果當前值為 0 則 按 1 鍵后為 1 再按 1 鍵則又回復到 0 把以上各個模塊聯(lián)結(jié)起來 整體調(diào)試功能 整個系統(tǒng)的原理框圖如圖 2 1 所示 圖 1 整個系統(tǒng)的原理圖 二 芯片基本工作原理及其應(yīng)用 1 AT89S51 簡介 AT89S51 是一個低功耗 高性能 CMOS 8 位單片機 片內(nèi)含 4k Bytes ISP In system programmable 的可反復擦寫 1000 次的 Flash 只讀程序存儲器 器件采用 按鍵與按鈕電路 復位等輔助電路 位數(shù)碼管顯示電路 鬧鈴聲光指示電路 電源系統(tǒng) ATMEL 公司的高密度 非易失性存儲技術(shù)制造 兼容標準 MCS 51 指令系統(tǒng)及 80C51 引 腳結(jié)構(gòu) 芯片內(nèi)集成了通用 8 位中央處理器和 ISP Flash 存儲單元 功能強大的微型 計算機的 AT89S51 可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價比的解決方案 2 引腳介紹 AT89S51 具有如下特點 40 個引腳 4k Bytes Flash 片內(nèi)程序存儲器 128 bytes 的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器 RAM 32 個外部雙向輸入 輸出 I O 口 5 個中斷優(yōu) 先級 2 層中斷嵌套中斷 2 個 16 位可編程定時計數(shù)器 2 個全雙工串行通信口 看門狗 WDT 電路 片內(nèi)時鐘振蕩器 圖 2 引腳圖 此外 AT89S51 設(shè)計和配置了振蕩頻率可為 0Hz 并可通過軟件設(shè)置省電模式 空閑模式下 CPU 暫停工作 而 RAM 定時計數(shù)器 串行口 外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作 掉 電模式凍結(jié)振蕩器而保存 RAM 的數(shù)據(jù) 停止芯片其它功能直至外中斷激活或硬件復位 同時該芯片還具有 PDIP TQFP 和 PLCC 等三種封裝形式 以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求 主要功能特性 兼容 MCS 51 指令系統(tǒng) 32 個雙向 I O 口 2 個 16 位可編程定時 計數(shù)器 全雙工 UART 串行中斷口線 2 個外部中斷源 中斷喚醒省電模式 看門狗 WDT 電路 靈活的 ISP 字節(jié)和分頁編程 4k 可反復擦寫 1000 次 ISP Flash ROM 4 5 5 5V 工作電壓 時鐘頻率 0 33MHz 128x8bit 內(nèi)部 RAM 低功耗空閑和省電模式 3 級加密位 軟件設(shè)置空閑和省電功能 雙數(shù)據(jù)寄存器指針 3 電源 89S51 有很寬的工作電源電壓 電源范圍寬達 4 5 5V 4 存儲器 89S51 支持 ISP 在線可編程寫入技術(shù) 串行寫入 速度更快 穩(wěn)定性更好 燒寫電壓 也僅僅需要 4 5V 即可 5 應(yīng)用 就目前中國市場的情況來看 89S51 有很大的市場 其原因有下列幾點 1 AT89S51 設(shè)計和配置了振蕩頻率可為 0Hz 并可通過軟件設(shè)置省電模式 2 AT89S51 是一個低功耗 高性能 CMOS 8 位單片機 3 芯片內(nèi)集成了通用 8 位中央處理器和 ISP Flash 存儲單元 功能強大的微型計算機的 AT89S51 可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng) 提供高性價比的解決方案 4 同時該芯片還具有 PDIP TQFP 和 PLCC 等三種封裝形 式 以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求 三 LM386 簡介 LM386 是美國國家半導體公司生產(chǎn)的音頻功率放大器 主要應(yīng)用于低電壓消費類產(chǎn) 品 為使外圍元件最少 電壓增益內(nèi)置為 20 但在 1 腳和 8 腳之間增加一只外接電阻 和電容 便可將電壓增益調(diào)為任意值 直至 200 輸入端以地位參考 同時輸出端被自 動偏置到電源電壓的一半 在 6V 電源電壓下 它的靜態(tài)功耗僅為 24mW 使得 LM386 特 別適用于電池供電的場合 專為低損耗電源所設(shè)計的功率放大器 1 LM386 介紹 LM386 適用于電腦 儀器 汽車電子 電源 通信 開關(guān)電源等電子產(chǎn)品 2 LM386 特點 靜態(tài)功耗低 約為 4mA 可用于電池供電 工作電壓范圍寬 4 12V or 5 18V 外圍元件少 電壓增益可調(diào) 20 200 低失真度 四 74HC245 簡介 由于通過數(shù)碼管公共及的電流較大 因此用三極管來驅(qū)動位碼 為了避免過多地 使用分立元件 采用了一片 74HC245 來驅(qū)動段碼 三 系統(tǒng)的設(shè)計 一個完整的系統(tǒng) 離不開硬件和軟件的設(shè)計 硬件與軟件各有所長 如何合理的 安排軟硬件的任務(wù)是系統(tǒng)設(shè)計的第一步 一 系統(tǒng)硬件設(shè)計 系統(tǒng)硬件的設(shè)計可以根據(jù)系統(tǒng)的各個功能 把整個系統(tǒng)劃分成若干個模塊 分別 對這些模塊來進行設(shè)計 然后在通過單片機程序來實現(xiàn)對各個硬件模塊功能的調(diào)度 本系統(tǒng)涉及到的硬件模塊有 按鍵電路 復位電路 顯示電路 1 單片機系統(tǒng)的設(shè)計 單片機最小應(yīng)用系統(tǒng)實際上就是一個內(nèi)置程序存儲器的單片機 可由單片機芯 片 配以必要的外部器件構(gòu)成 這些外部功能器件無法集成到芯片內(nèi)部 主要有按鍵 電路 顯示電路等 圖 3 單片機系統(tǒng)圖 2 按鍵電路的設(shè)計 作為一個按鍵從沒有按下到按下以及釋放是一個完整的過程 也就是說當我們按 下一個按鍵時 總希望某個命令只執(zhí)行一次 而在按下的過程中不要有干擾進來 因 為在按下的過程中 一旦有干擾過來可能造成誤觸發(fā)過程 因此我們在設(shè)計按鍵電路 的時候應(yīng)注意不要有干擾進來以用在焊接時應(yīng)注意 獨立式按鍵 如果設(shè)置過多按鍵 將會占用較多 I O 口 而且會給布線帶來不便 因此 此方案適用于按鍵較少的情況 如果選擇此方案 由于按鍵較少 在修改時間 或設(shè)置鬧鈴時間時就不能直接輸入 只能通過加或減完成 稍為麻煩一些 但其程序 簡單 1 執(zhí)錫補焊時應(yīng)按照從左到右 由上到下的順序 避免檢查時漏檢或焊接時漏 修 2 焊接時要經(jīng)常清洗烙鐵頭 防止烙鐵頭的雜物造成虛焊 針孔 加焊等不良 發(fā)生 3 不要在基板上給烙鐵頭加焊錫 生產(chǎn)過程中不能抖錫 敲錫 甩錫 防止 焊錫渣 焊錫 珠掉到基板上面 4 在壓件或拆件時要先在線路板的銅箔面上加焊錫 要求均勻加熱 避免松香 失效或銅箔翹皮造成線路破壞 考慮到電路不要復雜性 因而設(shè)計成 3 個按鍵 一個為復位 其它 2 個為按數(shù)字時間 的按鍵和確定設(shè)好的時間確定 后 2 個按鍵要接 89C2051 端 若想設(shè)置鬧鈴 應(yīng)先按下 復位按鍵 然后長時間按下 設(shè)置 按鍵 第一個數(shù)碼管會顯示 C 然后變?yōu)?00 00 00 此時進入鬧鈴設(shè)置狀態(tài) 設(shè)置方法跟上面一樣 鬧鈴設(shè)置完后 下一步要設(shè) 置當前時間 調(diào)整方法跳到第一步 在復位后的待機狀態(tài)下 用于啟動設(shè)定時間參數(shù) 對時或定鬧 在設(shè)定時間參數(shù)狀態(tài)而且不是設(shè)定最低位 即分個位 的狀態(tài)下 用于結(jié)束當 前位的設(shè)定 當前設(shè)定位下移 在設(shè)定最低位 分個位 的狀態(tài)下 用于結(jié)束本次時間設(shè)定 2 鍵 用于對當前設(shè)定位 編輯位 進行加 1 操作 根據(jù) 12 24 小時工作模 式和正在編輯的當前位的含義 時十位 時個位 分十位 分個位 自動進行數(shù)據(jù)的 上限和下限判斷 例如 對 12 小時制 小時的十位只能是 0 1 如果當前值為 0 則 按 1 鍵后為 1 再按 1 鍵則又回復到 0 3 復位電路的設(shè)計 目前為止 單片機復位電路主要有四種類型 1 微分型復位電路 2 積分 型復位電路 3 比較器型復位電路 4 看門狗型復位電路 另外 Maxim 等公司 也推出了專用于復位的專用芯片復位電路的基本功能是 系統(tǒng)上電時提供復位信號 直至系統(tǒng)電源穩(wěn)定后 撤銷復位信號 為可靠起見 電源穩(wěn)定后還要經(jīng)一定的延時才 撤銷復位信號 以防電源開關(guān)或電源插頭分 合過程中引起的抖動而影響復位 當輸入 的復位信號延續(xù)兩個機器周期以上的高電平時即為有效 用完成單片機的復位初始化 操作 單片機目前已被廣泛地應(yīng)用于家電 醫(yī)療 儀器儀表 工業(yè)自動化 航空航天等 領(lǐng)域 市場上比較流行的單片機種類主要有 Intel 公司 Atmel 公司和 Philip 公司的 8051 系列單片機 Motorola 公司的 M6800 系列單片機 Intel 公司的 MCS96 系列單片 機以及 Microchip 公司的 PIC 系列單片機 無論用戶使用哪種類型的單片機 總要涉 及到單片機復位電路的設(shè)計 而單片機復位電路設(shè)計的好壞 直接影響到整個系統(tǒng)工 作的可靠性 許多用戶在設(shè)計完單片機系統(tǒng) 并在實驗室調(diào)試成功后 在現(xiàn)場卻出現(xiàn) 了 死機 程序走飛 等現(xiàn)象 這主要是單片機的復位電路設(shè)計不可靠引起的 圖 1 是一個單片機與大功率 LED 八段顯示器共享一個電源 并采用微分復位電路的實例 在這種情況下 系統(tǒng)有時會出現(xiàn)一些不可預料的現(xiàn)象 如無規(guī)律可循的 死機 程 序走飛 等 而用仿真器調(diào)試時卻無此現(xiàn)象發(fā)生或極少發(fā)生此現(xiàn)象 又如圖 2 所示 在此圖中單片機復位采用另外一種復位電路 在此電路的應(yīng)用中 用戶有時會發(fā)現(xiàn)在 關(guān)閉電源后的短時間內(nèi)再次開啟電源 單片機可能會工作不正常 這些現(xiàn)象 都可認 為是由于單片機復位電路的設(shè)計不當引起的 圖 4 復位電路圖 4 顯示電路的設(shè)計 就時鐘而言 通?？刹捎靡壕э@示或數(shù)碼管顯示 由于一般的段式液晶屏 需要 專門的驅(qū)動電路 而且液晶顯示作為一種被動顯示 可視性相對較差 對于具有驅(qū)動 電路和微處理器接口的液晶顯示模塊 字符或點陣 一般多采用并行接口 對微處理 器的接口要求較高 占用資源多 另外 89C2051 本身無專門的液晶驅(qū)動接口 因此 本時鐘采用數(shù)碼管顯示方式 數(shù)碼管作為一種主動顯示器件 具有亮度高 價格便宜 等優(yōu)點 而且市場上也有專門的時鐘顯示組合數(shù)碼管 基于 AT89S51 單片機的控制系 統(tǒng)包括四部分 數(shù)據(jù)采集 控制系統(tǒng) 時鐘電路 語音錄音電路和報音提示信息電路 用數(shù)碼管作為顯示器 數(shù)碼管的驅(qū)動電路簡單 使用方便 如果選擇了此方案 那么在夜間看時間的時候就不需要有光源 非常方便 其缺點是功耗較大 由于數(shù)碼 管使用起來較為方便 在夜間看時間也很方便 因此我們選擇了數(shù)碼管作為顯示器 發(fā)音部分 用軟件方法產(chǎn)生方波輸出 通過三極管放大后驅(qū)動蜂鳴器發(fā)音 這樣就可以省去 硬件振蕩電路 降低成本 二 系統(tǒng)軟件的設(shè)計 系統(tǒng)軟件的設(shè)計方法與硬件設(shè)計的方法是相同的 也是根據(jù)系統(tǒng)的各個功能 劃 分成各個子模塊 分別對每個模塊來進行設(shè)計 然后在通過各個模塊之間的調(diào)用來實 現(xiàn)整個系統(tǒng)的功能 系統(tǒng)軟件部分的設(shè)計模塊有 按鍵電路的軟件設(shè)計 復位電路的軟件設(shè)計 顯示 電路的軟件設(shè)計共 3 個模塊 發(fā)音部分 用軟件方法產(chǎn)生方波輸出 通過三極管放大后驅(qū)動蜂鳴器發(fā)音 這樣就可以省去 硬件振蕩電路 降低成本 電源 如果是用電池供電 就比較方便攜帶 但是本系統(tǒng) 采用了數(shù)碼管作為顯示器 功耗較大 需要經(jīng)常更換電池 況且 本系統(tǒng)的體積較大 即使使用電池供電也不能 隨身攜帶 因此 用電池供電不大合適 所以用外部穩(wěn)壓電源來供電 1 軟件設(shè)計 軟件功能 1 檢測按鍵 當系統(tǒng)檢測到某個案件被按下時 轉(zhuǎn)到相應(yīng)子程序處理 可實現(xiàn) 校時 設(shè)定鬧鈴時間的功能 2 顯示 系統(tǒng)通過調(diào)用顯示子程序 可將顯示緩沖區(qū)里的內(nèi)容通過動態(tài)掃描方 式輸出到數(shù)碼管顯示器 3 計時 系統(tǒng)通過中斷和軟件計數(shù)器可產(chǎn)生秒信號 每到 1s 系統(tǒng)將會調(diào)整時 間存儲單元的內(nèi)容 從而實現(xiàn)計時功能 4 比較 每當秒存儲單元的內(nèi)容為 0 時 系統(tǒng)通過調(diào)用比較子程序可判斷當前 時間是否符合鬧鈴條件 若符合 則調(diào)用發(fā)音子程序使蜂鳴器發(fā)出鬧鈴聲音 5 產(chǎn)生音頻方波輸出 系統(tǒng)通過軟件產(chǎn)生音頻方波輸出使蜂鳴器發(fā)聲 這樣可 以省去硬件振蕩電路 6 拆分 為了提高存儲單元的利用率 本系統(tǒng)將時間數(shù)據(jù)壓縮成壓縮 BCD 碼后 再送入顯存才能顯示 7 合并 為了提高修改時間的速度 可先對現(xiàn)存內(nèi)容逐位修改 然后調(diào)用合并 子程序把顯存內(nèi)容合并后送入指定存儲單元 8 設(shè)定 系統(tǒng)進入設(shè)定狀態(tài)后 可通過按 設(shè)定 鍵改變閃亮位位置和按 或 鍵來加 1 或減 1 閃亮位內(nèi)容 從而達到報時和設(shè)定鬧鈴時間的目的 軟件設(shè)計 圖 5 T0中斷服務(wù)程序流程圖 調(diào)整鍵按下 數(shù)碼管熄滅進入 省電模式 數(shù)碼管熄滅進入 省電模式 調(diào)整鍵按下 調(diào)整鍵按下 數(shù)碼管熄滅進入 省電模式 后一個數(shù)碼管閃爍 直到時間設(shè)置完成 加1鍵按下調(diào)整鍵按下 數(shù)字加1并閃爍 數(shù)碼管熄滅進入 省電模式 調(diào)整鍵按下 數(shù)字加1并閃爍 第一個數(shù)碼管變 進入調(diào)時 模式第一個管子閃爍 開始初始化 調(diào)整鍵按下很短 數(shù)碼管顯示00 00 00 同時等待設(shè)置時間 調(diào)整鍵按下較長 第一個數(shù)碼管先變 后變 進入 鬧鈴設(shè)置模式第一個管子閃爍 調(diào)整鍵按下加1鍵按下 后一個數(shù)碼管閃爍 直到時間設(shè)置完成 圖6 電路流程圖 系統(tǒng)功能及使用方法 系統(tǒng)上電后 自動進入時鐘狀態(tài) 若在此時按下 設(shè)定 鍵 顯示器上將出現(xiàn)閃 亮位 再按 或 則可以加或減閃亮位內(nèi)容 修改完一位后再按 設(shè)定 可改 變閃亮位位置繼續(xù)修改下一位 修改完成后按 確定 鍵即可退出設(shè)定狀態(tài)進入正常 顯示時鐘狀態(tài) 在正常顯示時鐘狀態(tài)時按下 鬧鐘 鍵可進入鬧鐘狀態(tài) 此時按 或 可 上下翻動鬧鐘表 按 設(shè)定 鍵可修改當前顯示的鬧鐘時間 修改方法與修改時鐘相 同 在查看鬧鐘表狀態(tài)下按 鬧鐘 鍵可以開 關(guān)當前顯示的鬧鐘時間 當顯示器第 5 位顯示 時表示鬧鈴已開 按 時鐘 鍵返回正常顯示時鐘狀態(tài) 若想設(shè)置鬧鈴 應(yīng)先按下復位按鍵 然后長時間按下 設(shè)置 按鍵 第一個數(shù)碼管會顯示 C 然后變 為 00 00 00 此時進入鬧鈴設(shè)置狀態(tài) 設(shè)置方法跟上面一樣 鬧鈴設(shè)置完后 下一 步要設(shè)置當前時間 調(diào)整方法跳到第一步 這樣設(shè)置好后 她就能按照主人的意思 定時的把你鬧醒啦 我們先了解簡易鬧鐘的設(shè)計方法 并自己動手設(shè)計電路和編寫實現(xiàn)鬧鐘功能的程 序 簡易鬧鐘要實現(xiàn)以下功能 1 能正確顯示鬧鐘的走時 2 可以進行當前時間的設(shè) 置 3 可以設(shè)置鬧鐘時間 并在時間到時發(fā)出響聲 設(shè)計中 我們利用儀器中所提供的以上提到的芯片和軟件編程結(jié)合的思路 本設(shè) 計的軟件編程由四部分構(gòu)成 下面將對照程序的構(gòu)成來闡述我們組對簡易鬧鐘的方案 設(shè)計 具體設(shè)計方案如下 一 在主程序中 填寫中斷向量表 應(yīng)用 8255A 的 IRQ7 和 IRQ5 端 利用 8253A 和 8259A 完成計時一秒的功能 然后通過更新時間的子程序完 成時間跳變的功能 待到新的時間判斷是否到達設(shè)定的鬧鐘的時間 如果是 則啟動 揚聲器 如果否 則繼續(xù)進行顯示時間 二 鬧鐘的時間是變化的 在更新時間的子 程序中 首先判斷更改后的秒數(shù)是否小于 10 如果是 則返回主程序 如果否 則秒 的個位跳變成 0 秒的十位加一 再次判斷秒的十位 過程同判斷秒的個位相同 三 簡易鬧鐘最重要的功能就是 It s time to do something 在這部分 主要要考慮 的也是判斷當前時間是不是設(shè)定的鬧鐘時間 如果跳變后的時間的四位完完全全的和 設(shè)定的鬧鐘時間相同 則揚聲器應(yīng)該響起 提示鬧鐘的主人 Time is up 從鬧鐘的 分鐘的十位開始依次判斷 如果前一個鬧鐘位的顯示與設(shè)定的鬧鐘時間對應(yīng)位相同 則轉(zhuǎn)入判斷下一位 如果不相同 則返回主程序 都判斷后 如果都相同 則設(shè)置啟 動鬧鐘的對應(yīng)位為 1 啟動揚聲器 四 在顯示時間的子程序中 時間從 0 0 0 0 開始顯示 四位數(shù)字的顯示各由一段程序完成 2 整個系統(tǒng)軟件部分的總體設(shè)計 在各個模塊的軟件設(shè)計完成后 便可以對整個系統(tǒng)進行整體的軟件設(shè)計 其根本的 設(shè)計思路是通過設(shè)置一些聯(lián)系信號 把原本功能獨立的各個模塊聯(lián)結(jié)在一起 從而實 現(xiàn)整體系統(tǒng)的功能 四 系統(tǒng)的調(diào)試和性能分析 一 系統(tǒng)的調(diào)試方法 整個系統(tǒng)調(diào)試的主要思想是 先每個模塊進行調(diào)試 然后整個系統(tǒng)一起調(diào)試 先 軟硬件分開調(diào)試 然后一起調(diào)試 遵循先部分后整體的原則 系統(tǒng)的在調(diào)試過程中要注意以下幾點 1 硬件電路焊完之后 在上電之前一定要先用萬用表檢測電源和地之間是否短 路 2 上電之后要用示波器觀察信號的在電路中變化的情況 與設(shè)計當初的情況相 比較 找出差別 并進行分析 3 軟件調(diào)試過程中可以使用斷點 單步執(zhí)行等常用的方法 4 軟硬件聯(lián)調(diào)時 要注意軟件部分要一個功能一個功能的調(diào)試 1 輸入按鍵的調(diào)試 輸入按鍵的調(diào)試 只要按鍵按下去時 按鍵有相應(yīng)的反應(yīng)就行 通過程序來判斷 單片機 I O 是否能夠識別出 2 復位電路的調(diào)試 當電源剛接通時 接通電源就完成了系統(tǒng)的初始化 3 顯示電路的調(diào)試 在本設(shè)計中 顯示電路只需完成 當輸入數(shù)字時能正確顯示數(shù)字 4 整個系統(tǒng)的聯(lián)調(diào) 在系統(tǒng)各個部分都調(diào)試完畢之后 即可以進行整個系統(tǒng)的調(diào)試 由于前面各個部 分的調(diào)試做的都比較充分 所以在實際調(diào)試過程中 能夠較順利的實現(xiàn)整個系統(tǒng)預期 的功能 二 系統(tǒng)的性能分析 系統(tǒng)能在設(shè)定的時間內(nèi)鬧鈴 但聲音有點沙啞 這是因為控制蜂鳴器的 I O 口每 次取反后 必須調(diào)用一次顯示子程序后才能再次取反 否則在發(fā)音期間不能顯示 而 調(diào)用一次顯示子程序需要的時間大約為 6ms 6 位每位 1ms 所以振蕩頻率 f 1 T 1 2 6ms 83Hz 顯然這個頻率過低 這就是造成聲音沙啞的原因 經(jīng)測試 其時鐘誤差約為 3 秒 天 這是因為從定時器向 CPU 發(fā)出中斷申請信號到重裝定時初 值的過程需要一定的時間 本系統(tǒng)通過測試 能夠?qū)崿F(xiàn)以下功能 1 按鍵輸入 2 鬧鈴聲音 3 LED 顯示 結(jié) 論 本次畢業(yè)設(shè)計我很早就開始準備 并且先自己買器件動手制作 因此能夠較早的 完成全部的設(shè)計任務(wù) 通過本次設(shè)計 使自己在單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計方面的能力有了 長足進步 本次畢業(yè)設(shè)計應(yīng)用單片機電子鬧鐘的設(shè)計與制作 作為一種智能化產(chǎn)品 具有成本低 使用方便 可靠性高和可擴展性強的特點 參考文獻參考文獻 1 李捷 陳典濤等 一種應(yīng)用單片機電子鬧鐘的設(shè)計與制作設(shè)計 J 農(nóng)機化研 究 2005 2 陳明熒 8051 單片機課程設(shè)計實訓教材 北京 清華大學出版社 2004 3 胡漢才 單片機原理及其接口技術(shù) 北京 清華大學出版社 1995 4 徐淑華 程退安 姚萬生 單片機微型機原理及應(yīng)用 哈爾濱工業(yè)大學出版社 1994 5 丁元杰 單片機原理與應(yīng)用 機械工業(yè)出版社出版 2003 年 2 月 58 67 6 朱定華 單片機原理及接口技術(shù) 電子工業(yè)出版社出版 2004 年 5 月 32 46 7 何立民 單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計系統(tǒng)配置與接口技術(shù) 北京航空航天大學出版社出版 2005 年 2 月 16 45 8 江曉安 董秀峰 模擬電子技術(shù) 西安電子科技大學出版社 2003 年 9 月 46 110 9 陸坤 電子設(shè)計技術(shù) 成都電子科技大學出版社 1996 年 5 月 31 76 致致 謝謝 在論文即將完成之際 我首先向關(guān)心幫助和指導我的導師王殿學老師表示衷心的 感謝并致以崇高的敬意 在論文工作中 一直得到王老師的悉心指導 王老師以其淵 博的學識 嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度 求實的工作作風和她敏捷的思維 飽滿的工作熱情以及 對我的耐心指導和嚴格要求給我留下了深刻的印象 使我在理論和實際應(yīng)用兩方面的 能力都得到了很大的提高 使我受益匪淺 王老師治學嚴謹 待人誠懇 他高屋建瓴 的學術(shù)眼光 對事業(yè)孜孜不倦地追求和勤奮不輟的精神將使我終生受益 是我終生學 習的榜樣 在此向恩師致以最誠摯的謝意 我還要感謝我的同學們 他們在畢業(yè)設(shè)計期間給我了莫大的支持與幫助 為我提 供了一個良好的學習和生活環(huán)境 并且對于我提出的任何難題都給予熱心 耐心的解 答 使我受益頗深 感謝應(yīng)用電子技術(shù)專業(yè)的全體老師對我的諄諄教導 你們的教誨將使我受益終生 感謝全體同學 你們的關(guān)心和友愛使我很感動 感謝我的父母對我的養(yǎng)育之恩 感謝所有幫助過我的人們 最后 再次感謝王殿學老師對我的鼓勵 支持與關(guān)懷 這些我將永生難忘 附錄附錄 A A 原理圖原理圖 附錄附錄 B B 程序 程序 定義變量 S1EQUP3 4 按鍵 JIAEQUP3 5 SECLEQU24H 各個顯示單元 SECHEQU25H HENGXIAN EQU26H MINULEQU27H MINUHEQU28H HENGEQU29H HOURLEQU2AH HOURHEQU2BH SECONDEQU2DH 秒變量單位 COUNTEQU2EH 溢出中斷計數(shù)器 SETFLAGEQU20H HHEQU00H 移位時用到的單元 HLEQU01H MHEQU02H MLEQU03H WARNSLEQU2FH WARNSHEQU30H WARNMLEQU32H 報警分低位 WARNMHEQU33H 報警分高位 WARNHLEQU35H 報警時低位 WARNHHEQU36H 報警時高位 WARNCNTEQU37H 已設(shè)定鬧鈴時間標志 WARNINGBIT 0CH 鬧鈴標志 WARNSETTEDBIT 0DH 已設(shè)定鬧鈴時間標志 誤差修正 TFIXBIT 0EH 開始修正標志 NEQU60 誤差值 單位 1 10s 默認為 0 即不修正 程序入口地址 ORG0000H LJMPMAIN ORG000BH 定時器 T0 溢出中斷入口 LJMPTIMER0 ORG0030H 主程序 MAIN MOVSP 60H 堆棧設(shè)置 CLRTFIX 誤差開始修正標志初始化 MOVCOUNT 0 LCALL SYS INIT 系統(tǒng)初始化 LCALL T0 INIT 定時器初始化 LCALL SETTIME 等待設(shè)置當前時間 MAIN 0 MOVIE 80H 設(shè)置完后開始走時 啟動定時器 T0 SETBTR0 允許 T0 溢出中斷 LCALL DELAY10MS LCALL DISPLAY1 系統(tǒng)初始化子程序 SYS INIT MOVIE 00H 關(guān)中斷 MOVR0 20 清變量 MOVR1 10H MOVA 00H SYS 0 MOV R0 A INC R0 DJNZR1 SYS 0 RET 定時器 串口初始化 T0 INIT MOVTMOD 01H MOVTH0 3CH MOVTL0 0B0H RET 鬧鈴時間設(shè)定 SETWARN MOVWARNHH 0 MOVWARNHL 0 MOVWARNMH 0 MOVWARNML 0 MOVWARNSH 0 MOVWARNSL 0 MOVSETFLAG 00 SETBHH KAISHI NAO LCALL DISPLAYNEW1 SETW 1 JBS1 LOOP3 LCALL DELAY10MS JBS1 LOOP3 JNB S1 JBML LOOPW1 MOVA SETFLAG RL A 當前位右移 l 位 標志左移 1 位 MOV SETFLAG A 回存 SJMP SET W2 LOOP3 LJMPSET W2 LOOPW1 LJMPKAISHI1 SET W2 LCALL DISPLAYNEW1 JBJIA SETW 1 LCALL DELAY10MS JBJIA SETW 1 JNB JIA JNB HH SHI W2 為真 則當前位滅 INC WARNHH MOVA WARNHH XRLA 3 JZSET W1 1 LJMPKAISHI NAO SET W1 1 MOVWARNHH 0 LJMPKAISHI NAO SHI W2 JNB HL FEN W1 INC WARNHL MOVA WARNHH CJNEA 2 SHI W2 1 MOVA WARNHL XRLA 05H 小時低位只能是 0 4 JZSET W21 LJMPKAISHI NAO SHI W2 1 MOVA WARNHL XRLA 0AH JZSET W21 LJMPKAISHI NAO SET W21 MOVWARNHL 0 LJMPKAISHI NAO FEN W1 JNB MH FEN W2 INC WARNMH MOVA WARNMH XRLA 6 JZSET W22 LJMPKAISHI NAO SET W22 MOVWARNMH 0 LJMPKAISHI NAO FEN W2 INC WARNML MOVA WARNML XRLA 0AH JZSET W23 LJMPKAISHI NAO SET W23 MOVWARNML 0 LJMPKAISHI NAO 設(shè)置時間鬧鈴掃描 DISPLAYNEW1 MOVA 0AH MOV31H A MOV34H A MOVR0 2FH MOVR3 0FEH PLAYNEW1 MOVA R3 MOVP2 A MOVA R0 MOVDPTR TABLE MOVCA A DPTR MOVP0 A LCALL DELAY1MS INC R0 MOVA R3 JNB ACC 7 LOOP2 RL A MOVR3 A SJMPPLAYNEW1 LOOP2 RET 時間調(diào)整 SETTIME MOVHOURH 0 MOVHOURL 0 MOVMINUH 0 計時無保存 可能是鬧鈴沒進去 MOVMINUL 0 MOVSECH 0 MOVSECL 0 MOVSETFLAG 00 SETBHH PANLING LCALL DISPLAYNEW JBS1 PANLING LCALL DELAY100MS LCALL DELAY100MS LCALL DELAY100MS LCALL DELAY100MS LCALL DELAY100MS JBS1 KAISHI1 LCALL DELAY10MS JNB S1 SETC 1 按住時間更長為設(shè)置鬧鈴 第一個數(shù)碼管顯示為 C SETNAO SETBWARNSETTED LCALL SETWARN SETC 1 LCALL SETC KAISHI1 MOVHOURH 0 MOVHOURL 0 MOVMINUH 0 MOVMINUL 0 MOVSECH 0 MOVSECL 0 MOVSETFLAG 00 SETBHH KAISHI LCALL DISPLAYNEW SET 1 JBS1 SET 2 LCALL DELAY10MS JBS1 SET 2 JNB S1 JBML LOOP1 MOVA SETFLAG RL A 當前位右移 l 位 標志左移 1 位 MOV SETFLAG A 回存 SJMP SET 2 LOOP1 LJMPMAIN 0 SET 2 LCALL DISPLAYNEW JBJIA SET 1 LCALL DELAY10MS JBJIA SET 1 JNB JIA JNB HH SHI 2 為真 則當前位滅 INC HOURH MOVA HOURH XRLA 3 JZSET 1 1 LJMPKAISHI SET 1 1 MOVHOURH 0 LJMPKAISHI SHI 2 JNB HL FEN 1 INC HOURL MOVA HOURH CJNEA 2 SHI 2 1 MOVA HOURL XRLA 05H 小時低位只能是 0 4 JZSET 21 LJMPKAISHI SHI 2 1 MOVA HOURL XRLA 0AH JZSET 21 LJMPKAISHI SET 21 MOVHOURL 0 LJMPKAISHI FEN 1 JNB MH FEN 2 INC MINUH MOVA MINUH XRLA 6 JZSET 22 LJMPKAISHI SET 22 MOVMINUH 0 LJMPKAISHI FEN 2 INC MINUL MOVA MINUL XRLA 0AH JZSET 23 LJMPKAISHI SET 23 MOVMINUL 0 LJMPKAISHI 鬧鈴標志 SETC MOVP2 7FH MOVP0 39H JNB S1 SETC LJMPSETNAO 設(shè)置時間掃描 DISPLAYNEW MOVA 0AH MOV29H A MOV26H A MOVR0 24H MOVR3 0FEH PLAYNEW MOVA R3 MOVP2 A MOVA R0 MOVDPTR TABLE MOVCA A DPTR MOVP0 A LCALL DELAY1MS INC R0 MOVA R3 JNB ACC 7 LOOP RL A MOVR3 A SJMPPLAYNEW LOOP RET 走時掃描 DISPLAY1 MOVA 0AH MOV29H A MOV26H A MOVR0 24H MOVR4 0FEH JNB P3 4 BAOHU LCALL DELAY5 PLAY JNB WARNING LING JNB P3 5 QINGLING CPLP1 0 LJMPLING LCALL DELAY10MS LCALL DELAY10MS QINGLING CLRWARNING LING LCALL DELAY10MS LCALL DELAY5MS JNB P3 4 BAOHU MOVA R4 MOVP2 A MOVA R0 MOVDPTR TABLE MOVCA A DPTR MOVP0 A LCALL DELAY2MS INC R0 MOVA R4 JNB ACC 7 DISPLAY1 RL A MOVR4 A SJMPPLAY BAOHU MOVP2 0FFH LCALL DELAY100MS LCALL DELAY100MS LCALL DELAY100MS BAOHU1 JNB WARNING BAOHU2 LJMPLING BAOHU2 JNB P3 4 PLAY1 BAOHU JNB P3 4 PLAY LCALL DELAY10MS JBP3 4 LCALL DELAY10MS JBP3 4 PLAY LJMPBAOHU1 PLAY1 LCALL DELAY10MS LCALL DELAY10MS LCALL DELAY10MS LCALL DELAY10MS JBP3 4 PLAY LJMPBAOHU1 計時 TIMER0 PUSHACC A 壓棧保護 MO