單片機(jī)89C51簡易自動(dòng)打鈴系統(tǒng).doc

課程設(shè)計(jì)報(bào)告 課程名稱課程名稱 單片機(jī)原理及應(yīng)用課程設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)題目設(shè)計(jì)題目 簡易自動(dòng)打鈴系統(tǒng) 系系 別 別 專專 業(yè) 業(yè) 班班 級 級 學(xué)生姓名學(xué)生姓名 學(xué)學(xué) 號號 起止日期起止日期 摘 要 隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展 單片機(jī)應(yīng)用的范圍越來越廣 本設(shè)計(jì)正是基于 STC89C52 型單片機(jī)為核心 加上適當(dāng)?shù)耐鈬考?設(shè)計(jì)而成的簡易自動(dòng)打鈴系統(tǒng) 簡易自動(dòng)打鈴系統(tǒng)的設(shè)計(jì)以 STC89C52 單片機(jī)芯片和 8255 芯片的拓展 I 0 引腳為 核心部件 用中斷系統(tǒng)進(jìn)行時(shí)間設(shè)置 數(shù)碼管顯示當(dāng)前時(shí)間并輔以必要的電路 構(gòu)成 了本系統(tǒng) 根據(jù)設(shè)計(jì)要求 該簡易自動(dòng)打鈴系統(tǒng)可以進(jìn)行計(jì)時(shí)和顯示 設(shè)置當(dāng)前時(shí)間 實(shí)現(xiàn)定點(diǎn)打鈴等功能 該設(shè)計(jì)簡單 實(shí)用 操作便捷 關(guān)鍵字 單片機(jī) 自動(dòng)定點(diǎn)打鈴 設(shè)置時(shí)間 中斷關(guān)鍵字 單片機(jī) 自動(dòng)定點(diǎn)打鈴 設(shè)置時(shí)間 中斷 目目 錄錄 設(shè)計(jì)要求 1 1 方案論證與對比 1 1 1 方案一 采用時(shí)鐘芯片和鍵盤實(shí)現(xiàn)功能 1 1 2 方案二 采用中斷定時(shí)實(shí)現(xiàn)功能 2 1 3 方案比較 2 2 單元電路設(shè)計(jì)與論證 2 2 1 中斷和復(fù)位電路設(shè)計(jì) 2 2 2 2 電源電路設(shè)計(jì) 3 2 3 單片機(jī) I O 拓展 3 2 4 打鈴電路設(shè)計(jì) 5 2 5 數(shù)碼管電路設(shè)計(jì) 5 3 系統(tǒng)軟件工作流程圖 6 3 1 主程序工作流程 6 3 2 讀秒顯示子程序 7 3 3 中斷服務(wù)子程序 7 3 4 時(shí)間設(shè)定子程序 8 4 系統(tǒng)功能實(shí)際測試 9 4 1 程序?qū)嶋H編譯測試 9 4 2 系統(tǒng)實(shí)際測試 9 4 3 軟件調(diào)試步驟 9 4 4 子程序調(diào)試步驟 10 4 5 調(diào)試結(jié)果 10 4 6 系統(tǒng)誤差及性能分析 10 5 設(shè)計(jì)總結(jié) 11 6 詳細(xì)儀器清單 12 7 致謝 13 參考文獻(xiàn) 14 附錄 15 附錄 1 詳細(xì)程序 15 附錄 2 整體電路圖 20 簡易自動(dòng)打鈴系統(tǒng)設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)要求 1 基本計(jì)時(shí)和顯示功能 12 小時(shí)制 2 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 3 能實(shí)現(xiàn)基本打鈴功能 規(guī)定 上午 7 30 早自習(xí) 打鈴 5 秒 停 2 秒 再打鈴 5 秒 下午 10 30 熄燈鈴 打鈴 5 秒 停 2 秒 再打鈴 5 秒 1 方案論證與對比 1 1 方案一 采用時(shí)鐘芯片和鍵盤實(shí)現(xiàn)功能 方案一原理框圖如圖 1 1 所示 圖 1 1 采用時(shí)鐘芯片和鍵盤實(shí)現(xiàn)功能 該系統(tǒng)用 DS1302 1 對時(shí) 分 秒計(jì)時(shí)和設(shè)置打鈴時(shí)間 采用三線串行數(shù)據(jù) 傳輸接口與 STC89C52 進(jìn)行同步通信 用矩陣鍵盤來設(shè)置時(shí)間值 并通過 8255 芯片讀入設(shè)置值 最后通過 89C52 單片機(jī)芯片綜合控制 把當(dāng)前時(shí)間送到數(shù)碼 管顯示 到點(diǎn)把信號送入蜂鳴器 實(shí)現(xiàn)打鈴 DS1302 芯片 蜂鳴器 89C52 單 片機(jī) 8255 芯片 數(shù) 碼 管 鍵 盤 1 2 方案二 采用中斷定時(shí)實(shí)現(xiàn)功能 方案二原理框圖如圖 1 2 所示 圖 1 2 采用中斷定時(shí)實(shí)現(xiàn)功能 該系統(tǒng)以 STC89C52 單片機(jī)為核心部件 用 8255 做 I O 拓展芯片 數(shù)碼管 接 8255 的 PA PB 引腳 蜂鳴器與單片機(jī)的 P3 4 口相連 1 外加 INT0 和 INT1 中斷 該系統(tǒng)因?yàn)槭褂枚〞r(shí)器中斷實(shí)現(xiàn)計(jì)時(shí)和中斷按鈕實(shí)現(xiàn)調(diào)試大大節(jié)省了設(shè) 計(jì)的復(fù)雜程度 數(shù)碼管顯示當(dāng)前時(shí)間 1 3 方案比較 2 單元電路設(shè)計(jì)與論證 2 1 中斷和復(fù)位電路設(shè)計(jì) 2 利用按鍵實(shí)現(xiàn)中斷電路如圖 2 1 所示 蜂鳴器 中 斷 數(shù)碼管 8255 芯片89C52 圖 2 1 中斷和復(fù)位電路圖 2 2 電源電路設(shè)計(jì) 利用 USB 接口供電 電路圖如 2 2 所示 圖 2 2 電源電路圖 2 3 單片機(jī) I O 拓展 STC89C52RC 7 是一個(gè)低功耗 高性能 CMOS 8 位單片機(jī) 片內(nèi)含 8k Bytes ISP In system programmable 的可反復(fù)擦寫 1000 次的 Flash 只讀程序存儲 器 器件采用 ATMEL 公司的高密度 非易失性存儲技術(shù)制造 兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS 51 單片微型計(jì)算機(jī) 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(qiáng)大的微型計(jì)算機(jī)的 STC89C52 可 為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價(jià)比的解決方案 STC89C52 具有如下特 點(diǎn) 40 個(gè)引腳 8k Bytes Flash 片內(nèi)程序存儲器 256 bytes 的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲 器 RAM 32 個(gè)外部雙向輸入 輸出 I O 口 5 個(gè)中斷優(yōu)先級 2 層中斷嵌 套中斷 2 個(gè) 16 位可編程定時(shí) 計(jì)數(shù)器 2 個(gè)全雙工串行通信口 看門狗 WDT 電路 片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器 主要特性如下 與MCS 51 兼容 8k可反復(fù)擦寫 1000次 Flash ROM 全靜態(tài)工作 0Hz 24MHz 三級程序存儲器鎖定 256 8位內(nèi)部RAM 32可編程I O線 2個(gè)16位可編程定時(shí) 計(jì)數(shù)器 5個(gè)中斷源 可編程串行通道 低功耗的空閑和掉電模式 I O 拓展采用 8255 芯片 晶振采用 12M 單片機(jī)用 89C52 電路如圖 2 3 3 所示 圖 2 3 主控電路圖 2 4 打鈴電路設(shè)計(jì) 圖 2 4 打鈴電路圖 3 2 5 數(shù)碼管電路設(shè)計(jì) 8255 的 PA 口控制數(shù)碼管的位選 低電平有效 PB 口做為段選輸出 接 1K 歐姆的限流電阻 如圖 2 5 4 所示 圖 2 5 數(shù)碼管電路圖 3 系統(tǒng)軟件工作流程圖 3 1 主程序工作流程 主程序首先設(shè)置 8255 模式 并打開中斷 0 設(shè)置中斷為邊沿觸發(fā)模式 然 后在死循環(huán)中順序執(zhí)行讀秒顯示子程序 按鍵掃秒子程序 打鈴判斷子程序 主程序流程圖 5 如圖 3 1 所示 主程序見附錄一 圖 3 1 主函數(shù)流程圖 Y 開 始 初始化 8255 芯片 和打開中斷 調(diào)用掃秒顯示子 程序 打 鈴 鍵按下 打鈴到 進(jìn)入時(shí)間設(shè)置子 程序 Y N N 3 2 讀秒顯示子程序 此子程序 1 為本設(shè)計(jì)的核心之一 首先初始化定時(shí)器 T0 設(shè)置 T0 為工作 方式 1 其初始值為 3CB0H 既每次溢出定時(shí) 50ms 并對其循環(huán) 20 次 然后 把時(shí)間加 1s 并送入顯示緩沖區(qū)等待顯示 子程序流程圖如圖 3 2 所示 圖 3 2 T0 中斷計(jì)時(shí)程序流程圖 3 3 中斷服務(wù)子程序 此子程序是為調(diào)時(shí)時(shí)服務(wù)的 首先初始化定時(shí)器 T1 設(shè)置 T1 為工作方式 1 其初始值為 3CB0H 既每次溢出定時(shí) 50ms 并對其循環(huán) 8 次 然后使數(shù) 碼管被選中的調(diào)時(shí)位閃爍 子程序流程圖如圖 3 3 所示 Y T 加一處理 恢復(fù)現(xiàn)場 中斷返回 1S 到 數(shù)碼管顯示當(dāng)前時(shí)間 保護(hù)現(xiàn)場 T0 中斷 定時(shí)器初值校正 N 圖 3 3 T1 中斷服務(wù)程序流程圖 3 4 時(shí)間設(shè)定子程序 時(shí)間設(shè)定模塊的設(shè)計(jì)要點(diǎn)是按鍵的去抖處理與 一鍵多態(tài) 6 的處理 即 只涉及 2 個(gè)鍵完成了 6 位時(shí)間參數(shù)的設(shè)定 一鍵多態(tài) 即多種功能的實(shí)現(xiàn)思想 史 根據(jù)按鍵時(shí)刻的系統(tǒng)狀態(tài) 決定按鍵采取何種動(dòng)作 即何種功能 圖 3 4 鍵盤掃描子程序流程圖 秒表 時(shí)鐘調(diào)時(shí)閃爍 T1 中斷 保護(hù)現(xiàn)場 閃爍處理 秒表 閃爍 恢復(fù)現(xiàn)場 中斷返回 加 10ms 處理 Y 中斷屏蔽 移位 加 1 移位鍵 左移六位 加一鍵 Y 4 系統(tǒng)功能實(shí)際測試 4 1 程序?qū)嶋H編譯測試 在 Keil C51 編譯環(huán)境下編譯通過 0 警告 0 錯(cuò)誤 4 2 系統(tǒng)實(shí)際測試 實(shí)際效果如圖 4 2 所示 達(dá)到設(shè)計(jì)要求 圖 4 2 實(shí)物圖 4 3 軟件調(diào)試步驟 1 打開軟件后 在 Project 菜單中選擇 New Project 命令 打開一個(gè)新項(xiàng)目 保存此項(xiàng)目 輸入工程文件名后 并保存工程文件的目錄 2 為項(xiàng)目文件選擇一個(gè)目標(biāo)器件 即選擇 8051 的類型 在 Data base 列 表框中選擇 ATML 89C52 確定 3 上述設(shè)置好后 創(chuàng)建源程序文件并輸入程序代碼 輸入好代碼后點(diǎn)擊 文件 保存 4 把源文件添加到項(xiàng)目中 用鼠標(biāo)指在目標(biāo)工作區(qū)的目標(biāo) 1 點(diǎn)擊右鍵在 彈出的菜單中選擇添加文件到源代碼組 在彈出的添加文件框中 選擇需要添 加到項(xiàng)目中的文件 5 開始編譯 對項(xiàng)目文件進(jìn)行編譯 若沒有錯(cuò)誤后進(jìn)行硬件調(diào)試 4 4 子程序調(diào)試步驟 子程序調(diào)試應(yīng)一個(gè)模塊一個(gè)模塊地進(jìn)行 首先單獨(dú)調(diào)試各功能子程序 檢 查程序是否能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)期的功能 接口電路的控制是否正常等 最后逐步將各 子程序連接起來進(jìn)行總調(diào)試 故調(diào)試步驟 7 如下 A 蜂鳴器的調(diào)試 調(diào)試方法 先把打鈴程序下載到單片機(jī) 讓蜂鳴器發(fā)聲 看是否在正確的 時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)打鈴 B 數(shù)碼管程序調(diào)試 正確的顯示時(shí)間是整個(gè)程序的關(guān)鍵之一 調(diào)試方法 先把程序下載到單片 機(jī) 讓數(shù)碼管顯示 是否正確的顯示時(shí)間的變化 C 鍵盤調(diào)時(shí)序 正確的顯示所調(diào)的時(shí)間是整個(gè)程序的關(guān)鍵之一 調(diào)試方法 先把鍵盤程序 和顯示程序下載到單片機(jī) 讓數(shù)碼管顯示 是否正確的所調(diào)時(shí)間的變化 4 5 調(diào)試結(jié)果 實(shí)現(xiàn)計(jì)時(shí)和顯示功能 12 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 能實(shí)現(xiàn)打鈴功能 上午 7 30 早自習(xí) 打鈴 5 秒 停 2 秒 再打鈴 5 秒 下午 10 30 熄燈鈴 打鈴 5 秒 停 2 秒 再打鈴 5 秒 4 6 系統(tǒng)誤差及性能分析 經(jīng)測試該簡易自動(dòng)打鈴系統(tǒng)在一天內(nèi)會出現(xiàn)時(shí)間誤差 該誤差主要是由于 晶振自身的誤差所造成的 另外在中斷的過程中 只會在第一次計(jì)時(shí)時(shí)產(chǎn)生時(shí) 間的偏移 而它所產(chǎn)生累積誤差很小 可以忽略 7 5 設(shè)計(jì)總結(jié) 通過這次課程設(shè)計(jì) 我們得到了很多收獲和體會 懂得了團(tuán)隊(duì)合作的重要 性和必要性 以及工程設(shè)計(jì)的大體過程 第一 鞏固和加深了對單片機(jī)基本知 識和理解 提高了綜合運(yùn)用所學(xué)知識的能力 第二 增強(qiáng)了根據(jù)課程需要選學(xué) 參考資料 查閱手冊 圖表和文獻(xiàn)資料的自學(xué)能力 通過獨(dú)立思考 深入研究 有關(guān)問題 學(xué)會自己分析解決問題的方法 第三 通過實(shí)際方案的分析比較 設(shè)計(jì)計(jì)算 安裝調(diào)試等環(huán)節(jié) 初步掌握了簡單使用電路的分析方法和工程設(shè)計(jì) 方法 第四 在這次課程設(shè)計(jì)過程中 光有理論知識是不夠的 還必須懂一些 實(shí)踐中的知識 所以在課程設(shè)計(jì)的實(shí)踐中 我們應(yīng)將實(shí)驗(yàn)課與課堂教學(xué)結(jié)合起 來 鍛煉自己的理論聯(lián)系實(shí)際的能力與實(shí)際動(dòng)手能力 第五 掌握了比較常用 的儀器的使用方法 提高了動(dòng)手能力 第六 培養(yǎng)了嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)和科學(xué)態(tài) 度 總體來說這些知識是對我們大學(xué)生來說十分寶貴的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn) 是無法在課 堂上獲得的 是現(xiàn)今社會最重視的同時(shí)也是我們最需要提高的部分 6 詳細(xì)儀器清單 類型規(guī)格數(shù)量備注 5V 直流電源 ZH 60031 USB232converterU232 P91 電阻 1k 13 個(gè) 芯片 8255 1 片擴(kuò)展 I O 芯片 STC89C52 1 片 晶振 12M 1 個(gè) 蜂鳴器無源1 個(gè) 數(shù)碼管3 位共陽極2 個(gè) 極性電容 0 1UF 1 個(gè) 非極性電容 30pf 2 個(gè) LED 2 個(gè) 按鍵開關(guān)3 個(gè) 單刀雙擲開關(guān)1 個(gè) 三極管7 個(gè) 7 致謝 經(jīng)過近幾天的課程設(shè)計(jì) 我們組的成員都充分認(rèn)識到理論知識和實(shí)踐結(jié)合 的重要性 經(jīng)過兩年多的理論基礎(chǔ)的學(xué)習(xí) 我們成功的將理論運(yùn)用如實(shí)踐 并 成功的運(yùn)用單片機(jī) 以前只是在路上看見那些交通燈 但是并沒有認(rèn)真的研究 交通燈的內(nèi)部控制原理 還有單片機(jī)上那些芯片的功能和引腳圖平常也不是常 接觸 通過這次城市道口交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)讓我清楚如果想做一個(gè)產(chǎn)品該怎 樣思考 在設(shè)計(jì)中 組員之間的相互配合和分工是尤其重要的 同時(shí)整個(gè)團(tuán)隊(duì) 的合作意識是本次設(shè)計(jì)成功的關(guān)鍵因素 此次課程設(shè)計(jì)持續(xù)的時(shí)間長 對 組員的耐心是一種極大的考驗(yàn) 同時(shí)學(xué)校的支持力度也應(yīng)該加強(qiáng) 而不應(yīng)該對 學(xué)生的提問表示不解 對有些程序的編寫要及時(shí)的給予指導(dǎo) 當(dāng)然學(xué)生也要積 極的配合老師的工作 努力將自己所學(xué)的知識盡可能的運(yùn)用到對方案的設(shè)計(jì)中 去 感謝老師的細(xì)心指導(dǎo) 和伙伴之間的配合 參考文獻(xiàn) 1 張鑫 單片機(jī)原理及應(yīng)用 M 北京 電子工業(yè)出版社 2005 8 2 邱關(guān)源 羅先覺 電路 M 北京 高等教育出版社 2006 5 3 康光華 電子技術(shù)基礎(chǔ) 數(shù)字部分 M 北京 高等教育出版社 2006 1 4 康光華 電子技術(shù)基礎(chǔ) 模擬部分 M 北京 高等教育出版社 2006 1 5 祁偉 楊亭 單片機(jī) C51 程序設(shè)計(jì)教程與實(shí)驗(yàn) M 北京 北京航空航天大學(xué)出版社 2006 6 樓然苗 李光飛 單片機(jī)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo) M 北京 北京航空航天大學(xué)出版社 2007 4 7 單片機(jī)學(xué)習(xí)網(wǎng) 附錄 附錄 1 詳細(xì)程序 include reg52 h include define PA XBYTE 0 xD1FF PA 口地址 define PB XBYTE 0 xD2FF PB 口地址 define PC XBYTE 0 xD5FF PC 口地址 define CON XBYTE 0 xD7FF 控制字地址 define uchar unsigned char Code Char dis 7 14 0 xA0 0 xBB 0 x62 0 x2A 0 x39 0 x2C 0 x24 0 xBA 0 x20 0 x28 0 xff 0 x7f 0 x3 0 0 x70 共陽 LED 段碼表 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 不亮 A P code char scan con 8 0 xDF 0 xEF 0 xF7 0 xFB 0 xFD 0 xFE 0 xBF 0 x7f 列掃 描控制字 data char disdata 8 0 x08 0 x05 0 x09 0 x02 0 x0b 0 x00 0 x01 0 x0d 計(jì)時(shí)單元數(shù)據(jù) 初值 共 6 個(gè) data char dis 8 0 x00 0 x00 0 x00 0 x00 0 x00 0 x00 0 x0a 0 x00 顯示單元數(shù)據(jù) 共 6 個(gè)數(shù)據(jù) data char con1s 0 x00 con04s 0 x00 con 0 x00 con05s 0 x00 d 0 x00 1 秒定時(shí)用 sbit key0 P3 2 移位鍵 sbit key1 P3 3 加一 sbit BEEP P2 0 蜂鳴器接口 1 毫秒延時(shí)程序 delay1ms int t int i j for i 0 i t i for j 0 j 120 j 掃描程序 scan char k for k 0 k 6 con 0 TR1 0 ET1 0 TR0 1 ET0 1 if con 0 if key1 0 delay1ms 10 while key1 0 d con 2 disdata d if disdata d 14 disdata d 0 dis con disdata d dis 6 0 x0a EA 1 打鈴程序 Play1 uchar i t for i 0 i 100 i BEEP BEEP delay1ms t BEEP 1 Play2 BEEP 1 bell if disdata 0 0 x00 disdata 0 0 x01 disdata 0 0