基于单片机自动打铃系统设计

目录

第一部分设计任务 (2)

1、毕业设计的主要任务 (2)

2、单片机总体设计思路 (2)

第二部分设计说明 (3)

1、单片机介绍 (3)

2、设计说明 (3)

3、软件设计 (8)

第三部分设计成果 (12)

1、开机运行图 (12)

2、自动打铃器源程序 (12)

第四部分结束语 (15)

第五部分致谢 (18)

第六部分参考文献 (19)

第一部分设计任务

1、毕业设计的主要任务

设计一个采用4位数码管显示时间秒、分、时，伴有调时校正电路，响铃控制则是通过作息时间表和定时器来实现自动打铃的单片机控制系统。

对于不同的季节，作息时间可能不同，可以制定多个作息时间表采用开关切换达到目的。

本设计采用了1个开关实现夏季和冬季作息时间的切换，完成一个自动循环。

2、单片机总体设计思路

(1)设计能正常工作的一个单片机最小硬件系统，外围电路包括设置键盘，LCD或LED的显示屏。

(2)进行软件设计，利用单片机系统时钟先设计一个高精度的内部时钟系统，最小精确时间为期1秒。

(3)在秒计数器的基础上设计一个24小时时钟，并设计若干定时功能。

(4)设计打铃执行机构，完成自动打铃功能。

第二部分设计说明

1、单片机介绍

本系统主要由主控模块，时钟模块，显示模块，键盘接口模块等4部分构成。通过内部定时产生中断，从而使驱动电铃打铃。设定51单片机工作在定时器工作方式1，每100ms产生一次中断，利用软件将基准100ms单元进行累加，当定时器产生10次中断就产生1S信号，这是秒单元加1。同理，对分单有采用动态扫描LED的显示。本系统采用四个按键，当时钟时间和设置时间一直时元和时单元计数从而产生秒、分、时的值，通过六位七段显示器进行显示。由于动态显示法需要数据所存等硬件，接口作，进行打铃，每次打铃30s较复杂，考虑显示只有六位，且系统没有其他浮躁的处理程序。

2、设计说明

2.1 AT89C51简介

一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。

2.1.2引脚说明

VCC：供电电压。

P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。

P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH 编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。

P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，

输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。

P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL 门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。

RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。

ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时，ALE 只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。为使该模块化自动打铃系统具有更加方便和灵活性，我们对系统的硬件做了精心设计。硬件电路包括七段式数码管驱动模块、蜂鸣器驱动模块、按钮控制模块等三大模块。

2.2 P3口一些特殊功能口

P3.0 RXD（串行输入口）

P3.1 TXD（串行输出口）

P3.2 /INT0（外部中断0）

P3.3 /INT1（外部中断1）

P3.4 T0（记时器0外部输入）

P3.5 T1（记时器1外部输入）

P3.6 /WR（外部数据存储器写选通）

P3.7 /RD（外部数据存储器读选通）

P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。

89C51各部分引脚图下：

图2-1 89C51各部分引脚图

2.3系统主要硬件电路

系统主要硬件电路系统主要硬件电路作为驱动整个打铃系统的电路又分为七段数码显示电路和蜂鸣器驱动电路。由显示七段数码显示电路和蜂鸣器驱动电路组成的系统硬件主要电路如图

图2-2 系统主要硬件电路

该系统通过按钮控制（系统使用4只按键，3只按键用来调整时间，另一只为强制打铃按钮。

调整选择键SET_KEY：P1.0通过选择键选择调整位，选中位闪烁。

增加键ADD_KEY： P1.1按一次使选中位加1。

减少键DEC_KEY：识别后则进行调时快进，此时停止闪烁。

2.4七段数码管

AT89C51的计时和定时，在七段数码管上显示出来（实现24小时制电子钟，8位数码管显示，显示时分秒），再通过蜂鸣器(BEEP：P3.7)来实现打铃。七段式数码管驱动模块的硬件设计，LED数码管显示器内部有七个条形发光二极管和一个小圆点发光二极管组成，其结果图如下所示

图2-3 七段数码管

因而它的控制原理和发光二极管的控制原理是相同的。根据各管接线的形式，可分成共阴极型和共阳极型。其八个接口对应的字形如下

表1：数码管字形码表 3蜂鸣器驱动模块的硬件设计

2.5蜂鸣器驱动模块

本设计中的蜂鸣器驱动模块用到了蜂鸣器（SPEAKER ）、三极管、100欧姆的电阻。将蜂鸣器的一段接地，另一端接三极管的发射极，三极管的基极通过100欧姆的电阻接在三极管的P3.7引脚，三极管的集电极接+5V 的电源。其电路图如下图所示：

图2-4 蜂鸣器驱动模块

字形

D7

D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 编码

（共阳极） dp

g f e d c b a 0 0 0 1 1 1 1 1 1 C0H 1 0 0 0 0 0 1 1 0 F9H 2 0 1 0 1 1 0 1 1 A4H 3 0 1 0 0 1 1 1 1 B0H 4 0 1 1 0 0 1 1 0 99H 5 0 1 1 0 1 1 0 1 92H 6 0 1 1 1 1 1 0 1 82H 7 0 0 0 0 0 1 1 1 F8H 8 0 1 1 1 1 1 1 1 80H 9

1

1

1

1

1

1

90H

3、软件设计

3.1自动打铃器软件设计

自动打铃器的软件是自动打铃器的另一个重要组成部分。在硬件设计好的基础上，软件设计的成功与否，直接关系到它能否正常运行。根据功能要求，电子打铃器软件采用C51编写，包括：主函数、延时函数、键校时函数、显示函数、时分秒生成函数、控制响铃时间函数。

主函数、延时函数、作息时间表、键校时函数、显示函数、时分秒生成与打铃控制函数、响铃时间控制函数。

主函数通过定时器T0（工作方式为1），实现一日的24小时，首先得初始化，正常走时。主程序调用比较打铃函数，当它与设定的时间相等时，则打铃；利用数码管（其中包含显示函数模块），显示当前时间。当需要对时间进行校正时，可对此程序进行按键扫描，若有键按下，则调用按键处理函数，修改当前时间，若没有键按下，则返回。主函数流程图如图8所示。以下是初始化的部分值：定时/计数器方式控制寄存器:TMOD=01H

寄存器的初值： TH0=(65536-50000)/256

TL0=(65536-50000)%256;

软件控制其启动： TR0=1;

3.2按键处理程序流程图

这部分程序主要是针对时间调整而设计的，通过按键处理函数读取键值，判断是“时”键，还是“分”键。若为“时”键，则小时加“1”，当“时”为“24”时时，显示“00”时；若为“分”键，则分钟加“1”，当“分”为“60”分时，显示“00”分。为防止按键抖动，加10ms延时，消除抖动。按键处理函数流程图如图

图3-1 按键处理程序流程图

3.3选择冬夏时间流程图

首先根据输入P1.0端口的电平信号，判断当前所用时间表为冬季还是夏季；再通过当前时间与时间表内预先设定好的时间相比较，若相等，即为打铃时间，并打铃（通过延时10s实现），否则继续比较，即返回。流程图如图

图3-2 主流程图

3.4作息时间设定

根据课题设计要求，自动打铃器实际上就是一个利用单片机控制的电子闹钟。其基本原理是用电子钟的当前时间与预先设定好的作息时间表作比较，若当前时间与作息表的某时间相符就打铃，每次响铃10秒。作息时间表选定我校冬、夏两季作息时间。

表2 湖南生物机电职业技术学院夏季、冬季作息时间表

第三部分设计成果

1、实物运行图

图3-3 实物运行图

2、自动打铃器源程序

/*冬夏两季作息时间自动打铃系统*/

#include

#define uchar unsigned char

#define uint unsigned int

#define clocknum 22 ;/*22个打铃点*/

sbit P10=P1^0 ;/*冬季、夏季选择,1夏季;0冬季*/ sbit P36=P3^6 ;/*蜂鸣器控制*/

uint

code

summer[]={600,700,750,800,845,855,940,1000,1045,1055,1140,1430,1515,1 525,1610,1620,1705,1715,1800,1900,2200,2330};/*夏季作息时间表*/

Uint

code

winter[]={600,700,750,800,845,855,940,1000,1045,1055,1140,1400,1445,1 455,1540,1550,1645,1655,1740,1900,2200,2300};/*冬季作息时间表*/

uchar

code

SegCode[10]={192,249,164,176,153,146,130,248,128,144} ;/*0~9共阳极段码*/

uchar HMS[3]={12,0,0},C150ms=0,C250ms=0 ;/*时分秒(开机为12:00)及50毫秒计数器*/

void delay(unsigned char time) ;/*延时函数*/ {unsigned char i,j;

for(i=0;i

for(j=0;j<255;j++);}

void KeyBoardScan() ;/*键盘扫描函数*/ {P2=0xff ;/*关闭显示且P2由输出转为输入*/ if(P2!=0xff)

{delay(12);/*延时消抖，约10ms*/

if(P2!=0xff) {/*键识别与处理*/

switch(P2)

{case 0xef:if(++HMS[0]==24)HMS[0]=0;break} ;/*时+1*/

case 0xdf:if(--HMS[0]==255)HMS[0]=23;break} ;/*时-1*/

case 0xbf:if(++HMS[1]==60)HMS[1]=0;break} ;/*分+1*/

case 0x7f:if(--HMS[1]==255)HMS[1]=59;break} ;/*分-1*/

while(P2!=0xff) ;/*等待键释放*/ void display() ;/*显示时、分函数*/

{P2=0xfe ;/*指向时高位*/

P0=SegCode[HMS[0]/10] ;/*显示时高位*/

delay(4) ;/*延时约5ms*/

P2=0xfd ;/*指向时低位*/

if(C150ms/10)

P0=SegCode[HMS[0]%10] ;/*显示时低位*/

else

P0=0x7f&SegCode[HMS[0]%10] ;/*带小数点显示时低位*/ delay(4) ;/*延时约5ms*/

P2=0xfb ;/*指向分高位*/

P0=SegCode[HMS[1]/10] ;/*显示分高位*/

delay(4) ;/*延时约5ms*/

P2=0xf7 ;/*指向分低位*/

P0=SegCode[HMS[1]%10] ;/*显示分低位*/

delay(8) ;/*延时约3ms*/

void main()}

TMOD=0x11 ;/*T0、T1定时,均为方式1*/ TH0=(65536-50000)/256 ;/*T0定时50ms*/

TL0=(65536-50000)%256

ET0=1 ;/*允许T0中断*/

ET1=1 ;/*允许T1中断*/

PT0=1 ;/*T0高优先级*/

EA=1 ;/*开中断*/

PT0=1 ;/*T0高优先级*/

TR0=1 ;/*启动T0*/

while(1)

{KeyBoardScan()} ;/*扫描键盘*/ {display()} ;/*显示时间*/ void TC0(void)interrupt 1 ;/*T0中断处理函数——产生时分秒*/ {uchar i;uint clock;}

第四部分结束语

这次的课程设计我选择的是STC89C52RC单片机的自动打铃器的设计，主要的过程：

(1)老师给我们提供了课题并在第一天上午给我们耐心的讲解了此次设计所需要掌握的知识，和所需要使用到的软件，并进行了演示，这让我明白自己应该要设计什么，需要哪些要求，但是对于整个设计过程需要计算的一些数据还是没有一个清晰的思维模式。

(2)在老师的讲解与点拨下我弄清楚了第一步应该干什么？第二步应该干什么？整体上有了一个框架。

(3)根据自己的思维，查阅各种书籍以及根据从实验室借回来的STC89C52RC 开发板进行熟悉与了解它的引脚及其各种功能。

(4)在这次的设计中，老师要求我们使用C语言的编程将程序放进KEIL软件中进行编译，并且放置发烧工具中进行调试实现其效果，而在这个过程中遇到的最大的困难便是程序的编写，由于自己之前对C语言的编写能力还不够强大，以至于第一次编写后在开发板上实现不了其效果，出现的只是4个0，并且按键和蜂鸣器都无效，同时在调试的过程中也有出现了非法打铃状况但却不知道问题原因在哪，应该怎么解决，只有寻求老师的帮助，老师很细心也很耐心的给我讲解了整个程序编写我应该具备哪些函数，应该怎样去实现，老师还提供给了我数字电子钟的程序，回来再次修改程序中，还是遇到了很多的困难，例如在比较函数中，让让当前时间与之前自己设置的时间去比较，若相等则打铃不相等则返回，一次次的更改，一次次的琢磨，在中间的过程中出现按键7点59分时，则时间继续走，但在8点整式实现了打铃但是显示时间清零了并且打铃一直不中断，还有也由于自己不够仔细，在调试的过程中没有将时间逐一的去比较，只是验证了几个结果，以至于有出现了非法打铃的情况，而此时自己静下心来把老师所给的数字电子钟的程序从头至尾反复的理解、琢磨它每一个语句所实现的功能，达到的效果，最后的程序在老师的指导与帮助下编写完成并能够在STC89C51RC开发板中实现其全部的效果。

课程设计诚然是一门专业课，给我很多专业知识以及专业技能上的提升，同时，设计让我感触很深。使我对抽象的理论有了具体的认识。使我了解了

STC89C52RC单片机的强大功能，以及具体的实现。我觉得在今后的学习和工作实践过程中，一定要不懈努力，不能遇到问题就想到要退缩，一定要不厌其烦的细心的发现问题所在，然后一一进行解决，只有这样，才能成功的做成想做的事，才能在今后的道路上披荆斩棘。

第五部分致谢

近三年的学习不仅使我的知识结构和实践能力上了一个新台阶更重要的是各方面的素质得到了提高。而这一切都要归功李老师的深切教诲与热情鼓励。值此毕业设计顺利完成之际我首先要向我尊敬的老师表达深深的敬意和无以言表的感谢。同时感谢老师在我学习期间给予的帮助。感谢和我一起工作的灵活考虑问题的方式严谨的解决问题的态度，钟兴年扎实的专业知识功底认真的态度都给我留下了深刻的印象。没有他们无私的帮助我是无法完成毕业设计工作的。感谢我的挚友。他们在一起度过了很多快乐开心的日子。在他们的帮助下我顺利的解决了生活中遇到的各种困难。

最后深深的感谢呵护我成长的父母。每当我遇到困难的时候父母总是第一个给我鼓励的人。回顾20多年来走过的路每一个脚印都浸满着他们无私的关爱和谆谆教诲10年的在外求学之路寄托着父母对我的殷切期望。他们在精神上和物质上的无私支持坚定了我追求人生理想的信念。父母的爱是天下最无私的最宽厚的爱。大恩无以言报惟有以永无止境的奋斗期待将来辉煌的事业让父母为之骄傲。我亦相信自己能达到目标。最后向所有关心我的亲人、师长和朋友们表示深深的谢意

第六部分参考文献

【1】单片机C语言应用100例[M].王东峰.北京电子工业出版社,2009.7.P151-161

【2】51单片机原理及应用[M].陈海宴.北京航空航天大学出版社.2010.8.P62-65

【3】单片机入门与开发[M].李平.北京:机械工业出版社.2008.9.P33-37 【4】现代传感器应用技术[M].王俊峰、孟令启.北京机械工业出版社.2007.10.P67-70

【5】MSP430系列单片机接口技术及系统设计实例[M].魏小龙.北京:北京航空航天大学出版.2002.9.P85-88