单片机课设定时闹铃设计

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1、1技术指标 11.1 指定功能 11.2 添加功能 12设计方案及其比较 12.1 方案一 12.2 方案二 22.3 方案三 22.4 方案比较 33实现方案 33.1 器件选择说明 33.1.1 单片机芯片的说明 33.1.2 LED数码管的说明 63.1.3 LED发光二极管的说明 63.1.4 蜂鸣器sounder的说明 73.2 最终实现方案 73.2.1 设计模版框图 73.2.2 硬件原理图 73.2.3 软件流程图 83.2.4 程序设计 124调试过程 194.1 调试过程中遇到的问题 194.2 功能展示 194.2.1 功能展示一 194.2.2 功能展示二 234.2.

2、3 功能展示三 244.3 元器件清单 245心得体会 256参考文献 26定时闹铃的设计1技术指标1.1 指定功能以89S51为核心芯片，设计一个定时闹铃，要求如下：A:能够显示定时的时间；B:定时时间到让相应的二极管发光。1.2 添加功能A:可以2s或15s为步进设置定时时间；B:定时时间到，蜂鸣器发出“叮咚定”的音乐声；C:定时时间到，可按下相应按键暂停延长定时时间5s；D:定时开始后的任意时间内可关闭闹钟，并闪烁显示已经定时的时间总数；E:当出现错误操作时，发出警告。2设计方案及其比较2.1 方案一采用89C51芯片，设计硬件电路图，设计如下：1 .由两个两位的数码管分别输出定时时间的

3、分钟数和秒钟数。2 .外加四个按键，分别为定时闹钟时间的设定按键、闹钟开始定时按键、闹钟暂停按 键、闹钟关闭按键。3 .外加三个LED灯，分别为闹钟到时LED灯、闹钟暂停LED灯、闹钟错误操作警告 LED 灯。4 .外接蜂鸣器，用作闹钟到时时的音乐播放。完成的硬件设计电路图如图1所示。25图1方案一硬件原理图2.2 方案二采用89S51芯片，设计硬件电路图。因protues仿真软件中无89S51芯片, 功能等与89C51也相同，所以硬件设计与89C51并无差别。而其引脚、2.3 方案三采用89C51芯片，通过键盘输入定时时间，设计硬件电路图如图2所示FJltfK-L力laED raiiiTTP

4、3raarrlPUlBl-I*X-uli-!.! L,?图2方案三硬件原理图采用键盘输入定时时间，则通过 16个外界按钮来控制输入的时间多少。而每个键盘输入时必须用查询发来搜索相应的键盘数字，这里我们需要用到09九个数字，键入四次分别设置分钟和秒钟。2.4方案比较对比方案一与方案二，查找相关器件的功能差别，发现 89S51为89C51的扩展，相对 于89C51新增了很多功能，如下：1 .最高工作频率提高到了 33MHz,从而具有了更快的计算速度；2 .具有双工UART串行通道；3.内部集成看门狗计时器，无需外接单元电路，等。但是由于本次闹铃设计与这些新增的功能无关，而且在protues仿真软件

5、中没有89S51 器件,所以在本次设计中选择 89C51。对比方案一与方案三，方案三操作比较方便，但考虑到其他添加的功能的可实行，键 盘扫描程序相对增大了复杂度，相比较直接通过外部中断程序设置时间要可行一些，所以 为了程序尽可能的简洁，选用方案一。综上所述，本次闹铃的设计采用方案一。3实现方案3.1 器件选择说明3.1.1 单片机芯片的说明本次课程设计选用AT89C51芯片。AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory 的低电压、高性能 CMOS8 位微处理器，俗 称单片机

6、。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。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89C51是一种高效微控制器， 89C2051是它的一种精简版本。89C51单片机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。AT89C51芯片的弓脚图如图3所示P2RSISB 1 f,AT89C5JPI JPO. 1P .2PO. 2PL3pa, 3PL4P0.4P3.5POL 5P X，PO.6Pl 7P0.7RSTP2.7P3.QP2.6P3.1P2,5P3 2P2 4

7、t3.3PZ.3P3.4p7.2P3.5P2J电2A1JEEAP3.7A I AL2VCJCJAT AL1vss6O12 3 4S67R 1234 5 678911111111二 1l C5KIK LK-c6KBDATA鞋盘按口图3 89C51芯片引脚图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/地址的低八位。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

8、阻的8位双向I/O 口尸1 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 口作为低八位 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

9、”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。P3 口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如表 1所示。表1 AT89C51 P3 口特殊功能表接口功能P3.0 RXD用行输入口P3.1 TXD用行输出口P3.2 /INT0外部中断0P3.3 /I

10、NT1外部中断1P3.4 T0内部中断0P3.5 T1内部中断1P3.6 /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。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

11、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。/PSEN:外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的 /PSEN信号将不出现。/EA/VPP:当/EA保持低电平时，则在此期间为外部程序存储器（0000H-FFFFH）, 不管是否有内部程序存储器读取外部 ROM数据。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET;当/EA端保持高电平时，单片机读取内部程序存储器。（扩展有外部ROM时读 取完内部R

12、OM后自动读取外部ROM）。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编 程电源（VPP）。XTAL1 :反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2:来自反向振荡器的输出。3.1.2 LED数码管的说明本次设计采用了两个两位的共阳极 LED数码管。LED数码管（LED Segment Display由多个发光二极管封装在一起组成“ 8”字型的 器件，引线已在内部连接完成，只需引出它们的各个笔划，公共电极。数码管实际上是由 七个发光管组成8字形构成的，加上小数点就是 8个。这些段分别由字母a,b,c,d,e,f,g,dp 来表示。LED数码管引脚定义图如图4所示。图4 LED数码

13、管引脚定义图LED数码管根据LED的接法不同分为共阴和共阳两类，我选用了两位的共阳极数码 管，通过P0 口的输出控制数码管的段选，P2 口的输出控制数码管的位选。在设计过程中, 只要通过轮流位选显示，利用人眼的视觉暂留特性即可实现数码管的动态显示。本次设计 采用了两个两位的数码管，一个用来显示分钟数，一个用来显示秒钟数。3.1.3 LED发光二极管的说明在protues仿真软件中，LED发光二极管仅需理想导通就能发光，控制简便，只需将 其一端接地，另一端接输出口，当输出为高电平时，可导通，LED灯亮。若要其闪烁显示, 则可通过间接性输出1、0即可。3.1.4 蜂鸣器sounder的说明蜂鸣器按

14、其是否带有信号源分为有源和无源两种类型。有源蜂鸣器只需要在其供电端 加上额定直流电压，其内部的震荡器就可以产生固定频率的信号，驱动蜂鸣器发出声音。 无源蜂鸣器可以理解成与喇叭一样，需要在其供电端上加上高低不断变化的电信号才可以 驱动发出声音。对于有源蜂鸣器来说，因为其内含有信号源，因此只要加上额定的工作电压就可以发 出固定频率的声音，因此，我们在实验板中，只要将 P3.7端口置成低电平，就可以使 Q1 导通，蜂鸣器得电工作。对于无源的蜂鸣器，驱动其发出声音就较为复杂，因为它本身不 带信号源，因此，只是通上电源，是不能发出声音的，必须要不断的重复“通电一断电”， 才能使其发出声音，我们可以通过编

15、写程序，控制P3.7 口不断的置为高电平一低电平一高 电平，这样蜂鸣器就可以不断的通、断电，从而发出声音。而通电、断电的时间不同， 相当于振荡周期的不同，因此又可以得到不同频率的声音。在proteus仿真软件中，sounder为无源蜂鸣器，speaker为有源蜂鸣器，本次设计采用 sounder,将其一端连接于单片机P3.7 口，另一端接地。通过内部定时器控制其频率发出需 要的声音即可。3.2 最终实现方案3.2.1 设计模版框图整个闹铃设计分为3个模块，框图如图5所示。单片机模块外部控制模块 一显示模块tyJVd图5模版模块框图3.2.2 硬件原理图本次闹钟设计所采用的器件在上面均已说明，在

16、protues仿真软件中将其按需求组合起 来，设计如下：1 .由两个两位的数码管分别输出定时时间的分钟数和秒钟数，段选接P0 口，位选接P2 口的 P2.0与 P2.1、P22 P2.3。2 .外加四个按键，分别为定时闹钟时间的设定按键、闹钟开始定时按键、闹钟暂停按键、闹钟关闭按键，分别接 P3.2、P33 P34 P3.6接口3 .外加三个LED灯，分别为闹钟到时LED灯、闹钟暂停LED灯、闹钟错误操作警告 LED 灯，分别接 P3.0、P3.1、P1.0接口。4 .外接蜂鸣器，用作闹钟到时时的音乐播放，接 P3.7 口。组成相应的硬件原理图，如图6所示。分秒iXTALlXTAL2BUITF

17、0W.RI3 2.34 rSAAAZ rOJRitiS FO.nAAl*M前同， FD.TUUTFZVUnAiD rzjfAii F2.M1Z FZSTAIS F21VA1I- rzjMisTS3 4 5-6/-SA Ui U”mx。B.1TTXD FJaiMTU Fl J1HT1FInTIQ PMfTI到时哲停1广1呵问2s吐sJ/1168 Io片开始/暂停关0 r r r .D1 IBI-REI T&CP-定? CD2 LEkFEt T=-rac：siTBnjpiiT蜂鸣器S4UHDEH闭闹却图6最终方案硬件原理图3.2.3 软件流程图根据设计好的硬件原理图，并综合闹铃所具有的各种功能，设

18、计软件流程图，在程序 编写过程中，需要用到四个外部中断，两个内部中断以及输出显示，所以整个软件流程图 分为外部中断函数0流程图、外部中断函数1流程图、查询中断函数1流程图、查询中断 函数2流程图、内部中断函数0流程图、内部中断函数1流程图、显示函数流程图、主函 数流程图八个部分。外部中断函数0 （左）、外部中断函数1 （右）主要用来设置闹钟的定时时间，流程图如图7所示。图7外部中断函数流程图查询中断函数1用来控制闹钟的关闭功能，流程图如图 8所示图8查询中断函数1流程图9所示所示。图9查询中断函数2流程图查询中断函数2用来制闹钟的定时开始或者暂停功能，流程图如图主函数流程图如图10所示图10主

19、函数流程图内部中断函数0 （左）、内部中断函数1 （右）用来做定时器，流程图如图11所示在编写内部中断函数1时，用了三个频率的声音，另外加了一个警告音，因为使用的 逻辑思路一致所以只选择了控制两个频率的流程图来作为典型示范，在右边流程图中其它 的就不一一列举出来了。开始Static i=0图11内部中断函数流程图处理显示函数时，分为正常显示（左）和闪烁显示（右），流程图如图12所示.由于显示函数利用了段选位选，这里选用控制一个两位的数码管作为典型，数码管的 动态显示本身未一个循环，更多位可以以此类推。图12显示函数流程图3.2.4 程序设计根据硬件原理图和软件流程图的设计，整个闹铃程序设计如下

20、：#include#include#define uint unsigned int#define uchar unsigned charuchar table10=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90;/数码管段选uchar wei4=0x01,0x02,0x04,0x08;/数码管位选sbit k1=P3A2;sbit k2=P3A3;sbit k3=P3A6;sbit k4=P3A4;sbit I=P3A7;sbit LED1=P3A1;sbit LED2=P3A0;sbit LED3=P1A0；/定义变量uint num1,

21、num2,num3,num=0,count=0,t=0,flag1=0,flag2=0,show1=0;void delayms(uint ms) while(ms-) uint m; for(m=0;m=240) num=240;count=3; /flag1为是否处于时间设置状态判断标志位/count为定时闹钟状态条件判断分量/num为定时时间/最大定时时间为4s/设置定时时间，以2s为步进外部中断0中断程序void shezhi2() interrupt 0if(k1=0) count=0;flag1=1;num=num+15;t=0;if(num=240) num=240;count=

22、3;void kongzhi()if(k4=0)/设置定时时间，以15s为步进/用查询法设置外部中断，设置闹钟开始定时或者暂停 delayms(3); while(!k4);if(k4=l)/去抖 flag2=1;/flag2为开始定时状态标志位t+;/t为判断闹钟定时时间设定后状态的判断t=t%3;/t只有三种状态：定时开始、暂停、时间未设置警告if(flag1=0) count=4;/未设置时间，发出警告t=4;if(t=1) TR0=1;/定时开始show1=0;/show1为对已经定时时间总的统计count=0; if(t=2) num=num+5;/暂停，延时定时五秒count=2;

23、flag1=0; if(t=0) count=4; /需重新设置时间，只能暂停一次越正 百口void dingshi() interrupt 1内部定时, static uint i=0;i+;if(i=20) i=0；num-;/ i为计数，20次50ms为1sshow1+=1;每定时一秒，对定时时间减if(num=0) count=1; TH0=(65536-50000)/256;TL0=(65536-50000)%256;void music() interrupt 3 static uint j=0;if(count=4|count=3)if(j250) I=I;j+;TH1=(655

24、35-1428)/256;TL1=(65535-1428)%256;elseif(j150) I=I;j+;同时对计算定时时间变量show1加/定时时间到，进入对应情况/设置内部定时器初始值，到溢出时间为50ms/出现警告时蜂鸣器发出“哗”的一声/初始值用来控制声音的频率当定时时间到时，发出“叮咚丁”的音乐声TH1=(65535-1428)/256;TL1=(65535-1428)%256; if(150j300)j+;TH1=(65535-2000)/256;if(j=750) j=0； void close() if(k3=0) if(flag2=1) count=5; void clos

25、eshow() display(showl);if(count=1) TR0=0;TR1=1;LED1=1;LED2=0;if(count=2) TR0=1;TR1=0;LED1=0;LED2=1; delayms(10);TL1=(65535-2000)%256;I=I; if(300j 口 mvxb i 工 rtdTAiS ro.31j + pniAfcs nwxbfi rtLTfAHrziar.uFZ.VA3 FZJ/iKID 可补H P2.1Z rzamia rsmiE FZ.TJVr.ISF3DRXI rjvr.j ru ri ri.ra rajbTiP3.#rtiT图13初始界面按

26、下时间/+2s按键，可设置定时时间增加 2s,如图14所示。图14设置时间增加2秒图按下时间/+15s按键，可设置定时时间增加15s,此时总定时为17s,如图15所示。5.i J I WiB*JTI1DI fl为FUnAD 口 PD.IMD1 ，口 NADNXT田口rSEN善告用的户. ，口 WD， ，口后口汇 FQ1/AQ7rmsFZ.IW FZ2M10 工 13tA Afil3 NiSAI， F37M+5e WlxR 肛IBM ML,前 FilMTIP3.4TTD fJfiTi 绐蟀鸣零时间/+方U,定可八lbs片开熔暂停闭闱钟普停图15设置时间按下开始定时/暂停按键，定时开始，数码管示数

27、每秒减一。17s后，定时时间到，到时LED灯亮，蜂鸣器发出音乐声。如图16所示。附比塔斯曲CJhM分秒 西关闭闹钟nd NaJi-fdTPZJVAI3 FNHM一 FZ.WA&UBNXI nvrw j j .aimPKTn KMzra r3j F37IHE-呼时可/+153定时开始，暂停图16定时时间到图20中途关闭闹钟27图17暂停延时到时关闭闹钟，数码管闪烁显示总定时时间 22s。如图18所示。叮岫母FZ.i5SOINXP ri-nxiFl-SIXTH paaiiTfC.TD rarias mITT飞尸;.时间/+2sL产1/时b/+15s,廿4定货开始/哲停!产力一关闭闹钟电电电MMrt

28、EE H修l7蜂鸣裔心14.2.2功能展示二情况制定：定时30s,但再定时开始10s后取消闹钟定时设置定时时间如图19所示，并开始定时。分秒，停1时间/+区时JZ+153曰定时开始了暂停关闭闹钟Z,UMM rami TUXffiDT EAZ FD.-ittD a FUR串口， 口 W* 口， u/m”KWTxBpjTam*，.际NKl gjynmm口和Me正耳” p FHJLWTl ，工田1Z ，工 SA 口 fZBA1 + fZJU-tfD2IE白B4UNDDI Tee_Lli图19设置时间定时开始10s后关闭闹钟，闹钟闪烁显示10so如图20所示分秒号.1.时间八2s D时 W+l5g定开

29、始/暂停 性胃1_1鼻，关闭闹许一该情况设定展示的功能为闹钟开始后可随时关闭。且中途关闭时最后闪烁时间显示实际定时的总时间，如当前情况定时开始10s后关闭则闪烁显示10s。4.2.3功能展示三情况制定：1.没有设置时间直接开始闹铃，为错误操作。2 .暂停延时5s后继续按下暂停按键，为错误操作。3 .设置时间超过240s,为错误操作。这些错误操作，闹铃都会直接显示警告，警告灯亮，蜂鸣器发出警告音，数码管显示 -。如图21所示。图21错误操作以上为我设计的闹铃的基本功能展示，有很多不足与带扩展的地方今后会慢慢加以改 进。4.3元器件清单本次课程设计是在仿真环境下模拟运行的，若要在实际中组装，需具体

30、到每个元器件 的规格、数量，而本次实验没有实物连接图，所以只在这里给出了元器件清单供参考，元 器件清单表如表2所示。表2兀器件清单表元件名称规格数量89C51SN8P27111蜂鸣器AT22081共阳极数码管XR-S2821AR2LED发光二极管ED-0124ST35心得体会本次课程设计历经了三个星期，从初始的规划慢慢到成型再优化，在自我认识与完善 中，我获取了许多的知识与经验。因为上学期单片机知识的积累，这次的课设并没有太大的难度，主要知识点集中于单 片机中断的运用于控制，我在设计当中使用了两个外部中断两个内部中断以及两个查询法 控制的运用，同时包含了数码管、LED灯的控制，几乎是将上学期所

31、学到的大部分知识点 涵盖在了其中。对于学习过的知识点，时间长了稍稍有些遗忘，因为这次课设，又重新拿 出来复习了一遍，印象也深刻了许多。在课程设计过程中，难免会遇到一些问题，发现之 后改正过来甚至会引发另一个小问题，有一段时间就是出于这样一个死循环之中，但是好 在我没有放弃，将思路重新理顺了一遍，再贯彻到程序之中，程序也变得清晰了起来。这 时候我明白了，遇到问题与阻碍的时候，维持一颗平常心，理智处理的重要性。因为最近考试很多，加上也有一些实验，为了节省时间，这次的编程我就采用了比较 简单易编写的C语言，而没有使用汇编。这是一部分的遗憾，我觉得使用汇编编写对我将 会是一个很大的挑战和提高。在整个闹

32、铃功能设计中，我觉得也有很多需要改进和发展的 地方，如若可以媲美我们现在手机中使用的软件，才是最佳的阶段。我将在今后的学习生 涯中继续提高这方面的能力，不断的发展和提升自我。总得来说，这次课设虽没有达到完美的设计，但也倾注了我不少的心血，同时也是对 我学过知识的一个总结与回馈，对以前学习的知识加深了记忆。就我所选的课设所涉及的 课程内容比较单一，仅限于单片机编程，硬件部分也没有用到其他电路设计，所以综合应 用方面会在其他时机进行拓展。学习就是不断的将理论加以运用，将思想变活，我想这才 是我们学习最大的意义。6参考文献1 高锋.单片微型计算机原理与接口技术.北京：科学出版社，2007.2 郭天祥.新概念51单片机C语言教程.北京：电子工业出版社，2009.30