智能仪器仪表综合设计与实训报告书.doc

成绩：课 程 设 计 报 告 书所属课程名称 智能仪器仪表综合设计与实训 题 目 作息时间控制器的设计 分 院 机电学院 专 业、班 级 测控技术与仪器 B1003 学 号 0614100328 学 生 姓 名 张思琪 指 导 教 师 杨亮 周春明 赵娜 2013 年 12 月 06 日目 录1 课 程 设 计 任 务 书- 2 -2 总 体 设 计 方 案- 4 -2.1总体设计方案框图- 4 -2.2芯片介绍- 5 -2.2.1 AT89C51芯片- 5 -2.2.2 8051简介- 7 -3 硬 件 电 路 设 计- 9 -3.1复位电路- 9 -3.2时钟电路- 9 -3.3数码管显示模块- 10 -3.4闹钟模块- 11 -3.5按键控制模块- 11 -4 程 序 设 计- 13 -4.1主程序设计- 13 -4.2 中断子程序- 14 -4.3 按键扫描子程序- 15 -5 结 果 验 证- 17 -5.1装置调试- 17 -5.2 Proteus软件仿真- 18 -6 结 论- 21 -7 参 考 文 献- 22 -附一：源程序代码- 23 -附二：系统原理图- 37 -辽东学院1 课 程 设 计 任 务 书课程设计题目： 作息时间控制器的设计 课程设计时间：自 2013 年 11 月 15 日起至 2013年 12 月 6 日课程设计要求：（1） 通过按键设定上下课作息时间；（2） 根据已设定作息时间表进行到时提示；（3） 设定广播时间，并播放一小段音乐；（4） 利用数码管或液晶块显示上下课状态。 学生签名： 2013 年 12 月06 日课程设计评阅意见项目课程设计态度评价10%出勤情况评价10%任务难度、量评价10%创新性评价10%综合设计能力评价20%报告书写规范评价20%答辩20%成绩综合评定等级评阅教师： 2013年 月 日2 总 体 设 计 方 案2.1总体设计方案框图设计实现的功能主要有：使用4位七段显示器来显示现在的时间，显示格式为“时分”，由LED小数点闪动作为秒计数表示。可以设定作息时间，并进行到时提示。能够根据预先设定好的作息时间表自动启停控制电路，完成对外部设备的实时控制。由按键输入控制设置年月日以及当前时间、并可设置闹钟定时，时间到由蜂鸣器发出响声并作出相应动作：二极管闪亮，同时播放音乐。2.2芯片介绍2.2.1 AT89C51芯片 1. 特性概述AT89C51是一种带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。AT89C2051是一种带2K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的单片机。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AT89C51是一种高效微控制器，AT89C2051是它的一种精简版本。AT89C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。2. 管脚说明VCC：供电电压。GND：接地。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P0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外部必须接上拉电阻。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”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。3. 管脚备选功能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（计时器0外部输入）P3.5 T1（计时器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。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低位字节。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。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，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。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，此间内部程序存储器。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。2.2.2 8051简介单片微型计算机简称为单片机，又称为微型控制器，是微型计算机的一个重要分支。单片机是70年代中期发展起来的一种大规模集成电路芯片，是CPU、RAM、ROM、I/O接口和中断系统于同一硅片的器件。80年代以来，单片机发展迅速，各类新产品不断涌现，出现了许多高性能新型机种，现已逐渐成为工厂自动化和各控制领域的支柱产业之一。1管脚说明VCC-芯片电源，接+5V；VSS-接地端； XTAL1、XTAL2-晶体振荡电路反相输入端和输出端。2控制线控制线共有4根；ALE/PROG:地址锁存允许/片内EPROM编程脉冲； ALE功能：用来锁存P0口送出的低8位地址； PROG功能：片内有EPROM的芯片，在EPROM编程期间，此引脚输入编程脉冲。 PSEN:外ROM读选通信号； RST/VPD:复位/备用电源。 RST（Reset）功能：复位信号输入端； VPD功能：在Vcc掉电情况下，接备用电源。 EA/Vpp:内外ROM选择/片内EPROM编程电源。 EA功能：内外ROM选择端；Vpp功能：片内有EPROM的芯片，在EPROM编程期间，施加编程电源Vpp。3I/O线80C51共有4个8位并行I/O端口：P0、P1、P2、P3口，共32个引脚。P0口有三个功能： 外部扩展存储器时，当做数据总线（如图1中的D0D7为数据总线接口）； 外部扩展存储器时，当作地址总线（如图1中的A0A7为地址总线接口）；不扩展时，可做一般的I/O使用，但内部无上拉电阻，作为输入或输出时应在外部接上拉电阻。P1口只做I/O口使用：其内部有上拉电阻。P2口有两个功能： 扩展外部存储器时，当作地址总线使用；做一般I/O口使用，其内部有上拉电阻。P3口有两个功能：除了作为I/O使用外（其内部有上拉电阻），还有一些特殊功能，由特殊寄存器来设置。3 硬 件 电 路 设 计 3.1复位电路位电路采用上电+按钮电平复位，其中电阻的选取R1约为0.2k左右R2约为1k左右。保证加载RST引脚上的高电平持续两个机器周期，才能使单片机有效地复位如图3-1所示。图3-1复位电路3.2时钟电路单片机内部有一个用于构成振荡器的高增益反响放大器，此放大器的输入和输出端分别是引脚XTAL1和XTAL2，在XTAL1和XTAL2上接外接时钟源即可构成时钟电路，如图3-2所示。 图3-2时钟电路参数选取：C2，C3对频率有微调作用，当外接晶振时，C2和C3通常选取1030pF，当外接陶瓷振荡器时，C2和C3的典型值约为2050pF。振荡频率范围一般是1.212MHz。3.3数码管显示模块 图3-3显示模块 时间显示模块主要由四位七段数码管来显示，配合按键控制模块的校正与设定时间，相应的显示。时间正常显示时，LED每闪动60次，分钟自动加一；每六十分钟小时自动加一；每24小时天自动加一。3.4闹钟模块 图3-4闹钟模块闹钟模块快的主要功能即闹铃。当设定时间与当前时间一致时，则闹钟自动闹铃进行提示，同时二极管闪亮一分钟后，自动退出响铃状态，若按K3键，闹钟退出响铃状态。3.5按键控制模块 图3-5按键控制按键设定部分比较简单，因为本系统按键少，所以在设计上采用了独立按键方式，程序的编制上也采用了简单的扫描方式。按键控制模块主要有由四个按键组成：K1、K2、K3、K4、。其中K1的功能是模式切换键；K2的作用是加一；K3的作用是闹钟使能；K4的作用是减一。闹钟设定：当我们需要闹钟提醒时即可使用此功能，连续按三下K1键即可进入闹钟小时设定状态，通过K2键加一或K4键减一，进行 小时设定，再按一次K1键即可进行分钟设定，其设定原理与小时设定原理相同，按一下K3键，则时间设定完毕，到时会自动响铃。闹钟响铃：当我们设定的时间与当前时间一致时，则闹钟就会自动响铃提示，与此同时发光二极管闪亮，一分钟后响铃停止，发光二极管熄灭，若在此期间按下闹钟使能键K3同样能使响铃停止，发光二极管熄灭。日期校正：当我们需要与当前日期保持一致时，则可以使用日期校正功能，连续按动五次K1键，则进入月份校正状态，通过K2加一键或K4减一键进行校正月份，再按一次K1键，则可进行日期校正，校正原理同月份校正原理相同。时间校正：当我们需要正确的显示时间即可进行时间校正，按一下K1即进入小时校正状态，通过K2加一或K4减一来进行小时校正，再按一次K1键即可进行分钟校正，校正原理同小时校正相同年份校正：当我们需要保持年份与当前年份一一致时，则可以进行年份校正。连续按动七次K1键，即进入年份校正状态，通过K2加一键或K4减一键进行校正。 4 程 序 设 计本系软件设计中，利用单片机定时器设计时间计时处理，采用单片机内部的T0定时器溢出中断来实现，工作在T1方式下，定时50微妙，则连续中断20次即为一秒，得到了我们所需时间的最小单位该设计用C51编写程序，由于汇编语言的移植性比较差，而C语言则比较灵活。许多子函数都可以直接移植过去。在程序中除了有主函数外还包含许多子函数，如延时函数、按键扫描函数、初始化函数、时间显示函数、设定闹钟显示函数、设定日期显示函数、设定年份显示函数、月份选择函数、年份显示辅助函数。4.1主程序设计 在主控程序循环中主要工作为扫描是否有按键，若有按键则应做相应的功能处理，同时也扫描显示器显示时间数据，并检查所设置的时间是否到了，时间计时处理程序是等过了1S后，则更新时间数据，将最新的时，分，秒的数据转换为数字数据并显示在七段显示器上。程序中是这样判断是否过了1S的：设一旧秒数变量，当新旧秒数变量不一样时，则表示已过了1S，要做相关程序时间处理了。 图4-1主程序流程图4.2 中断子程序中断子程序的主要功能：提供时间基准。当连续中断20次时，即为一秒，此时秒加一；当秒值为60时，分钟加一，同时秒清零;当分钟值为60时，小时加一，同时分钟值清零；当小时为24时，天值加一，同时小时清零；由于每月天数不定，1、3、5、7、8、10、12月为31天，当计数到此类月份时，天值为32时，月值加一，同时天值为1；4、6、9、11月为30天，当计数到此类月份时，天值为31时，月值加一，同时天值为1；如果是闰年，则2月为29天，当计数到此类月份时，天值为30时，月值加一，同时天值为一；如果不是闰年，则2月为28天，当计数此类月份时，天值为29时，月值加一，同时天值为一；当月值为13时，则年值加一，同时月值为一。图4-2定时器中断函数4.3 按键扫描子程序 按键扫描子程序是程序计中相当重要的一部分。按键扫描子程序的功能是：扫描是否有按键按下，若有键按下，则执行相应功能。 图4-3按键扫描子程序5 结 果 验 证5.1装置调试 1.设定的初始时间如图5-1-1所示 图5-1-1时间显示 2.设定闹钟时间图5-1-2所示图5-1-2闹钟设定时间3.设定的闹钟时间与当前时间相同，闹钟音乐播放图5-1-3图5-1-3闹钟音乐播放5.2 Proteus软件仿真初始界面：启动Proteus进行仿真时显示的初始化时间。设定时间初始值是20:05:59仿真时时间跳转到20:06。初始界面仿真图如图5-2-1所示。图5-2-1时间显示仿真图 时间校正：当我们需要正确的显示时间即可进行时间校正，按一下K1即进入小时校正状态，通过K2加一或K4减一来进行小时校正，再按一次K1键即可进行分钟校正，校正原理同小时校正相同。其仿真图如图5-2-2所示。图5-2-2 时间校正仿真图闹钟设定：当我们需要闹钟提醒时即可使用此功能，连续按三下K1键即可进入闹钟小时设定状态，通过K2键加一或K4键减一，进行小时设定，再按一次K1键即可进行分钟设定，其设定原理与小时设定原理相同，按一下K3键，则时间设定完毕，到时会自动响铃。调试时将时间设定为20.08。其仿真图如图5-2-3所示。图5-2-3闹钟设定仿真图日期校正：当我们需要与当前日期保持一致时，则可以使用日期校正功能，连续按动五次K1键，则进入月份校正状态，通过K2加一键或K4减一键进行校正月份，再按一次K1键，则可进行日期校正，校正原理同月份校正原理相同。其仿真图如图5-2-4所示图5-2-4日期显示仿真图年份校正：当我们需要保持年份与当前年份一一致时，则可以进行年份校正。连续按动七次K1键，即进入年份校正状态，通过K2加一键或K4减一键进行校正。其仿真图如图5-2-5所示图5-2-5年份显示仿真图闹钟响铃：当我们设定的时间与当前时间一致时，则闹钟就会自动响铃提示，与此同时发光二极管闪亮，一分钟后响铃停止，发光二极管熄灭，若在此期间按下闹钟使能键K3同样能使响铃停止，发光二极管熄灭。其仿真图如图5-2-6所示。图5-2-6闹钟音乐播放仿真图6 结 论两个星期的课程设计结束了，从中我们学到了很多东西且感悟良多,体会到了课本联系实际,学以至用,设计思想,实际动手能力都有所提高。作为一名大四学生，我觉得做单片机课程设计是十分有意义的，而且是十分必要的。回顾起此次课程设计，至今我仍感慨颇多，的确，从从拿到题目到完成整个编程，从理论到实践，在整整半个学期的日子里，可以学到很多很多的的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做的，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固，比如说结构体通过这次课程设计之后，一定把以前所学过的知识重新温故。要做好一个课程设计，就必须做到：在设计程序之前，对所用单片机的内部结构有一个系统的了解，知道该单片机内有哪些资源；要有一个清晰的思路和一个完整的的软件流程图；在设计程序时，不能妄想一次就将整个程序设计好，反复修改、不断改进是程序设计的必经之路；要养成注释程序的好习惯，一个程序的完美与否不仅仅是实现功能，而应该让人一看就能明白你的思路，这样也为资料的保存和交流提供了方便；在设计课程过程中遇到问题是很正常德，但我们应该将每次遇到的问题记录下来，并分析清楚，以免下次再碰到同样的问题。这次课程设计使我懂得了同学间的团结合作，懂得了理论联系实际,只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才是正确的理论，从而提高自己实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，遇到了各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固,并决心在以后的学习中加以改正,努力练习,提高自己的动手能力。7 参 考 文 献1. 余发山，王福忠，徐州，中国矿业大学出版2008年2. 彭为,黄科,雷道仲，单片机典型系统设计实例讲解，2006年3. 王法能，单片机原理及应用，科学出版，2004 4. 张友德、赵志英等编单片微型机原理、应用与实验，上海:复旦大学出版 2003 ，第四版5. 钱晓揭. 16/32 位微机原理、汇编语言及接口技术M.机械工程出版社 2005 年 6. 吴金，8051单片机实践与应用M，清华大学出版社，2002 年7. 谢自美，电子线路设计试验测试（第二版），华中科技出版社 2002 年 8. 张疑坤,陈善久,裘雪红，单片微型计算机原理及应用，西安电子科技大出版社，2003 年 9. 马忠梅编著单片机的 C 语言应用程序设计北京航空航天大学出版社,1999 年附一：源程序代码#include#define uint unsigned int#define uchar unsigned charuchar code a10=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f;/*sbit K1=P14;sbit K2=P15;sbit K3=P16;sbit K4=P17;sbit sd=P10;sbit BEEP=P36;uchar m=5,h=20,sec=58,cnt=0,x,y,qian,bai,shi,ge;uchar set_h=12;uchar set_m=58;uchar month=7;uchar day=5;uchar th0_f;uchar tl0_f;uint year=2010; void delay(uchar t);/延时函数void scankey(void);/按键扫描函数void init(void); /初始化函数void display(void);/显示函数void set_time(void);/设定时间显示辅助函数void set_day(void);/设定日期显示辅助函数void m_choose(void); /月份选择函数void bianhuan(void); /年份显示辅助函数void bianhuan1(void);/时间显示辅助函数changedata(uchar *song,uchar *diao,uchar *jie);void play(uchar *songdata);/奏乐函数/世上只有妈妈好uchar code mamahao= 6.5_35|16_5_6-|35_6_53_2_|1_,6_5_3_2-| 2.3_55_6_|321-|5.3_2_1_,6_1_|,5- ; uchar code freq36*2= 0xA9,0xEF,/00220HZ ,1 /0 0x93,0xF0,/00233HZ ,1# 0x73,0xF1,/00247HZ ,2 0x49,0xF2,/00262HZ ,2# 0x07,0xF3,/00277HZ ,3 0xC8,0xF3,/00294HZ ,4 0x73,0xF4,/00311HZ ,4# 0x1E,0xF5,/00330HZ ,5 0xB6,0xF5,/00349HZ ,5# 0x4C,0xF6,/00370HZ ,6 0xD7,0xF6,/00392HZ ,6# 0x5A,0xF7,/00415HZ ,7 0xD8,0xF7,/00440HZ 1/12 0x4D,0xF8,/00466HZ 1#/13 0xBD,0xF8,/00494HZ 2/14 0x24,0xF9,/00523HZ 2#/15 0x87,0xF9,/00554HZ 3/16 0xE4,0xF9,/00587HZ 4/17 0x3D,0xFA,/00622HZ 4#/18 0x90,0xFA,/00659HZ 5 /19 0xDE,0xFA,/00698HZ 5#/20 0x29,0xFB,/00740HZ 6 /21 0x6F,0xFB,/00784HZ 6#/22 0xB1,0xFB,/00831HZ 7 /23 0xEF,0xFB,/00880HZ 1 0x2A,0xFC,/00932HZ 1# 0x62,0xFC,/00988HZ 2 0x95,0xFC,/01046HZ 2# 0xC7,0xFC,/01109HZ 3 0xF6,0xFC,/01175HZ 4 0x22,0xFD,/01244HZ 4# 0x4B,0xFD,/01318HZ 5 0x73,0xFD,/01397HZ 5# 0x98,0xFD,/01480HZ 6 0xBB,0xFD,/01568HZ 6# 0xDC,0xFD,/01661HZ 7 /35 ; /* /音乐符号串解释函数changedata(uchar *song,uchar *diao,uchar *jie) uchar i,i1,j; char gaodi;uchar banyin; uchar yinchang;/ uchar code jie78=0,12,14,16,17,19,21,23; *diao=*song; for(i=0,i1=0;) gaodi=0; banyin=0; yinchang=4; if(*(song+i)=|) | (*(song+i)= ) i+; switch(*(song+i) case ,: gaodi=-12;i+; break; case : gaodi=12;i+; break; if(*(song+i)=0) *(diao+i1)=0; *(jie+i1)=0; return; j=*(song+i)-0x30; i+; j=jie7j+gaodi; yinc: switch(*(song+i) case #: i+;j+; goto yinc; case -: yinchang+=4; i+; goto yinc; case _: yinchang/=2; i+; goto yinc; case .: yinchang=yinchang+yinchang/2; i+; goto yinc; *(diao+i1)=j; *(jie+i1)=yinchang; i1+; /* /奏乐函数 void play(uchar *songdata) uchar i,c,j=0; uint n; uchar diaodata40; uchar jiedata40; changedata(songdata,diaodata,jiedata); TR1=1; for(i=0;diaodatai!=0;i+) tl0_f=freqdiaodatai*2; th0_f=freqdiaodatai*2+1; for(c=0;cjiedatai;c+) for(n=0;n24;n+) scankey(); if(y=0) TR1=0; return; display(); TR1=0; for(n=0;n=10)P0&=0x00;delay(15);P2=0xfd;P0=abai;if(x%2=1&cnt=10)P0&=0x00;else if(x=0&cnt=10)P0|=0x80;delay(15);P2=0xfb;P0=ashi;if(x%2=0&x!=0)|x=7)&cnt=10)P0&=0x00;delay(15);P2=0xf7;P0=age;if(x%2=0&x!=0)|x=7)&cnt=10)P0&=0x00;delay(15);void m_choose(void)/月选择函数switch(month)case 1:if(day=32)day=1;else if(day=0)day=31;break;case 2:if(year%4=0)if(day=30)day=1;else if(day=0)day=29; elseif(day=29)day=1;else if(day=0)day=28;break;case 3:if(day=32)day=1;else if(day=0)day=31;break;case 4:if(day=31)day=1;else if(day=0)day=30;break;case 5:if(day=32)day=1;else if(day=0)day=31;break;case 6:if(day=31)day=1;else if(day=0)day=30;break;case 7:if(day=32)day=1;else if(day=0)day=31;break;case 8:if(day=32)day=1;else if(day=0)day=31;break;case 9:if(day=31)day=1;else if(day=0)day=30;break;case 10:if(day=32)day=1;else if(day=0)day=31;break;case 11:if(day=31)day=1;else if(day=0)day=30;break;case 12:if(day=32)day=1;else if(day=0)day=31;break;void set_time(void)/设定时间显示辅助函数 qian=set_h/10; bai=set_h%10; shi=set_m/10; ge=set_m%10;void set_day(void)/设定日期显示辅助函数 qian=month/10