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1、 畢業(yè)設計（設計）畢業(yè)設計（設計） 論文題目：論文題目： 電子鬧鐘設計電子鬧鐘設計 系系 部：部： 電子信息工程系電子信息工程系 專業(yè)名稱：專業(yè)名稱： 電子信息工程技術電子信息工程技術 班班 級：級： 0943209432 學學 號：號： 2424 姓姓 名：名： 龔鵬龔鵬 指導老師：指導老師： 吳文亮吳文亮 完成時間：完成時間： 20122012 年年 4 4 月月 3030 日日 南京交通職業(yè)技術學院南京交通職業(yè)技術學院 1 目錄 摘 要: .2 1概述 .3 1.1 電子鬧鐘發(fā)展趨勢 3 1.2 電子鬧鐘的重要意義 3 1.3 本課題研究的主要內(nèi)容 3 2.電子鬧鐘的系統(tǒng)設計 4 2.1
2、 AT89S51 單片機的特性 4 2.2 電子鬧鐘的硬件設計 5 2.2.1 硬件選擇 .5 2.2.2 系統(tǒng)組成 .5 2.2.3 系統(tǒng)設計 .5 2.3 電子鬧鐘的軟件設計 7 2.3.1 子程序及其功能簡介 .8 2.3.2 程序設計 .8 3系統(tǒng)的調(diào)試和性能分析 .9 3.1 系統(tǒng)的調(diào)試方法 9 3.2 系統(tǒng)的性能分析 9 4.結論 .10 致謝詞 .11 參考文獻 .12 附錄：電子鬧鐘設計原理圖 .13 南京交通職業(yè)技術學院南京交通職業(yè)技術學院 2 電子鬧鐘設計電子鬧鐘設計 摘摘 要要: : 電子鬧鐘是一種應用非常廣泛的日常計時工具，數(shù)字顯示的日歷鐘已經(jīng)越 來越流行，特別是適合在
3、家庭居室、辦公室、大廳、會議室、車站和廣場等使 用，壁掛式 LED 數(shù)碼管顯示的日歷鐘逐漸受到人們的歡迎。 首先介紹設計電子鬧鐘所涉及的主要硬件和特性，然后說明軟件設計的思 路，程序結構及流程，并在測試軟件上進行調(diào)試和修改，以完成電子鬧鐘的基 本要求，即可以隨意設定起始時間，有秒顯示功能，可以設定鬧鐘，停止時由 電池供電等功能。 關鍵詞：關鍵詞：單片機 集成電路 電子鬧鐘硬件 電子鬧鐘軟件 DesignDesign ofof electronicelectronic clockclock Abstact:Abstact: Electronic alarm clock is a very wid
4、e application of daily timing tool, digital display clock and calendar has become increasingly popular, especially for the family room, office, meeting room, hall, station and square, wall mounted LED digital tube display calendar clock gradually popular. First introduced the design of electronic cl
5、ock to major hardware and characteristics, and then shows the idea of software design, program structure and process, and the test software to test and modify, in order to complete the basic requirements of electronic clock, which can set the start time, a second display function, can be set the ala
6、rm, stop when powered by batteries and other functions Keywords:Keywords: single-chip Integrated circuits Electronic alarm clock hardware Electronic alarm clock software 南京交通職業(yè)技術學院南京交通職業(yè)技術學院 3 1 1概述概述 電子鬧鐘在科學技術高度發(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。本文給出了一種以 AT89S51 單片機電子鬧鐘設計方法，從而給人們帶來更為方便的工
7、作與生活。 1.11.1 電子鬧鐘發(fā)展趨勢電子鬧鐘發(fā)展趨勢 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。 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)?；?chuàng)新型轉(zhuǎn)變過 程中，正進行新一輪鬧鐘賽跑。 1.21.2 電子鬧鐘的重要意義電子鬧鐘的重要意義 20 世紀末，電子技術獲得了飛速的發(fā)展，在其推動下，現(xiàn)代電子產(chǎn)品幾乎 滲透了社會的各個領域，有力地推動了社會生產(chǎn)力的發(fā)展和社會信息化程度的 提高，同時也使現(xiàn)代電子產(chǎn)品性能進一步提高，產(chǎn)品更新?lián)Q代的節(jié)奏也越來越 快。 時間對人們來說總是那么寶貴，工作的忙
8、碌性和繁雜性容易使人忘記當前 的時間。鐘表的數(shù)字化給人們生產(chǎn)生活帶來了極大的方便，而且大大地擴展了 鐘表原先的報時功能。諸如定時自動報警、按時自動打鈴、時間程序自動控制、 定時廣播、定時啟閉電路、定時開關烘箱、通斷動力設備，甚至各種定時電氣 的自動啟用等，所有這些，都是以鐘表數(shù)字化為基礎的。因此，研究數(shù)字鐘及 擴大其應用，有著非?，F(xiàn)實的意義。 1.31.3 本課題研究的主要內(nèi)容本課題研究的主要內(nèi)容 首先介紹設計電子鬧鐘所涉及的主要硬件和特性，然后說明軟件設計的思 路，程序結構及流程，并在測試軟件上進行調(diào)試修改，以完成電子鬧鐘的基本 要求，即可隨意設定起始時間，有秒顯示功能，有 12/24 時制
9、選擇，可設定鬧 鐘，由電池供電等功能。 南京交通職業(yè)技術學院南京交通職業(yè)技術學院 4 2.2.電子鬧鐘的系統(tǒng)設計電子鬧鐘的系統(tǒng)設計 2.12.1 AT89S51AT89S51 單片機的特性單片機的特性 Atmel 公司的 AT89S51 芯片具有以下特性： (1) 指令集和芯片引腳與 Intel 公司的 8051 兼容； (2) 4KB 片內(nèi)在系統(tǒng)可編程 Flash 程序存儲器； (3) 時鐘頻率為 033MHz； (4) 128 字節(jié)片內(nèi)隨機讀寫存儲器（RAM）； (5) 32 個可編程輸入/輸出引腳； (6) 2 個 16 位定時/計數(shù)器； (7) 6 個中斷源，2 級優(yōu)先級； (8) 全
10、雙工串行通信接口； (9) 監(jiān)視定時器； (10) 2 個數(shù)據(jù)指針。 單片機的最小應用系統(tǒng)電路指的是它可以正常工作的最簡單電路組成。 AT89S51 單片機的最小應用系統(tǒng)電路如圖 1 所示，該系統(tǒng)中包含 4 個電路部分： 供電電路、程序存儲器選擇電路、時鐘電路、復位電路。 圖 1 AT89S51 單片機最小應用系統(tǒng)電路 南京交通職業(yè)技術學院南京交通職業(yè)技術學院 5 2.22.2 電子鬧鐘的硬件設計電子鬧鐘的硬件設計 2.2.1 硬件選擇 單片機選用 AT89S51 型，它是一種帶 4K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀儲存的 低電壓、高性能 CMOS8 位微處理器，該器件采用 ATMEL 高密度非易失
11、性存儲器 制造技術與工業(yè)標準的 MCS-51 指令集和輸出管腳相兼容，由于將多功能 8 位 CPU 和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL 的 AT8951 是一種高效微控制器， 為很多嵌入控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且廉價的方案。 整體系統(tǒng)選用 AT89S51 單片機，時鐘芯片 DS1302，數(shù)碼管顯示驅(qū)動芯片 MAX7219。共陰極數(shù)碼管 8 個，4511 七段譯碼芯片 1 片， 24M 晶振 1 個。 2.2.2 系統(tǒng)組成 該數(shù)字鬧鐘包括以下幾個組成部分：(1) 顯示屏 ：由6個七 段數(shù)碼管組成， 用于顯示當前時間(時 分 秒)或設置的鬧鐘時間；(2) KEY 鍵：用于輸入新的 時間或新
12、的鬧鐘時間時，對每位輸入數(shù)字的確認；(3) TIME(時間)鍵：用于確 定新的時間設置； (4)鬧鐘鍵：用于確定新的鬧鐘時間設置，或顯示已設置的 鬧鐘時間；(5) 揚聲器：在當前時鐘時間與鬧鐘時間相同時，發(fā)出響聲。 2.2.3 系統(tǒng)設計 （1）控制器?？刂破魇请娮郁[鐘設計的核心部分，按設計要求產(chǎn)生相應的 控制邏輯，以控制其他各部分的工作。由程序計數(shù)器、指令寄存器、指令譯碼 器、時序產(chǎn)生器和操作控制器組成，它是發(fā)布命令的“決策機構” ，即完成協(xié)調(diào) 和指揮整個計算機系統(tǒng)的操作。 （2）計數(shù)器。計數(shù)器實際上是一個異步復位、異步置位的累加器。通常情 況下進行時鐘累加計數(shù)，必要時可以置入新的時鐘值，然后
13、從該值開始新的計 數(shù)。 （3）寄存器。寄存器用于保存用戶設置的鬧鐘時間，是一個異步復位寄存 器。寄存器是中央處理器內(nèi)的組成部份，是有限存貯容量的高速存貯部件，它 們可用來暫存指令、數(shù)據(jù)和位址。 （4）分頻器。分頻器將高速的外部時鐘頻率分頻成每一分鐘一次的時鐘頻 率，以便進行時鐘計數(shù)。由于石英晶體振蕩器產(chǎn)生的頻率很高，要得到秒脈沖， 需要用分頻電路。 南京交通職業(yè)技術學院南京交通職業(yè)技術學院 6 （5）顯示電路。顯示器根據(jù)需要顯示當前時間、用戶設置的鬧鐘時間或用 戶通過鍵盤輸入的新時間，同時判斷當前時間是否已到了鬧鐘時間，實際上是 一個多路選擇比較器。 （6）計時器。在計時過程中，系統(tǒng)利用 89
14、S51 自身的計時器 T0 作為時鐘 基準，計時器中斷的準確度直接關系到整個系統(tǒng)的精度，因此獲取精確的定時 時鐘信號成為該系統(tǒng)的關鍵。AT89S51 單片機內(nèi)有 2 個可編程的 16 位定時器 計數(shù)器，并工作在方式 l 下，晶振頻率為 12MHz。 電子鬧鐘的系統(tǒng)硬件電路如圖 2 所示 南京交通職業(yè)技術學院南京交通職業(yè)技術學院 7 圖 2 系統(tǒng)硬件電路圖 2.32.3 電子鬧鐘的軟件設計電子鬧鐘的軟件設計 AT89S5l 內(nèi)部定時/計數(shù)器 T0 和 Tl 設置為定時器模式 l 工作方式作為電 子時鐘及電子秒表的計時基準。定時器 T0 產(chǎn)生 10 ms 的中斷信號，每經(jīng)過 南京交通職業(yè)技術學院南
15、京交通職業(yè)技術學院 8 1t30 次中斷，時鐘秒位加一，秒位經(jīng) 60 次加一后向時位進位，當時問為 23 時 59 分 59 秒時，秒位再加一后變?yōu)?00 時 00 分 00 秒當按鍵切換為電子秒表功 能時，T0 每產(chǎn)生一次中斷，十毫秒單元加一，十毫秒單元經(jīng)過 l0 次加一后， 百毫秒單元加一。軟件設計分為主程序、定時器 T0 和定時器 T1 中斷服務程序 及相應的子程序。 2.3.1 子程序及其功能簡介 (1) 比較程序 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。 (2) 檢測按鍵程序 當系統(tǒng)檢測到某
16、個案件被按下時，轉(zhuǎn)到相應子程序處理，可實現(xiàn)校時、設 定鬧鈴時間的功能 (3) 顯示程序 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。 (4) 時間設置程序 系統(tǒng)通過按鍵檢測，更改顯示數(shù)值，從而實現(xiàn)對當前時間修改的功能。 2.3.2 程序設計 我們利用芯片和軟件編程結合的思路。下面將對照程序的構成來闡述我對 簡易鬧鐘的方案設計，具體設計方案如下：（一）在主程序中，填寫中斷向量 表，應用 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
17、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）在顯示時間的子 程序中，時間從 0，0，0，0 開始顯示。 南京交通職業(yè)技術學院南京交通職業(yè)技術學院 9 3 3系統(tǒng)的調(diào)試和性能分析系統(tǒng)的調(diào)試和性能分析 3.13.1 系統(tǒng)的調(diào)試方法系統(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
18、統(tǒng)的在調(diào)試過程中要注意以下幾點： （1）硬件電路設計完之后，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。 3.23.2 系統(tǒng)的性能分析系統(tǒng)的性能分析 系統(tǒng)能在設定的時間內(nèi)鬧鈴，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
19、然這個頻率過低。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。 南京交通職業(yè)技術學院南京交通職業(yè)技術學院 10 4.4.結論結論 通過這次課程設計，使的我對這門功課有了更加深刻的了解，首先從硬件 的工作原理有了進一步系統(tǒng)的學習，同樣有了進一步的認識，使我懂得了理論 與實際相結合的重要性，光靠有理論知識是不夠的只有把所學的理論知識與實 踐相互結合起來，才可以提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。其次在 這次軟件設計中也有不足的地方，比如沒
20、有實現(xiàn)鬧鈴功能，但是又不知道從哪 個地方入手解決這個問題，這要求在以后的學習中，必須拓寬自己的知識面， 以解決設計中得不足之處?？傊?，通過這次課程設計我不僅鞏固了對課本所學 的基本知識，還使我具有了撰寫科研報告的初步訓練能力，我相信這些能力在 我以后的學習或者工作中一定會起到不小的作用，一切的辛苦和艱難都是值得 的。 經(jīng)過不斷的努力讓電子鬧鐘能實現(xiàn)以下幾個功能： （1） 能正確顯示鬧鐘的走時； （2） 可以進行當前時間的設置； （3） 可以設置鬧鐘時間，并能在時間到時發(fā)出響聲。 可是在這次設計中也遇到了許多困難的地方，例如： （1） 單片機的系統(tǒng)設計，它的內(nèi)置存儲器功能無法集成到芯片內(nèi)部； （
21、2） 在電路應用中，在關閉電源后短時間內(nèi)再次啟動電源，系統(tǒng)工作會不 正常； （3） 單片機與大功率 LED 燈共用一個電源，系統(tǒng)會出現(xiàn)死機，程序走亂得 現(xiàn)象。 南京交通職業(yè)技術學院南京交通職業(yè)技術學院 11 致謝詞致謝詞 時光匆匆如流水，轉(zhuǎn)眼間便是大學畢業(yè)的日子，離校日期已日趨臨近，我 的畢業(yè)論文也隨之進入尾聲。感謝學院給我們提供了一個展現(xiàn)自己的舞臺，給 我一次難得煅煉的機會，使得我們的動手能力和專業(yè)技能都有了很大的提高。 在這段日子里得到了吳老師的悉心指導，在此向我們的指導教師致以誠摯 的謝意。感謝提供相關技術幫助的老師和同學，你們的支持和鼓勵使我們對這 次的作品完成有了信心和動力，也給了我
22、們很多無私的幫助和支持，我們在此 深表謝意。 南京交通職業(yè)技術學院南京交通職業(yè)技術學院 12 參考文獻參考文獻 1.李捷.陳典濤等.一種應用單片機電子鬧鐘的設計與制作設計.農(nóng)機化研 究. 2005 2.陳明熒.8051 單片機課程設計實訓教材 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 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用 哈爾濱工業(yè)大學出版社 1994 5.丁元杰.單片機原理與應用.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.電子工業(yè)出版社出版.2004 年 5 月.32-46 7. 何立民.單片機應用系統(tǒng)設計系統(tǒng)配置與接口技術.北京航空航天大學出版 社出版.2005 年 2 月.16-45 南京交通職業(yè)技術學院南京交通職業(yè)技術學院 13 附錄：電子鬧鐘設計原理圖附錄：電子鬧鐘設計原理圖
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