電子鬧鐘設(shè)計(jì)畢業(yè)論文

電子鬧鐘設(shè)計(jì)電子鬧鐘設(shè)計(jì) 目錄摘 要: .21概述 .31.1 電子鬧鐘發(fā)展趨勢(shì) .31.2 電子鬧鐘的重要意義 .31.3 本課題研究的主要內(nèi)容 .32.電子鬧鐘的系統(tǒng)設(shè)計(jì) .42.1 AT89S51 單片機(jī)的特性 .42.2 電子鬧鐘的硬件設(shè)計(jì) .52.2.1 硬件選擇 .52.2.2 系統(tǒng)組成 .52.2.3 系統(tǒng)設(shè)計(jì) .52.3 電子鬧鐘的軟件設(shè)計(jì) .72.3.1 子程序及其功能簡介 .82.3.2 程序設(shè)計(jì) .83系統(tǒng)的調(diào)試和性能分析 .93.1 系統(tǒng)的調(diào)試方法 .93.2 系統(tǒng)的性能分析 .94.結(jié)論 .10致謝詞 .11參考文獻(xiàn) .12附錄：電子鬧鐘設(shè)計(jì)原理圖 .131電子鬧鐘設(shè)計(jì)電子鬧鐘設(shè)計(jì)摘摘 要要: :電子鬧鐘是一種應(yīng)用非常廣泛的日常計(jì)時(shí)工具，數(shù)字顯示的日歷鐘已經(jīng)越來越流行，特別是適合在家庭居室、辦公室、大廳、會(huì)議室、車站和廣場(chǎng)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(shè)計(jì)電子鬧鐘所涉及的主要硬件和特性，然后說明軟件設(shè)計(jì)的思路，程序結(jié)構(gòu)及流程，并在測(cè)試軟件上進(jìn)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(shè)定起始時(shí)間，有秒顯示功能，可以設(shè)定鬧鐘，停止時(shí)由電池供電等功能。關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：單片機(jī) 集成電路 電子鬧鐘硬件 電子鬧鐘軟件DesignDesign ofof electronicelectronic clockclockAbstact:Abstact: Electronic alarm clock is a very wide 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 clock 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 alarm, stop when powered by batteries and other functionsKeywords:Keywords: single-chip Integrated circuits Electronic alarm clock hardware Electronic alarm clock software21 1概述概述電子鬧鐘在科學(xué)技術(shù)高度發(fā)展的今天,千家萬戶都少不了它,所以很多家庭個(gè)人都需要有一個(gè)電子鬧鐘，為人們提供報(bào)時(shí)方便。本文給出了一種以AT89S51 單片機(jī)電子鬧鐘設(shè)計(jì)方法，從而給人們帶來更為方便的工作與生活。1.11.1 電子鬧鐘發(fā)展趨勢(shì)電子鬧鐘發(fā)展趨勢(shì)單片機(jī)電子鬧鐘是具發(fā)前鬧鐘創(chuàng)新性的系統(tǒng)，它代表了時(shí)代的發(fā)展趨勢(shì)。在原材料價(jià)格不斷上漲、下游渠道商實(shí)力膨脹、價(jià)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)?；?、創(chuàng)新型轉(zhuǎn)變過程中，正進(jìn)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(jì)末，電子技術(shù)獲得了飛速的發(fā)展，在其推動(dòng)下，現(xiàn)代電子產(chǎn)品幾乎滲透了社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域，有力地推動(dòng)了社會(huì)生產(chǎn)力的發(fā)展和社會(huì)信息化程度的提高，同時(shí)也使現(xiàn)代電子產(chǎn)品性能進(jìn)一步提高，產(chǎn)品更新?lián)Q代的節(jié)奏也越來越快。 時(shí)間對(duì)人們來說總是那么寶貴，工作的忙碌性和繁雜性容易使人忘記當(dāng)前的時(shí)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?cái)U(kuò)展了鐘表原先的報(bào)時(shí)功能。諸如定時(shí)自動(dòng)報(bào)警、按時(shí)自動(dòng)打鈴、時(shí)間程序自動(dòng)控制、定時(shí)廣播、定時(shí)啟閉電路、定時(shí)開關(guān)烘箱、通斷動(dòng)力設(shè)備，甚至各種定時(shí)電氣的自動(dòng)啟用等，所有這些，都是以鐘表數(shù)字化為基礎(chǔ)的。因此，研究數(shù)字鐘及擴(kuò)大其應(yīng)用，有著非?，F(xiàn)實(shí)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(shè)計(jì)電子鬧鐘所涉及的主要硬件和特性，然后說明軟件設(shè)計(jì)的思路，程序結(jié)構(gòu)及流程，并在測(cè)試軟件上進(jìn)行調(diào)試修改，以完成電子鬧鐘的基本要求，即可隨意設(shè)定起始時(shí)間，有秒顯示功能，有 12/24 時(shí)制選擇，可設(shè)定鬧鐘，由電池供電等功能。32.2.電子鬧鐘的系統(tǒng)設(shè)計(jì)電子鬧鐘的系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.12.1 AT89S51AT89S51 單片機(jī)的特性單片機(jī)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(chǔ)器；(3) 時(shí)鐘頻率為 033MHz；(4) 128 字節(jié)片內(nèi)隨機(jī)讀寫存儲(chǔ)器（RAM）；(5) 32 個(gè)可編程輸入/輸出引腳；(6) 2 個(gè) 16 位定時(shí)/計(jì)數(shù)器；(7) 6 個(gè)中斷源，2 級(jí)優(yōu)先級(jí)；(8) 全雙工串行通信接口；(9) 監(jiān)視定時(shí)器；(10) 2 個(gè)數(shù)據(jù)指針。單片機(jī)的最小應(yīng)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(jī)的最小應(yīng)用系統(tǒng)電路如圖 1 所示，該系統(tǒng)中包含 4 個(gè)電路部分：供電電路、程序存儲(chǔ)器選擇電路、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路。圖 1 AT89S51 單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)電路42.22.2 電子鬧鐘的硬件設(shè)計(jì)電子鬧鐘的硬件設(shè)計(jì)2.2.1 硬件選擇單片機(jī)選用 AT89S51 型，它是一種帶 4K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀儲(chǔ)存的低電壓、高性能 CMOS8 位微處理器，該器件采用 ATMEL 高密度非易失性存儲(chǔ)器制造技術(shù)與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)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(chǔ)器組合在單個(gè)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(jià)的方案。整體系統(tǒng)選用 AT89S51 單片機(jī)，時(shí)鐘芯片 DS1302，數(shù)碼管顯示驅(qū)動(dòng)芯片MAX7219。共陰極數(shù)碼管 8 個(gè)，4511 七段譯碼芯片 1 片， 24M 晶振 1 個(gè)。2.2.2 系統(tǒng)組成該數(shù)字鬧鐘包括以下幾個(gè)組成部分：(1) 顯示屏 ：由6個(gè)七 段數(shù)碼管組成，用于顯示當(dāng)前時(shí)間(時(shí) 分 秒)或設(shè)置的鬧鐘時(shí)間；(2) KEY 鍵：用于輸入新的時(shí)間或新的鬧鐘時(shí)間時(shí)，對(duì)每位輸入數(shù)字的確認(rèn)；(3) TIME(時(shí)間)鍵：用于確定新的時(shí)間設(shè)置； (4)鬧鐘鍵：用于確定新的鬧鐘時(shí)間設(shè)置，或顯示已設(shè)置的鬧鐘時(shí)間；(5) 揚(yáng)聲器：在當(dāng)前時(shí)鐘時(shí)間與鬧鐘時(shí)間相同時(shí)，發(fā)出響聲。2.2.3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)（1）控制器?？刂破魇请娮郁[鐘設(shè)計(jì)的核心部分，按設(shè)計(jì)要求產(chǎn)生相應(yīng)的控制邏輯，以控制其他各部分的工作。由程序計(jì)數(shù)器、指令寄存器、指令譯碼器、時(shí)序產(chǎn)生器和操作控制器組成，它是發(fā)布命令的“決策機(jī)構(gòu)” ，即完成協(xié)調(diào)和指揮整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的操作。（2）計(jì)數(shù)器。計(jì)數(shù)器實(shí)際上是一個(gè)異步復(fù)位、異步置位的累加器。通常情況下進(jìn)行時(shí)鐘累加計(jì)數(shù)，必要時(shí)可以置入新的時(shí)鐘值，然后從該值開始新的計(jì)數(shù)。（3）寄存器。寄存器用于保存用戶設(shè)置的鬧鐘時(shí)間，是一個(gè)異步復(fù)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(shí)鐘頻率分頻成每一分鐘一次的時(shí)鐘頻率，以便進(jìn)行時(shí)鐘計(jì)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。5（5）顯示電路。顯示器根據(jù)需要顯示當(dāng)前時(shí)間、用戶設(shè)置的鬧鐘時(shí)間或用戶通過鍵盤輸入的新時(shí)間，同時(shí)判斷當(dāng)前時(shí)間是否已到了鬧鐘時(shí)間，實(shí)際上是一個(gè)多路選擇比較器。（6）計(jì)時(shí)器。在計(jì)時(shí)過程中，系統(tǒng)利用 89S51 自身的計(jì)時(shí)器 T0 作為時(shí)鐘基準(zhǔn)，計(jì)時(shí)器中斷的準(zhǔn)確度直接關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)的精度，因此獲取精確的定時(shí)時(shí)鐘信號(hào)成為該系統(tǒng)的關(guān)鍵。AT89S51 單片機(jī)內(nèi)有 2 個(gè)可編程的 16 位定時(shí)器計(jì)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6 圖 2 系統(tǒng)硬件電路圖2.32.3 電子鬧鐘的軟件設(shè)計(jì)電子鬧鐘的軟件設(shè)計(jì)AT89S5l 內(nèi)部定時(shí)/計(jì)數(shù)器 T0 和 Tl 設(shè)置為定時(shí)器模式 l 工作方式作為電子時(shí)鐘及電子秒表的計(jì)時(shí)基準(zhǔn)。定時(shí)器 T0 產(chǎn)生 10 ms 的中斷信號(hào)，每經(jīng)過71t30 次中斷，時(shí)鐘秒位加一，秒位經(jīng) 60 次加一后向時(shí)位進(jìn)位，當(dāng)時(shí)問為 23 時(shí)59 分 59 秒時(shí)，秒位再加一后變?yōu)?00 時(shí) 00 分 00 秒當(dāng)按鍵切換為電子秒表功能時(shí)，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(shè)計(jì)分為主程序、定時(shí)器 T0 和定時(shí)器 T1 中斷服務(wù)程序及相應(yīng)的子程序。2.3.1 子程序及其功能簡介(1) 比較程序每當(dāng)秒存儲(chǔ)單元的內(nèi)容為 0 時(shí)，系統(tǒng)通過調(diào)用比較子程序可判斷當(dāng)前時(shí)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(cè)按鍵程序當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到某個(gè)案件被按下時(shí)，轉(zhuǎn)到相應(yīng)子程序處理，可實(shí)現(xiàn)校時(shí)、設(shè)定鬧鈴時(shí)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(dòng)態(tài)掃描方式輸出到數(shù)碼管顯示器。(4) 時(shí)間設(shè)置程序系統(tǒng)通過按鍵檢測(cè)，更改顯示數(shù)值，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)當(dāng)前時(shí)間修改的功能。2.3.2 程序設(shè)計(jì)我們利用芯片和軟件編程結(jié)合的思路。下面將對(duì)照程序的構(gòu)成來闡述我對(duì)簡易鬧鐘的方案設(shè)計(jì)，具體設(shè)計(jì)方案如下：（一）在主程序中，填寫中斷向量表，應(yīng)用 8255A 的 IRQ7 和 IRQ5 端。利用 8253A 和 8259A 完成計(jì)時(shí)一秒的功能，然后通過更新時(shí)間的子程序完成時(shí)間跳變的功能，待到新的時(shí)間判斷是否到達(dá)設(shè)定的鬧鐘的時(shí)間，如果是，則啟動(dòng)揚(yáng)聲器；如果否，則繼續(xù)進(jìn)行顯示時(shí)間。（二）鬧鐘的時(shí)間是變化的，在更新時(shí)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(gè)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(gè)位相同。 （三）在顯示時(shí)間的子程序中，時(shí)間從 0，0，0，0 開始顯示。83 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(gè)系統(tǒng)調(diào)試的主要思想是：先每個(gè)模塊進(jìn)行調(diào)試，然后整個(gè)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。系統(tǒng)的在調(diào)試過程中要注意以下幾點(diǎn)：（1）硬件電路設(shè)計(jì)完之后，在上電之前一定要先用萬用表檢測(cè)電源和地之間是否短路。（2）上電之后要用示波器觀察信號(hào)的在電路中變化的情況，與設(shè)計(jì)當(dāng)初的情況相比較，找出差別，并進(jìn)行分析。（3）軟件調(diào)試過程中可以使用斷點(diǎn)、單步執(zhí)行等常用的方法。（4）軟硬件聯(lián)調(diào)時(shí)，要注意軟件部分要一個(gè)功能一個(gè)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(shè)定的時(shí)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(shí)間大約為 6ms（6 位每位 1ms）,所以振蕩頻率 f=1/T=1/（2*6ms）83Hz，顯然這個(gè)頻率過低。經(jīng)測(cè)試，其時(shí)鐘誤差約為 3 秒天，這是因?yàn)閺亩〞r(shí)器向 CPU 發(fā)出中斷申請(qǐng)信號(hào)到重裝定時(shí)初值的過程需要一定的時(shí)間。 本系統(tǒng)通過測(cè)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。94.4.結(jié)論結(jié)論通過這次課程設(shè)計(jì)，使的我對(duì)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(jìn)一步系統(tǒng)的學(xué)習(xí)，同樣有了進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)，使我懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合的重要性，光靠有理論知識(shí)是不夠的只有把所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)踐相互結(jié)合起來，才可以提高自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考的能力。其次在這次軟件設(shè)計(jì)中也有不足的地方，比如沒有實(shí)現(xiàn)鬧鈴功能，但是又不知道從哪個(gè)地方入手解決這個(gè)問題，這要求在以后的學(xué)習(xí)中，必須拓寬自己的知識(shí)面，以解決設(shè)計(jì)中得不足之處?？傊?，通過這次課程設(shè)計(jì)我不僅鞏固了對(duì)課本所學(xué)的基本知識(shí)，還使我具有了撰寫科研報(bào)告的初步訓(xùn)練能力，我相信這些能力在我以后的學(xué)習(xí)或者工作中一定會(huì)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(shí)現(xiàn)以下幾個(gè)功能：（1） 能正確顯示鬧鐘的走時(shí)；（2） 可以進(jìn)行當(dāng)前時(shí)間的設(shè)置；（3） 可以設(shè)置鬧鐘時(shí)間，并能在時(shí)間到時(shí)發(fā)出響聲?？墒窃谶@次設(shè)計(jì)中也遇到了許多困難的地方，例如：（1） 單片機(jī)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，它的內(nèi)置存儲(chǔ)器功能無法集成到芯片內(nèi)部；（2） 在電路應(yīng)用中，在關(guān)閉電源后短時(shí)間內(nèi)再次啟動(dòng)電源，系統(tǒng)工作會(huì)不正常；（3） 單片機(jī)與大功率 LED 燈共用一個(gè)電源，系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)死機(jī)，程序走亂得現(xiàn)象。10參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)1.李捷.陳典濤等.一種應(yīng)用單片機(jī)電子鬧鐘的設(shè)計(jì)與制作設(shè)計(jì).農(nóng)機(jī)化研 究.20052.陳明熒.8051 單片機(jī)課程設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)教材 北京:清華大學(xué)出版社 20043.胡漢才.單片機(jī)原理及其接口技術(shù) 北京:清華大學(xué)出版社 19954.徐淑華 程退安 姚萬生 .單片機(jī)微型機(jī)原理及應(yīng)用 哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社19945.丁元杰.單片機(jī)原理與應(yīng)用.機(jī)械工業(yè)出版社出版.2003 年 2 月.58-67 6. 朱定華.單片機(jī)原理及接口技術(shù).電子工業(yè)出版社出版.2004 年 5 月.32-46 7. 何立民.單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)配置與接口技術(shù).北京航空航天大學(xué)出版社出版.2005 年 2 月.16-45 11附錄：電子鬧鐘設(shè)計(jì)原理圖附錄：電子鬧鐘設(shè)計(jì)原理圖