机电信息工程学院单片机系统课程设计报告系：电子信息工程系专业：电子信息工程班级：072班设计题目：自动打铃系统设计学生姓名：张锡斌仇龙佳指导教师：刘忠富于为民完成日期：2010年5月31日目录一、设计任务和性能指标 (2)1.1设计任务 (2)1.2性能指标 (2)二、设计方案 (2)三、系统硬件设置 (3)3.1、单片机最小系统 (3)3.2时钟电路DS1302 (4)3.3、显示电路的设计 (5)3.4、键盘接口的设计 (5)3.5打铃电路的设计 (6)四、系统软件设计 (7)4.1程序流程图 (7)4.2主程序设计 (10)4.3显示子程序的设计 (11)五、调试及性能分析 (12)5.1调试步骤 (12)5.2性能分析 (12)六、心得体会 (12)参考文献 (13)附录1 系统硬件电路图 (14)附录2 程序清单 (15)一、设计任务和性能指标1.1设计任务用单片机器件为主体，设计一台自动打铃系统。
（一）基本要求1、基本计时和显示功能(用12小时制显示)。
包括上下午标志，时、分的数字显示，秒信号指示。
2、能设置当前时间(含上、下午，时，分)。
3、能实现基本打铃功能，规定：上午6：00起床铃：打铃5秒、停2秒、再打铃5秒。
下午10：30熄灯铃：打铃5秒、停2秒、再打铃5秒。
铃声可用小喇叭播放，凡是用到铃声功能的均按此处理。
（二）发挥部分1、增加整点报时功能，整点时响铃5秒，要求有控制启动和关闭功能。
2、增加调整起床铃、熄灯铃时间的功能。
3、增设上午4节课的上下课打铃功能，规定如下：7．30 上课，8．20下课：8．30上课，9．20下课；9．40 上课，10．30下课；10．40上课，11．30下课；每次铃声5秒。
4、特色和创新自选。
1.2性能指标1.时钟：上下午（1位）、时(2位) 、分(2位)2.校对键：确认键/设置键、右移键/灭铃键、加键、减键3.响铃：蜂鸣器二.设计方案二、设计方案按照系统设计的功能的要求，初步确定设计系统由主控模块、时钟模块、显示模块、键扫描接口电路共四个模块组成，电路系统构成框图如图1.1所示通过内部定时产生中断，从而驱动电铃打铃。
电路系统构成框图如图1.1所示。
主控芯片使用51系列AT89C52单片机，采用高性能的静态80C51设计，由先进工艺制造，并带有非易失性Flash程序存储器。
它是一种高性能、低功耗的8位COMS 微处理芯片，市场应用最多。
时钟芯片使用美国DALLAS公司推出的一种高性能、低功耗、带RAM的实时时钟芯片DS1302。
采用DS1302作为主要计时芯片、可以做到计时准确。
更重要的是，DS1302可以在很小的电流的后备电源（2.5~5.5V电源，在2.5V时耗电小于300nA)下继续计时，并可编程选择多种充电电流对后备电源进行慢速充电，可以保证后备电源基本不耗电。
采用串行数据传输，与单片机硬件连接简单，如果使用时钟芯片DS12887，将采用并行数据传输，占用更多的硬件资源。
因此为节省单片机端口，时钟芯片采用DS1302。
1.1 硬件电路设计设定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，这时秒单元加1。
同理，对分单元时单元和上下午单元计数，从而产生秒，分，时，上下午的值，通过五位七段显示器进行显示。
由于动态显示法需要数据锁存等硬件，接口较复杂，考虑显示只有五位，且系统没有其他复杂的处理任务，所以采用动态扫描实现LED的显示。
本系统采用四个按键，1键为功能键，另外三个做控制键。
按一下1键进入时间设置，接着按2键选择需要调整的位，然后按3和4键进行时调整，按3键进行加数，按4键进行减数，按两下1键调整结束时钟继续走动。
当时钟时间与设置时间一致时，驱动电路动作进行打铃，按时间点不同打铃规则不同，此时按2键强制灭铃。
三、系统硬件设置3.1单片机最小系统单片机最小应用系统的设计电路原理图，如图3.1所示。
本次设计我们选用了AT89C52单片机。
该单片机要求电源电压为+5V，所以40号引脚接+5V电源，20号脚接地。
因为AT89C52单片机的片内ROM为4KB，128位RAM，根据初步分析，本设计程序应该小于4KB，故无须外扩的ROM，所以单片机应直接访问片内程序存储器，单片机的31号脚接高电平。
AT89C52单片机是一种时序逻辑电路，必须有脉冲信号才能正常工作，而时钟脉冲是由振荡电路提供的，时钟可以由内部方式或外部方式产生，内部振荡方式，只要接上两个微调电容和一个晶振即可，其中微调电容选用33pF其作用是稳定振荡频率，快速起振。
本次毕业设计我们采用内部振荡方式,外接晶振为11.0592MHz,振荡周期=1/11.0592μs，时钟周期=2/11.0592μs，机器周期=12/11.0592μs，指令周期=1～4μs。
AT89C52在开机时需复位，以便CPU及其它功能部件都处于确定的初始状态，有利于进行下一步操作。
MCS-51系列单片机的有效复位信号两个机器周期以上的高电平。
其复位的实现通常可以采用开机上电复位和外部手动复位两种方式。
图中采用的是开机上电复位，复位电路由10μF的电解电容和8.2K电阻组成,其时间常数为T=RC，T=10μf×8.2k，T=82ms大于10ms，所以单片机能够有效复位，单片机只要保持82ms以上的高电平就能使单片机有效复位图3.1 单片机最小应用系统3.2时钟电路DS1302（1）性能特性实时时钟可对秒，分，时等进行计数，存在高速数据暂存的31*8位RAM，最少引脚的串行I/O口；2.5~~5.5V电压工作范围;2.5V耗电小于300nA；用于时钟或RAM数据读/写的单字节或多字节数据传送方式；简单的3线接口；可选的慢速充电的能力。
DS1302时钟芯片包括实时时钟和31字节的静态RAM，它经过一个简单的串行接口与微处理器通信，实时时钟提供秒，分，时等信息，时钟运行可以采用24H，或带AM/PM的12H格式，采用三线接口与CPU进行同眇通信，并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号或RAM数据。
DS1302有主电源/后备电源双电源引脚；（2）工作原理DS1302在任何数据传送时必须先初始化，把RST引脚置为高电平，然后把8位地址和命令装入移位寄存器，数据在SCLK的上升沿被输入，无论是读周期还是写周期开始8位指定40个寄存器中哪个将被访问到，在开始8个时钟周期，把命令字节装入揿位寄存器之后，另外的时钟周期在闱时操作时输出数据，在写操作时写入数据，时钟脉冲的个数在单位字节下为8加8，在多字节方式下为8加字节数，最大可达248字节数。
为了提高对32个地址的寻址能力，可以把时钟或RAM寄存器规定为多字节方式，在多字节方式中，读或写从地址0的位0开始，必须管按数据传送的次序电先的8个寄存器。
但是当以多个字节写RAM 时，为了传送数据不必写所有31字节，不管是否写了全部31字节，所写的每个字节都将传送至RAM 。
时钟暂停：秒寄存器的位7定义位时钟暂停位，当它为1时，DS1302停止振荡，进入低功耗的备份方式，通常在对DS1302进行写操作时，停止振荡，当它为0时时钟将开始启动。
8051通过串口向DS1302写数据的程序框图如图3.2，其中,Px 可以是8051单片机的任何一位I/O 口,注意因为DS1302的数据发送或接收时序和8051的串行口不完全一致,因此,需要在TXD 的输出端加反相器,另外,接收数据时,不能以串行口的接收方式接收,必须将串行口当作普通I/O 口进行数据接收.DS1302的晶振选用32.768KHZ ，电容推荐值为6PF ，因为振荡频率较低，也可以不接电容， 对计时精度影响不大。
图3.2 DS1302写数据的程序框图3.3显示电路的设计显示部分采用普通的共阳数码管显示，采用动态扫描，以减少硬件电路，数码管分别为上下午，十时，时，十分，分显示，显示时采用串行口输出控制数码管，其中P2.2~P2.4口控制数码管的位选，低电平数码管显示，动态扫描显示中单片机P0口输出数码管的段码。
3.4键盘接口的设计图3.4 键盘电路8051P XTXDRXD V cc1 V cc2 DS1302 RST SCLK I/O X 2本次设计的控制电路是由4个按键组成的，用以实现时钟信息的调整。
其电路图如图3.4所示，按键与P1口的P1.0到P1.3相连。
由于P1口内有上拉电阻，所以该图中上拉电阻可以省去。
四个按键中，S1为数据+1键，S2为数据-1键，S3为数据选择键，S4为强制打铃或者强制关闭键。
3.5打铃电路的设计本次设计打铃电路如图3.5所示，单片机通过P3.7控制蜂鸣器是否发出声响。
当时间与预定打铃时间相同时，单片机通过P3.7输出为1KHz的方波，使得蜂鸣器发出声响。
图中PNP三极管作用是电流放大，以保证蜂鸣器能正常发出声音。
图3.5 打铃电路四、系统软件设计4.1程序流程图主程序流程图定时中断程序流程图显示程序流程图4.2主程序设计void main(){uchar NowKey;uchar BeforKey=0xff;uchar KeyCount=0;uchar i=0;AlarmSingal=0;RayFlag=1;RayFlag2=1;TMOD=0x10;//设置T1EA=1;ET1=1;TH1=0x3c;TL1=0xb0;TR1=1;while(1){D_Scan(TimeData,0);//动态扫描//按键控制if(KeyCount==2){KeyCount=0;NowKey=GetKey();if(NowKey!=BeforKey){switch (NowKey){case 1:TimeSet();break;case 2:AlarmSingal=0;break;default:break;}}BeforKey=NowKey;}else KeyCount++;}}4.3显示子程序的设计void D_Scan(uchar *ShowAddress,uchar FlagBit){uchar ShowBit;uchar Show;for(ShowBit=0;ShowBit<5;ShowBit++){if(FlagBit!=5){switch(ShowBit){case 0:Show=BCD_to_Text((*ShowAddress)%10);break;case 1:Show=BCD_to_Text((*ShowAddress)/10);break;case 2:Show=BCD_to_Text((*(ShowAddress+1))%10);break;case 3:Show=BCD_to_Text((*(ShowAddress+1))/10);break;case 4:Show=BCD_to_Text((*(ShowAddress+2))%10);break;}}P2=0xff;switch(FlagBit){case 0:P0=Show;break;case 1://设分闪动if(RayFlag2 && (ShowBit==0||ShowBit==1))P0=0x40;else P0=Show;break;case 2://设时闪动if(RayFlag2 && (ShowBit==2||ShowBit==3))P0=0x40;else P0=Show;break;case 3://设上下午闪动if(RayFlag2 && ShowBit==4)P0=0x40;else P0=Show;break;}P2=GetClockBit(ShowBit);Delay(1);}}五、调试及性能分析5.1调试步骤进入调试状态后应该在关键的地方设置断点然后按步运行，同时观察参数的变化，通过变化来判断程序运行的过程即可找出程序中混乱的部分，进行改正，这需要对软件熟练的掌握和对语言程序的很好的理解，实验板搭建成功后，我们就进入了程序的设计和调试阶段，开始编写程序时很顺利，但是后来在调试过程中出现了很多的错误，比如定时器准确度的设置，子程序的调用问题，最困难的就是对没步程序执行顺序的分析，由于程序中一些语句的错误理解和执行顺序的判断失误，让我掉进了误区，耽误了很长时间，最后在同学的帮助下终于找到了错误的关键点，更正成功了。