電子鬧鐘設(shè)計(jì)畢業(yè)論文.doc

畢業(yè)設(shè)計(jì)（設(shè)計(jì)）畢業(yè)設(shè)計(jì)（設(shè)計(jì)） 論文題目：論文題目： 電子鬧鐘設(shè)計(jì)電子鬧鐘設(shè)計(jì) 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(shù)電子信息工程技術(shù) 班班 級(jí)：級(jí)： 0943209432 學(xué)學(xué) 號(hào)：號(hào)： 2424 姓姓 名：名： 龔鵬龔鵬 指導(dǎo)老師：指導(dǎo)老師： 吳文亮吳文亮 完成時(shí)間：完成時(shí)間： 20122012 年年 4 4 月月 3030 日日 南京交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院南京交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院 1 目錄 摘 要: .2 1概述 .3 1.1 電子鬧鐘發(fā)展趨勢(shì) 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(shè)計(jì) 4 2.1 AT89S51 單片機(jī)的特性 4 2.2 電子鬧鐘的硬件設(shè)計(jì) 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(shè)計(jì) .5 2.3 電子鬧鐘的軟件設(shè)計(jì) 7 2.3.1 子程序及其功能簡(jiǎn)介 .8 2.3.2 程序設(shè)計(jì) .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(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 .13 南京交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院南京交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院 2 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(lái)越流行，特別是適合在家庭居室、辦公室、大廳、會(huì)議室、車(chē)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(shuō)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：?jiǎn)纹瑱C(jī) 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 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 functions Keywords:Keywords: single-chip Integrated circuits Electronic alarm clock hardware Electronic alarm clock software 南京交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院南京交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院 3 1 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(wàn)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(lái)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(lái)越激烈、行業(yè)利潤(rùn) 日趨微薄的背景下，日前，中國(guó)的電子鬧鐘在節(jié)能化、環(huán)?；?chuàng)新型轉(zhuǎn)變過(guò) 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(lái)越 快。 時(shí)間對(duì)人們來(lái)說(shuō)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(lái)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(kāi)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，有著非常現(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(shuō)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。 南京交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院南京交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院 4 2.2.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(xiě)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(jiǎn)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 南京交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院南京交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院 5 2.22.2 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(kāi)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(lái)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。 南京交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院南京交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院 6 （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(guò)鍵盤(pán)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(guò)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 南京交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院南京交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院 7 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(guò) 南京交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院南京交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院 8 1t30 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(wèn)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(guò) 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(jiǎn)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(guò)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(guò)調(diào)用顯示子程序，可將顯示緩沖區(qū)里的內(nèi)容通過(guò)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(guò)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(lái)闡述我對(duì) 簡(jiǎn)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(xiě)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(guò)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(guò)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(kāi)始顯示。 南京交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院南京交通職業(yè)技術(shù)學(xué)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(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(kāi)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(guò)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(wàn)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(guò)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(guò)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(guò)程需要一定的時(shí)間。 本系統(tǒng)通過(guò)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。 南京交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院南京交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院 10 4.4.結(jié)論結(jié)論 通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，使的我對(duì)這門(mén)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(lái)，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(méi)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(wèn)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(guò)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(xiě)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(guò)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。 可是在這次設(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(wú)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。 南京交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院南京交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院 11 致謝詞致謝詞 時(shí)光匆匆如流水，轉(zhuǎn)眼間便是大學(xué)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(jìn)入尾聲。感謝學(xué)院給我們提供了一個(gè)展現(xiàn)自己的舞臺(tái)，給 我一次難得煅煉的機(jī)會(huì)，使得我們的動(dòng)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(dǎo)，在此向我們的指導(dǎo)教師致以誠(chéng)摯 的謝意。感謝提供相關(guān)技術(shù)幫助的老師和同學(xué)，你們的支持和鼓勵(lì)使我們對(duì)這 次的作品完成有了信心和動(dòng)力，也給了我們很多無(wú)私的幫助和支持，我們?cè)诖?深表謝意。 南京交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院南京交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院 12 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. 2005 2.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 2004 3.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 1995 4.徐淑華 程退安 姚萬(wàn)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 1994 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