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文檔簡介
1、<p> 設(shè)計課題: 多 功 能 時 鐘 </p><p> 專業(yè)班級:09測控技術(shù)與儀器(1)班 </p><p> 小組成員: XXX XXX XXXX </p><p> 指導(dǎo)老師: XXX </p><p> 報 告 人:
2、 XXX </p><p> 提交日期: 2012年1月 </p><p><b> 課程設(shè)計任務(wù)書</b></p><p> 專業(yè):測控技術(shù)與儀器 班級:09(1)班</p><p><b> 目錄&
3、lt;/b></p><p> 一、總體方案設(shè)計....................................................................4</p><p> 1、設(shè)計要求..................................................................................
4、...4</p><p> 2、分析課題.....................................................................................4</p><p> 硬件電路設(shè)計....................................................................4<
5、;/p><p> 1、硬件設(shè)計的整體思路.................................................................4</p><p> 2、硬件方案分析確定.....................................................................5</p><p>
6、; 3、各類元器件介紹.........................................................................6</p><p> 4、硬件系統(tǒng)電子線路圖.................................................................9</p><p> 5、硬件功能實現(xiàn)說明.
7、....................................................................11</p><p> 軟件設(shè)計...........................................................................12</p><p> 1、程序框圖.................
8、....................................................................12</p><p> 2、程序模塊.....................................................................................12</p><p> 系統(tǒng)功能調(diào)試與測試..
9、.....................................................13</p><p> 個人心得體會...................................................................14</p><p> 參考文獻(xiàn)........................................
10、...................................14</p><p><b> 一、總體方案設(shè)計</b></p><p><b> 1、設(shè)計要求:</b></p><p> 實時顯示當(dāng)前時間(6 位數(shù)碼管顯示,2 位顯示小時,2 位顯示分鐘,2 位顯示秒)。</p><p&g
11、t; 半點及整點時間用蜂鳴器報時。半點短鳴、整點長鳴對應(yīng)的次數(shù)不同,22點至6點不鳴。</p><p> 能用鍵盤修改當(dāng)前時鐘。</p><p><b> 2、分析課題:</b></p><p> 本小組成員擬定此多功能時鐘的實現(xiàn)以STC89C52單片機(jī)為核心,由LED數(shù)碼管、鍵盤、定時提醒等功能模塊組成。選用C51進(jìn)行部分的設(shè)計,以C
12、語言為基礎(chǔ),編程實現(xiàn)相應(yīng)的功能。主要包括初始化程序(通過初始化程序?qū)χ鞒绦蛩玫降淖兞?、常量以及各參?shù)定義初值)、顯示程序、鍵盤掃描及處理程序、蜂鳴器報時程序等。</p><p><b> 任務(wù)分配:</b></p><p> 軟件設(shè)計以及系統(tǒng)調(diào)試------XXX</p><p> 硬件設(shè)計以及電路設(shè)計------XXX</p&g
13、t;<p><b> 二、硬件電路設(shè)計</b></p><p><b> 硬件設(shè)計的整體思路</b></p><p> 硬件設(shè)計的整體思路主要分為以下三方面:</p><p> 、了解器件所需要實現(xiàn)的功能。通過充分了解器件需要實現(xiàn)的功能,從中了解到任務(wù)涉及的知識點。本次實驗所涉及到知識包括(C51)
14、程序語言、MCS-51 單片機(jī)I/O 應(yīng)用(本小組用STC89C52芯片)、中斷與定時器應(yīng)用、人機(jī)接口應(yīng)用技術(shù)等。</p><p> 、選擇系統(tǒng)所需的各類元器件、設(shè)計系統(tǒng)的電子線路圖。根據(jù)小組討論出來的總體方案設(shè)計,通過查閱資料、詢問等方式,選擇系統(tǒng)所需的各類元器件、設(shè)計系統(tǒng)的電子線路圖等。同時,與軟件設(shè)計成員王晨、孫青青交流,確定硬件的連接方式,在充分考慮和軟件的協(xié)調(diào)工作關(guān)系的基礎(chǔ)上,確保功能設(shè)計和接口設(shè)計滿
15、足系統(tǒng)的需求。</p><p> 、硬件調(diào)試,發(fā)現(xiàn)問題,解決問題。根據(jù)系統(tǒng)的整體方案設(shè)計,借助Protel軟件繪制出系統(tǒng)的電子線路圖,挑選出各類需要的元器件,進(jìn)行線路連接,硬件設(shè)計完成后,進(jìn)行調(diào)試。將軟硬件相結(jié)合,若試驗結(jié)果與試驗要求有出入,則進(jìn)行相應(yīng)的改進(jìn)。</p><p><b> 硬件方案分析確定</b></p><p> 、51單
16、片機(jī)的選擇:</p><p> 方案一:選用89C51單片機(jī)</p><p> 89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器(FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory)的低電壓、高性能CMOS8位微處理器,該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造,與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。&l
17、t;/p><p> 方案二:選用STC89C52單片機(jī)</p><p> STC89C52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器,具有 8K 在系統(tǒng)可編程Flash 存儲器。在單芯片上,擁有靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng)可編程Flash,使得STC89C52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。 具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能: 8k字節(jié)Flash,512字節(jié)RAM, 32 位I/O 口
18、線,看門狗定時器,內(nèi)置4KB EEPROM,MAX810復(fù)位電路,三個16 位 定時器/計數(shù)器,一個6向量2級中斷結(jié)構(gòu),全雙工串行口。</p><p> 單片機(jī)選擇最終方案:選擇STC89C52作為此次的單片機(jī)芯片。從功能上分析,其兩者都可以實現(xiàn)我們的任務(wù)要求,但是在性能上,89C52比89C51更好,其具有8K字節(jié)Flash,512字節(jié)RAM。同時,對于我們組員來說,我們組員對于89C52芯片更為熟悉。所以選
19、擇后者最為我們的單片機(jī)芯片。</p><p><b> 、鎖存器的選擇:</b></p><p> 方案一:選用74HC573鎖存器</p><p> 74HC573鎖存器的輸入是和標(biāo)準(zhǔn)CMOS輸出兼容的;加上拉電阻,他們能和LS/ALSTTL輸出兼容。當(dāng)鎖存使能端為高時,這些器件的鎖存對于數(shù)據(jù)是透明的(也就是說輸出同步)。當(dāng)鎖存使能變低
20、時,符合建立時間和保持時間的數(shù)據(jù)會被鎖存。</p><p> 方案二:選用74HC373鎖存器</p><p> 74HC373鎖存器和74LS373原理一樣,8數(shù)據(jù)鎖存器。主要用于數(shù)碼管、按鍵等等的控制 。</p><p> 鎖存器選擇最終方案:通過分析討論,我們選擇的是74HC573鎖存器,雖然兩者的性能和實現(xiàn)的功能是差不多的額,但是因為此次我們的芯片的P
21、0口試設(shè)置了排阻(多個上拉電阻組成),為了提高PO口的驅(qū)動能力,因此我們組員決定采用74HC573鎖存器。</p><p><b> 、其他的器件選擇</b></p><p> 由于其它器件根據(jù)實驗要求,都可以確定下來,所以不再進(jìn)行方案分析,其中,減排選用矩陣鍵盤,報時采用蜂鳴器,顯示采用LED數(shù)碼管。</p><p><b>
22、 3、各類元器件介紹</b></p><p> (1)、51單片機(jī)芯片:STC89C52</p><p> STC89C52RC單片機(jī)是新一代高速/低功耗/超強(qiáng)抗干擾的單片機(jī),指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051單片機(jī),12時鐘/機(jī)器周期和6時鐘/機(jī)器周期可以任意選擇。</p><p><b> 主要特性如下:</b></p&g
23、t;<p> 增強(qiáng)型8051單片機(jī),6時鐘/機(jī)器周期和12時鐘/機(jī)器周期可以任意選擇,指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051.</p><p> 工作電壓:5.5V~3.3V(5V單片機(jī))/3.8V~2.0V(3V單片機(jī))</p><p> 工作頻率范圍:0~40MHz,相當(dāng)于普通8051的0~80MHz,實際工作頻率可達(dá)48MHz</p><p> 用
24、戶應(yīng)用程序空間為8K字節(jié)</p><p> 片上集成512字節(jié)RAM</p><p> 通用I/O口(32個),復(fù)位后為:P1/P2/P3/P4是準(zhǔn)雙向口/弱上拉,P0口是漏極開路輸出,作為總線擴(kuò)展用時,不用加上拉電阻,作為I/O口用時,需加上拉電阻。</p><p> ISP(在系統(tǒng)可編程)/IAP(在應(yīng)用可編程),無需專用編程器,無需專用仿真器,可通過串口
25、(RxD/P3.0,TxD/P3.1)直接下載用戶程序,數(shù)秒即可完成一片</p><p> 具有EEPROM功能</p><p><b> 具有看門狗功能</b></p><p> 共3個16位定時器/計數(shù)器。即定時器T0、T1、T2</p><p> 外部中斷4路,下降沿中斷或低電平觸發(fā)電路,Power Dow
26、n模式可由外部中斷低電平觸發(fā)中斷方式喚醒</p><p> 通用異步串行口(UART),還可用定時器軟件實現(xiàn)多個UART</p><p> 工作溫度范圍:-40~+85℃(工業(yè)級)/0~75℃(商業(yè)級)</p><p><b> PDIP封裝</b></p><p> 其芯片引腳如下圖所示:</p>
27、<p> ?。?)、74HC573鎖存器</p><p> 74HC573鎖存器的輸入是和標(biāo)準(zhǔn)CMOS輸出兼容的;加上拉電阻,他們能和LS/ALSTTL輸出兼容。當(dāng)鎖存使能端為高時,這些器件的鎖存對于數(shù)據(jù)是透明的(也就是說輸出同步)。當(dāng)鎖存使能變低時,符合建立時間和保持時間的數(shù)據(jù)會被鎖存。輸出能直接接到CMOS,NMOS和TTL接口上操作電壓范圍:2.0V~6.0V低輸入電流:1.0uA。</
28、p><p> ?。?)、LED數(shù)碼管</p><p> 數(shù)碼管可以分為共陽極與共陰極兩種,共陽極就是把所有LED的陽極連接到共同接點com,而每個LED的陰極分別為a、b、c、d、e、f、g及dp(小數(shù)點);共陰極則是把所有LED的陰極連接到共同接點com,而每個LED的陽極分別為a、b、c、d、e、f、g及dp(小數(shù)點),如下圖所示。圖中的8個LED分別與上面那個圖中的A~DP各段相對應(yīng),
29、通過控制各個LED的亮滅來顯示數(shù)字。</p><p><b> ?。?)、上拉電阻</b></p><p> 能夠幫助內(nèi)存起到穩(wěn)壓作用,讓內(nèi)存工作更穩(wěn)定。從而提升內(nèi)存的穩(wěn)定性,增強(qiáng)內(nèi)存使用壽命。同時,外加上拉電阻可以幫助單片機(jī)提高接口的驅(qū)動能力。</p><p><b> ?。?)、蜂鳴器</b></p>
30、<p> 蜂鳴器是一種一體化結(jié)構(gòu)的電子訊響器,采用直流電壓供電,廣泛應(yīng)用于計算機(jī)、打印機(jī)、復(fù)印機(jī)、報警器、電子玩具、汽車電子設(shè)備、電話機(jī)、定時器等電子產(chǎn)品中作發(fā)聲器件。蜂鳴器主要分為壓電式蜂鳴器和電磁式蜂鳴器兩種類型。此電路系統(tǒng)中,通過蜂鳴器可以對始終進(jìn)行半點短鳴,整點長鳴的功能。</p><p><b> 硬件系統(tǒng)電子線路圖</b></p><p>
31、 5、硬件功能實現(xiàn)說明</p><p> 功能1:實時顯示當(dāng)前時間</p><p> 將6個LED數(shù)碼管通過74HC573鎖存器與單片機(jī)進(jìn)行連接,通過軟件程序的輸入,將結(jié)果顯示在6 位數(shù)碼管上,其中包括2 位顯示小時,2 位顯示分鐘,2 位顯示秒。</p><p> 其中鎖存器U1的Q1.Q2.Q3.Q4.Q5,Q6,Q7用于控制單個LED數(shù)碼管的陰極,分別為
32、a、b、c、d、e、f、g及dp(小數(shù)點),鎖存器U2用于選擇6個數(shù)碼管中哪一個顯示,由于數(shù)碼管的顯示是在極短的時間內(nèi)進(jìn)行循環(huán)顯示,所以最終就是我們最終看到的始終顯示。在現(xiàn)實過程中,為了區(qū)別小時,分,秒,我們分別在小時,分的間隔出用亮點隔開,使結(jié)果更加明顯。</p><p> 功能2:半點及整點時間用蜂鳴器報時,半點短鳴,整點長鳴對應(yīng)的次數(shù)。22 點至6 點不鳴。</p><p> 本
33、次時鐘中,有半點和整點報時的功能,同時,又因為22點到6點是晚上時間,在日常生活中如果還采取報時的話,會影響人的休息,這體現(xiàn)了人性化設(shè)計。同時,半點報時,比如說到08:29:59時,接下來一秒,會進(jìn)行短鳴,時長為0.1秒,整點報時,比如說到08:59:59時,接下來一秒后,會進(jìn)行長鳴,時長為1.0秒。</p><p> 功能3:能用鍵盤修改當(dāng)前時鐘。</p><p> 此次時鐘修改主要
34、為P3.0,P3.1,P3.2三個鍵,其中,P3.0可進(jìn)行LED數(shù)碼管的依次切換,比如可以從秒顯切換到分顯。當(dāng)切換好后,進(jìn)行時鐘的修改,其中,P3.1進(jìn)行時鐘的加修改,P3.2進(jìn)行時鐘減修改。比如說,現(xiàn)在是08:02:59,我需要修改到07:30:30則先按下P3.0,Z則秒顯位置開始閃爍,然后進(jìn)行修改,按P3.1按鍵30下即可,然后,再按下P3.0,切換到分顯位置,,按下P3.1按鍵29下即可,然后按下P3.0,切換到小時顯示位置,按
35、下P3.2按鍵,此時為減修改,按一下即可,最后修改完后,在此按下P3.0,則始終繼續(xù)進(jìn)行走動。</p><p><b> 三、軟件設(shè)計</b></p><p><b> 程序框圖</b></p><p><b> 2、程序模塊</b></p><p> 本程序主要分為以
36、下幾個模塊:</p><p> 主函數(shù)main() 鍵盤掃描函數(shù)keyscan()顯示函數(shù)display()</p><p> 延時函數(shù)delayms()初始化函數(shù) init() 蜂鳴器發(fā)聲函數(shù)di()</p><p> 半整點提示函數(shù)fengming()定時器中斷函數(shù)timer0()</p><p> 主程序mai
37、n():在調(diào)用復(fù)位函數(shù)之后,通過while(1),來一直掃描鍵盤keyscan()函數(shù),同時對時間t進(jìn)行實時的顯示。實時時間t,由定時器中斷函數(shù)timer0()產(chǎn)生。最后通過半整點提示函數(shù)fengming(),來進(jìn)行判斷是否蜂鳴。</p><p> 鍵盤掃描函數(shù)keyscan():使用了開發(fā)板上4*4矩陣鍵盤中的其中三個,先使它們的公共線端rd接地(=0),然后通過控制P3.0、P3.1、P3.2口的電位來判斷
38、按鍵是否被按下。同時根據(jù)檢測按下了哪個功能鍵來調(diào)用相應(yīng)的功能。</p><p> 定時器中斷函數(shù)timer0():通過定時器0的定時器中斷,來完成時間的變化,將shi、fen、miao,三個時間先按照時鐘規(guī)律單獨計數(shù),最后,合成為一個long型的整數(shù)t。</p><p> 蜂鳴器發(fā)聲函數(shù)di():發(fā)出短暫蜂鳴聲。</p><p> 半整點提示函數(shù)fengmin
39、g():通過判斷t的大小,來控制是否蜂鳴,以及奉命時間長短。</p><p> 初始化函數(shù) init():使得所有變量都初始化。</p><p> 顯示函數(shù)display():通過這個函數(shù),使得時間能在6位LED數(shù)碼管上顯示。</p><p> 延時函數(shù)delayms():短暫延時作用。</p><p> 四、系統(tǒng)功能調(diào)試與測試&l
40、t;/p><p> 本次課程設(shè)計,王晨主要承擔(dān)了鍵盤掃描函數(shù)keyscan()和半整點提示函數(shù)fengming()的設(shè)計和調(diào)試,修改了顯示函數(shù)display(),以及軟硬件所有程序的綜合調(diào)試。其他模塊調(diào)試由孫青青負(fù)責(zé)。</p><p><b> 1、模塊調(diào)試:</b></p><p> 1)調(diào)試鍵盤掃描函數(shù)keyscan():</p&g
41、t;<p> 問題1:測試修改shi、fen、miao的時候,在設(shè)置增加和減去的時候,沒有選擇正確變化數(shù)值。致使出現(xiàn)61、24等現(xiàn)象。</p><p> 問題2:在分別修完shi、fen、miao后,沒有將它們重新合成為t,且t=shi*10000+fen*100+miao位置放置不正確,導(dǎo)致顯示錯誤。</p><p> 調(diào)試半整點提示函數(shù)fengming():<
42、/p><p> 問題:起初并沒有此函數(shù),想使用di()函數(shù),通過延長時間來使得蜂鳴聲加長,結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn),發(fā)出來的聲音不連續(xù),為脈沖形式。經(jīng)過反復(fù)測試,將di()定義為固定函數(shù),通過一個for循環(huán)來進(jìn)行一個短暫的延時,是的蜂鳴聲延長。</p><p> 修改display()程序</p><p> 將原本6位LED連續(xù)顯示的數(shù)碼管,進(jìn)行每2位用小數(shù)點進(jìn)行分隔,是的時、
43、分、秒更加清晰。</p><p><b> 五、個人心得體會</b></p><p> 通過此次單片機(jī)課程設(shè)計,我的心得體會主要體現(xiàn)在學(xué)到的知識以及發(fā)現(xiàn)自己的不足之處。</p><p> 我是負(fù)責(zé)硬件設(shè)計部分的,在硬件設(shè)計的過程中,首先,我對于我們的51單片機(jī)又有了新的認(rèn)識,真正將51單片機(jī)與實際生活結(jié)合起來,發(fā)現(xiàn)了單片機(jī)在生產(chǎn)、生活中的
44、重要性;其次,我也漸漸熟悉了Protel電子制圖軟件,對軟件的操作也有了一定的提升;再者,對于各類元器件的組建也有一定認(rèn)識,就是我們需要先了解我們的項目需要實現(xiàn)的功能后,我們再通過查找資料找到相應(yīng)的元器件。同時,對于給累元器件的連線也有一定的要求,需要通過核對不同的參數(shù),同時,結(jié)合軟件程序,才可以不出錯。</p><p> 同時,在硬件設(shè)計過程中,我也發(fā)現(xiàn)了自身的不足之處,現(xiàn)有的知識還是太匱乏,需要及時補充,尤
45、其是軟件程序設(shè)計上。其次,需要虛心向同學(xué)和老師請教。</p><p><b> 參考文獻(xiàn)</b></p><p> 【1】《Protel2004實用教程--原理圖與PCB設(shè)計》 谷樹忠,侯華麗,姜航編著,電子工業(yè)出版社。</p><p> 【2】《Protel 99 se電路設(shè)計與制版,從入門到提高》 王雅芳 編著 機(jī)械工業(yè)出版社。<
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