利用单片机实现作息时间控制系统论文.doc

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1、日照职业技术学院毕 业 论 文题 目： 利用单片机实现作息时间控制系统 院 部： 专 业： 学 号： 学生姓名： 指导教师： 职 称： 2012年5月16日摘要：本设计详细介绍了利用AT89C52单片机设计时间控制器的方法。该时间控制器是以AT89C52单片机为核心，扩展一片XICOR公司的X5045组成的小系统，控制一路继电器：可以设定一天中的时间，设定继电器的开启时间和关闭时间，可以清除不需要的定时，能够紧急启动：所有的设定均通过键盘实现，按键具有连击功能，每个状态都有指示灯提示。我们设计的作息时间控制是用单片机实现的，是为了更好的对时间控制智能化。时间控制器包括硬件和软件。硬件部分包括继

2、电器，存储器和显示器接口芯片。软件部分，主要是主程序设计。软硬件结合在一起，先调试子程序，然后逐级叠加调试，最后系统调试通过。时间控制系统可以准确的显示时间，在定时时间到时发出悦耳的铃声提醒同学们按时上下课。论文关键词：关键词：单片机，控制，时间summmary：Design details of the AT89C52 single-chip design time using the method of the controller. The time controller is based on AT89C52 single-chip microcomputer as the core,

3、 extending the companys X5045 1 XICOR small systems, control relays all the way: You can set the time of day, set to open relay time and closing time, you can removal of unnecessary time, to an emergency start: All the settings are to achieve through the keyboard, function keys with the batter, each

4、 state has prompted indicator. We designed the schedule control is achieved with single-chip is a better time for intelligent control. Time controller, including hardware and software. Hardware components, including relays, memory and display interface chip. Software, primarily the design of the mai

5、n program. Combination of hardware and software, debugging subroutine first, and then overlay level debugging, the adoption of the final system test. Time control system can accurately display the time in the regular time when musical tones to remind students of the school on time.Key words: single-

6、chip microcomputer, control, time目录1、绪 论41.1 课题的提出及意义41.2 设计的任务及要求42总体方案设计42. 1 芯片比较42.1.1 单片机选型42.1.2显示器接口芯片的选择52.1.3存储器的选择72. 2总体设计及系统原理83硬件设计93. 1 单片机部分93.1.1 AT89C5293.1.2 单片机硬件资源分配103. 2 存储器部分103. 3 显示部分 123. 4 电源与复位电路部分 123.4.1 电源部分123.4.2复位电路133. 5 电铃和继电器部分 133. 6 按键部分134软 件 设 计1441 主程序设计 144

7、. 2 子程序设计155系统安装与调试1751 软件调试1752 系统调试17结论18致 谢19参 考 文 献201、绪 论1.1 课题的提出及意义 单片机作息时间控制实现了对时间控制的智能化，摆脱了传统由人来控制时间的长短的不便，实现代学校必不可少的设备。1.2 设计的任务及要求1作息时间能控制电铃2作息时间能启动和关闭放音机单片机作息时间控制的功能如下：使用4位七段显示器来显示现在的时间。显示格式为“时分”由LED闪动来作秒计数表示具有4个按键来作功能设置，可以设置现在的时间及显示定时设置时间一旦时间到则发出一阵声响，同时继电器启动，可以控制放音机开启和关闭。第2章 总体方案设计2. 1

8、芯片比较2.1.1 单片机选型当今单片机厂商琳琅满目，产品性能各异。常用的单片机有很多种：Intel8051系列、Motorola和M68HC系列、Atmel的AT89系列、台湾Winbond(华邦)W78系列、荷兰Pilips的PCF80C51系列、Microchip公司的PIC系列、Zilog的Z86系列、Atmel的AT90S系列、韩国三星公司的KS57C系列4位单片机、台湾义隆的EM-78系列等。我们最终选用了ATMEL公司的AT89C52单片机。AT89C52是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含8Kbytes的可反复擦写的只读程序存储器（PEROM）和2

9、56bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，与标准MCS-51指令系统及8052产品引脚兼容，片内置通用8位中央处理器（CPU）和FLASH存储单元，功能强大AT89C52单片机适用于许多较为复杂控制应用场合。2.1.2显示器接口芯片的选择LED显示器接口芯片的选择常用的显示器接口芯片有CD4511，CD4513，MC14499，8279，MAX7219，74HC164等，它们的功能有：1.CPU接受来自键盘的输入数据，并作预处理；2.数据显示的管理和数据显示器的控制。CD4511是BCD锁存，7段译码，驱动器，但在显示6和9时，显示为b

10、和q，不是很好看。CD4513是BCD锁存，7段译码,驱动器(消隐)，但现在市面上不好买。MC14499为串行输入BCD码十进制译码驱动器，用它来构成单片机应用系统的显示器接口，可以大大减少I/O口线的占用数量。但是，由片内震荡器经过四分频的信号，经位译码后只能提供4个位控信号，使信号的采集受到限制；并且，MC19944的价格偏高，也不经济。同样，8279为INTEL公司生产的通用键盘/显示器接口芯片，其内部设有16*8显示数据RAM，若采用8279管理键盘和显示器，可以减少软件程序，从而减轻主机的负担，但我们同时也发现，由于其功能比较强大，不可避免将会使外围设备与操作过程复杂化，同时价格比较

11、贵。对比一下MAX7219和74HC164其占用资源少，且不需复杂的驱动电路。但MAX7219虽然比较好用，且一片能驱动四个数码管，但对于我们设计的系统来说，不需要很多数码管，此外MAX7219相对74HC164的价格也比较贵，所以我们最终选用74HC164，下面对MAX7219作一下介绍。1、特点：(1) 采用3线串行接口传送数据；(2) 内部有8字节显示静态RAM和6个特殊功能寄存器，相当于14个字节的RAM单元。它们是可寻址的，即可以有选择的任意写入；(3) 只需一个外部电阻即可调节LED的段电流，并且允许程控方式LED通电的占空比而可方便的调节LED显示的亮度，或用于模拟亮度显示；(4

12、) 可LED显示器的扫描个数；(5) 有不译码和B码两种显示模式，这种选择可做到位控，即各LED显示器可以有不同的显示方式：译码或不译码； (6) 含硬件动态扫描显示控制，可设置低功耗方式，可进行图条显示。2、工作原理简介（1）数据（含地址）接收MAX7219采用串行寻址方式，在传送的串行数据中包含有RAM的地址。按照时序的要求，单片机将16位二进制数逐位发送DIN端，在CLK上升延到来之前DIN必须有效，在CLK的每个上升延，DIN被串行逐位移入MAX7219内部的16位穿行寄存器中。设最先移入的数据是D15,最后移入的数据是D0,则移入16位串行寄存器的数据是D15-D0。为了有选择的将数

13、据写入8个显示RAM或6个特殊功能寄存器，D0D15中，D8D11四位作为RAM和特殊功能寄存器的地址，D0D7作为写入显示数据或控制字。与并行数据传送相比，MAX7219串行接收D0D15并存放到16位串行寄存器中的过程，相当于并行传送中，将并行数据和地址送到数据和地址总线上的过程。（2）数据装载16位接收寄存器将收到的D0D7位数据写入RAM或特殊功能寄存器是在数据装载信号控制下完成的。图3-8是MAX7219的数据接收装载（写入）时序图，由图可知，LOAD必须在15个CLK下降延前由高变低，在16个CLK同时或之后由低变高（上升延）。在LOAD的上升延，8位数据D0D7写入以4位二进制数

14、D8D11位地址的RAM或特殊功能寄存器中。（3）显示扫描当显示模式设定后，写入显示RAM的数据将在控制器的控制下，按设定的显示模式，以动态扫描方式进行显示。MAX7219内部显示RAM及特殊功能寄存器显示RAM（地址*1*8）地址为*1H的RAM数据控制接D0引脚的显示器，地址为*2H的RAM数据控制接D1引脚的显示器。译码方式寄存器（地址：*9H）该寄存器的8位二进制数的各位值分别控制着8个LED显示器的译码方式。当高电平时选择BCD-B码译码模式，当低电平时选择不译码模式。B码译码的显示自行与现实数据的关系如下：显示数据（十六进制） 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D

15、 E FB码字型 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 E H L P *其中，*代表全灭。小数点不译码，它由显示数据的D7位控制。扫描界限寄存器（地址：*BH）该寄存器的D0D3位数据设定值为07，设定值表示显示器动态扫描个数为18。停机寄存器（地址：*CH）当位D0=0时，MAX7219处于停机状态；当D0=1时，处于正常工作状态。显示测试寄存器（地址：*FH）当位D0=0时，MAX7219按设定模式正常工作；当D0=1时，处于测试状态。在该状态下，不管MAX7219处于什么模式，全部LED将按最大亮度接通显示。亮度寄存器（地址：*AH）及两度的调解或控制亮度可通过硬件和软件两种方法调解

16、或控制。2.1.3存储器的选择为了改善主CPU的资源与时序的分配，我们对AT89C51进行串行数据存储器的扩展。常用的存储芯片有很多，如AT93C46/56/66，X5045。经过比较选择，最终选用了XICOR公司的X5045。X5045把三种常用的功能：看门狗定时器，电压控制和EEPROM组合在单个封装之内。这种组合降低了系统的成本并减少了对电路板空间的要求。看门狗定时器对微控制器提供了独立的保护系统。低VCC检测电路可以保护系统免受低电压的影响，同时X5045是串行EEPROM 具有简单的三总线工作的串行外设接口，是一种有独特功能的高性能价格比存储器件。AT93C46/56/66是ATME

17、L公司推出的低功耗、低电压电可擦除的可编程只读存储器。它采用CMOS技术和Fairchild Semiconductor公司的Mi-croWire工业标准3线串行接口，具有1Kb/2kB/4kB的容量，并可通过ORG管脚配置成128*8/256*8/512*8或64*16/128*16256*16等结构。该系列存储器可靠性高，能够重复写100万次，数据可以保存100年不丢失；采用8脚PDIP/SOIC封装和14脚SOI封装（SOI封装为JEDEC和EIAJ标准），与并行的EEPROM相比，AT93C46/56/66可大大节省印制板空间，且接线简单，因而在多功能的精密测试仪中具有广阔的前途。（2

18、）指令及时序地址擦指令（ERASE）该指令用于强迫指定地址中所有数据位都为“1”。一旦信息在DI端上被译码，就需使CS信号保持至少250ns的低电平，然后将CS置为高电平，这时，DO端就会指示“忙”标志。DO为“0”，表示编程正在进行；DO为“1”，表示该指定地址的寄存器单元已擦完，可以执行下一条指令。擦/写允许指令（EWEN）由于在上电复位后AT93C46/56/66首先将处于擦写不允许状态。故该指令必须在所有编程模式前执行，一旦该指令执行后，只要外部没有断电就可以对芯片进行编程。地址写指令（WRITE）写指令时，先写地址，然后将16位的或8位数据写入到指定地址中。当DI端输出最后一个数据位

19、后，在CLK时钟的下一个上升沿以前，CS必须为低，且需至少保持250ns，然后将CS置为高电平。需要说明的是：写周期时，每写一个字节需耗时4ms。地址读指令（READ）读指令用于从指定的单元中把数据从高位到低位输出至DO端，但逻辑“0”位先于数据位输出。读指令在CLK的上升沿触发，且需经过一段时间方可稳定。为防止出错，建议在读指令结束后，再输出2-3个CLK脉冲。芯片擦指令（ERAL）该指令可将整个存贮器阵列置为，其它功能与地址擦指令相同。芯片写指令（WRAL）该指令可将命令中指定的数据写入整个存贮器阵列，其它功能与地址写指令相同。该指令周期所花费时间的最大值为30ms。擦/写禁止指令（EWD

20、S）使用该指令可对写入的数据进行保护，操作步骤与擦/写允许指令相同。2. 2总体设计及系统原理经比较我们选定单片机芯片为AT89C52，存储器芯片为X5045。在确定系统的大体形式之后，画出本系统的结构布局，电路原理如图2-2所示。显示电路自动复位电路电源电路继电器电路电铃电路单 片 机图2-2 电路原理框图第3章 硬件设计3. 1 单片机部分 3.1.1 AT89C52（1）AT89C52的特点： 与MCS-51产品指令和引脚完全兼容 8K字节可重擦写FLASH闪存 1000次擦写周期 全静态操作：0Hz-24MHz 三级加密程序存储器 256X8字节内部RAM 32个可编程I/O口线 3个

21、16位定时/计数器 8个中断源 可编程串行UART通道 低功耗空闲和掉电模式功能特性概述：AT89C52提供以下标准功能：8K字节FLASH闪存，256字节内部RAM，32个I/O口线，3个16位定时/计数器，一个6向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时，AT89C52可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU工作，但允许RAM，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其他所有部件工作直到下一个硬件复位。3.1.2 单片机硬件资源分配P24 连接按键P25 连接按键P26 连

22、接按键P27 连接按键P34 连接蜂鸣器P35 接继电器P14 连接X5045的SO端P15 连接X5045的/CS端P16 连接X5045的CLK端P17 连接X5045的SI端 3. 2 存储器部分在上一章我已选定了存储器芯片X5045，下面对其作进一步的介绍：（1）特点：可编程的看门狗定时器上电复位及低VCC检测，即在上电和VCC低于检测门限时，输出复位信号。输出复位高电平有效，直至VCC=1V复位信号仍有效SPI接口方式，最高可达1MHZ的串行时钟频率512*8位串行EEPROM低功耗CMOS，3mA工作电流，10uA备用电流电源电压：2.7V-5.5V分块锁定，可保护1/4，1/2或

23、所有EEPROM列防止偶然性写保护高可靠性，数据可保存100年，每字节可擦除次数可达到10万次可编程的复位门限。需要加高电压（15-18V加在WP引脚）及一个专门的时序（2）使用说明：串行输出（SO）SO是一个推/拉串行数据输出引脚，在读周期时间内，数据从这个引脚输出，串行时钟脉冲下降沿时数据输出。串行输入（SI）SI是串行数据输入引脚，所有的操作码，字节，地址及数据都通过这个引脚写入存储器，串行时钟脉冲上升沿时，数据被锁存。串行时钟（SCK）串行时钟控制串行总线为数据的输入和输出计时，SI引脚的操作码，地址或数据在时钟输入上升沿时被锁存，SO引脚的数据在时钟输入上升沿时被改写。片选（/CS）

24、当/CS为高电平时,X5043/45被检测,SO输出引脚处于高阻抗状态，除非内部写操作在进行中的时候，X5045将处于后备电源模式。/CS为低电平时，可以使X5943/45处于工作电源模式，应特别注意，在电源上电以后，需要在开始任何操作以前完成/CS引脚上高电平到低电平的转换。写保护（/WP）当/WP为低电平时，对于X5045不能完成非易失性写操作，但是在其他方面工作正常。当/WP被拉成高电平时，所有的功能，包括非易失性写操作都能正常工作。当/WP变成高电平，/CS仍然是低电平时，将中断对X5045的写操作，如果内部写周期已经开始，/WP变成低电平将对写操作没有影响。复位（RESET）X504

25、5的RESET分别工作在高电平/低电平，对外输出一直工作到VCC降至最小电压以下，将一直工作200ms直到VCC升高大于最小电压。如果看门狗定时时间已定，/CS保持高电平或低电平的时间超过看门狗的定时时间， RESET也同样有效。当/CS下降沿时可使看门狗定时器复位。（3）工作原理X5045是设计成直接与许多微控制器系列的同步串行外设接口（SPI）相接的512*8EEPROM。X5045包括一个8位指令寄存器，可以通过SI输入来访问，数据在SCK上升延由时钟同步输入，在整个工作期间内，/CS必须低电平且/WP输入必须是高电平。（4）复位电源：（5）低电压控制：（6）看门狗定时：（7）VCC入口

26、复位程序：（8）设置Vtrip值（9）复位初始电压：（10）SPI串行存储（11）时钟和数据定时（12）写使能锁存器（13）状态寄存器（14）读状态寄存器（15）写状态寄存器 （16）读存储序列 （17）写存储序列3. 3 显示部分 本仪器利用89C52单片机串行口和廉价的74HC164集成块实现多个LED显示的一种简单方法，利用该方法设计的多路LED显示系统具有硬件结构简单、软件编程容易和价格低廉的特点。下面简单的介绍一下74HC164。特点：（1）与门串行输入；（2）完全的缓冲时钟脉冲和串行输入；（3）直接清除3. 4 电源与复位电路部分 3.4.1 电源部分本次设计应用的电压有+5V。2

27、20V交流电源经变压器,整流，滤波后分别进入芯片7805，产生+5V，这些电源的具体应用情况如下：+5V电源:单片机及外围电路所用电源+9V电源:压电喇叭所用电源3.4.2复位电路当MCS-5l系列单片机的复位引脚RST(全称RESET)出现2个机器周期以上的高电平时，单片机就执行复位操作。如果RST持续为高电平，单片机就处于循环复位状态。根据应用的要求，复位操作通常有两种基本形式：上电复位和上电或开关复位。上电复位要求接通电源后，自动实现复位操作。常用的上电复位电路如图3-12(a)中左图所示。图中电容C1和电阻R1对电源十5V来说构成微分电路。上电后，保持RST一段高电平时间，由于单片机内

28、的等效电阻的作用，不用图中电阻R1，也能达到上电复位的操作功能， 3. 5 电铃和继电器部分 当定时时间到了，压电喇叭则发出一阵声响，时间到时发出一阵声响，按下K4键可以停止声响。也可以启动继电器，由继电器可以控制放音机。3. 6 按键部分按键设定部分比较简单，因为本系统按键少，所以在设计上采用了独立按键方式，程序的编制上也采用了简单的扫描方式。程序执行后工作指示灯LED闪动，表示程序开始执行，七段显示器显示“0000”，按下操作键K1-K4动作如下：操作键K1：设置现在的时间；操作键K2：显示闹铃设置时间；操作键K3：设置闹铃时间；操作键K4：闹铃ON/OFF设置，设为ON时连续3次发出哔的

29、一声，设为OFF时发出哔的一声；设置现在的时间或是闹铃时间设置如下：操作键K1：设整时；操作键K2：设整分；操作键K3：设置完成；至此，我们分七部分将硬件电路介绍完毕，从下一章，我将介绍该仪器的软件设计。第 4 章 软 件 设 计单片机作息时间控制的动作利用时间计时处理来做秒计数，当所设置的时间到了，则发出一阵声响，启动继电器，由继电器可以控制放音机开启或关闭。单片机定时器负责定时的计数，不会因为按键处理而中断时间秒数的增加，时，分，秒数据是存在变量内并写入七段显示器的缓冲区内，而由显示器扫描程序中定时扫描而显示出时间。41 主程序设计 在主控程序循环中主要工作为扫描是否有按键，若有按键则应做

30、相应的功能处理，同时也扫描显示器显示时间数据，并检查所设置的时间是否到了，图41为主程序控制的工作流程。时间计时处理程序是等过了1S后，则更新时间数据，将最新的时，分，秒的数据转换为数字数据并显示在七段显示器上。程序中是这样判断是否过了1S的：设一旧秒数变量，当新旧秒数变量不一样时，则表示已过了1S，要做相关程序时间处理了。主程序开始初始化定时器初始化变量继电器OFF，消除电铃标志LED闪动，表示程序开始执行扫描显示器更新时间数据，定时时间到K1：设置现在的时间K2：显示定时设置时间K3：设置定时时间K4：电铃ON/OFF是否按K1、K2、K3、K4键？图 41 主程序控制的工作流程4. 2

31、子程序设计 主要控制子程序说明如下： T0_INT：定时器0计时中断程序每隔5ms中断一次； DELAY：延时子程序； DELAY1：控制七段显示器延时时间； LED_BL：工作LED闪动控制； SCAN1：七段显示器扫描一遍； LOAD_DATA：加载七段显示器显示数据“0”； INIT：初始化控制变量； INIT_TIMER：初始化定时器接口，使用定时器0模式0计时； TIME_PRO：更新时分秒数据； CONV1：将分及秒的数据转化为七段显示器显示数据并写入显示内存内； CONV：将时及分的数据转换为七段显示器显示数据并写入显示内存内； SET_TIME：设置现在的时间包括小时及分钟；

32、TIME_OUT：过了1S后则更新时间并检查定时时间是否到了； LOOK_ATIME：查看已设置的定时时间； CONVA：转换定时时间时分数据为七段显示器显示数据并写入显示内存内； SET_ATIME：设置定时时间。其中显示分四路，第一个和第二个数码管显示的是时，第三个和第四个数码管显示分。流程图如图4-2所示。设置SCON子程序入口读取数据查表送数显示 图 42 显示流程图 Y 数据传送结束了吗送下一串数据子程序返回第5章 系统安装与调试51 软件调试采用模块化程序设计思想，首先调试子程序，然后逐级叠加调试。52 系统调试软硬件结合在一起，看是否能工作正常，由于在模块调试过程中，我们把软硬件

33、所出现的错误都调整过来了，所以系统调试通过。结论本次论文的设计，使单片机运用到了我们的实际生活中，也进一步开发了单片机的各项功能，我在本次论文设计中收获颇多，不仅学会了用单片机来设计程序，还开拓了我的思路，对我以后解决问题提供了更加敏捷的思路。虽然我的设计能够实现作息时间的控制，但是在很多方面还是不很完善，仍要继续研究，达到最好的效果。在本次论文设计中我也遇到了很多的挫折，从挫折中不断走出来，我学会了很多，在我人生道路上将是一笔财富。英国哲学家培根说过：“超越自然的奇迹多是在对逆境的征服中出现的。”人生在世，不可能春风得意，事事顺心。面对挫折能够虚怀若谷，大智若愚，保持一种恬淡平和的心境，是彻

34、悟人生的大度。我相信自己就是一座宝藏，只要相信自己可以，就一定能成功。人，经过挫折、困难的磨练，才能逐渐长大。从实际出发，相信自己每天进步一点点，终能成功！致 谢这篇论文是在我的指导老师的指导下才得以完成的。在此我首先向我的指导老师表示衷心的感谢！老师以其严谨求实的治学态度、高度的敬业精神、兢兢业业、孜孜以求的工作作风和大胆创新的进取精神对我产生重要影响。她渊博的知识、开阔的视野和敏锐的思维给了我深深的启迪。同时，在此次毕业设计过程中我也学到了许多了关于利用单片机设计程序系统方面的知识，实验技能有了很大的提高。 最后，再次对关心、帮助我的老师和同学表示衷心地感谢！参 考 文 献1 李全利单片机原理及应用技术高等教育出版社 第二版2 徐爱均智能化仪表原理与设计北京 北京航空大学出版社 1996年3 公茂法单片机人机接口实力集北京 北京航空大学出版社 1998年4 李朝青单片机原理及其接口技术北京 北京航空大学出版社 1998年5 邬宽明单片机外围器件实用手册 北京 北京航空大学出版社 1998年6 张毅刚MCS-51单片机应用设计哈尔滨 哈尔滨工业大学出版社1997年7 陈明荧8051单片机课程设计实训教材 北京 清华大学出版社 2003年8 肖玲妮，袁增贵Protel99SE印刷电路板设计教程北京 清华大学出版社 2003年9 X5045的中英文资料