1、单片机作息时间控制器课程设计 精品湖南工程学院课 程 设 计课程名称 微机原理与应用 课题名称 单片机作息时间控制器 湖南工程学院课 程 设 计 任 务 书课程名称 微机原理与应用 课 题 单片机作息时间控制器 专业班级 自动化0702 学生姓名 罗 琦 学 号 200701020216 指导老师 王迎旭、李晓秀、林国汉 审 批 任务书下达日期 2010年 6 月 7日任务完成日期 2010年 6 月 20日设计内容与设计要求设计内容：本课题要求以单片机为核心，设计一个具有定时和计数功能的智能化作息时间控制器。该控制器要求有以下功能：1、 按作息时间接通/断开电铃；2、 课间接通/断开播放音乐
2、设备；3、 时钟显示。设计要求：1）确定系统设计方案； 2）进行系统的硬件设计；3）完成必要的参数计算与元器件选择；4）完成应用程序设计；*5）进行部分单元电路几应用程序的调试；主 要 设 计 条 件作息时间控制器常用于学校教学楼的时间控制，利用单片机内部定时器实现时间基准定时，并配合“启动”、“复位”等按键的操作完成铃声、音乐的开/停控制，显示的内容要求有时、分、秒各两位。说 明 书 格 式1. 课程设计任务书2. 目录3. 系统总体方案选择与说明4. 系统结构框图与工作原理5. 各单元硬件设计说明及计算方法6. 软件设计与说明（包括流程图）7. 调试结果与必要的调试说明8. 使用说明9.
3、程序清单10、总结11、参考文献附录附录A 系统原理图附录B 程序清单评分表进 度 安 排设计时间两周第一周：星期一 讲课，布置课题任务， 借阅有关资料；星期二 上午：讲课及课题介绍；下午：分组进行总体方案讨论，初步确定设计方案；星期三 上午：方案论证与检查；下午：分组进行总体设计，硬、软件功能分配；星期四 硬、软件流程设计与计算； 星期五 小系统焊接与调试；第二周：星期一 分单元调试调试；星期二 写说明书初稿；星期三 检查设计情况，修改说明书；星期四 整理资料，准备答辩；星期五 交设计资料，答辩。参 考 文 献参考文献1张迎新.单片微型计算机原理、应用及接口技术.国防工业出版社2房小翠.单片
4、机实用系统设计技术. 国防工业出版社3何立民.单片机应用系统设计.北航出版社4王迎旭.单片机原理及及应用.机械工业出版社.2004年、第一章 引 言71.1简介及技术要求 71.2计时方案 71.3键盘/显示方案7第二章 硬件设计 8 2.1 电路原理图 82.2 系统工作流程 92.3 系统使用说明 10第三章 系统软件设计 103.1 软件设计 103.2 系统工作流程 11第四章 程序模块设计. 15 4.1主程序模块 16 4.2定时中断服务程序模块 184.3扫描显示模块 224.4键扫描子程序 234.5键值处理子程序 274.6移位键处理程序模块 30第五章 调试及分析 32第六
5、章 课程总结 33参考文献 34附录 35第1章 引 言因为单片机的种类多，而型号杂，也是我们学习中的困难，所以就MCS51系列的产品来说，就是一个典型的学习方法。对于类似汇编的单片机编程过程，也是一个十分有趣的过程。为了更好的说明，我以上介绍先从应用电路切入，同时介绍它们的使用方法，以便能快速掌握它们的应用。1.1简介及技术要求校园作息时间控制系统主要用于学校，对一些以24小时为周期的开关量进行自动控制。如上下课打铃及扩音设备的开与关、教学楼照明的定时开与关、学生宿舍灯及校园路灯的定时开关的控制。技术要求如下：（1） 定时准确，月误差=10%。（2） 有显示和校时功能。（3） 具备到时响铃功
6、能。1.2计时方案采用软件控制利用MCS-51 系列单片机内部的定时/计数器进行中数年定时，配合软件延时实现时、分、秒的计时。该方案节省硬件成本，且能够使读者在定时/计数器的使用、中数年及程序设计方面得到锻炼与提高，因此本系统将采用软件方法实现计时。1.3键盘/显示方案对于实时时钟而言，显示显然是另一个重要的环节。如前所述，通常有两种显示方式：动态显示和静态显示。直接利用MC51单片机的P0和P2口，LED动态显示。 该方案硬件连接简单，但动态扫描的显示方式需占用CPU较多的时间，在单片机没有太多实时测控任务的情况下可以采用。第2章 硬件设计考虑到在停电时本机仍需正常走时，故单片机选用COMS
7、低功耗产品如MCS51，由于LED显示电路耗电量较大，可将其电源与单片机电源分开，从而使得在停电时蓄电池仅对单片机供电，而不对显示电路供电，延长电池的供电时间。选用典型的并口扫描显示输出。用MCS51的P0口和P2口作为段码和位码输出口，并由2片ULN2003作为每个端口的反相驱动。利用 P1口的低六位作为6个功能键的键盘线，P3口部分口作为冬季或夏季作息时间的选择线、临时报时处理设置线和打铃输出控制（输出部分加光电隔离）。2.1电路原理框图报时钟电路的核心是MCS51单片机，其内部带有4KB的程序ROM，无须外扩程序存储器。电脑时钟没有大量的运算和暂存数据，现有的128B片内RAM已能满足要
8、求，也不必外扩片RAM。系统配备5位LED显示和6*1键盘，用P1口作为键盘接口电路，P2口作为5位LED 显示的位选通口，P0口则作为字形码输出口。采用共阴极LED数码管，P0口、P2口和数码管之间串接了反相驱动芯片ULN2003，因此P2口输出高电平选中相应的位，而P0口输出低电平点亮相应的段。P3。2接用户自设定报时/作息时间报时的选择开关，开关闭合（P3。2为低电平）时，仅对用户自设定的时间点进行报时；开关断开时，则进行固定的作息时间表报时。 P3。3端口接夏令/冬令作息时间表，P3。3=1时选择择冬令作息时间表。P3。4端口外接光电隔离器，驱动扩音机电源的控制开关，低电平有效。 图2
9、.1 单片机原理框图2.2系统工作流程本单片机报时控制系统具备以下功能：时钟显示。5位LED从左到右依次显示时、分，采用24H计时。 图2.2 时间显示图（4） 键盘功能。采用4个独立按键，包括：移位键、加1键、减1键、校时置入键。（5） 移位键：（P1。0=0）每按动移位键一次，小数点从左向右移动1位。（6） 加1键：（P1。1=0）对小数点所在位的数什进行十进制加1。（7） 减1键：（ P1。2=0）对小数点所在位的数值进行十进制减1。（8） 校时置入键：（P1。3=0）将显示的时间值置入实时时钟的计时缓冲区。 图2.3 键盘功能（9） 扬声器驱动电路： 图2.4 扬声器驱动电路 2.3
10、系统的使用说明（1） 时间显示。通电后，系统自动进入时钟显示，从00：00：00：开始计时，此时可以设定当前时间。（2） 时间校对。按下“移位”键，小数点从左向右移动，每按动1次，小数点便移动1位；要修改设置哪一位，只需将小数点移到该位，便可用“加1键”或“减1键”对该位进行数字设定；时间的校对设定一共有5位，从左到右依次为星期、小时十位、小时个位、他的十位、分的个位。设置正确后“校时置入键”，时间校正便设置完成，报时钟开始按新设置的时间值开始走时和显示。（3） 用户报时时间设置/显示。用户可以自行设定10组报时时间点，这时LED显示的最高位定义为组编号其他位定义不变；按下“报时设定键”，系统
11、根据“组编号”将用记设定的报时时间点（小时和分）存入内部RAM相应存储单元中，用户如需修改和检查这些报时时间。如需修改，可用“移位键”、“加1键”,“减1 键”来重新设定，然后用“报时设定键”来转入并结束显示。（4） 报时输出的驱动过程。在报时处理程序上中，一旦当前时间与作息时间表中的某一时间点（时、分值）相同时，则建立F0报时标志，建立F1放音标志，扩音机播放报时音乐，并在26H中设置放音时间，放音时间到，则关闭驱动及清除F1标志位，完成1次报时驱动.第3章 软件设计3.1系统资源分配 （1）为方便阅读程序，先对系统的资源分配加以说明。1） 定时器。定时器0用作时钟定时，按方式1工作，每隔1
12、00MS溢出中断1次。2） 片内RAM及标志位的分配与定义见表1表1:地址功能名称初始化值2FH2BH显示缓冲区，星期、小时、分（高位在前）DISP0DISP400H24H20H计时缓冲区，星期、时、分、秒、100msWEEK,HOUR,MIN,SEC,MSEC00H40H53H用户报时时间值寄存区（时、分）AHOUR、AMIN00H61H7FH堆栈区00HF0H报时开始标志位F0H0F1H放音开始标志位F1H0F3H分钟值变更标志位F3H0F4H键处理标志位F4H025H扩音机预热时间25H00H26H播放报时音乐时间26H00H（2）软件流程。根据上述工作流程，软件设计可分为以下几个功能模
13、块：1） 主程序：初始化与键盘监控。2） 计时：为定时器0中断服务子程序，完成刷新计时缓冲区的功能。3） 时间设置与报时设置：由键盘输入设置当前时间与定时启闭时间。4） 显示：完成5位LED动态显示。5） 键盘扫描：判断是否有键按下，并求取键号。6） 定时比较：判断报时时间到否，如时间到，则启动报时处理程序。7） 其他辅助功能程序，如键盘设置、拆字、合字、冬季或夏季时间表选择及假日停止报时等。第4章 程序模块设计程序的模块设计非常重要，有很多功能的程序，列表如表2表2 ：主程序程序的主体，调用其他子程序定时中断服务程序进行秒，分，时的累计计数，到时间到时，驱动蜂鸣器及继电器显示模块P0口作为段
14、码，P2口作为位码输出，控制数码管。键扫描子程序检测P1口，判断是否有键按下，如有键按下，进进行延时去抖动并读取键值，存入A中键值处理子程序判断A中的值，根据A来选择调用哪个子程序4.1 主程序模块（MAIN）在主程序模块中，先对各端口进行初始化，对内部RAM区清零，设置堆栈和定时器初值，关闭显示器，启动定时及其中断。然后检测时钟分值变更标志位F3是否建立,如果已建立,则进行报时处理,否则再检测有无按键按下,若有则进行按键处理,无则返回循环点。 ORG 0000H START： AJMP MAIN ;跳转入主程序0030H ORG 000BH AJMP CTCINT ;跳转到定时器T0的中断服
15、务程序入口 ORG 0030HMAIN： NOP ;主程序入口地址:0030H NOP NOP MOV A，#OFFH ;关闭各输出口MOV P0，A ;P0口为字形口,低电平有效MOV P1，A ;P1口作为6个键输入口MOV P2，A ;P2口是字位口,低电平有效MOV P3，A ;P3口报时方式控制和驱动输出口SETB T0 ;关闭报时音乐输出(T0=1)SETB T1 ;关闭报时扩音机电源(T1=1)CJNE SP，#07H，NOT1 MOV R0，#7FHMOV R1，#7DH ;否则RAM清零初始化CLR ALOOP0： MOV R0,A DEC R0DJNZ R1, LOOP0
16、;从内部RAM区03H到7FH均清零NOT1： MOV SP，#60H ;设置栈指针MOV IP，#02H ;设置定时器T0为最高中断优先级MOV IE，#82H;定时器T0开中断MOV TMOD，#01H;设置定时器T0为方式1MOV TL0，#0B0H;设置定时器T0初值MOV TH0，#3CHSETB TR0;启动定时NOPNEXTT： NOP MOV SP，#60H ;重置堆栈底位置LCALL DISP ；调用显示子程序NOP ;检测标志是否出现,F3为定时分钟值变化的标志位JNB 0F3H，NEXT1 ;F3=0,则转键扫描,判断有无键按下NOP ;F3=1,调用报时处理子程序SET
17、B INT0JNB INT0 ， USERS;如INTO=0,则调用用户自设定报时点LCALL TIMERA;INTO=1,调用TIMERA,按作息时间表报时USERS： NOPLCALL TIMERB;TIMERB为用户自设定报时点报时NOPNEXT1：LCALL CHECKEY;调用按键扫描子程序,判断有无键按下JZ NEXTT;无键按下,返回重新扫描NOPLCALL KEYACC;有键按下,调用按键处理子程序NOPSJMP NEXTTNOPNOP4.2定时中断服务程序模块该多好模块完成下述工作：对100毫秒（20H）、秒（21H）、分（22H）、小时（23H）进行累计计数，如果分值有计数
18、变化并且无键按下，则将小时和分钟送显示缓冲区更新显示目录；如有报是处理标志，则对报时扩音机电源和报时音乐输出分别进行定时控制。CTCINT：NOP;T0的中断服务子程序MOV TL0，#0B4H;设置定时器T0初值MOV TH0，#3CHPUSH ACC;保护主程序现场数据PUSH PSWNOPSETB RS0;选择新的工作寄存器区(1区)CLR RS1;SELECT 1 AREAINC 20H;0.1S单元加1MOV A，20HJB OF4H，LCA;(F4H)为键处理标志位,在键处理过程中不显示秒点CJNE A，#05H，CTNUCCTNUC： JC LC2;小于0.4S则秒点闪亮,大于0
19、.4S则秒点熄灭CLR 6CHSJMP LCALC2： SETB 6CHLCA： CJNE A，#0EH，RTNH;未计满1S则退出中断MOV 20H，#00H;毫秒计数单元清零JNB 0F0H，NEXTE;F0H=1为报时扩音机预热延时标志位MOV A，25H;(25H)中存放报时扩音机预热延时时间值JNZ NEXTFCLR OFOHCLR OFOHSETB OF1HMOV 26H，#1OH ;(26H)中存放报时放音的延时时间值CLR TONEXTE： JNB OF1H，NEXTF ;(F1H=1)为报时放音的延时标志位MOV A，26HDEC AMOV 26H，AJNZ NEXTF ;判
20、断报时放音延时是否结束CLR OF1H ;延时时间到,清除报时放音标志位,关闭报时电源SETB T1SETB T2SETB TOSETB TONOPNEXTF： NOPMOV A，21H ;对秒计数单元(21H)进行累计计数ADD A，#01HDA AMOV 21H，ACJNE A，#06H，RTNH ;判断分计数是否计满CLR AMOV 21H，ASETB 0F3H ;(F3H)为分值有变更标志位NEXT： MOV A，22H ;对分(22H)进行累计计数ADD A，#01H；DA AMOV 22H，ACJNE A，#60H，RTDNMOV 22H，#00HMOV A，23HADD A，#0
21、1H ;时单元加1DA AMOV 23H，A ;对时(23H)进行累计计数CJNE A，#24H，TRNDMOV 23H，#00HMOV A，24HADD A，#01H ;星期计数单元(24H)加1DA AMOV 24H，ACJNE A，#07H，RTDNMOV 24H，#00HRTDN： NOPJNB OF3H，RTDH ;确认(F3=0)分值无变更,则返回JB OF4H，RTNH ;确认(F4=0)正在键处理,则返回LDDA： NOP ;将当前的时间值显示缓冲区NOPMOV R0，#24H ;(24H、23H、22H、)送（2FH2BH）MOV R1，#2FHMOV R2，#02H MOV
22、 A，R0 ANL A，#0FHMOV R1,ADEC R0DEC R1LD1： MOV A，R0 ;将1字节压缩的BCD码拆成两个字节,数数值存放在低字节内ANL A，#OF0HSWAP AMOV R1，ADEC R1MOV A，R0ANL A，#0FHMOV R1，ADEC R0DEC R1DJNZ R2，LD1NOPRTNH：NOP ;中断返回,并恢复现场数据NOPPOP PSWPOP ACCRETI4.3扫描显示模块 该模块为5位LED扫描显示模块。P0口为字形码输出口，低电平有效；P2口为字位码输出口，高电平有。显示缓冲区为2FH2BH等5个字节，2FH存放显示的星期数，2EH、2D
23、H存放显示的小时数，2CH、2BH存放显示的分钟数，其数值范围在00H0FH内时不显示该位的小数点，在10H1FH时则显示小数点。DISP：NOP ;DISP为显示子程序NOP MOV A，#00H ;关闭显示MOV P2，A ;P2口为字位码输出口 MOV A，#0FFH MOV P0，A ;P0口为字形码输出口NOPNOPMOV R0，#2FH ;显示子程序NOP MOV R1，#10H ;位控制字LOOP1： MOV A，R1NOPMOV P2，A ;输出位控制字MOV P2，AMOV DPTR，#TABLEMOV A，R0 ;取显示缓冲区中的显示字符数MOVC A，A+DPTR ;查表
24、转换成字型代码CPL AMOV P0，A ;输出字形码MOV R2，#00HLOOP2： DJNZ R2，LOOP2 ;延时2MSDEC R0 ;显示下一个字符MOV A，R1CLR CRRC AMOV R1，AJNZ LOOP1 ;判断5位扫描显示一遍是否完成RET NOPNOPTABLE：DB 7FH，6FH，77H，7CH，39H，5EH，79H，71H DB 0BFH，86H，0DBH，0CFH，0E6H，0EDH，0FDH，87H ;带小数点时的字符显示字形表DB 0FFH，0EFH、0F7H，0FCH，0B9H，0F9H，0F1HNOP4.4键扫描子程序 检测P1口，判断是否有键按
25、下，如有键按下，进进行延时去抖动并读取键值，存入A中。CHECKEYA：NOP ;键扫描子程序NOPNOPMOV P1，#0FFHMOV A，P1 ;判断是否有键按下CPL AANL A，#3FHJZ RETXLCALL DISP ;延时去抖动LCALL DISPMOV A，P1CPL AANL A，#3FHJZ RETXMOV R6，A ;当前值存放在R6中K1： LCALL DISP ;等待释放按键MOV A，P1CPL AANL A，#3FHJNZ K1MOV A，R6NOPNOPRETX：RETNOPi. 用户自设定报时时间点置入键程序模块。将显示缓冲区2FH2BH中的内容压缩后存入4
26、0H为首地址的片内RAM中，其中2FH为定时时间点的编号，2EH、2DH为小时值，2CH、2BH为分钟数值。USESET：NOPMOV R0，#2FHMOV R1，#40H ;本次用户设定报时点首址为40HMOV A，R0ANL A，#OFHRL AADD A，R1 ;报时点编号乘2加首址,为本次存放的实际地址MOV R1，ADEC R0NOP ;定时设定时间置入子程序NOPMOV R2，#02HLDD： MOV A，R0 ;ANL A，#0FHSWAP AMOV R7，ADEC R0MOV A，R0ANL A，#0FHADD A，R7MOV R1，ADEC R0INC R1DJNZ R2，L
27、DDNOPCLR 0F4HNOPRETNOPii. 减1键处理。在小数点点亮的对应位上进行十进制减1处理。 SUBONE： NOPNOPJNB 7CH，SCH74MOV R0，#2FHSJMP SUB1SCH74： NOPJNB 74H，SCH6CMOV R0，#2EHSJMP SUB1SCH6C：NOP JNB 6CH，SCH64MOV R0，#2DHSJMP SUB1SCH5C： NOP JNB 64H，SCH5CMOV RO，#2CHSJMP SUB1SCH5C： NOPJNB 5CH，ERR1MOV R0，#2BHSJMP SUB1NOPNOPERR1：RETNOPSUB1：NOPMO
28、V A，R0ADD A，#99HDA AXCHD A，R0RETiii. 用户自设定报时时间点显示键处理模块。由（2FH）指定的用户自设定报时点编号，计算其在RAM中存放的地址，再根据此地址找出该报时时间点的2个字节码，将其4个半字节分别存入2EH2BH单元低半字中。DSPUSE：NOPMOV R0，#2FH ;自设定报时点编号由(2FH)指定MOV R1，#40H ;用户设定报时点首址为40HMOV A，R0ANL A，#0FHRL AADD A，R1 ;报时点编号乘2加首址,为其存放的实际地址MOV R1，ADEC R0NOP ;取定时设定时间并置入显示缓冲区NOPMOV R2，#02HLDR： MOV A，R1 ;将小时和分钟值解压缩后装入相应显示单元中SWAP
