完整word版单片机课程设计校园作息时间系统.docx
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完整word版单片机课程设计校园作息时间系统
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
专业自动化
班级0702
学号200701020216
姓名罗琦
指导教师王迎旭、李晓秀、林国汉
2010年6月20日
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.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………………………………………………………………7
1.1简介及技术要求……………………………………………………7
1.2计时方案…………………………………………………………7
1.3键盘/显示方案………………………………………………………7
第二章硬件设计…………………………………………………82.1电路原理图…………………………………………………8
2.2系统工作流程…………………………………………………9
2.3系统使用说明…………………………………………………10
第三章系统软件设计………………………………………………10
3.1软件设计…………………………………………………10
3.2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………………………………………18
4.3扫描显示模块…………………………………………………22
4.4键扫描子程序………………………………………………23
4.5键值处理子程序…………………………………………………27
4.6移位键处理程序模块……………………………………………30
第五章调试及分析……………………………………………………32
第六章课程总结………………………………………………………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MCS—51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2.1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100MS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
2FH~2BH
显示缓冲区,星期、小时、分(高位在前)
DISP0~DISP4
00H
24H~20H
计时缓冲区,星期、时、分、秒、100ms
WEEK,HOUR,MIN,SEC,MSEC
00H
40H~53H
用户报时时间值寄存区(时、分)
AHOUR、AMIN
00H
61H~7FH
堆栈区
00H
F0H
报时开始标志位
F0H
0
F1H
放音开始标志位
F1H
0
F3H
分钟值变更标志位
F3H
0
F4H
键处理标志位
F4H
0
25H
扩音机预热时间
25H
00H
26H
播放报时音乐时间
26H
00H
(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。
ORG0000H
START:
AJMPMAIN;跳转入主程序0030H
ORG000BH
AJMPCTCINT;跳转到定时器T0的中断服务程序入口
ORG0030H
MAIN:
NOP;主程序入口地址:
0030H
NOP
NOP
MOVA,#OFFH;关闭各输出口
MOVP0,A;P0口为字形口,低电平有效
MOVP1,A;P1口作为6个键输入口
MOVP2,A;P2口是字位口,低电平有效
MOVP3,A;P3口报时方式控制和驱动输出口
SETBT0;关闭报时音乐输出(T0=1)
SETBT1;关闭报时扩音机电源(T1=1)
CJNESP,#07H,NOT1
MOVR0,#7FH
MOVR1,#7DH;否则RAM清零初始化
CLRA
LOOP0:
MOV@R0,A
DECR0
DJNZR1,LOOP0;从内部RAM区03H到7FH均清零
NOT1:
MOVSP,#60H;设置栈指针
MOVIP,#02H;设置定时器T0为最高中断优先级
MOVIE,#82H;定时器T0开中断
MOVTMOD,#01H;设置定时器T0为方式1
MOVTL0,#0B0H;设置定时器T0初值
MOVTH0,#3CH
SETBTR0;启动定时
NOP
NEXTT:
NOP
MOVSP,#60H;重置堆栈底位置
LCALLDISP;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
JNB0F3H,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
SETBINT0
JNBINT0,USERS;如INTO=0,则调用用户自设定报时点
LCALLTIMERA;INTO=1,调用TIMERA,按作息时间表报时
USERS:
NOP
LCALLTIMERB;TIMERB为用户自设定报时点报时
NOP
NEXT1:
LCALLCHECKEY;调用按键扫描子程序,判断有无键按下
JZNEXTT;无键按下,返回重新扫描
NOP
LCALLKEYACC;有键按下,调用按键处理子程序
NOP
SJMPNEXTT
NOP
NOP
4.2定时中断服务程序模块该多好模块完成下述工作:
①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;②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
MOVTL0,#0B4H;设置定时器T0初值
MOVTH0,#3CH
PUSHACC;保护主程序现场数据
PUSHPSW
NOP
SETBRS0;选择新的工作寄存器区(1区)
CLRRS1;SELECT1AREA
INC20H;0.1S单元加1
MOVA,20H
JBOF4H,LCA;(F4H)为键处理标志位,在键处理过程中不显示秒点
CJNEA,#05H,CTNUC
CTNUC:
JCLC2;小于0.4S则秒点闪亮,大于0.4S则秒点熄灭
CLR6CH
SJMPLCA
LC2:
SETB6CH
LCA:
CJNEA,#0EH,RTNH;未计满1S则退出中断
MOV20H,#00H;毫秒计数单元清零
JNB0F0H,NEXTE;F0H=1为报时扩音机预热延时标志位
MOVA,25H;(25H)中存放报时扩音机预热延时时间值
JNZNEXTF
CLROFOH
CLROFOH
SETBOF1H
MOV26H,#1OH;(26H)中存放报时放音的延时时间值
CLRTO
NEXTE:
JNBOF1H,NEXTF;(F1H=1)为报时放音的延时标志位
MOVA,26H
DECA
MOV26H,A
JNZNEXTF;判断报时放音延时是否结束
CLROF1H;延时时间到,清除报时放音标志位,关闭报时电源
SETBT1
SETBT2
SETBTO
SETBTO
NOP
NEXTF:
NOP
MOVA,21H;对秒计数单元(21H)进行累计计数
ADDA,#01H
DAA
MOV21H,A
CJNEA,#06H,RTNH;判断分计数是否计满
CLRA
MOV21H,A
SETB0F3H;(F3H)为分值有变更标志位
NEXT:
MOVA,22H;对分(22H)进行累计计数
ADDA,#01H;
DAA
MOV22H,A
CJNEA,#60H,RTDN
MOV22H,#00H
MOVA,23H
ADDA,#01H;时单元加1
DAA
MOV23H,A;对时(23H)进行累计计数
CJNEA,#24H,TRND
MOV23H,#00H
MOVA,24H
ADDA,#01H;星期计数单元(24H)加1
DAA
MOV24H,A
CJNEA,#07H,RTDN
MOV24H,#00H
RTDN:
NOP
JNBOF3H,RTDH;确认(F3=0)分值无变更,则返回
JBOF4H,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
NOP
MOVR0,#24H;(24H、23H、22H、)送(2FH~2BH)
MOVR1,#2FH
MOVR2,#02H
MOVA,@R0
ANLA,#0FH
MOV@R1,A
DECR0
DECR1
LD1:
MOVA,@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
ANLA,#OF0H
SWAPA
MOV@R1,A
DECR1
MOVA,@R0
ANLA,#0FH
MOV@R1,A
DECR0
DECR1
DJNZR2,LD1
NOP
RTNH:
NOP;中断返回,并恢复现场数据
NOP
POPPSW
POPACC
RETI
4.3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2FH~2BH等5个字节,2FH存放显示的星期数,2EH、2DH存放显示的小时数,2CH、2BH存放显示的分钟数,其数值范围在00H~0FH内时不显示该位的小数点,在10H~1FH时则显示小数点。
DISP:
NOP;DISP为显示子程序
NOP
MOVA,#00H;关闭显示
MOVP2,A;P2口为字位码输出口
MOVA,#0FFH
MOVP0,A;P0口为字形码输出口
NOP
NOP
MOVR0,#2FH;显示子程序
NOP
MOVR1,#10H;位控制字
LOOP1:
MOVA,R1
NOP
MOVP2,A;输出位控制字
MOVP2,A
MOVDPTR,#TABLE
MOVA,@R0;取显示缓冲区中的显示字符数
MOVCA,@A+DPTR;查表转换成字型代码
CPLA
MOVP0,A;输出字形码
MOVR2,#00H
LOOP2:
DJNZR2,LOOP2;延时2MS
DECR0;显示下一个字符
MOVA,R1
CLRC
RRCA
MOVR1,A
JNZLOOP1;判断5位扫描显示一遍是否完成
RET
NOP
NOP
TABLE:
DB7FH,6FH,77H,7CH,39H,5EH,79H,71H
DB0BFH,86H,0DBH,0CFH,0E6H,0EDH,0FDH,87H;带小数点时的字符显示字形表
DB0FFH,0EFH、0F7H,0FCH,0B9H,0F9H,0F1H
NOP
4.4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。
CHECKEYA:
NOP;键扫描子程序
NOP
NOP
MOVP1,#0FFH
MOVA,P1;判断是否有键按下
CPLA
ANLA,#3FH
JZRETX
LCALLDISP;延时去抖动
LCALLDISP
MOVA,P1
CPLA
ANLA,#3FH
JZRETX
MOVR6,A;当前值存放在R6中
K1:
LCALLDISP;等待释放按键
MOVA,P1
CPLA
ANLA,#3FH
JNZK1
MOVA,R6
NOP
NOP
RETX:
RET
NOP
i.用户自设定报时时间点置入键程序模块。
将显示缓冲区2FH~2BH中的内容压缩后存入40H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:
NOP
MOVR0,#2FH
MOVR1,#40H;本次用户设定报时点首址为40H
MOVA,@R0
ANLA,#OFH
RLA
ADDA,R1;报时点编号乘2加首址,为本次存放的实际地址
MOVR1,A
DECR0
NOP;定时设定时间置入子程序
NOP
MOVR2,#02H
LDD:
MOVA,@R0;
ANLA,#0FH
SWAPA
MOVR7,A
DECR0
MOVA,@R0
ANLA,#0FH
ADDA,R7
MOV@R1,A
DECR0
INCR1
DJNZR2,LDD
NOP
CLR0F4H
NOP
RET
NOP
ii.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:
NOP
NOP
JNB7CH,SCH74
MOVR0,#2FH
SJMPSUB1
SCH74:
NOP
JNB74H,SCH6C
MOVR0,#2EH
SJMPSUB1
SCH6C:
NOP
JNB6CH,SCH64
MOVR0,#2DH
SJMPSUB1
SCH5C:
NOP
JNB64H,SCH5C
MOVRO,#2CH
SJMPSUB1
SCH5C:
NOP
JNB5CH,ERR1
MOVR0,#2BH
SJMPSUB1
NOP
NOP
ERR1:
RET
NOP
SUB1:
NOP
MOVA,@R0
ADDA,#99H
DAA
XCHDA,@R0
RET
iii.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2EH~2BH单元低半字中。
DSPUSE:
NOP
MOVR0,#2FH;自设定报时点编号由(2FH)指定
MOVR1,#40H;用户设定报时点首址为40H
MOVA,@R0
ANLA,#0FH
RLA
ADDA,R1;报时点编号乘2加首址,为其存放的实际地址
MOVR1,A
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