单片机作息时间控制器课程设计.docx

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单片机作息时间控制器课程设计

单片机作息时间控制器课程设计

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

DECR0

NOP;取定时设定时间并置入显示缓冲区

NOP

MOVR2，#02H

LDR：

MOVA，＠R1;将小时和分钟值解压缩后装入相