智能仪器仪表综合设计与实训报告书.docx
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智能仪器仪表综合设计与实训报告书
成绩：
课程设计报告书
所属课程名称智能仪器仪表综合设计与实训
题目作息时间控制器的设计
分院机电学院
专业、班级测控技术与仪器B1003
学号0614100328
学生姓名张思琪
指导教师杨亮周春明赵娜
2013年12月06日
辽东学院
1课程设计任务书
课程设计题目：
作息时间控制器的设计
课程设计时间：
自2013年11月15日起至2013年12月6日
课程设计要求：
（1）通过按键设定上下课作息时间；
（2）根据已设定作息时间表进行到时提示；
（3）设定广播时间，并播放一小段音乐；
（4）利用数码管或液晶块显示上下课状态。
学生签名：
2013年12月06日
课程设计评阅意见
项目
课程设计态度评价
10%
出勤情况评价10%
任务难度
、量评价10%
创新性评价
10%
综合设计
能力评价20%
报告书写规范评价20%
答辩
20%
成绩
综合评定等级
评阅教师：
2013年月日
2总体设计方案
2.1总体设计方案框图
设计实现的功能主要有：
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小数点闪动作为秒计数表示。
可以设定作息时间，并进行到时提示。
能够根据预先设定好的作息时间表自动启停控制电路，完成对外部设备的实时控制。
由按键输入控制设置年月日以及当前时间、并可设置闹钟定时，时间到由蜂鸣器发出响声并作出相应动作：
二极管闪亮，同时播放音乐。
2.2芯片介绍
2.2.1AT89C51芯片
1.特性概述
AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。
AT89C2051是一种带2K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的单片机。
单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。
该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。
由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C2051是它的一种精简版本。
AT89C单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。
2.管脚说明
VCC：
供电电压。
GND：
接地。
P0口：
P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。
当P0口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。
P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的低八位。
在FIASH编程时，P0口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须接上拉电阻。
P1口：
P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。
P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。
在FLASH编程和校验时，P1口作为低八位地址接收。
P2口：
P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。
并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。
这是由于内部上拉的缘故。
P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。
在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。
P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。
P3口：
P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。
当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。
作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。
3.管脚备选功能
P3.0RXD（串行输入口）
P3.1TXD（串行输出口）
P3.2/INT0（外部中断0）
P3.3/INT1（外部中断1）
P3.4T0（计时器0外部输入）
P3.5T1（计时器1外部输入）
P3.6/WR（外部数据存储器写选通）
P3.7/RD（外部数据存储器读选通）
P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。
RST：
复位输入。
当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。
ALE/PROG：
当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的低位字节。
在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。
在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。
因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。
然而要注意的是：
每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。
如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。
此时，ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。
另外，该引脚被略微拉高。
如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。
PSEN：
外部程序存储器的选通信号。
在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。
但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。
EA/VPP：
当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。
注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。
在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。
XTAL1：
反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。
XTAL2：
来自反向振荡器的输出。
2.2.28051简介
单片微型计算机简称为单片机，又称为微型控制器，是微型计算机的一个重要分支。
单片机是70年代中期发展起来的一种大规模集成电路芯片，是CPU、RAM、ROM、I/O接口和中断系统于同一硅片的器件。
80年代以来，单片机发展迅速，各类新产品不断涌现，出现了许多高性能新型机种，现已逐渐成为工厂自动化和各控制领域的支柱产业之一。
1．管脚说明
VCC - 芯片电源，接+5V；
VSS - 接地端；
XTAL1、XTAL2 - 晶体振荡电路反相输入端和输出端。
2．控制线
控制线共有4根；
ALE/PROG:
地址锁存允许/片内EPROM编程脉冲；
①ALE功能：
用来锁存P0口送出的低8位地址 ；
②PROG功能：
片内有EPROM的芯片，在EPROM编程期间，此引脚输入编程脉冲。
PSEN:
外ROM读选通信号；
RST/VPD:
复位/备用电源。
① RST（Reset）功能：
复位信号输入端；
② VPD功能：
在Vcc掉电情况下，接备用电源。
EA/Vpp:
内外ROM选择/片内EPROM编程电源。
① EA功能：
内外ROM选择端；
② Vpp功能：
片内有EPROM的芯片，在EPROM编程期间，施加编程电源Vpp。
3．I/O线
80C51共有4个8位并行I/O端口：
P0、P1、P2、P3口，共32个引脚。
P0口有三个功能：
①外部扩展存储器时，当做数据总线（如图1中的D0~D7为数据总线接口）；
②外部扩展存储器时，当作地址总线（如图1中的A0~A7为地址总线接口） ；
③不扩展时，可做一般的I/O使用，但内部无上拉电阻，作为输入或输出时应在外部接上拉电阻。
P1口只做I/O口使用：
其内部有上拉电阻。
P2口有两个功能：
①扩展外部存储器时，当作地址总线使用；
②做一般I/O口使用，其内部有上拉电阻。
P3口有两个功能：
除了作为I/O使用外（其内部有上拉电阻），还有一些特殊功能，由特殊寄存器来设置。
3硬件电路设计
3.1复位电路
位电路采用上电+按钮电平复位，其中电阻的选取R1约为0.2k左右R2约为1k左右。
保证加载RST引脚上的高电平持续两个机器周期，才能使单片机有效地复位如图3-1所示。
图3-
1复位电路
3.2时钟电路
单片机内部有一个用于构成振荡器的高增益反响放大器，此放大器的输入和输出端分别是引脚XTAL1和XTAL2，在XTAL1和XTAL2上接外接时钟源即可构成时钟电路，如图3-2所示。
图3-2时钟电路
参数选取：
C2，C3对频率有微调作用，当外接晶振时，C2和C3通常选取10~30pF，当外接陶瓷振荡器时，C2和C3的典型值约为20~50pF。
振荡频率范围一般是1.2~12MHz。
3.3数码管显示模块
图3-3显示模块
时间显示模块主要由四位七段数码管来显示，配合按键控制模块的校正与设定时间，相应的显示。
时间正常显示时，LED每闪动60次，分钟自动加一；每六十分钟小时自动加一；每24小时天自动加一。
3.4闹钟模块
图3-4闹钟模块
闹钟模块快的主要功能即闹铃。
当设定时间与当前时间一致时，则闹钟自动闹铃进行提示，同时二极管闪亮一分钟后，自动退出响铃状态，若按K3键，闹钟退出响铃状态。
3.5按键控制模块
图3-5按键控制
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。
按键控制模块主要有由四个按键组成：
K1、K2、K3、K4、。
其中K1的功能是模式切换键；K2的作用是加一；K3的作用是闹钟使能；K4的作用是减一。
闹钟设定：
当我们需要闹钟提醒时即可使用此功能，连续按三下K1键即可进入闹钟小时设定状态，通过K2键加一或K4键减一，进行小时设定，再按一次K1键即可进行分钟设定，其设定原理与小时设定原理相同，按一下K3键，则时间设定完毕，到时会自动响铃。
闹钟响铃：
当我们设定的时间与当前时间一致时，则闹钟就会自动响铃提示，与此同时发光二极管闪亮，一分钟后响铃停止，发光二极管熄灭，若在此期间按下闹钟使能键K3同样能使响铃停止，发光二极管熄灭。
日期校正：
当我们需要与当前日期保持一致时，则可以使用日期校正功能，连续按动五次K1键，则进入月份校正状态，通过K2加一键或K4减一键进行校正月份，再按一次K1键，则可进行日期校正，校正原理同月份校正原理相同。
时间校正：
当我们需要正确的显示时间即可进行时间校正，按一下K1即进入小时校正状态，通过K2加一或K4减一来进行小时校正，再按一次K1键即可进行分钟校正，校正原理同小时校正相同
年份校正：
当我们需要保持年份与当前年份一一致时，则可以进行年份校正。
连续按动七次K1键，即进入年份校正状态，通过K2加一键或K4减一键进行校正。
4程序设计
本系软件设计中，利用单片机定时器设计时间计时处理，采用单片机内部的T0定时器溢出中断来实现，工作在T1方式下，定时50微妙，则连续中断20次即为一秒，得到了我们所需时间的最小单位
该设计用C51编写程序，由于汇编语言的移植性比较差，而C语言则比较灵活。
许多子函数都可以直接移植过去。
在程序中除了有主函数外还包含许多子函数，如延时函数、按键扫描函数、初始化函数、时间显示函数、设定闹钟显示函数、设定日期显示函数、设定年份显示函数、月份选择函数、年份显示辅助函数。
4.1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，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。
图4-1主程序流程图
4.2中断子程序
中断子程序的主要功能：
提供时间基准。
当连续中断20次时，即为一秒，此时秒加一；当秒值为60时，分钟加一，同时秒清零;当分钟值为60时，小时加一，同时分钟值清零；当小时为24时，天值加一，同时小时清零；由于每月天数不定，1、3、5、7、8、10、12月为31天，当计数到此类月份时，天值为32时，月值加一，同时天值为1；4、6、9、11月为30天，当计数到此类月份时，天值为31时，月值加一，同时天值为1；如果是闰年，则2月为29天，当计数到此类月份时，天值为30时，月值加一，同时天值为一；如果不是闰年，则2月为28天，当计数此类月份时，天值为29时，月值加一，同时天值为一；当月值为13时，则年值加一，同时月值为一。
图4-2定时器中断函数
4.3按键扫描子程序
按键扫描子程序是程序计中相当重要的一部分。
按键扫描子程序的功能是：
扫描是否有按键按下，若有键按下，则执行相应功能。
图4-3按键扫描子程序
5结果验证
5.1装置调试
1.设定的初始时间如图5-1-1所示
图5-1-1时间显示
2.设定闹钟时间图5-1-2所示
图5-1-2闹钟设定时间
3.设定的闹钟时间与当前时间相同，闹钟音乐播放图5-1-3
图5-1-3闹钟音乐播放
5.2Proteus软件仿真
初始界面：
启动Proteus进行仿真时显示的初始化时间。
设定时间初始值是20:
05:
59仿真时时间跳转到20:
06。
初始界面仿真图如图5-2-1所示。
图5-2-1时间显示仿真图
时间校正：
当我们需要正确的显示时间即可进行时间校正，按一下K1即进入小时校正状态，通过K2加一或K4减一来进行小时校正，再按一次K1键即可进行分钟校正，校正原理同小时校正相同。
其仿真图如图5-2-2所示。
图5-2-2时间校正仿真图
闹钟设定：
当我们需要闹钟提醒时即可使用此功能，连续按三下K1键即可进入闹钟小时设定状态，通过K2键加一或K4键减一，进行小时设定，再按一次K1键即可进行分钟设定，其设定原理与小时设定原理相同，按一下K3键，则时间设定完毕，到时会自动响铃。
调试时将时间设定为20.08。
其仿真图如图5-2-3所示。
图5-2-3闹钟设定仿真图
日期校正：
当我们需要与当前日期保持一致时，则可以使用日期校正功能，连续按动五次K1键，则进入月份校正状态，通过K2加一键或K4减一键进行校正月份，再按一次K1键，则可进行日期校正，校正原理同月份校正原理相同。
其仿真图如图5-2-4所示
图5-2-4日期显示仿真图
年份校正：
当我们需要保持年份与当前年份一一致时，则可以进行年份校正。
连续按动七次K1键，即进入年份校正状态，通过K2加一键或K4减一键进行校正。
其仿真图如图5-2-5所示
图5-2-5年份显示仿真图
闹钟响铃：
当我们设定的时间与当前时间一致时，则闹钟就会自动响铃提示，与此同时发光二极管闪亮，一分钟后响铃停止，发光二极管熄灭，若在此期间按下闹钟使能键K3同样能使响铃停止，发光二极管熄灭。
其仿真图如图5-2-6所示。
图5-2-6闹钟音乐播放仿真图
6结论
两个星期的课程设计结束了，从中我们学到了很多东西且感悟良多,体会到了课本联系实际,学以至用,设计思想,实际动手能力都有所提高。
作为一名大四学生，我觉得做单片机课程设计是十分有意义的，而且是十分必要的。
回顾起此次课程设计，至今我仍感慨颇多，的确，从从拿到题目到完成整个编程，从理论到实践，在整整半个学期的日子里，可以学到很多很多的的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。
通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。
在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做的，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固，比如说结构体……通过这次课程设计之后，一定把以前所学过的知识重新温故。
要做好一个课程设计，就必须做到：
在设计程序之前，对所用单片机的内部结构有一个系统的了解，知道该单片机内有哪些资源；要有一个清晰的思路和一个完整的的软件流程图；在设计程序时，不能妄想一次就将整个程序设计好，反复修改、不断改进是程序设计的必经之路；要养成注释程序的好习惯，一个程序的完美与否不仅仅是实现功能，而应该让人一看就能明白你的思路，这样也为资料的保存和交流提供了方便；在设计课程过程中遇到问题是很正常德，但我们应该将每次遇到的问题记录下来，并分析清楚，以免下次再碰到同样的问题。
这次课程设计使我懂得了同学间的团结合作，懂得了理论联系实际,只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才是正确的理论，从而提高自己实际动手能力和独立思考的能力。
在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，遇到了各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固,并决心在以后的学习中加以改正,努力练习,提高自己的动手能力。
7参考文献
1.余发山，王福忠，徐州，中国矿业大学出版2008年
2.彭为,黄科,雷道仲，单片机典型系统设计实例讲解，2006年
3.王法能，单片机原理及应用，科学出版，2004
4.张友德、赵志英等编单片微型机原理、应用与实验，上海:
复旦大学出版2003，第四版
5.钱晓揭.16/32位微机原理、汇编语言及接口技术[M].机械工程出版社2005年
6.吴金，8051单片机实践与应用[M]，清华大学出版社，2002年
7.谢自美，电子线路设计试验测试（第二版），华中科技出版社2002年
8.张疑坤,陈善久,裘雪红，单片微型计算机原理及应用，西安电子科技大出版社，2003年
9.马忠梅编著《单片机的C语言应用程序设计》北京航空航天大学出版社,1999年
附一：
源程序代码
#include
#defineuintunsignedint
#defineucharunsignedchar
ucharcodea[10]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f};
//*************************************************************************************
sbitK1=P1^4;
sbitK2=P1^5;
sbitK3=P1^6;
sbitK4=P1^7;
sbitsd=P1^0;
sbitBEEP=P3^6;
ucharm=5,h=20,sec=58,cnt=0,x,y,qian,bai,shi,ge;
ucharset_h=12;
ucharset_m=58;
ucharmonth=7;
ucharday=5;
ucharth0_f;
uchartl0_f;
uintyear=2010;
voiddelay（uchart）;//延时函数
voidscankey（void）;//按键扫描函数
voidinit（void）;//初始化函数
voiddisplay（void）;//显示函数
voidset_time（void）;//设定时间显示辅助函数
voidset_day（void）;//设定日期显示辅助函数
voidm_choose（void）;//月份选择函数
voidbianhuan（void）;//年份显示辅助函数
voidbianhuan1（void）;//时间显示辅助函数
changedata（uchar*song,uchar*diao,uchar*jie）;
voidplay（uchar*songdata）;//奏乐函数
//世上只有妈妈好
ucharcodemamahao[]={
"6.5_35|`16_5_6-|35_6_53_2_|1_,6_5_3_2-|"
"2.3_55_6_|321-|5.3_2_1_,6_1_|,5--"
};
ucharcodefreq[36*2]={
0xA9,0xEF,//00220HZ,1//0
0x93,0xF0,//00233HZ,1#
0x73,0xF1,//00247HZ,2
0x49,0xF2,//00262HZ,2#
0x07,0xF3,//00277HZ,3
0xC8,0xF3,//00294HZ,4
0x73,0xF4,//00311HZ,4#
0x1E,0xF5,//00330HZ,5
0xB6,0xF5,//00349HZ,5#
0x4C,0xF6,//00370HZ,6
0xD7,0xF6,//00392HZ,6#
0x5A,0xF7,//00415HZ,7
0xD8,0xF7,//00440HZ1//12
0x4D,0xF8,//00466HZ1#//13
0xBD,0xF8,//00494HZ2//14
0x24,0xF9,//00523HZ2#//15
0x87,0xF9,//00554HZ3//16
0xE4,0xF9,//00587HZ4//17
0x3D,0xFA,//00622HZ4#//18
0x90,0xFA,//00659HZ5//19
0xDE,0xFA,//00698HZ5#//20
0x29,0xFB,//00740HZ6//21
0x6F,0xFB,//00784HZ6#//22
0xB1,0xFB,//00831HZ7//23
0xEF,0xFB,//00880HZ`1
0x2A,0xFC,//00932HZ`1#
0x62,0xFC,//00988HZ`2
0x95,0xFC,//01046HZ`2#
0xC7,0xFC,//01109HZ`3
0xF6,0xFC,//01175HZ`4
0x22,0xFD,//01244HZ`4#
0x4B,0xFD,//01318HZ`5
0x73,0xFD,//01397HZ`5#
0x98,0xFD,//01480HZ`6
0xBB,0xFD,//01568HZ`6#
0xDC,0xFD,//01661HZ`7//35
};
//******************************
//音乐符号串解释函数
changedata（uchar*song,uchar*diao,uchar*jie）
{
uchari,i1,j;
chargaodi;
ucharbanyin;
ucharyinchang;//
ucharcodejie7[8]={0,12,14,16,17,19,21,23};
*diao=*song;
for（i=0,
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