燕山大學
微控制器課程設計報告
定時鬧鐘設計
姓名學號
專業班級：
指導老師
所在學院：電氣工程與自動化學院
2023年12月15 日
摘要本設計是定時鬧鐘的設計,由微控制器at89c51晶元和led數碼管為核心，輔以必要的電路，構成的乙個微控制器電子定時鬧鐘。電子鐘設計可採用數位電路實現，也可以採用微控制器來完成。數字電子鐘是用數字積體電路構成的,用數碼管顯示「時」，「分」，「秒」的現代計時裝置。
若用數位電路完成,所設計的電路相當複雜,大概需要十幾片數字整合塊,其功能也主要依賴於數位電路的各功能模組的組合來實現,焊接的過程比較複雜,成本也非常高。若用微控制器來設計製作完成,由於其功能的實現主要通過軟體程式設計來完成,那麼就降低了硬體電路的複雜性,而且其成本也有所降低,所以在該設計中採用微控制器利用at89c51,它是低功耗、高效能的cmos型8位微控制器。片內帶有4kb的flash儲存器,且允許在系統內改寫或用程式設計器程式設計。
另外, at89c51的指令系統和引腳與8051完全相容,片內有128b 的ram、32條i/o口線、2個16位定時計數器、5個中斷源、乙個全雙工序列口等。at89c51微控制器結合七段顯示器設計的簡易定時鬧鈴時鐘，可以設定現在的時間及顯示鬧鈴設定時間，若時間到則發出一陣聲響，進—步可以擴充控制電器的啟停。
設計內容包括了秒訊號發生器、時間顯示電路、按鍵電路、供電電源以及鬧鈴指示電路等幾部分的設計。採用四個開關來控制定時鬧鐘的工作狀態，分別為：k1、設定時間和鬧鐘的小時；k2、設定小時以及設定鬧鐘的開關；k3、設定分鐘和鬧鐘的分鐘；k4、設定完成退出。
課設準備中我根據具體的要求，查詢資料，然後按要求根據已學過的時鐘程式編寫定時鬧鐘的程式，依據程式利用proteus軟體進行了**試驗，對出現的問題進行分析和反覆修改源程式，最終得到正確並符合要求的結果。
設計完成的定時鬧鐘達到課程設計的要求，在到達定時的時間便立即發出蜂鳴聲音，持續一分鐘。顯示採用的六位數碼管電路，如果亮度感覺不夠，可以通過提公升電阻來調節，控制程式中延遲時間的長短，可以獲得不同的效果。也可以改蜂鳴器為繼電器，通過控制繼電器從而進一步擴充套件的來控制一些家電開關。
目錄1 概述 4
2 系統總體方案及硬體設計 5
2.1 總體設計 5
2.2 系統時鐘電路設計 5
2.3系統復位電路的設計 5
2.4 鬧鐘指示電路設計 6
2.5 電子鬧鐘的顯示電路設計 6
3 軟體設計 7
3.1 概述 7
3.2 主模組的設計 7
3.3 基本顯示模組設計 8
3.4 時間設定模組設計 8
3.5 鬧鈴功能的實現 9
4.proteus軟體** 12
5課程設計體會 14
參考文獻 15
附1：源程式** 16
附2：系統原理圖 26
本設計是定時鬧鐘的設計,由微控制器at89c51晶元和led數碼管為核心，輔以必要的電路，構成的乙個微控制器電子定時鬧鐘。
定時鬧鐘設計可採用數位電路實現，也可以採用微控制器來完成。定時鬧鐘是用數字積體電路構成的,用數碼管顯示「時」，「分」，「秒」的現代計時裝置。微控制器具有整合度高、功能強、通用性好、特別是它能耗低、**便宜、可靠性高、抗干擾能力強和使用方便等獨特的優點，所以微控制器現在廣泛的應用到家用電器、機電產品、兒童玩具、機械人、辦公自動化產品等領域。
所以在該設計中採用微控制器利用at89c51,它是低功耗、高效能的cmos型8位微控制器。片內帶有4kb的flash儲存器,且允許在系統內改寫或用程式設計器程式設計。另外, at89c51的指令系統和引腳與8051完全相容,片內有128b 的ram、32條i/o口線、2個16位定時計數器、5個中斷源、乙個全雙工序列口等。
at89c51微控制器結合七段顯示器設計的簡易定時鬧鈴時鐘，可以設定現在的時間及顯示鬧鈴設定時間，若時間到則發出一陣聲響，進—步可以擴充控制電器的啟停。
設計內容包括了秒訊號發生器、時間顯示電路、按鍵電路、供電電源以及鬧鈴指示電路等幾部分的設計。採用四個開關來控制定時鬧鐘的工作狀態，分別為：k1、設定時間和鬧鐘的小時；k2、設定小時以及設定鬧鐘的開關；k3、設定分鐘和鬧鐘的分鐘；k4、設定完成退出。
課設準備中根據具體的要求，查詢資料，然後按要求根據已學過的時鐘程式編寫定時鬧鐘的程式，依據程式利用proteus軟體進行了**試驗，對出現的問題進行分析和反覆修改源程式，最終得到正確並符合要求的結果。
設計完成的定時鬧鐘達到課程設計的要求，在到達定時的時間便立即發出蜂鳴聲音，持續一分鐘。顯示採用的六位數碼管電路，如果亮度感覺不夠，可以通過提公升電阻來調節，控制程式中延遲時間的長短，可以獲得不同的效果。也可以改蜂鳴器為繼電器，通過控制繼電器從而進一步擴充套件的來控制一些家電開關。
電子鬧鐘應包括秒訊號發生器、時間顯示電路、按鍵電路、供電電源以及鬧鈴指示電路等幾部分。
按鍵功能說明：k1，設定時間和鬧鐘的小時；k2，設定小時以及設定鬧鐘的開關；k3，設定分鐘和鬧鐘的分鐘；k4；設定完成退出。
電子鬧鐘的系統框圖如下所示：
圖 1電子鬧鐘的主電路指的是圖１中虛線框內部分，主要涉及到cpu電路和按鍵按鈕電路。主機的設計具體地說有：1）系統時鐘電路設計；2）系統復位電路設計；3）按鍵與按鈕電路設計；4）鬧鈴聲指示電路設計。
對於時間要求不是很高的系統，只要按圖進行設計就能使系統可靠起振並穩定執行。但由於原理圖中的c1、c2電容起著系統時鐘頻率微調和穩定的作用，因此，在本鬧鐘系統的實際應用中一定要注意正確選擇引數（30±10 pf），並保證對稱性（盡可能匹配），選用正牌廠家生產的瓷片或雲母電容，如果可能的話，溫度係數要盡可能低。實驗表明，這2個電容元件對鬧鐘的走時誤差有較大關係。
智慧型系統一般應有手動或上電復位電路。復位電路的實現通常有兩種方式：１）rc復位電路；２）專用ｐ監控電路。
前者實現簡單，成本低，但復位可靠性相對較低；後者成本較高，但復位可靠性高，尤其是高可靠重複復位。對於復位要求高、並對電源電壓進行監視的場合，大多採用這種方式。
本次課程設計採用了上電按鈕電平復位電路。
鬧鈴指示可以有聲或光兩種形式。本系統採用聲音指示。關鍵元件是蜂鳴器。
蜂鳴器有無源和有源兩種，前者需要輸入聲音頻率訊號才能正常發聲，後者則只需外加適當直流電源電壓即可，元件內部已封裝了音訊振盪電路，在得電狀態下即起振發聲。市場上的有源蜂鳴器分為3ｖ、5ｖ、6ｖ等系列，以適應不同的應用需要。鬧鐘電路是用比較器來比較計時系統和定時系統的輸出狀態，如果計時系統和定時系統的輸出狀態相同，則發出乙個脈衝訊號，再和乙個高頻訊號混合，送到放大電路驅動揚聲器發聲，從而實現定時鬧響的功能。
其電路設計參見系統原理圖。
本次課程設計採用了6位數碼管顯示電路。在6位led顯示時,為了簡化電路,降低成本,採用動態顯示的方式， 6個led顯示器共用乙個8位的i/o, 6位led數碼管的位選線分別由相應的p2. 0～p2.
5控制,而將其相應的段選線併聯在一起,由乙個8位的i/o口控制,即p0口。解碼顯示電路將「時」、「分」、「秒」計數器的輸出狀態菁七段顯示解碼器解碼，通過6位led七段顯示器顯示出來。到達定時電路時根據計時系統的輸出狀態產生一脈衝訊號，然後去觸發一音訊發生器實現鬧鈴。
校時電路時用來對「時」、「分」、「秒」顯示數字進行校對調整的。
軟體設計的重點在於秒脈衝訊號的產生、顯示的實現、以及按鍵的處理等方面。基於軟體的秒脈衝訊號通常有延時法和定時中斷法。延時法一般採用查詢方式，在延時子程式前後必然需要查詢和處理的程式，導致誤差的產生，因此其秒脈衝的精度不高；中斷法的原理是，利用微控制器內部的定時器溢位中斷來實現。
例如，設定某定時器每100ms中斷1次，則10次的週期為1s。本系統中所使用的晶振頻率為12mhz。
主模組是系統軟體的主框架。結構化程式設計一般有「自上而下」和「自下而上」兩種方式，「自上而下」法的核心就是主框架的構建。它的合理與否關係到程式最終的功能的多少和效能的好壞。
本系統的主模組的程式框圖如下圖2所示：
圖 2基本顯示模組設計的重點是由顯示**取得相應的段碼，顯示段碼資料的並行傳送，高精度的計時工具大多數都使用了石英晶體振盪器，由於電子鐘，石英表，石英鐘都採用了石英技術，因此走時精度高，穩定性好，使用方便，不需要經常調校，數字式電子鐘用積體電路計時時，解碼代替機械式傳動，用led顯示器代替顯示器代替指標顯示進而顯示時間，減小了計時誤差，這種表具有時，分，秒顯示時間的功能，還可以進行時和分的校對，片選的靈活性好。
微控制器課程設計報告 定時鬧鐘 含程式
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