湖南工程學院
課程設計
課程名稱微控制器
課題名稱課設作息時間控制
專業電氣工程
班級學號 201
姓名指導教師王迎旭李曉秀汪超
2023年 9月 14 日
湖南工程學院
課程設計任務書
課程名稱微控制器原理及應用
課題微控制器作息時間控制器
專業班級電氣
學生姓名
學號 201
指導老師王迎旭李曉秀汪超
審批任務書下達日期 2012 年 9月 4日
任務完成日期 2023年 9月 14 日
第1章概述
1.1 設計內容及要求
作息時間控制器常用於學校教學樓的時間控制，利用微控制器內部定時器實現時間基準定時，並配合「啟動」、「復位」等按鍵的操作完成鈴聲、**的開/停控制，顯示的內容要求有時、分、秒。
本課題要求以微控制器為核心，設計乙個具有定時和計數功能的智慧型化作息時間控制器。該控制器要求有以下功能：
（1） 按作息時間接通/斷開電鈴；
（2） 課間接通/斷開****裝置；
（3） 時鐘顯示。
1.2 本設計實現的功能
本設計實現的功能為
（1） 使用led顯示時間，顯示格式為「時、分」（其中時、分各用兩位led等顯示，秒用第二位led的小數點顯示）；
（2） 可自行設定時鐘時間，可對時間進行調整，使其快速進行到定時時間，並作出相應的響鈴動作；
（3） 當時鐘到達定時時間時，啟動響鈴功能，以此模擬上、下課自動響鈴及課間自動****；
（4） 以蜂鳴器、繼電器模擬響鈴過程
第2章系統方案設計
2.1 系統總體方案設計
本設計用微控制器設計製作完成，由於其功能的實現主要通過軟體程式設計來完成，所以降低了硬體電路的複雜性，也相應的降低了其成本。
根據設計要求，總電路分為鍵盤介面電路、微控制器時鐘電路、復位電路、led顯示電路、響鈴電路、電源電路六個部分。其中鍵盤介面電路採用4個按鍵，分別實現對時針的加一功能、減一功能和對分針的加一功能、減一功能；時鐘電路，在本系統中採用內部時鐘電路，由乙個石英電晶體振盪器和兩個微調電容組成；復位電路中給給rst引腳連續輸入2個機器週期（即24個時鐘振盪週期）以上高電平，就可完成初始化操作；顯示電路採用4段7位led顯示管顯示時間，其中前兩位顯示時針，後兩位顯示分針，前兩位與後兩位之間的小數點通過閃動來實現秒針的顯示；響鈴電路中由p1口輸出電平，經三極體驅動繼電器後通過電鈴完成響鈴，本設計中採用蜂鳴器、繼電器代替；電源電路，本設計由外部電源對其供電。
2.2 系統總體方案框圖
圖 2.1 系統設計框圖
第3章硬體設計
3.1 時間顯示電路的設計
led數碼管顯示方式有靜態顯示方式和動態顯示方式兩種。靜態顯示方式雖然占用cpu較少，介面簡單，但其硬體電路比較複雜，成本較高，所以本設計中採用動態顯示方式。
動態顯示方式是指輪流電量各位led數碼管，利用定時掃瞄的方式輪流點亮各位數碼管。led公用乙個8位的i/o，即p0口。4位led的位選線分別由相對應的p2.
0-p2.3控制，段選線併聯後接地。由於採用的是4位led數碼管顯示，所以前兩位led顯示「時針」，後兩位顯示「分針」，秒針利用時針的小數點進行顯示，亮滅週期為一秒。
到達定時時間時，由計時系統的輸出狀態產生乙個脈衝訊號然後觸發蜂鳴器引發鬧鈴。校時電路是用來對「時針」、「分針」顯示數字進行校對調整。
時間電路設計如下：
3.2按鍵電路的設計
因考慮節省i/o線數量，方便操作，本設計採用矩陣式鍵盤。矩陣式鍵盤由i/o線組成行、列結構，行、列線不相通，通過乙個設定在行、列交叉點上的按鍵來連通。本設計中採用四個按鍵，具體功能如下：
同時，本設計通過呼叫乙個延時函式，消除鍵盤的抖動問題，提高了時間調整額精度。
按鍵電路設計如下：
3.3 響鈴電路的設計
響鈴電路是通過函式對時鐘和設定響鈴時間進行比較，當時鐘值與響鈴設定值相當時，發出乙個脈衝訊號，經放大器驅動送至揚聲器發聲，從而實現響鈴功能。其中，對響鈴函式中所呼叫的延時函式進行延時長短的調整，可對所響鈴聲進行改變。
響鈴電路設計如下：
3.4 內部時鐘電路的設計
微控制器內部有乙個用於構成振盪器的高增益反相放大器，它的輸入端為xtal1引腳，輸出端為xtal2引腳。這兩個引腳跨接石英晶體振盪器和微調電容，構成乙個穩定的自己振盪器，形成內部時鐘方式的電路。其中微調電容選擇c1=c2=30uf。
3.5 復位電路的設計
可靠的復位電路是保證微控制器正常執行的關鍵因素。將rst引腳連續輸入2個機器週期（即24個時鐘振盪期間）以上高電平，即可以完成微控制器的初始化操作。本設計採用按鈕復位方式。
3.6 微控制器硬體資源分配
表3.1 i/o口分配表
第4章軟體設計
4.1 系統軟體設計思路
本系軟體設計中，利用微控制器定時器設計時間計時處理，採用微控制器內部的t0定時器溢位中斷來實現，工作在t1方式下，定時50微妙，則連續中斷20次即為一秒，得到了我們所需時間的最小單位。因為組合語言的移植性較差，而c語言則比較靈活，因此本設計採用c52編寫程式。在程式中除了有主函式外還包含許多子函式，如顯示函式、鍵盤函式、聲音函式、響鈴函式、時間顯示函式、延時函式。
4.2 主程式的設計
主程式迴圈中掃瞄是否有鍵按下，如有鍵按下，則做出相應的功能處理，同時掃瞄顯示時間資料，並檢查時候到達響鈴設定時間。若無按鍵，則繼續執行主程式。
系統設計主框圖如下：
圖4.1 系統設計主框圖
4.3 中斷子程式
本設計採用中斷子程式。當連續中斷20次時，即為一秒，此時秒加一；當秒值為60時，分鐘加一，同時秒清零;當分鐘值為60時，小時加一，同時分鐘值清零；當小時為24時小時清零 ，完成一天的計時，所有程式初始化。
中斷子程式設計圖如下：
圖4.2 中斷子程式設計圖
4.4 鍵盤函式的設計
鍵盤程式是完成對時鐘的調整。當按下s1、s2、s3、s4按鍵時，執行相應的「對時針加1」、「對時針減1」、「對分針加1」、「對分針減1」功能。
鍵盤函式設計圖如下：
圖4.3 鍵盤函式設計圖
第5章除錯與分析
5.1 硬體製作
在焊接板子過程中，以「由低到高」為原則依次對其進行焊接。
主機板焊接流程如下：電阻：10k（1個）、2k（2個）、1k（17個）、200/100歐（1個），續流二極體in4148（1個），整流二極體in4007（4個），晶振12m/11.
0592m（1個），輕觸按鍵（2個），電容：30p（2個），104獨石（4個），104瓷片（4個），排阻，晶元插座（40腳、16腳、8腳各1個），三極體：9012（1個）、9015（2個），電源指示led（1個），p1口長方形led（8個），電解電容：
22 uf（1個）、1000uf（2個），蜂鳴器，繼電器，跳針（3個），擴充套件排針（三排），電源接外掛程式（1個），電源開關（1個）。
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