杨琳琳-智能电脑钟的设计

题    目:        智能电脑钟的设计       

专    业：       07自动化（2）班       

学    号：        200710320234          

    姓    名：           杨琳琳             

    完成日期：         2010-6-27            

    指导教师：          张老师              

景德镇陶瓷学院

单片机原理及应用课程设计任务书

班级： 07自动化（2）班     姓名：杨琳琳     指导老师：张  玲    2010年06月21 日

目录

1总体设计    4

2 单元电路设计    5

2.1 主控制电路设计    5

2.2 显示电路设计    6

2.3 按键电路设计    6

3硬件电路设计及原理说明    7

3.1硬件电路介绍    7

3.2电路工作原理说明    7

4软件设计    8

4.1智能电脑钟的软件设计流程图    8

4.2 智能电脑钟的汇编语言源程序    8

5元器件清单    15

6设计小结    16

7总电路图    17

8参考文献    18

1总体设计

时钟是人们生产和生活的基本设备。构成时钟电路的方法很多，根据任务书的要求，设计出的智能电脑钟需满足下列条件：

1能将用户提供的作息时间表存入存储器，按作息时间的要求进行定时打铃；

2能实现计时的清零、启动和停止，显示出累计时间；

3设置功能选择开关和相应的操作按键。

4具有定时功能；

5要求以单片机为主控制器。

所以设计出的智能电脑钟必须要满足上述条件。根据上述条件，选用8031作主控制器，扩展一片程序存储器，如存储容量为8K×8的EPROM27，扩展6位LED显示接口，以用于时钟显示，设置两路输出信号，用于推动外部定时控制设备或音响报时电路。扩展一个包括0一9的十个数字键和若干功能键的键盘。这些功能键的作用是：作时钟时，设置报时、校时；作定时时，设置定时时间的启动；作跑表时，设置清零、启动和停止。

输出设备分为两个方面，一是由6位数码管组成的时间显示器，可利用8031的串行口，经移位寄存器74LSl送出显示器的段控制信号，其位控制信号分别由P1．0～P1．5输出。报时信号由P3．5输出，定时信号由P3．6输出，这个输出信号可控制各种外部设备。

时钟信号的产生可利用8031片内的定时器。产生定时中断，进行时、分、秒的计时，并将信号送到显示电路。

根据上述分析可知，智能电脑钟的总体电路应主要包括主控制电路(以8031为控制芯片)，显示电路和按键电路。总体连接框图如下图1所示。

图1  智能电脑钟总体连接框图

2 单元电路设计

根据上述分析可知，智能电脑钟总体电路主要包括主控制电路(以8031为控制芯片)，显示电路和按键电路。

2.1 主控制电路设计

如下图2所示，选用单片机8031作主控制器，并用存储容量为8K×8的EPROM27扩展一片程序存储器。选用地址锁存器74LS373连接8031和27，74LS373 是一种带三态门的8D锁存器，连接方式如下图2所示。晶振电路由两1.5P电容C1,C2和11.000MHZ晶体振荡器连接在XTAL1和XTAL2上。RESET管脚接复位信号如下图2所示。报时信号由P3．5输出，定时信号由P3．6输出，输出信号通过固态继电器去控制被控对象。

       图2   智能电脑钟主控制电路图

2.2 显示电路设计

LED数码管能够显示数字和部分字符，价格便宜，硬件电路，软件编程均非常简单，而且使用动态扫描技术可节省大量硬件成本。所以显示电路选用LED数码管作为显示器件 。由于系统要求显示小时，分钟和秒，所以选用6位LED数码管即可。并用反相器7406与按键电路连接，用反相器7404与单片机8031的PI口连接。具体连接方式如下图3所示。

图3  智能电脑钟LED显示电路

2.3 按键电路设计

按键电路用移位寄存器74LS1与键盘电路连接，键盘包括0～9十个数字键和REG、NEXT两个命令键。数字键0、6、1、7和命令键NEST设置为双功能键，分别为跑表启动、停止、报时、定时和跑表清零，用以选择电脑钟的不同功能。74LS1与8031P2口连接。按键电路具体连接方式如下图4所示。

图4   智能电脑钟按键电路

3硬件电路设计及原理说明

3.1硬件电路介绍

智能电脑钟总体连接图如图6所示。该电脑钟主要由8031单片机，地址锁存器74LS373，EPROM2746组成。而且扩展了6位LED显示器和12键盘。

显示器显示电脑钟的走时时间，从左至右时、分、秒各占两位；用于跑表时，显示器从左至右为分、十秒、秒、百毫秒、十毫秒、1毫秒。键盘包括0～9十个数字键和REG、NEXT两个命令键。数字键0、6、1、7和命令键NEST设置为双功能键，分别为跑表启动、停止、报时、定时和跑表清零，用以选择电脑钟的不同功能。

要显示的时间数据从8031的串行口送出，经移位寄存器74LS1送至LED显示器进行断选。从8031的P1    .0~1.5送出位选信号。开关S1和S2    用于选择报时时间表。输出信号通过固态继电器去控制被控对象。

3.2电路工作原理说明

报时和定时控制的原理是利用8031片内的定时器0，定时发出中断，进行秒、分、时计时，并把计时时间送至显示器。为能按照时间表发出相应的控制信号，采用了查表的方法。电脑钟在每次分计时和小时计时之后去查时间表，并与电脑钟的走时进行比较，查到相等的值时就发出相应的控制信号。报时与定时控制的区别在于，定时控制是定点开、停，交替发出开、停控制信号。而报时控制在于到点发出报时控制信号，经较短时间(比如10秒)，就需要关掉报时信号。为此目的，电脑在秒计时之后，把秒时单元的数值与给定发报时信号时间进行比较，相等时就发出关报时的控制信号。

跑表功能的原理是利用8031片内的定时器1，定时1毫秒发出中断，进行毫秒、秒和分秒时。电脑钟测试I／O口上相应位的输入信号，决定计时的启、停。

4软件设计

4.1智能电脑钟的软件设计流程图

图5  智能电脑钟软件设计流程图

4.2 智能电脑钟的汇编语言源程序

ORG 0000H

LJMP MAIN

ORG 0003H

SETB PSE.5

RET1

ORG 000BH

LJMP CLOCK

ORG 0013H

SETB 7FH

RET1

ORG 0030H

MAIN：MOV SP，#60H

MOV TMOD，#01H

MOV IE，#87H

SETB PT0

MOV TL0，#0B7H

MOV TH0，#3CH

MOV 20H，#00H

MOV 21H，#00H

MOV 22H，#00H

MOV 23H，#00H

MOV 50H，#06H

MOV 51H，#28H

MOV 52H，#00H

CLR PSW.5

CLR 7FH

SETB TR0

SETB IT0

SETB IT1

CLR P3.0

SS：LCALL CUTIN0

LCALL SSCAN

JNB PSW.5，LK

LCALL KEY0

LK：JNB 7FH，SS

LCALL KEY1

SJMP SS

CUTIN0：PUSH PSW

PUSH ACC

MOV 25H，R0

MOV R0，#79H

MOV A，22H

ACALL BCD

MOV A，21H

ACALL BCD

MOV A，20H

ACALL BCD

MOV R0，25H

POP ACC

POP PSW

RET

CUTIN1：PUSH PSW

PUSH ACC

MOV 25H，R0

MOV R0，#79H

MOV A，42H

ACALL BCD

MOV A，41H

ACALL BCD

MOV A，40H

ACALL BCD

MOV R0，25H

POP ACC

POP PSW

RET

BCD：MOV B，#0AH

DIV AB

MOV @R0，B

INC R0

MOV @R0，A

INC R0

RET

CLOCK：JNB PSW.5，ZC

LJMP FH

ZC：MOV TL0，#OB7H

MOV TH0，#3CH

PUSH PSW 

PUSH ACC

INC 23H

MOV A，23H

CJNE A，#0AH，RET0

MOV 23H，#00H

INC 22H

MOV A，22H

CJNE A，#3CH，RET0

MOV 22H，#00H

SETB P1.0

CLR P3.0

INC 21H

MOV A，21H

CJNE A，#3CH，RET0

MOV 21H，#00H

CLR P1.0

INC 20H

MOV A，20H

CJNE A，#18H，RET0

MOV 20H，#00H

AJMP RET0

RET0：MOV A，21H

CJNE A，51H，B0

MOV A，20H

CJNE A，50H，B0

SETB P3.0

B0：POP ACC

POP PSW

FH：RET1

SSCAN：MOV R6，#05H

SS2：MOV 30H，#20H

MOV 31H，#7EH

MOV R7，#06H

SS1：MOV R1，#21H

MOV A，30H

MOVX @R1，A

MOV R0，31H

MOV A，@R0

MOV DPTR，#SC

MOVC A，@A+DPTR

MOV R1，#22H

MOVX @R1，A

LCALL D1

MOV A，30H

RR A

MOV 30H，A

DEC 31H

DJNZ R7，SS1

DJNZ R6，SS2 

RET

SC：DB 0C0H，0F9H，0A4H，0B0H，99H，92H，82H，0F8H，80H，90H，0FFH

KEY：MOV 42H，#00H

A0：MOV P1，#0FFH

MOV A，P1

ANL A,38H

MOV R3，A

LCALL DELAY

MOV P1，#0FFH

MOV A，P1

ANL A，#38H

CLR C

SUBB A，R3

JNZ A0

MOV A，R3

CJNE A，#38H，A00

SJMP A0

A00：CJNE A，#30H，T0K2

INC 41H

MOV R2,41H

CJNE R2，#3CH，A1

MOV 41H，#00H

A1：MOV P1，#0FFH

MOV A，P1

ANL A，#08H

JNZ A0

LCALL DELAY

SJMP A1

T0K2：CJNE A，#28H，T0K3

DEC 41H

MOV R2，41H

CJNE R2，#0FFH，A2

MOV 41H,#3BH

A2: MOV P1,#0FFH

MOV A,P1

ANL A,#10H

JNZ A0

LCALL DELAY

SJMP A2

TOK3: CJNE A,#18H,A0

AA: MOV P1,#0FFH

MOV A,P1

ANL A,#20H

JNZ A3

LCALL DELAY

SJMP AA

A3: MOV P1,#0FFH

MOV A,P1

ANL A,#38H

MOV R3,A

LCALL DELAY

MOV P1,#0FFH

MOV A,P1

ANL A,#38H

CLR C

SUBB A,R3

JNZ A3

MOV A,R3

CJNE A,#38H,A33

SJMP A3

A33: CJNE A,#30H,TO2

INC 40H

MOV R2,40H 

CJNE R2,#18H,A4 

MOV 40H,#00H

A4: MOV P1,#0FFH

MOV A,P1

ANL A,#08H

JNZ A3

LCALL DELAY

SJMP A4

TO2: CJNE A,#28H,TO3

DEC 40H

MOV R2,40H

CJNE R2,#0FFH,A5

MOV 40H,#17H

A5: MOV P1,#0FFH

MOV A,P1

ANL A,#10H

JNZ A3

LCALL DELAY

SJMP A5

TO3: CJNE A,#18H,A3

RET

KEY0: MOV 41H,21H

MOV 40H,20H

CLR TR0

ACALL KEY

CLR PSW.5

MOV 22H,42H

MOV 21H,41H

MOV 20H,40H

MOV TL0,#0B7H

MOV TH0,#3CH

SETB TR0

RET

KEY1: MOV 41H,51H

MOV 40H,50H

LCALL KEY

CLR 7FH

MOV 51H,41H

MOV 50H,40H

RET

D1: MOV R4,#02H

D11: MOV R5,#0FFH

DJNZ R5,$

DJNZ R4,D11

RET

DELAY: PUSH ACC

LCALL CUTIN1

LCALL SSCAN

POP ACC

RET

程序中的一些存储单元的定义如下：

◇ ２０Ｈ～２２Ｈ：时、分、秒单元；

◇ ４０Ｈ～４２Ｈ：校时或闹钟校时期间的时、分、秒单元；

◇ ５０Ｈ～５１Ｈ：起闹时间的时、分单元；

◇ ７９Ｈ～７ＥＨ：显示缓冲区；

◇ 用户标志位Ｆ０：校时标志，当Ｆ０＝１时，表示校时；

◇ 位７ＦＨ：闹钟校时标志，当７ＦＨ＝１时，表示闹钟校时；

5元器件清单

短短的一个星期就快过去了，终于完成单片机课程设计了。从开始的一头雾水到现在的完成设计，感觉真的过了很久。

在课程设计的过程中，开始一看到题目“智能电脑钟”感觉无从下手，便在图书馆，网上查有关智能电脑钟的各种资料。发现自己对所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固，比如说不懂一些元器件的使用方法，对单片机汇编语言掌握得不好……通过这次课程设计之后，对以前所学过的知识不仅温习了一遍，更加深了理解。

设计智能电脑钟所用的8031、74LS373、74LS1、2746在单片机课上都学过，不过到了真的要把它们连接在一起用的时候却有好多东西不会，才发现理论与实践相差真的太多了。有很多知识也忘了，通过这次设计对8031、74LS373、74LS1、2746的接口和性质有了更深的理解。智能电脑钟还要设置键盘，这个刚开始也不知道，在网上查了很多资料终于学会了。

硬件电路好了，还要设计相应的软件。软件当然是要用汇编语言了。在单片机课上所学的都是设计一个小小的程序，一个智能电脑钟有那么多功能都需要程序来实现，所以需要设计一个既复杂又长的程序。开始的时候也是无从下手，查了好多别人设计的程序，看看他们怎么设计的，最后才根据智能电脑钟硬件电路的特点设计好了程序。

一个星期的课程设计真的学到很多很多的的东西，不仅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，才能真正提高自己的实际动手能力和思考的能力。

7总电路图

8参考文献

◇ 郝迷振，王冠华.智能电脑钟.天津轻工业学院.5-6页.

◇ 胡汉才.单片机原理及接口技术.清华大学出版社.

◇ 张俊谟.单片机中级教程.北航出版社.

◇ 李全利.单片机原理及接口技术.高等教育出版社.

◇ http://wenku.baidu.com/view/ca9a3d86bceb19e8b8f6ba49.html