课程设计报告
课程名称： 单片机课程设计
题 目： 多功能电子表
学 院： 环境与化学工程 系：过程装备与测控工程
专 业： 测控技术与仪器
班 级： 测仪111
学 号： 40
学生姓名： 白金成
起讫日期： 2012-12-28～2013-1-7
指导教师： 杨大勇、杨俊清、熊剑
摘要
单片机自20世纪70年代问世以来，以其极高的性能价格比，受到人们的重视和关注，应用很广、发展很快。而51单片机是各单片机中最为典型和最有代表性的一种。
本设计以ATC52芯片为核心，辅以必要的外围电路，设计了一个结构简单，功能齐全的闹钟，它由5V直流电源供电。在硬件方面，除了CPU外，使用1602液晶显示时钟的时间，并通过所写程序控制在某个时间点蜂鸣器的响应，即完成闹钟的功能，该闹钟设有4个按键，时间调整按键、闹钟调整按键和两个时间加减按键。软件方面采用C语言编程。整个闹钟系统能完成时间的显示、调时和定时闹钟的功能。
选用单片机最小系统应用程序,添加比较程序、时间调整程序及蜂鸣程序，通过时间比较程序触发蜂鸣，实现闹钟功能，完成设计所需求的软件环境。介绍并使用KEIL单片机模拟调试软件，测试程序的可行性并用Proteus进行仿真。
关键词：ATC52单片机 定时器 中断 闹钟
一、设计任务、要求
、设计任务：
利用单片机、4个按键、1602液晶显示器、无源蜂鸣器实现具有日期、时间、闹钟功能的多功能电子表。
、设计要求：
1、准确计时，以数字形式显示年月、日、时、分、秒。
2、小时以24小时计时形式，分秒计时为60进位，日期平年和闰年将自行更换。
3、采用4个按键对电子表进行控制，可进行闹钟设定、控制及时间日期的设定。
4、闹钟功能，可任意设定闹钟时间，一旦走时到该时间，能以声的形式告警提示。
5、复位电路采用按键复位电路。
二、方案总体设计
本次设计闹钟，使用了STCC52单片机芯片控制电路，单片机控制电路简单，电路简明易懂，使用键盘键上的按键来调整电子表的月、日、时、分和闹钟的设定，用蜂鸣器来进行定时提醒，编程采用KEIL C，编程简单便捷且调试方便，这样通过四个模块：按键、芯片、蜂鸣器、1602液晶显示器即可满足设计要求。
、显示模块
液晶显示的原理是利用液晶的物理特性，通过电压对其显示区域进行控制，有电就有显示，这样即可以显示出图形。液晶显示器具有厚度薄、适用于大规模集成电路直接驱动、易于实现全彩色显示的特点，目前已经被广泛应用在便携式电脑、数字摄像机、PDA移动通信工具等众多领域。
、实时时间计算模块
ATS52单片机内部带有定时/计数功能，此定时功能是通过对外部晶振的脉冲进行计数，从而达到计时功能，使用12MHz的晶振就能实现高精度的计时，因此可以利用此功能实现计时。
、按键控制模块
本设计用到的键盘有4个按键，分别为时间调整按键、闹钟调整按键和两个时间加减按键。以此控制时间的调整和闹钟时间的调整。
、声音报警模块
此模块采用无源蜂鸣器实现，通过编写相应的程序，当满足要求时，给蜂鸣器提供不同频率的方波，使其发出不同频率的声音，把不同频率的声音按一定的时序输出，从而发出音乐。
、总体设计：
总体框架如图2-1所示：
图2-1 总体硬件框架图
总体构思如图2-2所示：
图2-2 总体构思框架图
三、硬件设计
、单片机最小系统
、时钟信号的产生
C52芯片内部有一个高增益法相放大器，用于构成振荡器。反相放大器的输入端为XTAL1，输出端为XTAL2，两端跨接石英晶体及两个电容就可以构成稳定的自己振荡器，电路如图3-1所示。
图3-1 晶振电路
、复位电路
复位操作有上电自动复位和按键手动复位两种方式，本设计采用按键电平复位，结构如图3-2所示。
图3-2 复位电路
、液晶显示模块
、1602液晶引脚图及连线电路
图3-3 1602液晶显示器
、一般1602字符型液晶显示器实物图
字符型液晶显示模块是一种专门用于显示字母、数字、符号等点阵式LCD，目前常用16*1，16*2，20*2和40*2行等的模块。下面以长沙太阳人电子有限公司的1602字符型液晶显示器为例，介绍其用法。一般1602字符型液晶显示器实物如图3-4
图3-4 1602液晶显示器实物图
、矩阵键盘
本设计采用4个按键控制，按键的接口、序号及接线图如下图所示：
图3-5 按键连线电路图
、蜂鸣器电路
本课程设计使用的蜂鸣器是有源蜂鸣器，通过对给蜂鸣器一定频率的方波，驱动蜂鸣器蜂鸣器发出相应频率的声音，其中方波可对端口进行连续取反实现，取反频率由定时器控制，驱动电路如下图所示：
图3-6 蜂鸣器连线电路图
、电源指示灯部分
电源指示灯部分包括一个开关，发光二级管和限流电阻。当电源接通时发光二级管点亮，表明电路已上电。电源指示灯原理图如图3-7所示：
图3-7 电源指示灯原理图
、STCC52芯片
STCC52是一个低功耗，高性能CMOS8位单片机，片内含具有如下特点：40个引脚（引脚图如图1-1所示），4kBytesFlash片内程序存储器，128bytes的随机存取数据存储器（RAM），32个外部双向输入/输出（I/O）口，5个中断优先级2层中断嵌套中断，2个16位可编程定时计数器，2个全双工串行通信口，看门狗（WDTC）电路，片内时钟振荡器。
此外，STCC52设计和配置了振荡频率可为0Hz并可通过软件设置省电模式。空闲模式下，CPU暂停工作，而RAM定时计数器，串行口，外中断系统可继续工作，掉电模式冻结振荡器而保存RAM的数据，停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。同时该芯片还具有PDIP、TQFP和PLCC等三种封装形式，以适应不同产品的需求。单片机引脚图如图3-8所示：
图3-8 单片机引脚图
、整体电路原理图
整体电路原理图如图3-9所示：
图3-9 总体电路原理图
、Lockmaster硬件电路
图3-10 硬件电路正面视图
图3-11 硬件电路背面视图
四、程序流程图
程序主要流程如图4-1所示，时间、日期、闹钟设置部分流程如图4-2所示。
图4-1 程序流程图
图4-2 程序流程图时间、日期设置部分
图4-3 程序流程图闹钟设置部分
五、
系统仿真与调试
、Proteus仿真原理图
Proteus软件是英国electronics公司出版的工具软件。它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真及外围器件。它是目前最好的仿真及外围器件的工具。Proteus是世界上著名的EDA工具(仿真软件)，从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。它是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台。以下是用Proteus仿真调试图：
图5-1 日期时间显示
图5-2 闹钟设置
、实物图
图5-5 实物正面视图
、使用说明
按键序号及对应具体功能为：
按键1：时间与日期调整进入与退出键
按键2：加一调整功能键
按键3：减一调整功能键
按键4：闹钟调整进入与退出键
六、设计总结及心得体会
单片机是我所学专业的主要课程之一，因此我认为单片机课程设计是十分必要而且十分重要的。尽管刚刚拿到课程设计题目时有点迷惘，不知道如何着手，但通过上网和图书馆查阅相关资料，自己认真钻研以及虚心询问同学，终于解决了一个又一个的困难和障碍，成功完成了任务。
通过本次的单片机课程设计，不仅大大地丰富了我的理论知识，而且在实践过程中更令我学会了坚持、耐心和努力。此次单片机课程设计需要运用到许多之前所学过的知识，令我认识到自己以前学习的一些不足之处，例如对以前所学知识的理解不够深刻，掌握得不够牢固，运用不够灵活。这让我懂得了认真学习的重要性，以及要孜孜不倦地钻研所学过的知识，做得融会贯通，不能一览而过，不求甚解。在边学习边动手的过程中，我对电子时钟的构造以及原理有了进一步的了解，同时也加深和巩固了我对单片机汇编语言的认识。除此之外，由于是第一次做单片机，因此在此次课程设计的过程中，无论是电路绘制还是汇编语言编写都难免遇到了不少困难和障碍，例如汇编语言编写出错、电路元件无从入手等。在面对困难和障碍时，我庆幸自己没有退缩和逃避，而是通过各种方法，迎难而上，以坚持、耐心和努力勇敢无畏地面对困难，克服困难，解决困难。让我发现问题、分析问题、解决问题以及动手实践的能力都有了很大的提高，并了解到理论知识与实践相结合的重要意义。
从这次的课程设计中，我真真正正的意识到，在以后的学习中，要理论联系实际，把我们所学的理论知识用到实际当中，学习单机片机更是如此，程序只有在经常的练习的过程中才能提高。本次课程设计尽管时间不长，但从中所获，将令我受益终生
附录：
#include<>
#define uchar unsigned char
#define uint unsigned int
uchar code table[]=" 2014-01-06 MON";
uchar code table1[]=" 01:00:00";
uchar code table2[7][3]= {{"MON"},{"TUE"},{"WED"},{"THU"},{"FRI"},{"SAT"},{"SUN"}}; //定义二维字符数组
sbit RW=P2^6;
sbit EN=P2^5; // 1602液晶使能端
sbit RS=P2^7; // 1602液晶命令/数据端
sbit key1=P1^0; // 声明s1按键
sbit key2=P1^1; // 声明s2按键
sbit key3=P1^2; // 声明s3按键
sbit key4=P1^3; // 声明s4按键
sbit beep=P3^7;
uint a,s,spak,i,flag; // 声明蜂鸣器
uchar num1,yue,ri,keynum1,week; //定义时分秒变量
char shi=01,fen,miao,shi1,fen1,miao1;
uint nian=2014; //定义年变量
void delay(uint z)
{
uint i,j;
for(i=z;i>0;i--) //定义带参数延时函数
for(j=100;j>0;j--);
}
void write_com(uchar com) //1602液晶写指令函数
{
RW=0;
RS=0;
P0=com;
delay(5);
EN=1;
delay(5);
EN=0;
}
void write_date(uchar date) //1602液晶写数据函数
{
RW=0;
RS=1;
P0=date;
delay(5);
EN=1;
delay(5);
EN=0;
}
void write_addate1(uchar add,uint date) //定义显示年的函数
{
uint qian;
uchar bai,shi,ge;
qian=date/1000;
bai=date%1000/100;
shi=date%1000%100/10;
ge=date%10;
write_com(add+0x80);
write_date(0x30+qian);
write_date(0x30+bai);
write_date(0x30+shi);
write_date(0x30+ge);
}
void write_addate3(uchar add3,uint date3) //定义显示年的函数
{
uint qian;
uchar bai,shi,ge;
qian=date3/1000;
bai=date3%1000/100;
shi=date3%1000%100/10;
ge=date3%10;
write_com(add3+0x80);
write_date(0x30+qian);
write_date(0x30+bai);
write_date(0x30+shi);
write_date(0x30+ge);
}
void write_addate2(uchar add,uchar date) //定义显示月、日、时、分、秒函数
{
uchar shi,ge;
shi=date/10;
ge=date%10;
write_com(add+0x80);
write_date(0x30+shi);
write_date(0x30+ge);
}
void write_rq(uchar i) //定义显示星期的函数
{ uchar x;
for(x=0;x<3;x++)
{ write_date(table2[i][x]);
delay(5);
}
}
void init () //定义初始化函数
{
beep=0;
flag=1;
yue=01;
ri=06;
TMOD=0x01; // 定时器0工作方式为16位
TH0=(65536-50000)/256; // 装初值
TL0=(65536-50000)%256;
EA=1; // 开总中断
ET0=1; // 开定时器0中断
write_com(0x38); // 设置16*2显示，5*7点阵，8位数据口
write_com(0x06); // 写一个字符后地址指针加1
write_com(0x0c); // 设置开显示，不显示光标
write_com(0x01); // 显示清0，数据清0
write_com(0x80); // 使指针指向第1行第1列
}
void keyscan() // 定义按键函数
{
uchar keynum;
if(key1==0) //s1按键被按下
{ delay(3); //去抖延时
if(key1==0) //确认s1按键被按下，进入调时间模式
{
keynum++;
while(!key1); //松手检测
}
if(keynum==1) //s1按下一次
{ TR0=0; //关闭定时器0
write_com(0x81); //指针指向第1行2列
write_com(0x0f); //开启光标显示，光标闪烁
}
if(keynum==2)
{
write_com(0x86); //光标跳到月份
}
if(keynum==3)
{
write_com(0x); //光标跳到日
}
if(keynum==4)
{
write_com(0x8c); //光标跳到星期
}
if(keynum==5)
{
write_com(0x80+0x40+4); //光标跳到时
}
if(keynum==6)
{
write_com(0x80+0x40+7); //光标跳到分
}
if(keynum==7)
{
write_com(0x80+0x40+10); //光标跳到秒
}
if(keynum==8)
{
keynum=0; //退出调时间模式
TR0=1; //开启定时器0
write_com(0x0c); //关闭光标显示
}
}
if(keynum) //当进入调时间模式时
{
if(key2==0) //s2按键按下
{
delay(5); //去抖延时
if(key2==0)
{
if(keynum==1)
{
nian++; //s2每按下一次年份加1
if(nian==10000) // 加满清0
nian=0;
write_addate1(1,nian); // 显示年份
write_com(0x81); //写完数据指针指向年份原来位置
}
if(keynum==2)
{
yue++; //s2每按下一次月份加1
if(yue==13)
yue=0; //加满清0
write_addate2(6,yue); //显示月份
write_com(0x86); //写完数据指针指向月份原来位置
}
if(keynum==3)
{ ri++;
if(yue==1||yue==3||yue==5||yue==7||yue==8||yue==10||yue==12) //1,3,5,7,8,10,12月有31天
{
if(ri==32) //加满还原
ri=1;
}
if(yue==4||yue==6||yue==9||yue==11) //4,6,9,11月有30天
{
if(ri==31)
ri=1;
}
if(yue==2&&((nian%4==0&&nian%100!=0)||nian%400==0)) //闰年2月有30天
{
if(ri==30)
ri=1;
}
if(yue==2&&(nian%4!=0)||(nian%100==0&&nian%400!=0)) //非闰年2月有31天
{
if(ri==29)
ri=1;
}
write_addate2(9,ri); //显示日
write_com(0x); //写完数据指针指向日原来位置
}
if(keynum==4)
{
week++; //s2每按下一次星期加1
if(week==7) //加满还原
week=0;
write_rq(week); //显示星期
write_com(0x8c); //写完数据指针指向星期原来位置
}
if(keynum==5)
{
shi++; //s2每按下一次时加1
if(shi==24)
shi=0; //加满还原
write_addate2(0x44,shi); //显示时
write_com(0xc4); //写完数据指针指向时原来位置
}
if(keynum==6)
{
fen++; //s2每按下一次分加1
if(fen==60)
fen=0; //加满还原
write_addate2(0x47,fen); //显示分
write_com(0xc7); //写完数据指针指向分原来位置
}
if(keynum==7)
{
miao++; //s2每按下一次秒加1
if(miao==60)
miao=0; //加满还原
write_addate2(0x4a,miao); //显示秒
write_com(0xca); //写完数据指针指向秒原来位置
}
while(!key2); //松手检测
}
}
if(key3==0)
{
delay(5);
if(key3==0)
{ //s3按下时减1
if(keynum==1)
{
nian--;
if(nian==-1)
nian=9999;
write_addate1(1,nian);
write_com(0x81);
}
if(keynum==2)
{ yue--;
if(yue==-1)
yue=12;
write_addate2(6,yue);
write_com(0x86);
}
if(keynum==3)
{
ri--;
if(ri==0)
{ if(yue==1||yue==3||yue==5||yue==7||yue==8||yue==10||yue==12)
ri=31;
if(yue==4||yue==6||yue==9||yue==11)
ri=30;
if(yue==2&&((nian%4==0&&nian%100!=0)||nian%400==0))
ri=29;
if(yue==2&&(nian%4!=0)||(nian%100==0&&nian%400!=0))
ri=28;
}
write_addate2(9,ri);
write_com(0x);
}
if(keynum==4)
{
week--;
if(week==-1)
week=6;
write_rq(week);
write_com(0x8c);
}
if(keynum==5)
{
shi--;
if(shi==-1)
shi=23;
write_addate2(0x44,shi);
write_com(0xc4);
}
if(keynum==6)
{
fen--;
if(fen==-1)
fen=59;
write_addate2(0x47,fen);
write_com(0xc7);
}
if(keynum==7)
{
miao--;
if(miao==-1)
miao=59;
write_addate2(0x4a,miao);
write_com(0xca);
}
while(!key3); //松手检测
}
}
}
if(key4==0) //s4被按下进入调闹钟模式
{ delay(3);
if(key4==0)
{
while(!key4);
keynum1++;
}
if(keynum1==1)
{ write_com(0x01); //清屏，指针清0
write_com(0xc6); //在时分之间显示"："
write_date(':');
write_com(0xc9); //在分秒之间显示"："
write_date(':');
write_com(0x0f); //开启光标
write_com(0xc4); //光标指向时
}
if(keynum1==2)
{
write_com(0xc7); //光标指向分
}
if(keynum1==3)
{
write_com(0xca); //光标指向秒
}
if(keynum1==4)
{ keynum1=0;
write_com(0x0c); //关闭光标
}
}
if(keynum1)
{
if(key2==0) //s2按下加1
{
delay(5);
if(key2==0)
{
while(!key2);
if(keynum1==1)
{
shi1++;
if(shi1==24)
shi1=0;
write_addate2(0x44,shi1);
write_com(0xc4);
}
if(keynum1==2)
{
fen1++;
if(fen1==60)
fen1=0;
write_addate2(0x47,fen1);
write_com(0xc7);
}
if(keynum1==3)
{
miao1++;
if(miao1==60)
miao1=0;
write_addate2(0x4a,miao1);
write_com(0xca);
} }
}
if(key3==0) //s3每按一次减1
{
delay(3);
if(key3==0)
{
while(!key3);
if(keynum1==1)
{
shi1--;
if(shi1==-1)
shi1=23;
write_addate2(0x44,shi1);
write_com(0xc4);
}
if(keynum1==2)
{
fen1--;
if(fen1==-1)
fen1=59;
write_addate2(0x47,fen1);
write_com(0xc7);
}
if(keynum1==3)
{
miao1--;
if(miao1==-1)
miao1=59;
write_addate2(0x4a,miao1);
write_com(0xca);
}
}
}
}
}
void main()
{ uchar num;
init();
for(num=0;num<15;num++)
{ write_date(table[num]);
delay(5);
} //显示初始时间
write_com(0xc0);
for(num=0;num<12;num++)
{ write_date(table1[num]);
delay(5);
}
TR0=1; //开启定时器0
while(1)
{
if(shi==shi1&&fen==fen1&&miao==miao1)
{
flag=1;
while(flag)
{
beep=1;
if(key2==0)
{
beep=0;
flag=0;
}
}
}
keyscan(); //扫描键盘
}
}
void time() interrupt 1 //中断函数
{
TH0=(65536-50000)/256;
TL0=(65536-50000)%256; //进入中断装初值
num1++;
if(num1==20) //一秒到了
{ num1=0; //清0
miao++;
if(miao==60) //一分到了
{ miao=0; fen++; }
if(!keynum1) write_addate2(0x4a,miao); //当调闹钟模式按下时不显示当前时间
if(fen==60)
{ fen=0;
shi++;
}
if(!keynum1) write_addate2(0x47,fen); //当调闹钟模式按下时不显示当前时间
if(shi==24)
{
shi=0;
ri++;
week++;
}
if(!keynum1) write_addate2(0x44,shi); //当调闹钟模式按下时不显示当前时间
if(yue==1||yue==3||yue==5||yue==7||yue==8||yue==10||yue==12)
if(ri==32)
{ ri=1; yue++; }
if(yue==4||yue==6||yue==9||yue==11)
if(ri==31)
{ ri=1; yue++; }
if(yue==2&&((nian%4==0&&nian%100!=0)||nian%400==0))
if(ri==30)
{ ri=1; yue++; }
if(yue==2&&(nian%4!=0)||(nian%100==0&&nian%400!=0))
if(ri==29)
{ ri=1; yue++; }
if(!keynum1) write_addate2(9,ri); //当调闹钟模式按下时不显示当前时间
if(week==7)
week=0;
if(!keynum1) //当调闹钟模式按下时不显示当前时间
{ write_com(0x8c);
write_rq(week);
}
if(yue==13)
{ yue=0;
nian++;
}
if(!keynum1) //当调闹钟模式按下时不显示当前时间
{
write_addate2(6,yue);
write_com(0x88);
write_date('-');
}
if(nian==10000)
nian=0;
if(!keynum1)
{ write_addate3(1,nian); //当调闹钟模式按下时不显示当前时间
write_com(0x85);
write_date('-');
}
}
}
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