单片机作息时间控制器设计

目录摘要 (2)1.绪论 (3)1.1设计意义 (3)1.2设计思路 (3)1.3 设计要求及功能 (3)2 系统总体方案设计 (3)2.1 系统总体方案框图 (3)2. 2 芯片比较 (4)2.2.1 单片机选择 (4)3.硬件设计 (9)3.1单片机 (9)3.2 按键控制模块 (9)3.3 数码管显示模块 (10)3.4 闹钟模块 (10)3.5系统原理图 (11)4.软件设计 (12)4．1 主程序设计 (12)4.2 中断子程序 (13)4.3 按键扫描子程序 (14)5. 软件硬件联调 (15)5．1 软件调试 (15)5．2 系统调试 (15)参考文献 (16)附1：源程序代码 (17)致谢 (31)本文介绍了一款基于 AT89C52单片机作息时间控制器的设计，该作息时间控制器由单片机最小系统、按键模块、数码管显示模块、闹钟模块组成。

采用单片机AT89C52与12MHZ晶振相连；通过按键K1、K2、K3、K4控制时间的校正、闹钟时间设定；数码管显示模块用来显示时间，显示格式为“时分”，并能够根据需要显示年、月、日，由数码管小数点闪动作为秒计数；闹钟模块进行到时提醒并作出相应动作：发光二极管闪亮，同时播放音乐。

本文详细叙述了系统硬件、软件的具体实现过程。

论文重点阐述了时间控制器硬件中主控制模块、时钟模块、显示模块和相关控制模块等的模块化设计与制作。

本设计实现了时间与闹钟的修改功能，语音播报功能，年、月和日等的显示功能。

1.1设计意义随着科学技术的发展，各行各业技术的不断改进和更新，在时间方面，由于时间多、时间乱等原因，人们不得不去改善时间方面的设备；随着人们生活水平的提高和生活节奏的加快，对时间的要求也越来越高，精准数字计时的消费需求也是越来越多。

单片机时间控制器实现了对时间控制的智能化，摆脱了传统的由人来控制时间的不便，是现代必不可少的设备。

1.2设计思路在整个设计中，主要用的是单片机的自动控制原理，包括硬件和软件。

在硬件部分，包括按键控制模块、数码管显示模块和闹钟模块；软件部分，主要是主程序设计。

1.3 设计要求及功能本设计是作息时间控制器，设计其实现的功能主要有：使用4位七段显示器来显示当前的时间，由LED闪动作为秒计数表示，显示格式为“时分”，并可显示日期，显示格式为“月日”，年份单独显示。

由4个按键来作功能设置，可以设置现在的日期、时间及定时设置时间，一旦设置的时间到则作出相应动作：发光二极管闪亮，同时播放音乐。

2 系统总体方案设计2.1 系统总体方案框图图2-1 系统方框图2. 2 芯片比较2.2.1 单片机选择当今单片机厂商琳琅满目，产品性能各异。

常用的单片机有很多种：Intel8051系列、Atmel的AT89系列、Microchip公司的PIC系列、Zilog的Z8系列、Atmel的AT90S系列、韩国三星公司的KS57C系列4位单片机、台湾义隆的EM-78系列等。

我们最终选用了ATMEL公司的AT89C52单片机。

AT89C52是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含8Kbytes的可反复擦写的只读程序存储器（PEROM）和256bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，与标准MCS-51指令系统及8052产品引脚兼容，片内置通用8位中央处理器（CPU）和FLASH存储单元，功能强大AT89C52单片机适用于许多较为复杂控制应用场合。

AT89C52的芯片管脚图如图3-1图3-1引脚功能说明：VCC——电源电压GND——地P0口——P0口是一组8位漏极开路型双向I/O口，也即地址/数据总线复用口。

作为输出口用时，每位能吸收电流的方式驱动8个TTL逻辑门电路，对端口P0写“1”时，可作为高阻抗输入端用。

在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址（低8位）和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。

在FLASH编程时，P0口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻。

P1口——P1口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口，P1的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。

对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输出口。

作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流。

与AT89C51不同之处是，P1.0和P1.1还可分别作为定时/计数器2的外部计数输入（P1.0/T2）和输入（P1.1/T2EX），参见下表。

FLASH编程和程序校验期间，P1接收低8位地址。

P1.0和P1.1的第二功能P2口——P2是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。

对端口P2写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口，作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流。

在访问外部程序存储器或16位地址的外部数据存储器（例如执行MOVX@DPTR 指令）时，P2口送出高8位地址数据。

在访问8位地址的外部数据存储器（如执行MOVX@RI指令）时，P2口输出P2锁存器的内容。

FLASH编程或校验时，P2亦接收高位地址和一些控制信号。

P3口——P3口是一组带有内部上拉电阻的8位双向I/O口。

P3口输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。

对P3口写入“1”时，它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。

此时，被外部拉低的P3口将用上拉电阻输出电流。

P3口除了作为一般的I/O口线外，更重要的用途是它的第二功能，如下表所示：此外，P3口还接收一些用于FLASH闪存编程和程序校验的控制信号。

RST——复位输入。

当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平将是单片机复位。

ALE/PROG——当访问外部程存储器或数据存储器时，ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。

一般情况下，ALE仍以时钟振荡频率的1/6输出固定的脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。

要注意的是：每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。

对FLASH存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲（PROG）。

如有必要，可通过对特殊功能寄存器（SFR）区中的8EH单元的D0位置位，可禁止ALE操作。

该位置位后，只有一条MOVX和MOVC指令才能将ALE激活。

此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置ALE禁止位无效。

PSEN——程序储存允许（PSEN）输出是外部程序存储器的读选通信号，当AT89C52由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次PSEN有效，即输出两个脉冲，在此期间，当访问外部数据存储器，将跳过两次PSEN信号。

EA/VPP——外部访问允许，欲使CPU仅访问外部程序存储器（地址为0000H-FFFFH），EA端必须保持低电平（接地）。

需注意的是：如果加密位LB1被编程，复位时内部会锁存EA端状态。

如EA端为高电平（接Vcc端），CPU则执行内部程序存储器的指令。

FLASH存储器编程时，该引脚加上+12V的编程允许电源Vpp，当然这必须是该器件是使用12V编程电压Vpp。

2.2.2显示器接口芯片的选择LED显示器接口芯片的选择常用的显示器接口芯片有CD4511，CD4513，MC14499，8279，MAX7219，74HC164等，它们的功能有：1.CPU接受来自键盘的输入数据，并作预处理；2.数据显示的管理和数据显示器的控制。

CD4511是BCD锁存，7段译码，驱动器，但在显示6和9时，显示为b和q，不是很好看。

CD4513是BCD锁存，7段译码,驱动器(消隐)，但现在市面上不好买。

MC14499为串行输入BCD码——十进制译码驱动器，用它来构成单片机应用系统的显示器接口，可以大大减少I/O口线的占用数量。

但是，由片内震荡器经过四分频的信号，经位译码后只能提供4个位控信号，使信号的采集受到限制；并且，MC19944的价格偏高，也不经济。

同样，8279为INTEL公司生产的通用键盘/显示器接口芯片，其内部设有16*8显示数据RAM，若采用8279管理键盘和显示器，可以减少软件程序，从而减轻主机的负担，但我们同时也发现，由于其功能比较强大，不可避免将会使外围设备与操作过程复杂化，同时价格比较贵。

对比一下MAX7219和74HC164其占用资源少，且不需复杂的驱动电路。

但MAX7219虽然比较好用，且一片能驱动四个数码管，但对于我们设计的系统来说，不需要很多数码管，此外MAX7219相对74HC164的价格也比较贵，所以我们最终选用74HC164。

本作息时间控制器利用AT89C52单片机串行口和廉价的74HC164集成块实现多个LED显示的一种简单方法，利用该方法设计的多路LED显示系统具有硬件结构简单、软件编程容易和价格低廉的特点。

下面简单的介绍一下74HC164。

特点：（1）与门串行输入；（2）完全的缓冲时钟脉冲和串行输入；（3）直接清除引脚图如图3-11：图3-11说明：这些8位移位寄存器的特点是具有与门串行输入和不同步的清除输入（CLR）。

门电路串行输入(A和B)允许对输入数据的完全控制；低电平加在输入端可以抑制新数据的进入；高电平输入能使输入有效。

串行输入的数据当CLK是高电平或低电平时可以改变。

89C52单片机串行口方式0为移位寄存器方式，外接3片74LS164作为3位LED显示器的静态显示接口，把89C51的RXD作为数据输出线，TXD作为移位时钟脉冲。

74LS164为TTL单向8位移位寄存器，可实现串行输入，并行输出。

其中A、B（第1、2脚）为串行数据输入端，2个引脚按逻辑与运算规律输入信号，共一个输入信号时可并接。

T（第8脚）为时钟输入端，可连接到串行口的TXD 端。

每一个时钟信号的上升沿加到T端时，移位寄存器移一位，8个时钟脉冲过后，8位二进制数全部移入74LS164中。

R（第9脚）为复位端，当R=0时，移位寄存器各位复0，只有当R=1时，时钟脉冲才起作用。

Q1…Q8（第3-6和10-13引脚）并行输出端分别接LED显示器的hg···a各段对应的引脚上。

在给出了8个脉冲后，最先进入74LS164的第一个数据到达了最高位，然后再来一个脉冲，第一个脉冲就会从最高位移出，搞清了这一点，下面让我们来看电路，6片7LS164首尾相串，而时钟端则接在一起，这样，当输入8个脉冲时，从单片机RXD端输出的数据就进入到了第一片74LS164中了，而当第二个8个脉冲到来后，这个数据就进入了第二片74LS164，而新的数据则进入了第一片74LS164，这样，当第六个8个脉冲完成后，首次送出的数据被送到了最左面的164中，其他数据依次出现在第一、二、三片74LS164中。