单片机在定时闹铃中的应用.doc

1、I设计任务书设计题目：单片机在定时闹铃中的应用设计要求： 使用 4位七段显示器来显示现在的时间。 显示格式为“时时分分” 。 由 LED闪动来做秒计数表示。 具有 4个按键来做功能设置，可以设置现在的时间及显示闹铃设置时间。一旦时间到则发出一阵声响，同时继电器启动，可以扩充控制家电开启或关闭。程序执行后工作指示灯 LED闪动，表示程序开始执行，七段显示器显示“0000” ，按下操作键 K1-K4动作如下： 操作键 K1：设置现在的时间 操作键 K2：显示闹铃设置时间。 操作键 K3：设置闹铃时间。 操作键 K4：闹铃 ON/OFF设置，设为 ON时连续 3次发出哔的一声，设为 OFF时发出哔一

2、声。设置现在的时间或是闹铃时间设置如下： 操作键 K1：调整时。 操作键 K2：调整分。 操作键 K3：设置完成。在本设计中使用一般的七段显示器扫描控制显示数据，除了具有显示现在时间外，我们也可以自行扩充其要求如下： 增加码表计数。 闹铃功能时间到了则产生音乐声。 增加计时倒数的功能。 增加多组定时器功能。 II设计进度要求:第一周 ： 根据设计要求查找相关资料第二周 ： 硬件的设计第三-五周 ： 软件的设计第六周 ： 综合调试第七周 ： 撰写毕业论文第八周 ： 打印毕业论文、毕业答辩指导教师（签名）： III摘 要本设计是利用 8051 单片机结合七段显示器设计的简易的定时闹铃，可以放在计算

3、机教室或是实验室中使用，由于用七段显示器显示数据，在夜晚或黑暗的场合中也可以使用，可以设置现在的时间，若时间到则发出一阵声响，并可以启动继电器，进一步可以扩充控制家电开关。本设计充分发挥 8051 单片机高速，多输入输出，功能强大以及价格低廉的优点，本设计设计的定时闹铃易于扩展，使用范围广泛，同时在不升高成本的情况下尽可能满足用户要求。21 世纪是通信、讯息、电力、材料、电子、能源以及控制技术大发展并相互交叉的时代，自从微电子技术发展以来，单片机微型计算器因其体积小、价格低、性能灵活、开发方便的独特优势，在机电一体化产品的开发和控制中得到了最广泛的应有，而且越来越向纵深发展。从简单的机电一体化

4、产品深入到数控系统、柔性化、智能化系统以及机器人系统等。 近年来随着科技的飞速发展，单片机的应用正在不断地走向深入，同时带动传统控制检测日新月益更新。在实时检测和自动控制的单片机应用系统中，单片机往往是作为一个核心部件来使用，仅单片机方面知识是不够的，还应根据具体硬件结构，以及针对具体应用对象特点的软件结合，以作完善。本题单片机在定时闹铃中的应用就是应用单片机这一特点而进行开发。程序简单，功能强大，所要求的硬件设备比较少及经济实用。本设计以 MCS51单片机为控制核心，充分利用其功能，实现了定时闹铃的自动控制，而且控制程序有很强的适应能力实测数据满足设计任务书基本要求和发挥部分的主要技术指标要

5、求。关键词；单片机，定时，闹铃，显示器IV目 录摘 要 .III1.概论 .11.1 绪论 .11.2 单片机简介 .12.设计思路 .72.1 控制电路的设计 .72.2 8051单片机的结构组成与设计应用 .102.3 8051单片机引脚的选择 .122.4 LED的选择与设计 .143.系统硬件设计与系统软件设计 .173.1 系统硬件设计 .173.2 系统软件设计 .174.调试过程 .204.1 硬件调试 .204.2 软件调试 .204.3 KeiL调试 .214.4试验箱调试 .21致 谢 .22参考文献 .23附 录 A .2411 概 论1.1 绪 论近年来，计算机技术迅速

6、发展，计算机在工业、农业、国防、科研及日常生活的各个领域均发挥着极其重要的作用，成为各国工业发展水平的重要标志之一。自从世界上公认的第一台电子计算机问世以来，计算机的发展日新月异。短短的几十年间，以有电子管数字计算机发展到今天的超大规模集成电路计算机，运算速度由每秒 5000次提高到今天的每秒上白亿次。近年来，计算机一方面向着高速、智能化的超级巨型机方向发展，另一方面向着微型机的方向发展。在微机的大家族中，单片微型计算机（以下简称单片机）异军突起，发展迅速。从美国仙童（Fairchild）公司 1974年生产出第一块单片机（F8）开始，在短短的几十年中，单片机如雨后春笋一般，大量涌现出来。GI

7、 公司、Rockwell 公司、Intel公司、Zilong 公司 Motorola公司、NEC 公司等世界上几大计算机公司都纷纷推出自己的单片机系列。目前，已经出现了 4位、8 位和 16位的单片机，甚至 32位的超大规模集成电路单片机（如 T414）也以面试，同时性能也在不断提高。如Intel公司的 8096，其数据总线为 16位，ROM 为 8K字节，RAM 有 232位字节，中断源 8级，时钟频率为 12MHz，可进行加、减、乘、除运算，具有 8个模拟通道，10位 A/D变换，全双工异步通信接口，5 个 8位并行接口和 4个 16位可编程定时器。据统计，90 年代世界每 6人就有一片单

8、片机，美国及西欧已达到人均 4片。目前单片机已经成为工控领域、军事领域及日常生活中最为广泛应用的计算机。1.2 单片机简介单片微型计算机（Single-Chip Microcomputer） ，简称单片机。它在一块芯片上集成了中央处理器（CPU） 、只读存储器（ROM） 、输入/输出接口、可编程定时器/计数器等，有的甚至包含 A/D转换器。总而言之，一块单片机芯片，就相当于一台计算机。1.单片机的特点集成度高、功能强2微型计算机通常有中央处理器（CPU） 、存储器（RAM、ROM）以及 I/O接口组成，其各部分分别集成在不同的芯片上。例如，大家熟悉 Z80微型计算机就是由 Z80- CPU、存

9、储器（RAM、ROM） 、PIO、CTC 等芯片组成的，其原理如图 1.1所示：数 据 总 线地 址 总 线控 制 总 线图 1. 微 机 结 构图 1.1 Z80型微机结构系 统 时 钟 并 行 口串 行 口定 时 /计 数 器地电 源 图 1.2 典 型 单 片 机 结 构图 1.2典型单片机结构和微型计算机进行比较，单片机不仅体积大大减小，而且功能大为增强。MCS-51系列单片机内的定时/计数器为 16位，而 Z80微型计算机只有 8位；MCS-51 系列单片机中不但有 4个 I/O接口，而且还有串行接口，且时钟频率可达 12MHz。结构合理目前单片机大多采用 Harvard结构。这是数

10、据存储器与程序存储器相互独立的一种结构。而在许多微型计算机中(如 Z80、Intel8085、M8000 等)中，大都采用两类存储器合二为一(及统一编址)的方式。单片机采用上述结构主要有以下两点好处：3a:存储容量大。例如：采用 16位地址总线锝位单片机可寻址外部 64KBROM（包括内部 ROM） 。此外还有内部 RAM（通常为 128字节）和内部 ROM（一般为 24KB） 。正因为如此，使用单片机不仅可以进行控制，而且能够进行数据处理。单片机不仅设有监控程序，还可同时汇编、反汇编，具有高级语言以及各种函数库、子程序及图表。因此单片机的功能大为增强，用户使用起来十分方便。b:速度快。单片机

11、由于主要用于工业控制方面，一般都需要较大的程序存储器，用以固化已调好的控制程序；而数据存储器的容量相对较小，主要用来存放少量的随机数据。小容量随机存储器直接装在单片机内部，可使数据船送速度快。抗干扰性强由于单片机的各种功能部件都集中在一个芯片上，特别是存储器也集成在芯片内部，部线短，数据大都在芯片内部传送，不易受到外部干扰，增强了抗干扰能力，使系统运行更可靠。指令丰富单片机一般都有传送指令逻辑运算指令，转移指令，加、减运算指令等。有些单片机还具有乘法及除法运算指令，特别是位操作指令十分丰富。例如在 MCS-51系列单片机中，专门设有布尔处理器，并且有一个专用的处理布尔变量的指令集。指令集中包括

12、布尔变量的传送、逻辑运算、控制转移、置位等指令。因而单片机能在逻辑控制、开关变量控制以及顺序控制中得以广泛应用。2.单片机的组成及工作过程单片机是由中央处理器（CPU）和适当容量的存储器、输入/输出接口电路三大基本部分组成，它通过接口电路再与输入/输出外部设备连接。以下简单叙述各部件的作用：中央处理器（CPU）CPU是整个单片机系统的核心，它是有算术逻辑运算单元和控制器组成的。它的功能是进行数据处理，并且控制数据和指令在单片机中的运行，即控制单片机根据给定的要求进行操作。存储器存储器是单片机存放程序和数据的部件，它是有许多存储信息的单元组成。存储单元越多，存储器容量越大，可存放的信息量就越多。

13、4输入/输出借口电路(I/O)接口接口电路 CPU和外部设备之间不可缺少的连接纽带。人们要控制单片机的运行，可通过键盘送入指令，也可用开关送入信号，键盘和开关都是输入设备。单片机要运行的结果输出，可通过显示器、打印机告诉人们，也可通过接口电路输出信号，操作各种电器设备进行动作，显示器、打印机和电器设备都是输出设备。因为外部设备与 CPU之间的逻辑电平、速度、时序、驱动能力的有很大的差别，所以必须通过 I/O接口电路解决它们之间的匹配问题。单片机的工作过程单片机在工作前，首先必须在程序存储器内装入程序。单片机开始工作后，即按地址先从存储器中取出指令，然后把指令译码，以确定该指令执行的是什么操作和

14、操作数的存放地址，再根据这 3个地址取操作数，接着 CPU对操作数进行操作，操作结果送入存储器或经接口电路送入显示器、打印机等外部设备。3. 单片机的应用（1）工业过程控制中的应用由于单片机的 I/O接口线多，位操作指令丰富，逻辑操作功能强，因此，特别适用于工业过程控制。它既可以作为主机控制，也可作为分布式控制系统的前端机。在作为主机使用的系统中，单片机为核心控制器件，用来完成模拟量和开关量的采集、处理和控制计算（包括逻辑运算） ，然后输出控制信号。（2）生活中的应用由于单片机价格低廉、体积小、逻辑判断及控制功能强，因此广泛地应用于人类生活的各个方面。如：洗衣机、电冰箱、电子玩具及电梯控制等。

15、（3）计算机网络及通信技术中的应用单片机集成了通信接口，因而使其在计算机网络及通信设备中得以广泛应用，例如 Intel公司的 8044，它由 8051单片机及 SDLC通信接口组合而成，用性能高的串行接口单元 SIU代替传统的 UART，其传送距离可达 1200m，传送速率为2.4Mbit/s。4.单片机的发展概况自从 1974年 12月美国仙童(Fairchild)公司第一个推出 8位单片机 F8以来，单片机以惊人的速度发展，从 4位机、8 位机发展到 16位机、32 位机，集成度越来5越高，功能越来越强，应用范围越来越广。到目前为止，单片机的发展主要分为以下四个阶段：第一阶段：4 位单片机

16、。这种单片机的特点是价格便宜，控制功能强，片内含有多中 I/O接口，如并行 I/O接口、串行 I/O接口、定时/计数器接口、中断功能接口等。根据不同的用途，还配有许多专用接口，如打印机接口、键盘及显示器接口，PLA（可编程逻辑阵列）译码输出接口，有些甚至还包括 A/D、D/A 转换，PLL（锁相环） ，声音合成等电路。丰富的 I/O功能大大地增强了 4位单片机的控制功能，从而使外部接口电路极为简单。第二阶段：低、中档 8位机(19741978 年)。这种 8位机一般不带有 I/O接口，寻址范围通常为 4KB。它是 8位机的早期产品，如 Mostek公司的 3870、Intel 公司的 8048

17、等单片机即属此类。MCS-48系列单片机是 Intel公司 1976年以后陆续推出的第一代 8位单片机系列产品。它包括基本类型 8048、8478 和 8035；强化型（高档）8049、8749、8039和 8050、8040；简化型（低挡）8020、8021、8022；专用型 UPI-8041、8741 等。低、中档单片机目前已经逐渐被高档 8位单片机所取代。例如，MCS-51 系列高档 8位机所取代。第三阶段：高档 8位机阶段（19781982 年） 。这一类单片机常有串行 I/O接口，有多中断处理，定时/计数器为 16位，片内的 RAM和 ROM的容量相对增大，且寻址范围可达 64KB，

18、有的片内还带有 A/D转换接口。这类单片机有 Intel公司的MCS-51、Motorla 公司的 6801而后 Zilog公司的 Z等。由于这类单片机应用领域较广，其结构和性能还在不断地改进和发展。第四阶段：16 位单片机和超 8位单片机（1982 年至今） 。此阶段的主要特征是，一方面不断完善高档 8位机，改善其结构，以满足不同用户的需要：另一方面发展16位单片机及专用单片机。16 位单片机除了 CPU为 16位外，片内 RAM和 ROM的容量也进一步增大，片内 RAM为 232字节，ROM 为 8KB，片内带有高速输入输出部件，多通道 10位 A/D转换部件，中断处理级为 8级，其实时处

19、理能力更强。近年来，32位单片机已进入实用阶段，但还未引入国内市场。单片机的发展趋势将是；向着大容量、高性能化，小容量、低价格化和外围内装化等几个方面发展。6大容量化：片内存储器大容量化。以往单片机的 ROM为 14KB，RAM 为64128 字节。因此在某些复杂的应用上，存储器容量不够，不得不外接扩充。为了适应这种领域的要求，运用新的工艺，使片内存储器大容量化。目前，单片机的ROM一般可达 48KB，RAM 为 256字节，有的单片机内 ROM可达 12KB。今后，随着工艺技术的不断发展，片内存储器容量进一步扩大。单片机的高性能化：主要是指进一步改进 CPU的性能，加快指令运算速度和提高系统

20、控制的可靠性，并加强了位处理功能、中断和定时控制功能；采用流水结构，指令以队列形式出现在 CPU中，从而有很高的运算速度。有的单片机基本采用了多流水线结构，这类单片机的运算速度要比标准的单片机高出 10倍以上。小容量、低价格化：与上述相反，小容量、低价格化的 4位、8 位单片机是发展的动向之一。这类单片机的用途是把以往用数字逻辑集成电路组成的控制电路单片化。外围电路内装化：这也是单片机的发展的主要动向。随着集成度的不断提高，有可能把众多的外围功能器件集成在片内。除了一般必须具有的 CPU、ROM、RAM、定时/计数器等外，片内集成的部件还有模/数、数/模转换器，DMA 控制器，声音发生器，监视定时器，液晶显示驱动器，彩色电视机和录象机用的锁相电路等。增强 I/O口功能：为了减少外部驱动芯片，进一步增加单片机并行口的驱动能力，现在有的单片机可直接输出大电流和高电压，以便直接驱动显示器。单片机广泛地应用于各种仪器仪表中，使仪器仪表智能化，提高测试的自动化程度和精度，简化其硬件结构，提高其性能价格比。此设计是利用 8051 单片机结合七段显示器设计的简易的定时闹铃，也正是利用其这一特点。也进一步说明了单片机应用的广泛。优化了单片机在定时闹铃中的应用。