智能程控打铃器.docx

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智能程控打铃器

智能程控打铃器

摘要提示作息时间的打铃器在各学校等单位经常被使用，其中智能程控打铃器应运最广泛。

智能程控打铃器不但解除了作息管理的麻烦，而且改变了人工打铃、工控制电器等落后现象，它可以使电器自动的周期性工作。

在这里我就是运用单片机以及一些具有特定功能的芯片来实现程序控制地自动周期性打铃器，除了打铃功能外还具备了电子时钟的功能，在断过电后，要继续准确的显示时间和打铃。

在生活和生产的各个领域中，凡是有自动控制要求的地方几乎都有单片机的身影，都有使用单片机的需求。

单片机的应用大有想象和拓展空间。

单片机稳定可靠、体积小、价格廉价，所以很多科技产品都是采用单片机来完成所要完成的控制，而要完成这些控制只要把单片机与计算机编写的程序联系起来，就可以做到。

因此单片机在使用中可以根据程序的不同而改变控制，增加了电路的灵活性。

我在设计中使用了单片机AT89S51和芯片DS12887来控制打铃器的一切任务，以及在时钟电路中用芯片74HC164来驱动数码管，用来显示电子时钟。

关键词智能程控打铃器单片机AT89S51芯片DS12887芯片74HC164

智能程控打铃器

IntelligentProgram-ControlledRingABell

RongXueqing

CollegeofInformation,Huaibei,NormalUniversity235000

AbstractRingerwhichcanpromptsthetimeofworkingandrestingisfamiliaritytoeveryoneofus.Itisusedinallkingsofschoolsandworkingunits.IntelligenceP-rogrammableRingerwhichisonekindoftheringersismostpopularusedbyengin-

eers.Itnotonlyreleasesthetroubleofcontrollingworkandrest,butalsochangesthewaypeopleringandthelaggingphenomenonofmanualcontrolelectronicsandsoon.Itcanmakesthemachinesworkproudly.Singlechiponcomputerandchipthathass-omespecificallyfunctionarethedevicesIusetocontrolautoperiodicringer.Exceptthefunctionofautoperiodicring,italsohasthefunctionofelectricclock.Itcanre-sumesaccuratelydisplayingthetimeandringingontimeafterswitchingofthepower.Ineverydomainofthegenerativelife,thesinglechiponthecomputerwhichisusedintheplacethatneedautocontrolemergesalmosteverywhere.Itisusedbyfactory’sverycommon.Theapplicationofsinglechiponcomputerhasmuchlargerimagina-blyandcontinuationsspace.Singlechiponcomputerisstableandreliable.It’svolu-meisverysmall,andthepriceofitischeapness.Allthesearethemeritsofthesinglechiponcomputer.Somanyscienceandtechnologyproductsmanufacturesusethesi-nglechiponcomputertorealizethecontrolling.Inordertocompletethesecontrollingwhatwodojustconnectthesinglechiponcomputertothecomputerprogramm.Theuseofthesinglechiponcomputeriseasytochangewiththedifferenceoftheprogra-ms.Itmakethecircuitmuchmoreflexiable.ThetypeofsinglechiponcomputerthatIuseisAT89S51andchipDS12887.Iusethesetwochipstocompleteallthetasksofcontrollingringer.InthetimercircuitIuseChip74HC164todrivethedigitaltrans-istor.Thefunctionofthetimercircuitisdisplayingthetime.

KeywordsIntelligenceProgrammableRinger;SinglechiponcomputerAT89S51;ChipDS12887;Chip74HC164

目次

引言1

1单片机AT89S51和时钟芯片DS12887介绍2

1.1单片机AT89S51介绍2

1.2时钟芯片DS12C887介绍12

2基本理论18

2.1硬件电路18

2.2程序设计20

3电路版制作过程22

3.1电路制作22

3.2原理图常见错误22

3.3PCB中常见错23

4结论24

参考文献25

致谢26

引言

打铃器是一种常见的电子产品，特别是程控智能打铃器广泛应用于学校、机关、工厂、车站、码头、医院、邮电等企事业单位。

打铃器的数字化提高了打铃器的应用力度，用单片机控制的数字打铃器可以准确的对时间进行调整，以及打铃控制进行设置。

由于应运了时钟芯片而使一个普通的打铃器除了本身的打铃功能还具备电子时钟，年历等功能。

智能程控打铃器显而易见是用程序控制的，而编写程序的目的是对硬件中的单片机来进行控制，从而使硬件电路达到预定的要求。

何谓单片机：

一台能够工作的计算机要有这样几个部份构成：

CPU（进行运算、控制）、RAM（数据存储）、ROM（程序存储）、输入/输出设备（例如：

串行口、并行输出口等）。

在个人计算机上这些部分被分成若干块芯片，安装一个称之为主板的印刷线路板上。

而在单片机中，这些部分，全部被集中到一块集成电路芯片中了，所以就称为单片（单芯片）机，而且有一些单片机中除了上述部份外，还集成了其它部分如A/D，D/A等。

单片机的应用使得电路更加简单，开发的成本更加的节省。

与早期单片机开发相比，现在单片机开发几乎不可能离开计算机，学习单片机同样也需要有计算机。

现在对单片机功能的开发不仅要对它的原理和功能有所了解，更始需要我们在设计的同时把单片机与计算机编写程序联系起来，以使单片机能够更好的完成预定的任务。

本次课题中就应用到了计算机为单片机编写控制程序。

而且现在在单片机的开发上更有软件所占的比重大过硬件的趋势，这就意味着外部电路越来越简单而通过编写软件来完成的功能越来越多。

1单片机AT89S51和时钟芯片DS12887介绍

由于在我的设计方案中主要是靠单片机AT89S51和时钟芯片DS12887来实现打铃和电子时钟功能的，所以我先详细介绍下它们。

1.1单片机AT89S51介绍

AT89S51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—FalshProgram-mableandErasableReadOnlyMemory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。

该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。

由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89S51是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。

AT89S51的引脚功能图，如图1所示：

1.主要特性：

•与MCS-51兼容

•4K字节可编程闪烁存储器

•数据保留时间：

10年

•全静态工作：

0Hz-24Hz

•三级程序存储器锁定

•128*8位内部RAM

•32可编程I/O线

•两个16位定时器/计数器

•5个中断源

•可编程串行通道

•低功耗的闲置和掉电模式

•片内振荡器和时钟电路

图1

2.管脚说明：

VCC：

供电电压。

GND：

接地。

P0口：

P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。

当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。

P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。

在FIASH编程时，P0口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。

P1口：

P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。

P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。

在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。

P2口：

P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写"1"时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。

并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。

这是由于内部上拉的缘故。

P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。

在给出地址"1"时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。

P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。

P3口：

P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。

当P3口写入"1"后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。

作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。

P3口也可作为AT89S51的一些特殊功能口，如下表所示：

口管脚备选功能

P3.0RXD（串行输入口）

P3.1TXD（串行输出口）

P3.2/INT0（外部中断0）

P3.3/INT1（外部中断1）

P3.4T0（记时器0外部输入）

P3.5T1（记时器1外部输入）

P3.6/WR（外部数据存储器写选通）

P3.7/RD（外部数据存储器读选通）

P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。

RST：

复位输入。

当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。

ALE/PROG：

当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。

在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。

在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。

因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。

然而要注意的是：

每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。

如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。

此时，ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。

另外，该引脚被略微拉高。

如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。

/PSEN：

外部程序存储器的选通信号。

在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。

但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。

/EA/VPP：

当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。

注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。

在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。

XTAL1：

反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。

XTAL2：

来自反向振荡器的输出。

振荡器特性：

XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。

该反向放大器可以配置为片内振荡器。

石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。

如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。

有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。

芯片擦除：

整个PEROM阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合，并保持ALE管脚处于低电平10ms来完成。

在芯片擦操作中，代码阵列全被写"1"且在任何非空存储字节被重复编程以前，该操作必须被执行。

此外，AT89S51设有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两种软件可选的掉电模式。

在闲置模式下，CPU停止工作。

但RAM，定时器，计数器，串口和中断系统仍在工作。

在掉电模式下，保存RAM的内容并且冻结振荡器，禁止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止。

3．单片机的中断系统

中断技术是计算机中一项很重要的技术，中断系统由硬件和软件组成。

有了中断系统能使计算机的功能更强，效率更高、更加方便灵活，本章将介绍单片机的中断系统，处理过程及其应用。

（1）中断系统的组成

AT89S51系列单片机有5个中断源，可分为2个中断优先级，即高优先级中断顺序查询逻辑亦称硬件查询逻辑，5个中断源的中断请求是否会得到响应，要受中断允许寄存器汇各位的控制，它们的优先级分别由IP各位来确定；同一优先级内的各中断源同时请求中断时．就由内部的硬件查询逻辑来确定响应次序；不同的中断源有不同的中断矢量。

（2）中断源及中断人口和低优先级；每一个中断源的优先级都可以由程序来设定。

AT89S51的中断系统组成见图1-4所示．它由4个与中断有关的特殊功能寄存器（TCON、SCON的相关位作中断源的标志位），中断允许控制寄存器IE和中断顺序查询逻辑等组成。

AT89S51单片机有5个中断源：

2个外部输人中断源TNT0（P3.2＞和TNT1（P3，3）；3个内部中断源T0和T1的溢出中断源及串行口发送／接收中断源。

其中断请求信号的产生如下述：

①TNT0和TNT1：

外部中断0和外部中断1．其中断请求信号分别由P3.2，P3.3引脚输入。

请求信号的有效电平由IT0和IT1设置，一旦输入信号有效，则将TCON中的IE0或IE1标志位置1，可向CPU申请中断。

②TF0和TF1：

定时器0和定时器1的溢出中断。

当T0或T1计数器加l计数产生溢出时，则将TCON中的TF0或TF1置位，向CPU申请中断。

③RI和TF1：

串行口的接收和发送中断。

当串行口接收或发送完一帧数据时，将TCON中的RI或TI位置1，向CPU申请中断。

当某中断源的中断请求被CPU响应之后，CPU将自动把此中断源的中断人口地址（又称中断矢量地址）装入PC，中断服务程序即从此地址开始执行。

因此一般在此地址单元中存放一条绝对跳转指令，可以跳至用户安排的中断服务程序的人口处。

AT89S51单片机各中断源的矢量地址是固定的。

如表1。

表1单片机中断源的矢量地址表

（3）中断控制部分的功能

AT89S51单片机中断控制部分由4个专用寄存器组成，它们的功能分述如下：

5个中断请求标志：

5个中断源的外部中断和定时器中断请求标志位设置在定时控制寄存器TCON（是一个特殊功能寄存器）中，其各位的定义及标志位和建立本节中已述，在此仅说明一下TCON的ITO和IT1位，它们是外部中断的触发方式设置位，决定外部中断的复位方法。

外部中断的复位方式为：

当IT＝0时，外部中断为电平触发方式，该方式下CPU每个机器周期的S5P2期间对TNT引脚采样，若测得为低电平，则认为有中断申请，随即使IE标志位置位；若测得为高电平，认为无中断申请或中断申请已撤除，随即清除IE标志位。

在电平触发方式中，CPU响应中断后不能自动清除IE标志位，也不能由软件清除IE标

志，所以在中断返回前必须撤消TNT引脚上的低电平，否则将再次中断造成出错。

若IT＝1时，外部中断设置为边沿触发方式。

CPU在每个机器周期的S5P2期间采样而引脚，若在连续两个机器周期采样到先高后低的电平变化，则将IE标志位置“1”此标志一直保持到CPU响应中断时，才由硬件自动清除。

在边沿触发方式中，为保证CPU在两个机器周朗内检测到由高至低的负跳变，输入高电平和低电平的持续时间起码要保持12个振荡器周期即一个机器周期的时间。

TCON的其它位在此不再重述。

串行口的中断请求标志由串行口控制寄存器SCON的D0和D1位来设置。

RI（SCON.0）为接收中断标志位；TI（SCON.1）为发送中断标志位。

其中断申请信号的产生过程为：

发送过程：

当CPU将一个数据写入发送缓冲器SBUF时，就启动发送，每发送完一帧数据。

由硬件自动将TI位置位。

但CPU响应中断时，并不能清除TI位，所以必须由软件清除。

接收过程：

在串行口允许接收时．即可串行接收数据，当一帧数据接收完毕，由硬件自动将则位置位。

同样CPU响应中断时不能清除RI位，必须由软件清除。

AT89S51单片机系统复位后．TCON和SCON中各位均清0，应用时要注意各位的初始状态。

设定为高优先级，否则为低优先级。

②中断开放和屏蔽

AT89S51单片机中，设有一个专用寄存器IE称为中断允许寄存器，其作用是用来对各中断源进行开放或屏蔽的控制。

其各位的定义如下：

IP.7和IP.6保留位

PT2—IP．5位为定时器2优先级设定位，仅适用于52子系列单片机。

PT2＝1时，设定为高优先级，否则为低优先级。

Ps—IP.4位为串行口优先级设定位。

PS＝1时，串行口为高优先级．否则为低优先级。

PT1—IP．3位为定时器l优先级设定位。

PT1＝1时，T1为高优先级，否则为低先级。

PX1—IP.2位为外部中断1优先级设定位。

PX1＝1时，外部中断l为高优先级，否则为低优先级。

PT0—IP.1位为定时器0优先级设定位。

PT0＝1时，T0为高优先级，否则为低优先级。

PX0—IP.0位为外部中断0优先级设定位。

PXO＝1时，外部中断o为高优先级，否则为低优先级。

当系统复位后．IP各位均为0，所有中断源设置为低优级中断。

IP也是可进行字节寻址和位寻址的专用寄存器。

（4）优先级结构

靠设置IP寄存器把各中断源的优先级分为高低2级，它们遵循2条基本原则；

①低优级中断可以较高优先级中断所中断，反之不能。

②一种中断（不管是什么优先级）一旦得到响应，与它同级的中断不能再中断它。

为了实现这2条规则，中断系统内部包含2个不可寻址的“优先级激活”触发器。

其中一个指示某高优级的中断正在得到服务，所有后来的中断都被阻断。

另一个触发器

指示某低优先级的中断正在得到服务，所有同级的中断都被阻断，但不阻断高优先级的中断。

当CPU同时收到几个同一优先级的中断请求时，圆一个的请求将得到服务．取决于内部的硬件查询顺序，CPU将按自然优级顺序确定该响应四个中断请求。

其自然优先级由硬件形成，排列如表2：

表2自然优先级

在每一个机器周期中，CPU对所有中断源都顺序地检查一遍，这样到任一机器周期的S6状态，可找到所有已激活的中断请求，并排好了优先权。

在下一个机器周期的S1状态，只要不受阻断就开始响应其中最高优先级的中断请求。

若发生下列情况，中断响应会受到阻断：

r级或高优先级的中断正在进行中;

②现在的机器周期还不是执行指令的最后一个机器周期，即正在执行的指令还没完成前不响应任何中断；

③正在执行的是中断返回指令RETI或是访问专用寄存器IE或IP的指令，换而言之，在RETI或者读写IE或IP之后，不会马上响应中断请求，至少要在执行其它一条指令之后才会响应。

若存在上述任一种情况，中断查询结果就被取消。

否则，在紧接着的下一个机器周朗，中断查询结果变为有效。

（5）中断处理过程

中断处理过程可分为三个阶段：

即中断响应、中断处理相中断返回。

由于各计算机系统的中断系统硬件结构不同，中断响应的方式就有所不同。

在此说明AT89S51单片机的中断处理过程。

中断响应：

中断响应条件

CPU响应中断的条件有：

一有中断源发出中断请求；二中断总允许位EA＝1，即CPU开中断；三申请中断的中断源的中断允许位为1，即没有被屏蔽。

以上条件满足，一般CPU会响应中断，但在上一节中所述的中断受阻断的情况下，本次的中断请求CPU不会响应。

②中断响应的过程

如果中断响应条件满足，而且不存在中断受阻的情况下，则CPU将响应中断。

在此情况下，CPU首先使被响应中断的相应“优先级激活”触发器置位，以阻断同级和低级的中断。

然后．根据中断源的类别，在硬件的控制下内部自动形成长调用指令（LCALL），此指令的作用将自动把断点压人堆栈，但不自动保存PSW的内容。

然后将对应的中断源的矢量地址装入程序计数器PC，使程序转向该中断的矢量地址，以转至中断服务程序对应的入口地址。

在使用时，通常在这些地址单元中存放一条绝对跳转指令，使程序转移到用户安排的中断服务程序入口处。

③中断响应的时问

CPU不是在任何情况下对中断请求予以响应；而不同的情况下对中断响应的时间也是不同的。

现以外部中断为例，说明中断响应的最短时间。

在每个机器周期的S5P2期间，0INT和1INT引脚的电平被锁存到TCON的IE0和IE1标志位，CPU在下一个机器周期才会查询这些值。

这时如果满足中断响应条件，下一条要执行的指令将是一条硬件长调用指令“LCALL”，使程序转至中断源对应的矢量地址入口。

硬件长调用指令本身要化费2个机器周期，这样，从外部中断请求有效到开始执行中断服务程序的第一条指令，中间要隔3个机器周期，这是最短的响应时间。

如果遇到中断受阻的情况，则中断响应时间会更长一些。

例如，一个同级或高级优先级的中断正在进行；则附加的等待时间将取决于正在进行的中断服务程序。

如果正在执行的一条指令还没有进行到最后一个机器周期，附加的等待时间为1—3个机器周期，因为一条指令的最长执行