单片机自动打铃系统设计资料Word文件下载.docx
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内容
时间
起床
8:
10
早自习
7:
30-8:
第一节课
20-9:
00
第二节课
9:
10-9:
50
第三节课
10:
00-10:
40
第四节课
50-11:
30
第五节课
13:
30-14:
第六节课
14:
20-15:
第七节课
15:
20-16:
第八节课
16:
10-16:
晚自习
19:
00-20:
熄灯
22:
1.2《设计方案选择》
1.2.1方案一：
数字电路设计的自动打铃系统
利用函数信号发生器来进行脉冲信号输出，利用74160N来设置十进制和六进制的进位输出。
利用数码显示器来显示时间，利用或门、与门、非门、与非门、等电路元件进行组合实现打铃的控制。
1.2.2方案二：
基于单片机的自动打铃系统设计
单片机内部存储器设三个字节分别存放时钟的时、分、秒信息。
利用定时器与软件结合实现1秒定时中断，没产生一次中断，存储器内相应的秒值加1；
若秒值达到60，则将其清零，并将相应的分字节值加1；
若分值达到60，则清零分字节，并将时字节值加1；
若时值达到24，则将时字节清零。
建立完一个实时时钟后接下来进行定时处理和打铃输出，当主程序检测到有分进位标志时，便开始比较当前时间与信息时间表上的作息时间是否相同，相同者，则进行报时处理并控制打铃，不相同则返回主程序。
1.2.3方案确定
方案一的设计只能事先设定打铃时间不能完全自动打铃，且在修改打铃时间上存在一定的困难。
而方案二中的设计能完全实现自动化，诠释了我们这次毕业设计的主题。
并在修改打铃时间上有了很大的方便，只需修改一部分程序便能实现不同的需要。
因此我选择方案二进行设计。
1.3《基本方案》
1.3.1设计课题简要概述
自动打铃装置用于工厂、学校等地的时间控制，本设计是按照学校作息时问设定的，模拟了电了钟显示时、分、秒。
还根据学校的作息时间按时打铃，本系统有4个按钮，分别用来调时、调分、秒和强制打铃及强制关铃，以保证始终与标准时间相吻合。
首先设计出本系统的硬件基本框图，根据框图设计电气原理图，简要概述基本原理，按照设计技术参数设计出各部分程序。
1.3.2系统软硬件划分
由于需要最小系统设计，因此，极大地介于系统的硬件成本，所有能用软件实现的功能都用软件完成，如按键的去抖，采用延时，显示部分用动态显示等，这样硬件部分的设计可以采用单片机最小系统，所谓最小系统时仅有程序存储器和时钟及复位电路的单片机系统。
1.3.3单片机选型
根据课题的具体内容，任务要求，计时、校时、定时、键盘显示等功能，经多方面考虑，所选系统选项用．与MSC-51单片机完全兼容的AT89C52功耗单片机。
1.4总体设计框图
图一整体框图
第二章硬件电路设计
2.1基本原理概述
本系统主要由主控模块，时钟模块，显示模块，键盘接口模块等4部分构成。
通过内部定时产生中断，从而使驱动电铃打铃。
设定51单片机工作在定时器工作方式1，每100ms产生一次中断，利用软件将基准100ms单元进行累加，当定时器产生10次中断就产生lS信号，这是秒单元加1。
同理，对分单元和时单元计数从而产生秒，分，时的值，通过六位七段显示器进行显示。
由于动态显示法需要数据所存等硬件，接口较复杂，考虑显示只有六位，且系统没有其他浮躁的处理程序，所有采用动态扫描LED的显示。
本系统采用四个按键，当时钟时间和设置时间一直时，驱动程序动作，进行打铃，每次打铃30S
2.2主要原件参数及功能简介
2.2.1主控器AT89C52
AT89C52为8位通用微处理器，采用工业标准的C51内核，在内部功能及管脚排布上与通用的8xc52相同，其主要用于会聚调整时的功能控制。
功能包括对会聚主IC内部寄存器、数据RAM及外部接口等功能部件的初始化，会聚调整控制，会聚测试图控制，红外遥控信号IR的接收解码及与主板CPU通信等。
主要管脚有：
XTAL1（19脚）和XTAL2（18脚）为振荡器输入输出端口，外接12MHz晶振。
RST/Vpd（9脚）为复位输入端口，外接电阻电容组成的复位电路。
VCC（40脚）和VSS（20脚）为供电端口，分别接+5V电源的正负端。
P0~P3为可编程通用I/O脚，其功能用途由软件定义，在本设计中，P0端口（32~39脚）被定义为N1功能控制端口，分别与N1的相应功能管脚相连接，13脚定义为IR输入端，10脚和11脚定义为I2C总线控制端口，分别连接N1的SDAS（18脚）和SCLS（19脚）端口，12脚、27脚及28脚定义为握手信号功能端口，连接主板CPU的相应功能端，用于当前制式的检测及会聚调整状态进入的控制功能。
2.2.2DS1302
1）性能特性
DS1302与单片机之间能简单地采用同步串行的方式进行通信，仅需用到三个口线：
1.RSE复位,2.I/O数据线，3.SCLK串行时钟。
时钟/RAM的读/写数据以一个字节或多达31个字节的字符组方式通信。
DS1302工作时功耗很低，保持数据和时钟信息时功率小十1mW。
提供秒分时日日期。
月年的信息，每月的天数和闰年的天数可自动调整时钟,操作可通过AM/PM指示决定采用24或12小时格式。
2）管脚描述
XIXZ32.768KHz晶振管脚
GND接地
RST复位脚
I/O数据输入/输出引脚
SCLK串行时钟
Vcc1，Vcc2电源供电管脚
DS1302串行时钟芯片8脚DIP
DS1302S串行时钟芯片8脚SOIC200mil
DS1302Z串行时钟芯片8脚SOIC150mi
2.3单元电路的设计
2.3.1显示电路
显示部分采用1602采用标准的16脚接口，其中：
第1脚：
VSS为电源地
第2脚：
VCC接5V电源正极
第3脚：
V0为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高（对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度）。
第4脚：
RS为寄存器选择，高电平1时选择数据寄存器、低电平0时选择指令寄存器。
第5脚：
RW为读写信号线，高电平
（1）时进行读操作，低电平（0）时进行写操作。
第6脚：
E（或EN）端为使能（enable）端,高电平
（1）时读取信息，负跳变时执行指令
普通的LCD1602显示
2.3.2键盘接口电路设计
由于键盘只有四个，采用独立式按钮，用查询法完成读健功能。
\
图五按键电路
2.3.3响铃电路设计
响铃电路用到了蜂鸣器、三极管、1K电阻。
蜂鸣器两端分别接地和三极管。
三极管一段电源另一端与电阻相连并接入AT89C51的P3.7接口。
电路原理图使用SH69P43为控制芯片，使用4MHz晶振作为主振荡器。
PORTC.3/T0作为I/O口通过三极管Q2来驱动蜂鸣器LS1，而PORTC.2/PWM0则作为PWM输出口通过三极管Q1来驱动蜂鸣器LS2。
另外在PORTA.3和PORTA.2分别接了两个按键，一个是PWM按键，是用来控制PWM输出口驱动蜂鸣器使用的；
另一个是PORT按键，是用来控制I/O口驱动蜂鸣器使用的。
连接按键的I/O口开内部上拉电阻。
先分析一下蜂鸣器。
所使用的蜂鸣器的工作频率是2000Hz，也就是说蜂鸣器的驱动信号波形周期是500μs，由于是1/2duty的信号，所以一个周期内的高电平和低电平的时间宽度都为250μs。
软件设计上，将根据两种驱动方式来进行说明。
a）蜂鸣器工作原理：
PWM输出口直接驱动蜂鸣器方式
由于PWM只控制固定频率的蜂鸣器，所以可以在程序的系统初始化时就对PWM的输出波形进行设置。
首先根据SH69P43的PWM输出的周期宽度是10位数据来选择PWM时钟。
系统使用4MHz的晶振作为主振荡器，一个tosc的时间就是0.25μs，若是将PWM的时钟设置为tosc的话，则蜂鸣器要求的波形周期500μs的计数值为500μs/0.25μs=（2000）10=（7D0）16，7D0H为11位的数据，而SH69P43的PWM
输出周期宽度只是10位数据，所以选择PWM的时钟为tosc是不能实现蜂鸣器所要的驱动波形的。
这里将PWM的时钟设置为4tosc，这样一个PWM的时钟周期就是1μs了，由此可以算出500μs对应的计数值为500μs/1μs=（500）10=（1F4）16，即分别在周期寄存器的高2位、中4位和低4位三个寄存器中填入1、F和4，就完成了对输出周期的设置。
再来设置占空比寄存器，在PWM输出中占空比的实现是
通过设定一个周期内电平的宽度来实现的。
当输出模式选择为普通模式时，占空比寄存器是用来设置高电平的宽度。
250μs的宽度计数值为250μs/1μs=（250）10=（0FA）16。
只需要在占空比寄存器的高2位、中4位和低4位中分别填入0、F和A就可以完成对占空比的设置了，设置占空比为1/2duty。
以后只需要打开PWM输出，PWM输出口自然就能输出频率为2000Hz、占空比为1/2duty的方波。
b）蜂鸣器工作原理：
I/O口定时翻转电平驱动蜂鸣器方式
使用I/O口定时翻转电平驱动蜂鸣器方式的设置比较简单，只需要对波形分析一下。
由于驱动的信号刚好为周期500μs，占空比为1/2duty的方波，只需要每250μs进行一次电平翻转，就可以得到驱动蜂鸣器的方波信号。
在程序上，可以使用TIMER0来定时，将TIMER0的预分频设置为/1，选择TIMER0的始终为系统时钟（主振荡器时钟/4），在TIMER0的载入/计数寄存器的高4位和低4位分别写入00H和06H，就能将TIMER0的中断设置为250μs。
当需要I/O口驱动的蜂鸣器鸣叫时，只需要在进入TIMER0中断的时候对该I/O口的电平进行翻转一次，直到蜂鸣器不需要鸣叫的时候，将I/O口的电平设置为低电平即可。
不鸣叫时将I/O口的输出电平设置为低电平是为了防止漏电。
2.4总体运行进程
首先实现24小时制电子钟，在8位数码管显示，显示为时分秒，实现的格式为：
23-59-59。
到达预定时间启动蜂鸣器开始打铃，打铃的方式分为起床、熄灯和上下课铃两种。
系统使用了4个按键，3只按键用来调整时间，另一只为强制打铃按钮。
通过选择键选择调整位，选中位闪烁，按增加键为选中位加1，按减少键为选中位减1。
按强制打铃按钮是实现强制打铃或者强制关闭打铃。
第三章软件电路设计及流程图
3.1基本原理概述
主程序首先是初始化部分，主要是计时单元清零，中断初始化，堆栈指针初始化，启动定时器工作，然后是调用显示子程序。
主程序的起始存储地址是0000H单元，但由于本系统用了定时器T0的中断，中断服务程序入口地址为000BH，因此从0000H单元起存放一条短调转指令AJMP，使真正的主程序从0300H单元开始存放。
3.1.1中断服务程序设计
单片机内部的定时/计数器T0定时100ms，即0.1s，10次中断即为1秒，60秒为1分，60分为1小时，24小时为一天，如此循环，从而实现计时功能。
编写中断服务程序关键要注意：
1.现场保护，本系统中是累加器A和程序状态字PSW值的保护。
2.计时处理时采用的确十进制，因此时，分，秒单元加1后要进行十进制调整，即要执行DAA指令，还要注意的是时计到24就回零，分和秒计到60就回零。
3.中断返回前的现场恢复。
3.1.2显示程序设计和按键判断与按键处理程序设计
显示采用的是动态显示，段控和位控都经过反相器，显示的字形代码是共阳的显示代码，位控信号输出时是高电平有效，在校时时，采用的是点亮小数点信位调节器标志，哪位小数点亮表示调整的是该为的值。
显示子程序的第一部分是拆字，显示缓冲区是2FH—2AH；
第二部分是查字型码，输出段控和位控信号，由于采用的是动态显示，所以每出输出一位的段控和位控信号要延时一定的时间，使LED显示器显示的字符时稳定的。
按键判断程序有编写时应注意按键的去抖动，该系统采用的是延时去抖动的方法，延时是通过调用子程序来实现的，每个按键按下后都要等待释放后再返回。
按键处理程序中的按键式校时的，所以进入按键处理程序后就关闭定时中断，对于动能键注意设置显示标志。
3.2流程图
3.2.1系统主程序流程图
3.2.2系统定时中断流程图
第四章系统程序设计
4.1程序设计概要
程序名称：
51单片机自动扫铃机控制系统
说明：
实现24小时制电子钟，8位数码管显示，显示时分秒显示格式：
23-59-59（小时十位如果为0则不显示）。
到预定时问启动蜂鸣器模拟打铃，蜂鸣器BEEP:
P3.7。
打铃方式分起床、熄幻铃和上、下课铃两种。
系统使用4只按键，3只按键用来调整时间，另一只为闹钟按钮即定时扫铃。
键SET_KFY:
PI.0；
通过选择键选择调整位，选中位闪烁。
增加键ADD_KEY：
PI.1；
按一次使选中位加1。
减少键DEC_KEY:
PI.2；
按一次使选中位位。
1
如果长按ADD_KEY或DEC_KEY，识别后则进行调时快进，此时停止闪烁。
如果选中位是秒，则按增加键或减少键都是将秒清零。
定时扫铃键DALING_KEY:
P1.3；
用来强制打铃或强制关闭铃声PO口输出数码管段选信号，P2口输出数码管位选信号。
晶振12M
4.2源程序清单
#include<
reg52.h>
//包含头文件，一般情况不需要改动，头文件包含特殊功能寄存器的定义
#include<
stdio.h>
#include"
ds1302.h"
delay.h"
1602.h"
i2c.h"
//管脚定义
sbitSPEAK=P3^7;
//蜂鸣器
sbitKEY_SET=P3^2;
//设置返回
sbitKEY_ENTER=P3^3;
//确认下一个参数
sbitKEY_UP=P3^4;
//增加
sbitKEY_DOWN=P3^5;
//减小
sbitKEY_SAVE=P3^6;
//保存
//按键菜单的数据定义
bitbSet_Time_Flag=0;
//进入设置时间的标志位
bitbShow_Time_Flag=1;
unsignedcharucPage=0;
//页面菜单
unsignedcharucMenu_Count=1;
//菜单的数据
bitbSet_Model_Frash=0;
//数据保存相关
#defineFLAG_ADDR250
#defineFLAG_DAT41
#defineMAX_LIST15
#defineStart_Time_First0//第一个保存的时间
//设置的时间缓存
idataunsignedcharucSave_Time_Set[16][3]={
{10,0,0},
{10,45,0},
{10,55,0},
{11,40,0},
{12,10,0},
{12,55,0},
{13,5,0},
{13,50,0},
/////////
{16,0,0},
{16,45,0},
{16,55,0},
{17,40,0},
{18,10,0},
{18,55,0},
{19,5,0},
{19,50,0}
};
//voidWrite_Time_Dat（unsignedcharucAddr,unsignedchar*ucSet_Time）
//数据定义
bitbRead_Time_Flag=1;
bitbSave_Dat_Flag=0;
//保存标志位
unsignedchartime_use_Set[8];
unsignedchartime_use_Set_Dis[16];
/*------------------------------------------------
主函数
------------------------------------------------*/
//读取时间
voidRead_Time_Once（void）;
//定时器初始化
voidInit_Timer0（void）;
///按键扫描函数
voidKey_Scan（void）;
voidDel_Time（unsignedcharucPage,unsignedcharucPositon,unsignedcharucHang_Num,charucDel_Fun）;
//主函数入口
voidmain（void）
{
unsignedcharucGlobal_Dat=0;
//临时使用的变量
SPEAK=1;
LCD_Init（）;
//初始化液晶
DelayMs（20）;
//延时有助于稳定
LCD_Clear（）;
//清屏
//////////
Ds1302_Init（）;
//ds1302初始化
Ds1302_Read_Time（）;
//首次读取时间
LCD_Write_String（0,0,"
OPENSYSETM"
）;
//之前没有写入时间就要写入时间
if（FLAG_DAT!
=read_IIC（FLAG_ADDR））//标志位没有写入
{
Ds1302_Write_Time（）;
write_IIC（FLAG_ADDR,FLAG_DAT）;
for（ucGlobal_Dat=Start_Time_First;
ucGlobal_Dat<
Start_Time_First+48;
ucGlobal_Dat+=3）
{
Write_Time_Dat（ucGlobal_Dat,ucSave_Time_Set[ucGlobal_Dat/3]）;
DelayMs
（2）;
}
}
else
for（ucGlobal_Dat=Start_Time_First;
Write_Read_Dat（ucGlobal_Dat,ucSave_Time_Set[ucGlobal_Dat/3]）;
/////////////
while
（1）//主循环
{
Key_Scan（）;
Read_Time_Once（）;
}
//bitbSet_Time_Flag=0;
//unsignedcharucPage=0;
//unsignedcharucMenu_Count=0;
voidKey_Scan（void）
charcI=0;
if（KEY_SET==0）//设置
DelayMs（10）;
if（KEY_SET==0）
LCD_Clear（）;
ucMenu_Count=1;
if（bSet_Time_Flag）//退出设置
bSet_Time_Flag=0;
ucMenu_Count=0;
bShow_Time_Flag=1;
//不显示时间
ucPage=0;
LCD_Write_Com（0x0c）;
//归位
bSave_Dat_Flag=0;
}
else//进入设置
bSet_Time_Flag=
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