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基于单片机的打铃系统设计
天津大学网络教育学院
专科毕业论文
题目：
基于单片机的打铃系统设计
完成期限：
2016年1月8日至2016年4月20日
学习中心：
专业名称：
电气自动化技术
学生：
陆华
学生学号：
2
指导教师：
伯颖
基于单片机的打铃系统设计
引言
随着科技的不断发展，各种芯片都得到了很好的发展，80C51同样如此，从开始的无人问津到现在的随处可见，红绿灯，记分牌，电子秒表，遥控器，电饭煲，电视等只要是电子产品，都会和芯片有关，其实芯片并不是什么神秘的高科技，它只是里面装了一些己编好的程序而己．而这里要介绍的是用汇编语言来编程的一个系统，它能够让一个学校或企业集团实现打铃自动化，总之，一个需要时间系统的机构实现自动提醒功能。
当今时代是一个新技术层出不穷的时代，在电子领域尤其是自动化智能控制领域，传统的分立元件或数字逻辑电路构成的控制系统，正以前所未有的速度被单片机智能控制系统所取代。
单片机具有体积小、功能强、成本低、应用面广等优点，可以说，智能控制与自动控制的核心就是单片机。
目前，一个学习与应用单片机的高潮正在工厂、学校及企事业单位大规模地兴起。
而本文是用AT89C51单片机设计的一个自动打铃系统。
第一章设计方案论证
1.1设计要求
它可以作为时钟电路来显示时间，进行设置，定时打铃。
按照自顶向下设计方法划分自动打铃系统的功能。
可分为：
时间设置电路，计时电路，显示电路和定时打铃控制电路等。
以信息职业技术学院的打铃情况设计
容
时间
起床
6:
30
早自习
7:
30-8:
10
第一节课
8:
20-9:
00
第二节课
9:
10-9:
50
第三节课
10:
00-10:
40
第四节课
10:
50-11:
30
第五节课
13:
30-14:
10
第六节课
14:
20-15:
00
第七节课
15:
20-16:
00
第八节课
16:
10-16:
50
晚自习
19:
00-20:
30
熄灯
22:
30
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AT89C51低功耗单片机。
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AT89C51
AT89C51公司生产的AT89C51单片机用高性能的静态89C51设计，由先进工艺制造，并带有非易失性FLASH程序存储器，它是·种高性能、低功耗的8位CMOS微处理芯片，市场应用最多，主要特点有：
有4K的FLASH程序存储器
256字节部RAM
电源控制模式：
时钟可停止和恢复，空闲模式，掉电模式
6个中断源
4个中断优先级
4个8位I/O口
全双工增强型UART
2个16位定时、计数器
图二AT89C51
2.2.2DS1302时钟电路DS1302
（1）性能特性
实时时钟可对秒，分，时等进行计数，存在高速数据暂存的31*8位RAM，最少引脚的串行I/O口；2.5~~5.5V电压工作围;2.5V耗电小于300nA；用于时钟或RAM数据读/写的单字节或多字节数据传送方式；简单的3线接口；可选的慢速充电的能力。
DS1302时钟芯片包括实时时钟和31字节的静态RAM，它经过一个简单的串行接口与微处理器通信，实时时钟提供秒，分，时等信息，时钟运行可以采用24H，或带AM/PM的12H格式，采用三线接口与CPU进行同眇通信，并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号或RAM数据。
DS1302有主电源/后备电源双电源引脚；
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SOIC150mil
图三DS1302
2.3单元电路的设计
2.3.1时钟电路设计
（2）工作原理
DS1302在任何数据传送时必须先初始化，把RST引脚置为高电平，然后把8位地址和命令装入移位寄存器，数据在SCLK的上升沿被输入，无论是读周期还是写周期开始8位指定40个寄存器中哪个将被访问到，在开始8个时钟周期，把命令字节装入揿位寄存器之后，另外的时钟周期在闱时操作时输出数据，在写操作时写入数据，时钟脉冲的个数在单位字节下为8加8，在多字节方式下为8加字节数，最大可达248字节数。
为了提高对32个地址的寻址能力，可以把时钟或RAM寄存器规定为多字节方式，在多字节方式中，读或写从地址0的位0开始，必须管按数据传送的次序电先的8个寄存器。
但是当以多个字节写RAM时，为了传送数据不必写所有31字节，不管是否写了全部31字节，所写的每个字节都将传送至RAM。
时钟暂停：
秒寄存器的位7定义位时钟暂停位，当它为1时，DS1302停止振荡，进入低功耗的备份方式，通常在对DS1302进行写操作时，停止振荡，当它为0时时钟将开始启动。
8051通过串口向DS1302写数据的程序框图如图3.2，其中,Px可以是8051单片机的任何一位I/O口,注意因为DS1302的数据发送或接收时序和8051的串行口不完全一致,因此,需要在TXD的输出端加反相器,另外,接收数据时,不能以串行口的接收方式接收,必须将串行口当作普通I/O口进行数据接收.
DS1302的晶振选用32.768KHZ，电容推荐值为6PF，因为振荡频率较低，也可以不接电容，对计时精度影响不大。
图3.2DS1302写数据的程序框图
2.3.1显示电路设计
显示部分采用普通的共阳数码管显示，采用动态扫描，以减少硬件电路，数码管分别为十时，时，十分，分，十秒，秒显示，显示时采用串行口输出段码，用74LS164来驱动数码管扫描只需7ms。
4LS164部位8个D触发器，用以实现数据的串行移位，74LS164位TTL单向8位移位寄存器，可实现串行输入并行输出，CPU位时钟输入端，可接到串行口TXD端。
每个时钟信号的上升沿加到CP端时，移位寄存器移一位，8个时钟脉冲过后，8为二进制数个部移入74LS164中，MR为复位端，当该位为低电平时，移位寄存器各位复O。
当它为高电平时时钟脉冲才起作用。
图四显示电路
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，分别与8051的P1.0,P1.1,P1.2相连，用普通按钮10K上拉电阻，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。
图六响铃电路
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
根据以上流程图思想，现设计系统程序思路描写如下系统的主程序如下所示：
BEEPEQUP3.7；定义蜂l鸣器（电铃）控制信号输出口
ORG0000H；程序入日地址
LJMPSTART
ORG000BH；定时器0中断入日地址
LJMPTIMER_O
ORG0300H
/****＊程序开始，初始化＊****/
START:
SETBBEEP；关闭蜂鸣器（电铃）
SETB48H；使用一个bit位用于调时闪烁标志
SETB47H；使用一个bit位用十产生脉冲用十调时快进时基
CLR45H；关闭响铃方式标志
MOVRI，#0调整选择键功能标志：
0正常走时、1调时、2调分、3调秒
MOV20H，#00H；用于控制秒基准时钟源的产生
MOV21H，#00H；清零秒寄存器
MOV22H，#00H；清零分寄存器
MOV23H，#00H；清零时寄存器
MOV24H，#00H；用于控制调时闪烁的基准时钟的产生
MOVIP,#02H;IP,IE初始化
MOVIE,#82H
MOVTMOD,#olH；设定定时器01作方式1
MOVTHO,#3CH
MOVTLO,#oBoH；赋定时初值，定时50ms
SETBTRO；启动定时器0
MOVSP,#4OH；重设堆栈指针
/****＊主程序＊****/
MAIN:
CJNER1,#00H,MAINl；是否为正常走时状态
LCALLBIJIAO1；调用起床、熄灯打铃比较子程序
LCALLBIJIAO2；调用上、下课少打铃比较子程序
LCALLDALING；调用响铃方式执行子程序
MAIN1:
LCALLDlSPLAY；调用显示子程序
LCALLKEY_SCAN；调用按键检测子程序
JZMAIN；无键按下则返回重新循环
LCALLSET_KEY；调用选择键处理子程序
JB46H,MAIN；如果已进行长按调招（调时快进），则不再执行下面的单步调整
LCALLADD_KEY；调用增加键处理子程序
LCALLDEC_KEY；躺用减少键处理子程序
LCALLDALING_KEY；处理强制打铃/强制关闭铃声键
LJMPMAIN；重新循环
程序结束
（主程序中引用到的字程序如下）
/****＊定时中断服务程序*****/
TIMER_O:
PUCHACC
PUCHPSW；保护现场
MOVTHO，#3CH
MOVTLO,#0B0H；重新赋定时初值
CPL47H；产生脉冲用于调时快进时基
INC24H
MOVA,24H
CJNEA,#l0,ADD_TIME；产0.5秒基准时钟，用于调时闪烁
CPL48H；取反调时闪烁标志位
MOV24IJ,#00H
ADD_TIME:
INC20H
MOVA，20H
CJNEA,#20,RETI1；产生l秒基准时钟
MOV20H,#O0H；一秒钟时间到，清零20H
MOVA,21H
ADDA，#01H
DAA；做十进制调整
MOV21H,A
CJNEA,#60H,RETIl
MOV21H，#00H；一分钟到
MOVA，22H
ADDA，#01H
DAA
MOV22H，A
CJNEA，#60H，RETI1
MOV22H，#00H；一小时到
MOVA，23H
ADDA，#01H
DAA
MOV23H，A
CJNEA，#24H，RETI1
MOV23H，#00H；到24点，清零小时
RETI1:
POPPSW
POPACC；恢复现场
RET1；中断返回
/****＊显示处理＊****/
DISPLAY:
MOVA，#21H；秒
ANLA，#0FH
MOV2FH，A；转换出秒个位，存入2FH
MOVA，21H
ANLA,#OFOH
SWAPA
MOV2EH,A；转换出秒十位，存入2EH
JB46H,MIN；如果长按按键（调时快进），则跳过闪烁处理
CJNER1,#3,MIN；如果R1为3,闪烁秒位待调整
JB48H，MIN
MOVZFH,#OAH；使该位为10，查表得到使该位不显示的输出
MOV2EH，#0AH
MIN:
MOVA，#22H；分
ANLA，#0FH
MOV2DH，A；转换出分个位，存入2DH
MOVA，22H
ANLA,#OFOH
SWAPA
MOV2CH,A；转换出分十位，存入2CH
JB46H,HOUR；如果长按按键（调时快进），则跳过闪烁处理
CJNER1,#2,HOUR；如果R1为2,闪烁秒位待调整
JB48H，HOUR
MOVZDH,#OAH；使该位为10，查表得到使该位不显示的输出
MOV2CH，#0AH
HOUR:
MOVA，#23H；时
ANLA，#0FH
MOV2BH，A；转换出时个位，存入2BH
MOVA，23H
ANLA,#OFOH
SWAPA
MOV2AH,A；转换出时十位，存入2AH
JB46H,DISP；如果长按按键（调时快进），则跳过闪烁处理
CJNER1,#1,DISP；如果R1为1,闪烁秒位待调整
JB48H，DISP
MOVZBH,#OAH；使该位为10，查表得到使该位不显示的输出
MOV2AH，#0AH
/****＊数码管动态扫描显示＊****/
DISP:
MOVDPTR，#TABLE
MOVA，2FH
MOVCA，A+DPTR
MOVP0，A
CLRP2.7
LCALLDELAY
SETBP2.7；显示秒个位
MOVA，2EH
MOVCA，A+DPTR
MOVP0，A
CLRP2.6
LCALLDELAY
SETBP2.6；显示秒十位
MOVA，#0BFH
MOVP0，A
CLRP2.5
LCALLDELAY
SETBP2.5；显示“-”
MOVA，2DH
MOVCA，A+DPTR
MOVP0，A
CLRP2.4
LCALLDELAY
SETBP2.4；显示分个位
MOVA，2CH
MOVCA，A+DPTR
MOVP0，A
CLRP2.3
LCALLDELAY
SETBP2.3；显示分十位
MOVA，#0BFH
MOVP0，A
CLRP2.2
LCALLDELAY
SETBP2.2；显示“-”
MOVA，2BH
MOVCA，A+DPTR
MOVP0，A
CLRP2.1
LCALLDELAY
SETBP2.1；显示时个位
MOVDPTR，#TABLE1；该位使用TABLE1以消除前置0
MOVA，2AH
MOVCA，A+DPTR
MOVP0，A
CLRP2.0
LCALLDELAY
SETBP2.0；显示时十位
RET
/****＊按键检测子程序＊****/
KEY_SCAN:
CLR46H；关闭长按调整（调时快进）标志
MOVP1,#OFFH；将P1口设置成输入状态
MOVA，P1
CPLA
ANLA,#OFH；P1口低4位连接4个按键，只判断该4位
JZFXIT_KFY；无键按下则返回
LCALLDELAY；延时去抖动
MOVA,P1；重新判断
CPLA
ANLA，#OFH
JZEXIT_KEY；键盘去抖动
MOVR5,A；临时将键值存入R5
MOVR4,#0OH；用于控制调时快进速度
；设置为OOH是为了在进入长按处理前加长延时区分用户的长按与短按，防止误快进
LOOP:
；进入长按处理
LCALLDISPLAY；使长按时显示正常
MOVA,Pl
CPLA
ANLA,#OFH
JB47H,LOOP1
INCR4；调时快进间隔时间基准加l
LOOP1:
CJNER1,#03H,LOOP2；如果调秒时长按，则不处理
LJMPLOOP3
LOOP2:
CJNER4,#99H,LOOP3
MOVR4,#7OH；确认用户长按后，重新设定起始值，加快调时快进速度
SETB46H；长按调整〔调时快进）标志
LCALLADDKEY
LCALLDECKEY
LOOP3:
JNZLOOP；等待键释放
MOVA,R5；输出键值
RET
EXIT_KEY；
RET
/****＊延时子程序＊****/
DELAY：
MOVR7,#150
DJNZR7,$
RET
/****＊选择键处理子程序＊****/
SET_KEY：
CJNER5，#01H，EXIT；选择键键值
INCR1；调整选择功能标识加一
SETBBEEP
CJNER1，#4，EXIT
MOVR1，#0
MOV24H，#00H；调时闪烁基准清零
RET
/****＊增加键处理子程序＊****/
ADD_KEY：
CJNER5,#02H,EXIT；增加键键值
CJNER1，#01H,NEXT1；选择键功能标志为l，调时，否则跳出
MOVA，23H
ADDA，#01H
DAA
MOV23H，A
CJNEA，#24H，EXIT
MOV23H，#00H
NEXT1：
CJNER1，#02H,NEXT2；选择键功能标志为2，调分，否则跳出
MOVA，22H
ADDA，#01H
DAA
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