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1、单片机自动打铃系统设计方案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。（以信息科学与技术学院的打铃情况设计内容时间起床8:10 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22:301.2 设计方案选择1.2.1 方案一：数字电
2、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
3、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
4、，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
5、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，
6、每次打铃30S2.2 主要原件参数及功能简介2.2.1 主控器AT89C52AT89C52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+5
7、V电源的正负端。P0P3 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（3239 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。2.2.2 DS13021）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
8、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XI XZ 32.768KHz 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 DIPDS1302S 串行时钟芯片8 脚 SOIC 200milDS1302Z 串行时钟芯片8 脚 SOIC 150mi2.3 单元电路的设计2.
9、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，
10、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
11、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500s，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250s。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0.25s，若是将PWM
12、 的时钟设置为tosc 的话， 则蜂鸣器要求的波形周期500s 的计数值为500s/0.25s=（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1s 了，由此可以算出500s 对应的计数值为500s/1s=（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
13、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。250s 的宽度计数值为250s/1s=（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500s，占空比为1
14、/2duty 的方波，只需要每250s 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250s。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
